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JP2013221074A - π-ELECTRON CONJUGATED BLOCK COPOLYMER AND PHOTOELECTRIC TRANSFER ELEMENT - Google Patents

π-ELECTRON CONJUGATED BLOCK COPOLYMER AND PHOTOELECTRIC TRANSFER ELEMENT Download PDF

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JP2013221074A
JP2013221074A JP2012093239A JP2012093239A JP2013221074A JP 2013221074 A JP2013221074 A JP 2013221074A JP 2012093239 A JP2012093239 A JP 2012093239A JP 2012093239 A JP2012093239 A JP 2012093239A JP 2013221074 A JP2013221074 A JP 2013221074A
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JP
Japan
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skeleton
group
block copolymer
electron conjugated
polymer block
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Application number
JP2012093239A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Inagaki
拓也 稲垣
Atsuhiro Nakahara
淳裕 中原
Hiromasa Shibuya
寛政 澁谷
Yasushi Morihara
靖 森原
Akeshi Fujita
明士 藤田
Hiroyuki Oki
弘之 大木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

【課題】電子受容性材料とともに光電変換素子の光電変換活性層として用いる際に、バルクヘテロジャンクション構造において理想的な相分離構造を形成することができ、原料である単量体の単独重合体のような不純物の混在が少なく、ブロック効率が高い高純度のπ電子共役系ブロック共重合体を提供する。
【解決手段】π電子共役系ブロック共重合体は、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む重合体ブロックの少なくとも2種類を含有しているπ電子共役系ブロック共重合体であって、前記重合体ブロックが、単環芳香環からなる2価の基で連結されているものである。
【選択図】なし
When used as a photoelectric conversion active layer of a photoelectric conversion element together with an electron-accepting material, an ideal phase separation structure can be formed in a bulk heterojunction structure, like a homopolymer of a monomer as a raw material The present invention provides a high-purity π-electron conjugated block copolymer with a small amount of impurities and high block efficiency.
A π-electron conjugated block copolymer has a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermol skeleton, and a substituent having a thiophene ring as part of the chemical structure. A π-electron conjugated block copolymer containing at least two types of polymer blocks containing a monomer unit having a skeleton selected from bithiophene skeletons, wherein the polymer block is composed of a monocyclic aromatic ring. Are connected by a divalent group.
[Selection figure] None

Description

本発明は、自己組織性を有する新規なπ電子共役系ブロック共重合体およびその製造方法、並びにその共重合体を含む組成物から得られる有機薄膜を光電変換活性層とする光電変換素子に関するものである。   The present invention relates to a novel π-electron conjugated block copolymer having self-organization, a method for producing the same, and a photoelectric conversion element having an organic thin film obtained from a composition containing the copolymer as a photoelectric conversion active layer. It is.

溶媒に可溶な高分子材料を用いて塗付法により生産できる有機薄膜太陽電池は、現在主流の太陽電池である多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体などの無機系太陽電池よりも安価に製造できるとされ、非常に注目されている。   Organic thin-film solar cells that can be produced by a coating method using a polymer material that is soluble in a solvent are manufactured at a lower cost than inorganic solar cells such as polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors that are currently mainstream solar cells. It is said that it can be done and is attracting a lot of attention.

光電変換素子の一つである有機薄膜太陽電池は、共役重合体と電子受容性材料とを混合したバルクヘテロジャンクション構造を光電変換活性層として持つものが主流である。具体例としては、非特許文献1に、共役重合体としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)、電子受容性材料であるフラーレン誘導体として[6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)を混合した光電変換活性層を有する有機薄膜太陽電池が記載されている。 Organic thin-film solar cells, which are one type of photoelectric conversion element, mainly have a bulk heterojunction structure in which a conjugated polymer and an electron-accepting material are mixed as a photoelectric conversion active layer. Specific examples include Non-Patent Document 1, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) as a conjugated polymer, and [6,6] -phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PCBM) as a fullerene derivative that is an electron-accepting material. An organic thin film solar cell having a photoelectric conversion active layer mixed with is described.

バルクヘテロジャンクション構造において、透明電極から入射した光は、共役重合体や電子受容性材料で吸収され、電子とホールとが結合した励起子を生成する。生成した励起子が共役重合体と電子受容性材料とが隣接しているヘテロ接合界面に移動し、ホールと電子とに電荷分離する。ホールおよび電子は、それぞれ共役重合体相および電子受容性材料相を輸送されて電極より取り出される。従って、有機薄膜太陽電池の変換効率を高めるには、光電変換活性層の光吸収量を増大させ、共役重合体および電子受容性材料からなるバルクヘテロジャンクション構造の相分離構造(モルフォロジ)を制御することが重要である。   In a bulk heterojunction structure, light incident from a transparent electrode is absorbed by a conjugated polymer or an electron-accepting material to generate excitons in which electrons and holes are combined. The generated exciton moves to the heterojunction interface where the conjugated polymer and the electron-accepting material are adjacent to each other, and charges are separated into holes and electrons. Holes and electrons are transported through the conjugated polymer phase and the electron-accepting material phase, respectively, and are extracted from the electrode. Therefore, to increase the conversion efficiency of organic thin-film solar cells, increase the amount of light absorbed by the photoelectric conversion active layer and control the phase separation structure (morphology) of the bulk heterojunction structure consisting of a conjugated polymer and an electron-accepting material. is important.

共役系重合体と電子受容性材料とのモルフォロジを制御できる優れた方法として、共役系ブロック共重合体を用いる方法がある。例えば、非特許文献2に、3−ヘキシルチオフェンと3−(2−エチルヘキシルチオフェン)とのジブロック共重合体を用いた有機薄膜太陽電池が報告されている。しかし、このようなジブロック共重合体はポリチオフェン骨格を主として有する重合体であり、吸収波長が650nmより長波長側の光を吸収できないため、光電変換効率の向上には限界があった。   As an excellent method capable of controlling the morphology of the conjugated polymer and the electron-accepting material, there is a method using a conjugated block copolymer. For example, Non-Patent Document 2 reports an organic thin film solar cell using a diblock copolymer of 3-hexylthiophene and 3- (2-ethylhexylthiophene). However, such a diblock copolymer is a polymer mainly having a polythiophene skeleton and cannot absorb light having an absorption wavelength longer than 650 nm, so that there is a limit to improvement in photoelectric conversion efficiency.

一方、高い変換効率を目指して、さらなる長波長領域(近赤外領域)まで吸収を持つπ電子共役重合体(以下、狭バンドギャップポリマーと略称することがある)を用いたπ電子共役系ブロック共重合体も提案されている。   On the other hand, with the aim of high conversion efficiency, a π-electron conjugated block using a π-electron conjugated polymer (hereinafter sometimes abbreviated as a narrow band gap polymer) that absorbs even longer wavelengths (near infrared region). Copolymers have also been proposed.

特許文献1には、ベンゾチアジアゾールを一部に含むπ電子共役系ブロック共重合体が開示されている。しかし、特許文献1に記載された製造方法では、重合体ブロックの反応末端の制御が困難であり、末端が欠落することによりブロック共重合体を構成しない単独重合体が多量に混在してしまう。したがって、このようなブロック共重合体を有機薄膜太陽電池の光電変換活性層として用いると、バルクヘテロジャンクション構造における共役重合体と電子受容性材料との相分離構造が形成できず、変換効率は3〜4%程度に留まっている。   Patent Document 1 discloses a π-electron conjugated block copolymer partially containing benzothiadiazole. However, in the production method described in Patent Document 1, it is difficult to control the reaction terminal of the polymer block, and a large amount of homopolymers that do not constitute a block copolymer are mixed because the terminal is missing. Therefore, when such a block copolymer is used as a photoelectric conversion active layer of an organic thin film solar cell, a phase separation structure between a conjugated polymer and an electron accepting material in a bulk heterojunction structure cannot be formed, and the conversion efficiency is 3 to 3. It remains at around 4%.

また、非特許文献3には、各々の重合体ブロックを別々に重合しておき、それらをカップリングさせることで、π電子共役系ブロック共重合体を合成する方法が記載されている。しかし、非特許文献3に記載の方法では、各々の重合体ブロックを単離する際に触媒、塩基、水などによりカップリング反応に関与する官能基が欠落または変性してしまうため、カップリング反応しない単独重合体が混在し、得られるπ電子共役系ブロック共重合体の純度が低下してしまう。   Non-Patent Document 3 describes a method of synthesizing a π-electron conjugated block copolymer by polymerizing each polymer block separately and coupling them. However, in the method described in Non-Patent Document 3, a functional group involved in the coupling reaction is lost or modified by a catalyst, a base, water, or the like when isolating each polymer block. The homopolymer which does not perform is mixed, and the purity of the obtained π-electron conjugated block copolymer is lowered.

これらの先行技術文献に記載されているように、狭バンドギャップポリマーのπ電子共役系ブロック共重合体では、ブロック共重合体を構成しない単量体の単独重合体などの不純物が混在する結果、ブロック共重合体の純度が低下し、有機薄膜太陽電池の光電変換活性層として用いると、バルクヘテロジャンクション構造における共役重合体と電子受容性材料との相分離構造を形成できず、光電変換効率が低下するという問題がある。   As described in these prior art documents, in the π-electron conjugated block copolymer of the narrow band gap polymer, as a result of mixing impurities such as a homopolymer of a monomer that does not constitute the block copolymer, When the purity of the block copolymer is reduced and it is used as a photoelectric conversion active layer of an organic thin film solar cell, a phase separation structure between a conjugated polymer and an electron-accepting material in a bulk heterojunction structure cannot be formed, resulting in a decrease in photoelectric conversion efficiency. There is a problem of doing.

特開2010−74127号公報JP 2010-74127 A

Angew.Chem.Int.Ed,47,58(2008)Angew. Chem. Int. Ed, 47, 58 (2008) J.Am.Chem.Soc.,130,7812(2008)J. et al. Am. Chem. Soc. , 130, 7812 (2008) Macromolecules,42,1107(2009)Macromolecules, 42, 1107 (2009)

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、電子受容性材料とともに光電変換素子の光電変換活性層として用いる際に、バルクヘテロジャンクション構造において理想的な相分離構造を形成することができ、原料である単量体の単独重合体のような不純物の混在が少なく、ブロック効率が高い高純度のπ電子共役系ブロック共重合体およびその製造方法、並びに該π電子共役系ブロック共重合体と電子受容性材料とを含む組成物から形成される優れた光電変換効率を有する光電変換素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and when used as a photoelectric conversion active layer of a photoelectric conversion element together with an electron-accepting material, an ideal phase separation structure can be formed in a bulk heterojunction structure. , A high-purity π-electron conjugated block copolymer having a low block efficiency and a high block efficiency, such as a monomer homopolymer as a raw material, and a method for producing the same, and the π-electron conjugated block copolymer It aims at providing the photoelectric conversion element which has the outstanding photoelectric conversion efficiency formed from the composition containing an electron-accepting material.

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載されたπ電子共役系ブロック共重合体は、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む重合体ブロックの少なくとも2種類を含有しているπ電子共役系ブロック共重合体であって、前記重合体ブロックが、単環芳香環からなる2価の基で連結されていることを特徴とする。   The π-electron conjugated block copolymer according to claim 1, which has been made to achieve the above object, is a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as a part of a chemical structure, A π-electron conjugated system containing at least two polymer blocks including a monomer unit having a skeleton selected from a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. A block copolymer is characterized in that the polymer blocks are linked by a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring.

請求項2に記載のπ電子共役系ブロック共重合体は、請求項1に記載されたものであって、前記単環芳香環からなる2価の基が、ベンゼン、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、またはフランから水素原子2個を除いてなる基であることを特徴とする。   The π-electron conjugated block copolymer according to claim 2 is the one described in claim 1, wherein the divalent group consisting of the monocyclic aromatic ring is benzene, thiophene, pyrrole, pyridine, pyrimidine. , Pyrazine, imidazole, or a group formed by removing two hydrogen atoms from furan.

請求項3に記載のπ電子共役系ブロック共重合体は、請求項1または2に記載されたものであって、前記重合体ブロックのうち少なくとも1つが、単量体単位−(a−b)−を含み、−a−は下記化学式(1)〜(7)

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で表されるいずれかの基を有し、−b−は下記化学式(8)〜(18)
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で表されるいずれかの基を有する前記単量体単位(前記化学式(1)〜(18)中、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または硫黄(−S−)であり、Vは炭素(−CR −)、窒素(−NR−)、ケイ素(−SiR −)またはゲルマニウム(−GeR −)であり、Vは−(Ar)−で表されるアリール基またはヘテロアリール基であり、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または−CR=CR−であり、Vは酸素(O)または硫黄(S)である。Rはそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基またはアルコキシ基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基若しくはアリール基であり、Rは置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基、アリール基、アルキルカルボニル基またはアルキルオキシカルボニル基であり、Rは水素原子またはハロゲン原子である。mは0〜3の整数、nは0または1を表す。)であることを特徴とする。 The π-electron conjugated block copolymer according to claim 3 is the one described in claim 1 or 2, wherein at least one of the polymer blocks is a monomer unit-(ab). -A- represents the following chemical formulas (1) to (7)
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-B- is represented by the following chemical formulas (8) to (18).
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The monomer unit having any group represented by the formula (in the chemical formulas (1) to (18), V 1 represents nitrogen (—NR 1 —), oxygen (—O—) or sulfur (—S—). V 2 is carbon (—CR 1 2 —), nitrogen (—NR 1 —), silicon (—SiR 1 2 —) or germanium (—GeR 1 2 —), and V 3 is — (Ar ) m - in an aryl or heteroaryl group represented, V 4 are nitrogen (-NR 1 -), oxygen (-O-) or -CR 2 = CR 2 - is and, V 5 is oxygen (O R 1 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and R 2 is independently a hydrogen atom or optionally substituted 1 carbon atom. an ~ 18 alkyl group, optionally carbon also R 3 is optionally substituted independently An alkyl group or an alkoxy group having 1 to 18, R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom or a substituted carbon atoms and optionally 1 to 18 alkyl group or aryl group, R 5 is substituted And an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group, an alkylcarbonyl group or an alkyloxycarbonyl group, R 6 is a hydrogen atom or a halogen atom, m is an integer of 0 to 3, and n is 0 or 1)).

請求項4に記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法は、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第一重合体ブロックと、下記化学式(i)
−L−M ・・・(i)
(式中、Mは互いに独立してハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただし、Xはハロゲン原子、Raは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)であり、Lは単環芳香環からなる2価の基である)で表される化合物とを反応させて、中間体を合成し、前記中間体に、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第二重合体ブロックとなる単量体を添加して反応させて、前記第一重合体ブロックと前記第二重合体ブロックとを前記単環芳香環からなる2価の基で連結することを特徴とする。
The method for producing a π-electron conjugated block copolymer according to claim 4, wherein a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as part of a chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, and a dibenzogermol skeleton And a first polymer block containing a monomer unit having a skeleton selected from a bithiophene skeleton having a substituent, and the following chemical formula (i)
M r −L−M r (i)
(Wherein, M r independently of one another are halogen, boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 (however, X is a halogen atom, Ra is from 1 to 4 carbon atoms A straight-chain alkyl group) and L is a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring) to synthesize an intermediate, and a thiophene ring has a chemical structure in the intermediate A second polymer comprising a monomer unit having a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. A monomer serving as a block is added and reacted to connect the first polymer block and the second polymer block with a divalent group comprising the monocyclic aromatic ring.

請求項5に記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法は、請求項4に記載されたものであって、前記化学式(i)で表される化合物のMがハロゲン原子であることを特徴とする。 It manufacturing method of π-electron conjugated block copolymer according to claim 5, which has been described in claim 4, M r of the compound represented by the formula (i) is a halogen atom It is characterized by.

請求項6に記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法は、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第一重合体ブロックと、下記化学式(i)
−L−M ・・・(i)
(式中、Mは互いに独立してハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただし、Xはハロゲン原子、Raは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)であり、Lは単環芳香環からなる2価の基である)で表される化合物とを反応させて、中間体を合成し、前記中間体と、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第二重合体ブロックとを反応させて、前記第一重合体ブロックと前記第二重合体ブロックとを前記単環芳香環からなる2価の基で連結することを特徴とする。
The method for producing a π-electron conjugated block copolymer according to claim 6 includes a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as a part of a chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, and a dibenzogermol skeleton. And a first polymer block containing a monomer unit having a skeleton selected from a bithiophene skeleton having a substituent, and the following chemical formula (i)
M r −L−M r (i)
(Wherein, M r independently of one another are halogen, boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 (however, X is a halogen atom, Ra is from 1 to 4 carbon atoms A straight-chain alkyl group) and L is a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring) to synthesize an intermediate, and the intermediate and the thiophene ring have a chemical structure A second polymer comprising a monomer unit having a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. The block is reacted to connect the first polymer block and the second polymer block with a divalent group comprising the monocyclic aromatic ring.

請求項7に記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法は、請求項4〜6のいずれかに記載されたものであって、前記化学式(i)で表される化合物を、前記第一重合体ブロックを構成する単量体1モルに対し、1モル〜100モル使用することを特徴とする。   The method for producing a π-electron conjugated block copolymer according to claim 7 is the method according to any one of claims 4 to 6, wherein the compound represented by the chemical formula (i) It is characterized by using 1 mol to 100 mol with respect to 1 mol of the monomer constituting one polymer block.

請求項8に記載の組成物は、請求項1〜3のいずれかに記載のπ電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料を含むことを特徴とする。   A composition according to an eighth aspect includes the π-electron conjugated block copolymer according to any one of the first to third aspects and an electron-accepting material.

請求項9に記載の光電変換素子は、請求項8に記載の組成物からなる層を有することを特徴とする。   The photoelectric conversion device according to claim 9 has a layer made of the composition according to claim 8.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、電子受容性材料とともに光電変換素子の光電変換活性層として用いる際に、バルクヘテロジャンクション構造において理想的な相分離構造を形成することができる。これにより電流値が増大し、かつ抵抗が低くなり、光電変換効率を大幅に向上させることができる。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention can form an ideal phase separation structure in a bulk heterojunction structure when used as a photoelectric conversion active layer of a photoelectric conversion element together with an electron accepting material. As a result, the current value increases and the resistance decreases, and the photoelectric conversion efficiency can be greatly improved.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法によれば、各重合体ブロックを連結しやすく、欠落または変性しやすい末端官能基を制御することができ、原料である単量体の単独重合体のような不純物の混在が少なく高純度のπ電子共役系ブロック共重合体を得ることができる。   According to the method for producing a π-electron conjugated block copolymer of the present invention, it is possible to control terminal functional groups that are easy to link each polymer block and that are easily lost or modified, and the monomer as a raw material alone A high-purity π-electron conjugated block copolymer with few impurities such as a polymer can be obtained.

本発明の組成物は、有機半導体材料であって、光電変換素子に有用な有機薄膜を形成することができる。   The composition of the present invention is an organic semiconductor material, and can form an organic thin film useful for a photoelectric conversion element.

本発明の光電変換素子は、優れた光電変換性能を有し、光電変換機能や光整流機能を利用した種々の光電変換デバイスへ応用して用いることができる。   The photoelectric conversion element of the present invention has excellent photoelectric conversion performance, and can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function and an optical rectification function.

以下、本発明を実施するための好ましい形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the preferable form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、少なくとも2種類の重合体ブロックを有するものであって、当該重合体ブロックが、単環芳香環からなる2価の基によって連結されているものである。重合体ブロックは、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる少なくとも1つの骨格を有する単量体単位を含むものである。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention has at least two types of polymer blocks, and the polymer blocks are linked by a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring. is there. The polymer block is at least one selected from a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as a part of a chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermol skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. A monomer unit having a skeleton is included.

前記のチオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格としては、例えば、シクロペンタジチオフェン、ジチエノピロール、ジチエノシロール、ジチエノゲルモール、ベンゾジチオフェン、ナフトジチオフェンなどのチオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役系化合物の骨格が挙げられる。これらの縮環π電子共役骨格は、溶解性や極性を制御する目的で置換基を有していてもよい。
フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、およびジベンゾゲルモール骨格も同様に置換基を有していてもよい。これらの縮合複素環骨格が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アルキルカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、ハロゲン原子などであり、複数種類の置換基を有していてもよい。置換基のアルキル炭素数としては1〜18個が好ましい。
Examples of the condensed π-electron conjugated skeleton having the thiophene ring as a part of the chemical structure include, for example, thiophene rings such as cyclopentadithiophene, dithienopyrrole, dithienosilole, dithienogermole, benzodithiophene, and naphthodithiophene. Examples thereof include a skeleton of a condensed π electron conjugated compound having a part of the structure. These condensed ring π electron conjugated skeletons may have a substituent for the purpose of controlling solubility and polarity.
The fluorene skeleton, carbazole skeleton, dibenzosilole skeleton, and dibenzogermol skeleton may also have a substituent. Examples of the substituent that these condensed heterocyclic skeletons may have include an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, an alkylcarbonyl group, an alkyloxycarbonyl group, and a halogen atom. You may have. The number of alkyl carbon atoms in the substituent is preferably 1-18.

置換基を有するビチオフェンは、少なくとも1つの置換基を有するものであって、例示した前記置換基を有するものが挙げられる。なかでも、アルキル基、アルコキシ基を置換基として有しているものが好ましい。置換基を有するビチオフェンとしては、具体的に、4−4−ジ(2−エチルヘキシル)−2,2’−ビチオフェン、4−4−ジオクチル−2,2’−ビチオフェン、4−4−ジドデシル−2,2’−ビチオフェンなどが挙げられる。   The bithiophene having a substituent has at least one substituent, and examples thereof include those having the exemplified substituent. Especially, what has an alkyl group and an alkoxy group as a substituent is preferable. Specific examples of the bithiophene having a substituent include 4-4-di (2-ethylhexyl) -2,2′-bithiophene, 4-4-dioctyl-2,2′-bithiophene, and 4--4-didodecyl-2. , 2′-bithiophene and the like.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、前記骨格を有する単量体単位を含む重合体ブロックを少なくとも2つ有するものであって、特に限定されるものではないが、単量体単位−(a−b)−からなる重合体ブロックを有するものであることが、光電変換効率の観点から好ましい。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention has at least two polymer blocks containing the monomer unit having the skeleton, and is not particularly limited. It is preferable from a viewpoint of photoelectric conversion efficiency that it has a polymer block which consists of (ab)-.

単量体単位−(a−b)−のうち、−a−はドナー性有機基(電子供与性を示す骨格を有する基)であり、−b−はアクセプター性有機基(電子吸引性を示す骨格を有する基)である。単量体単位−(a−b)−のバンドギャップは、−a−およびb−の組み合わせにより制御することができ、バンドギャップを小さくすることにより、単量体単位−(a−b)−の吸収波長がより長くなり、該単量体単位からなる重合体ブロックは長波長領域まで光吸収帯を持つことができる。この結果、太陽光の光吸収量が増大し、光電変換効率が向上すると考えられる。−a−としては、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および少なくとも1つの置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する基であることが好ましい。具体的に、前記化学式(1)〜(7)で表される基が挙げられる。−b−としては、前記化学式(8)〜(18)で表されるいずれかの基であることが好ましい。   Among the monomer units-(ab)-, -a- is a donor organic group (group having a skeleton showing electron donating properties), and -b- is an acceptor organic group (showing electron withdrawing properties). Group having a skeleton). The band gap of the monomer unit-(ab)-can be controlled by a combination of -a- and b-, and by reducing the band gap, the monomer unit-(ab)- The absorption wavelength of the polymer block becomes longer, and the polymer block comprising the monomer unit can have a light absorption band up to a long wavelength region. As a result, it is considered that the amount of sunlight absorbed increases and the photoelectric conversion efficiency is improved. -A- is selected from a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as part of its chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having at least one substituent. It is preferably a group having a skeleton. Specific examples include groups represented by the chemical formulas (1) to (7). -B- is preferably any group represented by the chemical formulas (8) to (18).

前記化学式(1)〜(18)において、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または硫黄(−S−)であり、Vは炭素(−CR −)、窒素(−NR−)、ケイ素(−SiR −)またはゲルマニウム(−GeR −)であり、Vは−(Ar)−で表されるアリール基またはヘテロアリール基であり、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または−CR=CR−であり、Vは酸素(O)または硫黄(S)である。nは0または1である。Vは−(Ar)−で表される単環または多環のアリール基またはヘテロアリール基(mは0〜3の整数)であり、単量体単位中の主鎖骨格の一部である。Vとしてはチオフェン環が特に好ましい。π電子共役系ブロック共重合体を構成する各重合体ブロックは、単量体単位中の置換基を除く環構造を構成する炭素原子のみの合計数が6〜40個であることが好ましい。 In the chemical formulas (1) to (18), V 1 is nitrogen (—NR 1 —), oxygen (—O—) or sulfur (—S—), V 2 is carbon (—CR 1 2 —), Nitrogen (—NR 1 —), silicon (—SiR 1 2 —) or germanium (—GeR 1 2 —), V 3 is an aryl group or heteroaryl group represented by — (Ar) m —, V 4 is nitrogen (—NR 1 —), oxygen (—O—) or —CR 2 ═CR 2 —, and V 5 is oxygen (O) or sulfur (S). n is 0 or 1. V 3 is a monocyclic or polycyclic aryl group or heteroaryl group (m is an integer of 0 to 3) represented by — (Ar) m —, and is a part of the main chain skeleton in the monomer unit. is there. V 3 is particularly preferably a thiophene ring. Each polymer block constituting the π-electron conjugated block copolymer preferably has 6 to 40 total carbon atoms constituting the ring structure excluding the substituent in the monomer unit.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を構成する各重合体ブロックは、前記化学式中のR〜Rで示される置換基を有していてもよい。Rはそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基またはアルコキシ基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基若しくはアリール基であり、Rは置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基、アリール基、アルキルカルボニル基、またはアルキルオキシカルボニル基であり、Rは水素原子またはハロゲン原子である。当該単量体単位が複数個所に置換基を有する場合、それぞれが異なっていてもよい。 Each polymer block constituting the π-electron conjugated block copolymer of the present invention may have a substituent represented by R 1 to R 6 in the chemical formula. R 1 is an independently substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms; R 2 is independently a hydrogen atom or an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms; 3 is an optionally substituted alkyl group or alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is independently a hydrogen atom, halogen atom or optionally substituted alkyl having 1 to 18 carbon atoms. R 5 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group, an alkylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group, and R 6 is a hydrogen atom or a halogen atom. . When the monomer unit has a substituent at a plurality of positions, each may be different.

炭素数1〜18のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などが挙げられる。   Examples of the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, Isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, cyclopropyl group, cyclopentyl group , A cyclohexyl group, a cyclooctyl group, and the like.

炭素数1〜18のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n−ブトキシ基、n−ヘキシル基、シクロヘキシルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、などが挙げられる。   Examples of the alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropyloxy group, n-butoxy group, n-hexyl group, cyclohexyloxy group, n-octyloxy group, n -Decyloxy group, n-dodecyloxy group, etc. are mentioned.

アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基などが例示され、これらはさらにアルキル基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよい。   Examples of the aryl group include a phenyl group, a 1-naphthyl group, a 2-naphthyl group, a 1-anthracenyl group, a 2-anthracenyl group, and a 9-anthracenyl group, which are further substituted with an alkyl group, an alkoxy group, or the like. It may have a group.

ヘテロアリール基としては、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基などが挙げられる。   Examples of the heteroaryl group include a pyridyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, a quinolyl group, and an isoquinolyl group.

各重合体ブロックが有していてもよい前記R〜Rで示される置換基は、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、チオール基、シリル基、エステル基、アリール基、ヘテロアリール基などによりさらに置換されていてもよい。置換基にさらに置換していてもよいアルキル基またはアルコキシ基は、直鎖、分岐または脂環式のいずれであってもよい。 The substituents represented by R 1 to R 5 which each polymer block may have include an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a silyl group, an ester group, an aryl group, It may be further substituted with a heteroaryl group or the like. The alkyl group or alkoxy group which may be further substituted on the substituent may be linear, branched or alicyclic.

前記のハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。ハロゲン原子で置換されたアルキル基としては、例えば、ω−ブロモアルキル基、パーフルオロアルキル基などが挙げられる。
アミノ基としては、例えばジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、メチルフェニルアミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基などの1級または2級のアミノ基が挙げられる。
チオール基としては、例えば、メルカプト基、アルキルチオ基が挙げられる。シリル基としては、例えばトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリイソプロピルシリル基、ジメチルイソプロピルシリル基、ジメチルtert−ブチルシリル基などが挙げられる。
エステル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、アセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基などが挙げられる
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Examples of the alkyl group substituted with a halogen atom include an ω-bromoalkyl group and a perfluoroalkyl group.
Examples of the amino group include primary or secondary amino groups such as a dimethylamino group, a diphenylamino group, a methylphenylamino group, a methylamino group, and an ethylamino group.
Examples of the thiol group include a mercapto group and an alkylthio group. Examples of the silyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a tripropylsilyl group, a triisopropylsilyl group, a dimethylisopropylsilyl group, and a dimethyl tert-butylsilyl group.
Examples of the ester group include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, an isopropoxycarbonyl group, a tert-butoxycarbonyl group, a phenoxycarbonyl group, an acetyloxy group, and a benzoyloxy group.

単量体単位−(a−b)−としては、前記ドナー性有機基−a−およびアクセプター性有機基−b−が結合したものであればよく、−a−および−b−の組み合わせは特に限定されない。狭バンドギャップポリマーを形成できる観点から、−a−および−b−の組み合わせとしては、前記化学式(1)および前記化学式(8)、前記化学式(3)および前記化学式(18)、前記化学式(3)および前記化学式(17)、前記化学式(1)および前記化学式(16)、前記化学式(7)および前記化学式(16)による組み合わせであることが好ましい。この組み合わせについて、より具体的には、下記化学式(19)〜(25)で表される単量体単位が挙げられる。すなわち、化学式−(1)−(8)−で表される単量体単位の例が化学式(19)、(20)、(21)であり、化学式−(3)−(18)−で表される単量体単位の例が化学式(22)であり、化学式−(3)−(17)−で表される単量体単位の例が化学式(23)であり、化学式−(1)−(16)−で表される単量体単位の例が化学式(24)であり、化学式−(7)−(16)−で表される単量体単位の例が化学式(25)である。   As the monomer unit-(ab)-, any combination of the donor organic group -a- and the acceptor organic group -b- may be used, and the combination of -a- and -b- It is not limited. From the viewpoint of forming a narrow band gap polymer, the combination of -a- and -b- includes the chemical formula (1), the chemical formula (8), the chemical formula (3), the chemical formula (18), and the chemical formula (3). And the chemical formula (17), the chemical formula (1), the chemical formula (16), the chemical formula (7), and the chemical formula (16). More specific examples of this combination include monomer units represented by the following chemical formulas (19) to (25). That is, examples of monomer units represented by chemical formulas-(1)-(8)-are chemical formulas (19), (20), and (21), and are represented by chemical formulas-(3)-(18)-. An example of the monomer unit is Chemical Formula (22), an example of the monomer unit represented by Chemical Formula-(3)-(17)-is Chemical Formula (23), and Chemical Formula-(1)- An example of a monomer unit represented by (16)-is chemical formula (24), and an example of a monomer unit represented by chemical formula-(7)-(16)-is chemical formula (25).

Figure 2013221074
式中、R、R、R、R、RおよびRは前記定義の通りである。
Figure 2013221074
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are as defined above.

π電子共役系ブロック共重合体を構成する各重合体ブロックは、置換基の構造を含めて同一の単量体からなる単独重合体でもよく、複数種類の単量体単位を有する重合体ブロックであってもよい。複数種類の単量体単位を有する重合体ブロックとしては、例えば、単量体単位−(a−b)−とそれとは異なる単量体単位−(a−b)−からなるランダム共重合体からなる重合体ブロックである。ここで、ランダム共重合体とは、主鎖を構成する環骨格が互いに異なるか、置換基R(Rは前記式中のR〜Rのいずれかの置換基を示す。以下、本明細書中において同じ)が互いに異なる複数種類の単量体単位がランダムに結合した共重合体を指す。 Each polymer block constituting the π-electron conjugated block copolymer may be a homopolymer comprising the same monomer including the structure of the substituent, or a polymer block having a plurality of types of monomer units. There may be. As a polymer block having a plurality of types of monomer units, for example, a random copolymer composed of monomer units-(ab)-and monomer units-(ab)-different from the monomer units-(ab)- This is a polymer block. Here, the random copolymer means that the ring skeletons constituting the main chain are different from each other, or the substituent R n (R n represents any one of R 1 to R 6 in the above formula. The same as in the present specification) refers to a copolymer in which a plurality of different monomer units are randomly bonded.

これらの各重合体ブロックは、単環芳香環からなる2価の基によって連結されていることが好ましい。単環芳香環からなる2価の基とは、縮環していない単環の芳香環化合物または複素芳香環化合物から水素原子2個を除いてなる2価の基を意味する。そのような2価の基としては、例えば、ベンゼン、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、フランなどから水素原子2個を除いてなる基が挙げられる。この2価の基と各重合体ブロックとの結合は、炭素−炭素結合で連結されていることが好ましい。特に、ベンゼンから水素原子2個を除いてなる2価の基(フェニレン基)およびチオフェンから水素原子2個を除いてなる2価の基(チエニレン基)が、重合体ブロックを連結するのに好適である。   Each of these polymer blocks is preferably connected by a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring. The divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring means a divalent group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocyclic aromatic ring compound or heteroaromatic ring compound which is not condensed. Examples of such a divalent group include a group formed by removing two hydrogen atoms from benzene, thiophene, pyrrole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, imidazole, furan and the like. The bond between the divalent group and each polymer block is preferably connected by a carbon-carbon bond. In particular, a divalent group obtained by removing two hydrogen atoms from benzene (phenylene group) and a divalent group obtained by removing two hydrogen atoms from thiophene (thienylene group) are suitable for linking polymer blocks. It is.

前記の2価の基は置換基を有していてもよい。2価の基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、チオール基、シリル基、エステル基などが挙げられる。なかでも、アルキル基、アルコキシ基がπ電子共役系ブロック共重合体の溶解性を高める観点から好ましい。これらの置換基の具体例としては、前記のR〜Rで例示したものと同じのものが挙げられる。 The divalent group may have a substituent. Examples of the substituent that the divalent group may have include an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a silyl group, and an ester group. Of these, an alkyl group and an alkoxy group are preferable from the viewpoint of increasing the solubility of the π-electron conjugated block copolymer. Specific examples of these substituents include the same ones as exemplified for the aforementioned R 1 to R 6 .

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体の連結構造としては、ジブロック構造、トリブロック構造、テトラブロック構造、ペンタブロック構造およびそれ以上のマルチブロック構造のいずれをもとりうる。例えば、重合体ブロックAと、それとは異なる重合体ブロックBを有し、それらを2価の基Lが連結する場合、その連結構造としては、A−L−B型ジブロック共重合体、A−L−B―L―A型またはB−L−A−L−B型トリブロック共重合体、A−L−B−L−A−L−B型またはB−L−A−L−B−L−A型テトラブロック共重合体、A−L−B―L−A−L−B−L−A型またはB−L−A−L−B−L−A−L−B型ペンタブロック共重合体などが挙げられる。ここで、A、Bはそれぞれ重合体ブロックを表し、Lは2価の基を表す。また、重合体ブロックAおよび重合体ブロックB以外の他の重合体ブロックがさらに2価の基Lによって連結した、多種類のブロックを有するマルチブロック共重合体であってもよい。ただし、重合体ブロックの数が多くなりすぎると、バルクヘテロジャンクション構造において電子受容性材料との相分離構造が十分に形成されず、変換効率が低下する可能性がある。変換効率の観点からは、A−L−B型ジブロック共重合体が好ましい。   As a connection structure of the π-electron conjugated block copolymer of the present invention, any of a diblock structure, a triblock structure, a tetrablock structure, a pentablock structure, and a multiblock structure having higher structure can be taken. For example, when a polymer block A and a polymer block B different from the polymer block A are connected to a divalent group L, the connection structure includes an ALB type diblock copolymer, A -L-B-L-A type or B-L-A-L-B type triblock copolymer, A-L-B-L-A-L-B type or B-L-A-L-B -LA type tetrablock copolymer, A-LB-L-A-L-B-L-A type or B-L-A-L-B-L-A-L-B type pentablock A copolymer etc. are mentioned. Here, A and B each represent a polymer block, and L represents a divalent group. Further, it may be a multi-block copolymer having many types of blocks in which polymer blocks other than the polymer block A and the polymer block B are further connected by a divalent group L. However, if the number of polymer blocks is too large, the phase separation structure with the electron-accepting material is not sufficiently formed in the bulk heterojunction structure, which may reduce the conversion efficiency. From the viewpoint of conversion efficiency, an ALB type diblock copolymer is preferable.

各重合体ブロックと単環芳香環からなる2価の基とが結合する連結位置は特に限定されない。2価の基が芳香環上にヘテロ原子を有する場合には、各重合体ブロックとの連結しやすさの観点から、2価の基の芳香環上の炭素原子と重合体ブロックとが結合していることが好ましい。2価の基の結合位置まで含めた具体的な例示としては、2,5−チエニレン基、2,4−チエニレン基、2,3−チエニレン基;1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基;ピリジン−2,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,4−ジイル基、ピリジン−2,3−ジイル基;ピロール−2,5−ジイル基、ピロール2,4−ジイル基、ピロール−2,3−ジイル基;ピラジン−2,6−ジイル基、ピラジン−2,5−ジイル基;ピリミジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,4−ジイル基などが挙げられる。   The connection position at which each polymer block and a divalent group comprising a monocyclic aromatic ring are not particularly limited. When the divalent group has a hetero atom on the aromatic ring, the carbon atom on the aromatic ring of the divalent group is bonded to the polymer block from the viewpoint of easy connection with each polymer block. It is preferable. Specific examples including the bonding position of the divalent group include 2,5-thienylene group, 2,4-thienylene group, 2,3-thienylene group; 1,4-phenylene group, 1,3-phenylene. Group, 1,2-phenylene group; pyridine-2,6-diyl group, pyridine-2,5-diyl group, pyridine-2,4-diyl group, pyridine-2,3-diyl group; pyrrole-2,5 -Diyl group, pyrrole 2,4-diyl group, pyrrole-2,3-diyl group; pyrazine-2,6-diyl group, pyrazine-2,5-diyl group; pyrimidine-2,5-diyl group, pyrimidine- 2,4-diyl group and the like can be mentioned.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を構成する各重合体ブロックの構成比としては、特に限定されるものではないが、一方の重合体ブロックの割合が多くなりすぎると光電変換効率が十分に高められないことがある。好ましくは、重合体ブロックAおよび重合体ブロックBを有するジブロック共重合体の場合において、重量比でA:B=90:10〜10:90である。   The composition ratio of each polymer block constituting the π-electron conjugated block copolymer of the present invention is not particularly limited, but if the ratio of one polymer block is too large, the photoelectric conversion efficiency is sufficient. May not be able to be increased. Preferably, in the case of the diblock copolymer having the polymer block A and the polymer block B, the weight ratio is A: B = 90: 10 to 10:90.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、単環芳香環からなる2価の基が存在することにより各重合体ブロックが連結しやすいという利点を持ち、π電子共役系ブロック共重合体の分子量を大きくすることが可能である。一般に、π電子共役系ブロック共重合体は加工性、結晶性、溶解性、光電変換特性などの観点から、数平均分子量が大きい方が好ましい。π電子共役系ブロック共重合体の数平均分子量は、5,000〜300,000g/モルが好ましく、10,000〜250,000g/モルの範囲がより好ましい。数平均分子量が小さすぎると結晶性、膜の安定性、光電変換特性などが低下する。ここで、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと称することがある)によるポリスチレン換算の分子量を意味する。本発明のπ電子共役系ブロック共重合体の数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミド(DMF)などの溶媒を用いた通常のGPCにより数平均分子量を求めることができる。しかし、π電子共役系ブロック共重合体は室温付近の溶解性が低いものもあり、このような場合はジクロロベンゼンやトリクロロベンゼンなどを溶媒とする高温GPCクロマトグラフィーにより数平均分子量を求めてもよい。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention has the advantage that each polymer block is easily connected due to the presence of a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring. It is possible to increase the molecular weight. In general, the π-electron conjugated block copolymer preferably has a larger number average molecular weight from the viewpoints of processability, crystallinity, solubility, photoelectric conversion characteristics, and the like. The number average molecular weight of the π-electron conjugated block copolymer is preferably from 5,000 to 300,000 g / mol, and more preferably from 10,000 to 250,000 g / mol. If the number average molecular weight is too small, crystallinity, film stability, photoelectric conversion characteristics and the like are deteriorated. Here, the number average molecular weight means a molecular weight in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (hereinafter sometimes referred to as GPC). The number average molecular weight of the π-electron conjugated block copolymer of the present invention can be determined by ordinary GPC using a solvent such as tetrahydrofuran (THF), chloroform, dimethylformamide (DMF) and the like. However, some π-electron conjugated block copolymers have low solubility near room temperature. In such cases, the number average molecular weight may be determined by high-temperature GPC chromatography using dichlorobenzene, trichlorobenzene, or the like as a solvent. .

π電子共役系ブロック共重合体は、本発明の効果を損ねない限り、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む少なくとも2つの重合体ブロック以外に、該単量体単位と共重合可能な他の単量体成分を含んでいてもよい。そのような他の単量体成分としては、例えば、前記式(2)〜(8)で表される−a−単独成分、前記式(9)〜(19)で表される−b−単独成分、またはそれ以外の単環もしくは縮環(ヘテロ)アリーレン基を含む成分などが挙げられる。本発明のπ電子共役系ブロック共重合体が他の単量体成分を含む場合、これらは単環芳香環からなる2価の基によって連結されていてもよいし、単環芳香環からなる2価の基によらずに各重合体ブロックに結合していてもよい。   The π-electron conjugated block copolymer is a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as part of its chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, and a dibenzogermol skeleton unless the effects of the present invention are impaired. In addition to at least two polymer blocks containing a monomer unit having a skeleton selected from a bithiophene skeleton having a substituent, other monomer components copolymerizable with the monomer unit may be included. Good. Examples of such other monomer components include -a-single component represented by the above formulas (2) to (8) and -b-single represented by the above formulas (9) to (19). Components, or other components containing a monocyclic or condensed (hetero) arylene group. When the π-electron conjugated block copolymer of the present invention contains other monomer components, these may be linked by a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring, or 2 consisting of a monocyclic aromatic ring. You may couple | bond with each polymer block irrespective of a valence group.

π電子共役系ブロック共重合体は、任意の重合体ブロックCとして、非π電子共役系重合体からなる重合体ブロックを含んでいてもよい。当該ブロックを構成する単量体としては、例えば芳香族ビニル系化合物(スチレン、クロロメチルスチレン、ビニルピリジン、ビニルナフタレンなど)、(メタ)アクリル酸エステル((メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルなど)、ビニルエステル(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニルなど)、アルファヒドロキシ酸(乳酸、グリコール酸など)などが挙げられる。   The π electron conjugated block copolymer may include a polymer block made of a non-π electron conjugated polymer as the arbitrary polymer block C. Examples of monomers constituting the block include aromatic vinyl compounds (styrene, chloromethyl styrene, vinyl pyridine, vinyl naphthalene, etc.), (meth) acrylic acid esters (methyl (meth) acrylate, (meth) acrylic). Acid ester, hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.), vinyl esters (vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl pivalate, etc.), and alpha hydroxy acids (lactic acid, glycolic acid, etc.).

π電子共役系ブロック共重合体に占める重合体ブロックCの割合は、重合体ブロックCが非π電子共役重合体であって光電変換に寄与しないことを考慮すると、30質量%以下であるのがより好ましく、20質量%以下であることがより一層好ましい。   In consideration of the fact that the polymer block C is a non-π electron conjugated polymer and does not contribute to photoelectric conversion, the proportion of the polymer block C in the π electron conjugated block copolymer is 30% by mass or less. More preferably, it is still more preferably 20% by mass or less.

次に、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法の例として、各反応工程および製造方法を説明する。   Next, each reaction process and a manufacturing method are demonstrated as an example of the manufacturing method of the (pi) electron conjugated block copolymer of this invention.

π電子共役系ブロック共重合体を製造する第一の方法としては、構成する各重合体ブロック(例えば、第一重合体ブロックおよび第二重合体ブロック)を別々に合成しておき、それらを連結する方法(以下、「連結法」と称することがある)がある。第二の方法としては、構成する各重合体ブロックのうち一つの重合体ブロック(第一重合体ブロック)の存在下に、別の重合体ブロック(第二重合体ブロック)となる単量体を重合させながら連結させる方法(以下、「マクロイニシエーター法」と称することがある)がある。連結法およびマクロイニシエーター法は合成するπ電子共役系ブロック共重合体によって最適な方法が使用できる。   The first method for producing a π-electron conjugated block copolymer is to synthesize each polymer block (for example, the first polymer block and the second polymer block) separately and link them together. There is a method (hereinafter sometimes referred to as “consolidation method”). As the second method, in the presence of one polymer block (first polymer block) among the constituent polymer blocks, a monomer that becomes another polymer block (second polymer block) is added. There is a method of linking while polymerizing (hereinafter sometimes referred to as “macroinitiator method”). As the linking method and the macroinitiator method, an optimum method can be used depending on the π-electron conjugated block copolymer to be synthesized.

以下、単環芳香環からなる2価の基Lで連結されている重合体ブロックAおよび重合体ブロックBを有するπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法について具体的に説明する。   Hereinafter, a method for producing a π-electron conjugated block copolymer having a polymer block A and a polymer block B connected by a divalent group L composed of a monocyclic aromatic ring will be described in detail.

連結法によりπ電子共役系ブロック共重合体を製造する場合、下記反応式(I)に示すように、重合体ブロックAを有する化合物A−Mと重合体ブロックBを有する化合物B−Xとを触媒存在下でカップリング反応を行うことにより製造することができる。 When producing the π-electron conjugated block copolymer by coupling method, as shown in the following reaction formula (I), the compound B-X with a compound A-M p and the polymer block B having a polymer block A Can be produced by carrying out a coupling reaction in the presence of a catalyst.

Figure 2013221074
式(I)中、AおよびBは重合体ブロック、Xはハロゲン原子、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただしRaは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)、Lは単環芳香環からなる2価の基を表す。XおよびMはカップリング反応に関与する末端官能基である。
Figure 2013221074
In formula (I), A and B are polymer blocks, X is a halogen atom, M p is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 (where Ra is 1 to 4 linear alkyl group), L represents a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring. X and M p are terminal functional groups involved in the coupling reaction.

重合体ブロックAおよび重合体ブロックBは、末端置換基が入れ替わっていてもよく、下記反応式(II)に示したように、重合体ブロックBを有する化合物B−Mと重合体ブロックAを有する化合物A−Xとを触媒存在下でカップリング反応を行うことにより製造することもできる。 Polymer block A and polymer block B may be the interchanged terminal substituents, as illustrated in the following reaction formula (II), the compound B-M p and the polymer block A having a polymer block B It can also manufacture by performing a coupling reaction with the compound AX which has it in the presence of a catalyst.

Figure 2013221074
式(II)中、A、B、X、M、Lは前記と同義である。
Figure 2013221074
In the formula (II), A, B, X, M p and L are as defined above.

前記の重合体ブロックAおよび重合体ブロックBが有するXおよびMは、触媒、塩基、水などによって欠落または変性する恐れがある。したがって、安定な官能基Mを有する下記化学式(i)
−L−M ・・・(i)
で表される化合物(以下、リンカー化合物と称することがある)を末端に結合させることで、末端官能基の欠落などを防ぐことができる。Lは前記で規定する単環芳香環からなる2価の基であり、Mは互いに独立して、ハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただしRaは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)である。Mとしては、カップリング反応における安定性の観点から、ハロゲン原子、ボロン酸またはボロン酸エステルであるのが好ましく、特にハロゲン原子が好ましい。
X and M q possessed by the polymer block A and the polymer block B may be lost or modified by a catalyst, a base, water or the like. Therefore, the following chemical formula (i) having a stable functional group Mr
M r −L−M r (i)
The terminal functional group can be prevented from being lost by bonding a compound represented by the formula (hereinafter sometimes referred to as a linker compound) to the terminal. L is a divalent group consisting of a single aromatic ring as defined in the, M r independently of one another, a halogen atom, boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 Where Ra is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The M r, from the viewpoint of stability in the coupling reaction, a halogen atom, preferably a boronic acid or boronic acid ester, in particular a halogen atom.

前記反応式(I)および(II)において、リンカー化合物を作用させた場合、式中のMまたはXのうち少なくとも一方はMを意味する。つまり、重合体ブロックAおよび重合体ブロックBの少なくとも一方の重合体ブロックにリンカー化合物を反応させ末端官能基としてMを導入して中間体とし、末端官能基としてM、XまたはMを有する他方の重合体ブロックとカップリング反応させ連結させることにより、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を製造することができる。重合体ブロックAおよび重合体ブロックBの両方にリンカー化合物が結合し、それに由来するMによって両重合体ブロックを連結させることも可能である。 In Reaction Scheme (I) and (II), when allowed to act linker compound, at least one of M p or wherein X means M r. That is, the intermediate to introduce M r as terminal functional groups by reacting a linker compound on at least one polymer block of the polymer block A and polymer block B, M p as terminal functional groups, X or M r The π-electron conjugated block copolymer of the present invention can be produced by coupling and coupling with the other polymer block. It is also possible that a linker compound is bonded to both the polymer block A and the polymer block B, and both polymer blocks are linked by Mr derived therefrom.

次にマクロイニシエーター法について説明する。マクロイニシエーター法は、重合体ブロックAを有する化合物A−XまたはA−Mを重合体ブロックBの重合初期、または重合中期に共存させて重合体ブロックBの重合を行う手法である。なお、重合体ブロックBを有する化合物B−XまたはB−Mを重合体ブロックAの重合初期、または重合中期に共存させて重合体ブロックAの重合を行ってもよく、目的とするπ電子共役系ブロック共重合体により最適な順番が選択できる。 Next, the macro initiator method will be described. Macroinitiator method, the polymerization initial compound A-X or A-M p having a polymer block A polymer block B, or polymerization medium term to coexist is a technique to carry out the polymerization of the polymer block B. The polymerization initial compound B-X or B-M p a polymer block A having a polymer block B, or polymerization medium term to coexist may be carried out polymerization of the polymer block A, [pi electrons of interest The optimum order can be selected depending on the conjugated block copolymer.

より詳細に説明するならば、下記反応式(III)に従い重合体ブロックAを有する化合物A−Xおよび触媒の存在下で、重合体ブロックBの単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって重合体ブロックAの末端と重合体ブロックBの単量体または重合体ブロックBとを重合中に結合させることで、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を得ることができる。また、下記反応式(IV)に従い重合体ブロックAを有する化合物A−Mおよび触媒の存在下で、重合体ブロックBの単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって重合体ブロックAの末端と重合体ブロックBの単量体または重合体ブロックBとを重合中に結合させることで、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を得ることができる。ここで、重合体ブロックAを有する化合物A−XおよびA−Mに前記化学式(i)で表されるリンカー化合物を作用させて中間体を合成することにより、前記と同様、重合体ブロックAに末端官能基として安定なMを導入することができ、重合体ブロックBを効率よく連結させることができる。 If described in more detail, in the presence of a compound A-X and catalyst having polymer block A according to the following reaction formula (III), and M q1 -Y-M q1 monomeric polymer block B M q2 -ZM q2 is reacted, and the terminal of the polymer block A and the monomer of the polymer block B or the polymer block B are bonded during the polymerization by a coupling reaction. An electron conjugated block copolymer can be obtained. Further, the presence of a compound A-M p and catalyst having polymer block A according to the following reaction formula (IV), is a monomer of the polymer block B M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z- By reacting M q2 and coupling the terminal of the polymer block A and the monomer of the polymer block B or the polymer block B during the polymerization by a coupling reaction, the π-electron conjugated block copolymer of the present invention is combined. A polymer can be obtained. Here, by combining the intermediate is reacted with the linker compound represented by Formula to the compound A-X and A-M p having a polymer block A (i), similar to the above polymer block A As a terminal functional group, stable Mr can be introduced, and the polymer block B can be efficiently linked.

同様に、反応式(III)に従い重合体ブロックBを有する化合物B−Xおよび触媒の存在下で、重合体ブロックAの単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって重合体ブロックBの末端と重合体ブロックAの単量体または重合体ブロックAとを重合中に結合させることで、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を得ることができる。また、反応式(IV)に従い重合体ブロックBを有する化合物B−Mおよび触媒の存在下で、重合体ブロックAの単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって重合体ブロックBの末端と重合体ブロックAの単量体または重合体ブロックAとを重合中に結合させることで、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を得ることができる。ここで、重合体ブロックBを有する化合物B−XおよびB−Mに前記化学式(i)で表されるリンカー化合物を作用させて中間体を合成することにより、前記と同様、重合体ブロックBに末端官能基として安定なMを導入することができ、重合体ブロックAを効率よく連結させることができる。 Similarly, M q1 -YM q1 and M q2 -ZM which are monomers of the polymer block A in the presence of the compound BX having the polymer block B and a catalyst according to the reaction formula (III) By reacting q2 and coupling the terminal of the polymer block B and the monomer of the polymer block A or the polymer block A during the polymerization by a coupling reaction, Coalescence can be obtained. Further, the presence of a compound B-M p and catalyst having polymer block B in accordance with the reaction formula (IV), is a monomer of the polymer block A M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M By reacting q2 and coupling the terminal of the polymer block B and the monomer of the polymer block A or the polymer block A during the polymerization by a coupling reaction, Coalescence can be obtained. Here, by combining the intermediate is reacted with a compound B-X and the linker compound represented by the chemical formula B-M p (i) having a polymer block B, similarly to the above, the polymer block B As a terminal functional group, stable Mr can be introduced, and the polymer block A can be efficiently linked.

Figure 2013221074
Figure 2013221074

式(III)および式(IV)中、A、B、X、MおよびLは前記と同義であり、リンカー化合物を作用させた場合は、XおよびMはMを意味する。Mq1、Mq2は同一でなくそれぞれ独立してハロゲン原子、またはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX若しくは−SnRa(ただしRaは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xは前記同様)である。つまりMq1がハロゲン原子の場合、Mq2はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRaであり、逆にMq2がハロゲン原子の場合、Mq1はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRaとなる。YおよびZは本発明のπ電子共役系ブロック共重合体の単量体単位の少なくとも一部を構成する前記骨格を示し、例えば、前記化学式(1)〜(18)で表されるいずれかの基を有するヘテロアリール骨格である。前記反応式の生成物であるA−L−Bは、YおよびZの共重合体を含むブロック共重合体である。 In formulas (III) and (IV), A, B, X, M p and L are as defined above, when allowed to act linker compound, X and M p denotes an M r. M q1 and M q2 are not the same and are each independently a halogen atom, or boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 or —SnRa 3 (where Ra is a linear alkyl having 1 to 4 carbon atoms) Group X is the same as defined above. That is, when M q1 is a halogen atom, M q2 is boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 or —SnRa 3 , and conversely, when M q2 is a halogen atom, M q1 is boronic acid. , Boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 or —SnRa 3 . Y and Z represent the skeleton constituting at least a part of the monomer unit of the π-electron conjugated block copolymer of the present invention, for example, any one of the chemical formulas (1) to (18) It is a heteroaryl skeleton having a group. A-LB, which is a product of the reaction formula, is a block copolymer including a copolymer of Y and Z.

前記の重合体ブロックAを有する化合物A−XまたはA−M、重合体ブロックBを有する化合物B−XまたはB−Mは、下記反応式(V)および(VI)に従い、触媒の存在下で単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって製造することができる。 The compound AX or A-M p having the polymer block A and the compound BX or B-M p having the polymer block B are present according to the following reaction formulas (V) and (VI). can be a M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M q2 is monomeric under reacted, prepared by the coupling reaction.

Figure 2013221074
Figure 2013221074

このように製造した場合、化合物A−X、A−M、B−XおよびB−Mが有するXまたはMは重合体ブロックAまたは重合体ブロックBの末端官能基となり、通常は単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2に由来する官能基となる。 When produced in this manner, X or M p possessed by the compounds AX, A-M p , B-X, and B-M p is the terminal functional group of the polymer block A or the polymer block B, and is usually a single functional group. a functional group derived from the M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M q2 is dimer.

前記反応式(V)および(VI)に従い化合物A−XまたはA−M、化合物B−XまたはB−Mを製造する場合、単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とのどちらか一方を等モル比よりも多く仕込むことによって重合体ブロックの末端をMq1またはMq2のどちらか片方に制御し、リンカー化合物由来のMを導入することも可能である。但し、Mq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とのどちらか一方を過剰に入れすぎると重合が進行しなくなるため、Mq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とのモル比を0.5〜1.5、より好ましくは0.7〜1.3の範囲にすることが好ましい。 In the case of producing compound AX or A-M p , compound BX or B-M p according to the above reaction formulas (V) and (VI), monomers M q1 -YM q1 and M q2 the terminal of the polymer block is controlled to either one of M q1 or M q2 by charged more than an equimolar ratio either one of the -Z-M q2, also be introduced M r from linker compound Is possible. However, if either one of M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M q2 is added excessively, the polymerization will not proceed, so M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M q2 The molar ratio is preferably 0.5 to 1.5, more preferably 0.7 to 1.3.

前記の製造方法に用いられる前記化学式(i)で表されるリンカー化合物について説明する。Lは前記で規定する単環芳香環からなる2価の基であり、前記で例示したものと同じものが挙げられる。反応性と入手容易性との観点より、Lは置換基を有してもよいチエニレン基またはフェニレン基であることが好ましい。Mはハロゲン原子、ボロン酸またはボロン酸エステルが好ましい。リンカー化合物の具体的な例としては、2,5−ジブロモチオフェン、2,5−チオフェンジボロン酸、2,5−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)チオフェン、1,4−ジブロモベンゼン、1,4−−ベンゼンジボロン酸、1,4−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゼンなどが挙げられる。 The linker compound represented by the chemical formula (i) used in the production method will be described. L is a divalent group consisting of the monocyclic aromatic ring defined above, and examples thereof include the same ones as exemplified above. From the viewpoint of reactivity and availability, L is preferably a thienylene group or a phenylene group which may have a substituent. Mr is preferably a halogen atom, a boronic acid or a boronic ester. Specific examples of the linker compound include 2,5-dibromothiophene, 2,5-thiophenediboronic acid, 2,5-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolane. -1-yl) thiophene, 1,4-dibromobenzene, 1,4-benzenediboronic acid, 1,4-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolane-1 -Yl) benzene and the like.

リンカー化合物M−L−Mは、単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2との重合初期、中期または後期に投入することで、重合体ブロックの末端にリンカー化合物由来のMを導入することができる。リンカー化合物は特に重合後期に投入することが好ましい。ここで、重合体ブロックの重合後に末端封止剤などを反応させ、次いで官能基化することにより、リンカー化合物を使用せずに末端官能基としてMを導入する方法が考えられるが、この方法では、重合体ブロックの末端に完全にMを導入することは困難であること、また目的の箇所以外も官能基化される可能性があることから好ましくない。 The linker compound M r -L-M r is introduced into the monomer block M q1 -Y-M q1 and M q2 -ZM q2 in the early stage, middle stage or late stage of the polymer block. It is possible to introduce Mr derived from a linker compound. The linker compound is preferably introduced at the late stage of polymerization. Here, a method of introducing Mr as a terminal functional group without using a linker compound by reacting a terminal blocker or the like after polymerization of the polymer block and then functionalizing the polymer block can be considered. Then, it is difficult to completely introduce Mr at the end of the polymer block, and there is a possibility that functional groups other than the target portion may be functionalized.

前記化学式(i)で表されるリンカー化合物の使用量は、連結法、マクロイニシーター法共に重合体ブロックを構成する単量体単位1モルに対し、1モル以上であることが好ましく、より好ましくは5モル以上、特に好ましくは10モル以上である。生成する重合体ブロックの末端官能基量に対して大過剰量となるようにリンカー化合物を加えることにより、重合体ブロックの末端官能基としてリンカー化合物由来のMを優先的に導入することができる。上限は特に限定されないが、経済的な観点から重合体ブロックを構成する単量体単位1モルに対し、リンカー化合物100モル以下であることが好ましく、30モル以下であることがより好ましい。 The amount of the linker compound represented by the chemical formula (i) used is preferably 1 mol or more, more preferably 1 mol per monomer unit constituting the polymer block in both the linking method and the macroinitiator method. Is 5 mol or more, particularly preferably 10 mol or more. By adding linker compound in a very excessive amount relative to the terminal functional groups of the resulting polymer block, the M r of from linker compound can be introduced preferentially as terminal functional groups of the polymer block . Although an upper limit is not specifically limited, It is preferable that it is 100 mol or less of linker compounds with respect to 1 mol of monomer units which comprise a polymer block from an economical viewpoint, and it is more preferable that it is 30 mol or less.

前記の各反応で使用される触媒としては、例えば、Ni,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Feなどの金属を有する遷移金属錯体が挙げられる。中でも、Ni錯体やPd錯体がより好ましい。また、使用する錯体の配位子としては、トリフェニルホスフィンなどの単座ホスフィン配位子;1,3−ジフェニルホスフィノプロパン(dppp)などの二座ホスフィン配位子;テトラメチルエチレンジアミン、ビピリジン、アセトニトリルなどの含窒素系配位子などが含有されていることが好ましい。   Examples of the catalyst used in each reaction include transition metal complexes having metals such as Ni, Pd, Ti, Zr, V, Cr, Co, and Fe. Of these, Ni complexes and Pd complexes are more preferable. Moreover, as a ligand of the complex to be used, a monodentate phosphine ligand such as triphenylphosphine; a bidentate phosphine ligand such as 1,3-diphenylphosphinopropane (dppp); tetramethylethylenediamine, bipyridine, acetonitrile It is preferable that nitrogen-containing ligands such as are contained.

なお、触媒の使用量は製造するπ電子共役系ブロック共重合体の種類によって異なるが、単量体1モルに対して0.001〜0.1モルが好ましい。触媒が多すぎると得られる重合体の分子量低下の原因となり、また経済的にも不利である。一方、少なすぎると、反応速度が遅くなり、安定した生産が困難になる。   In addition, although the usage-amount of a catalyst changes with kinds of (pi) electron conjugated system block copolymer to manufacture, 0.001-0.1 mol is preferable with respect to 1 mol of monomers. Too much catalyst causes a decrease in the molecular weight of the resulting polymer, and is also economically disadvantageous. On the other hand, if the amount is too small, the reaction rate becomes slow and stable production becomes difficult.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、溶媒の存在下で製造することが好ましい。製造に用いることができる溶媒は、製造するπ電子共役系ブロック共重合体の種類によって使い分ける必要があるが、一般的に市販されている溶媒を選択することができる。例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジフェニルエーテルなどのエーテル系溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族または脂環式飽和炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化アルキル系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン化アリール系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒、水ならびにこれらの混合物などが挙げられる。かかる有機溶媒の使用量としては製造するπ電子共役系ブロック共重合体の単量体に対して1〜1000重量倍の範囲であることが好ましく、得られる連結体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10重量倍以上であることが好ましく、反応速度の観点からは100重量倍以下であることが好ましい。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention is preferably produced in the presence of a solvent. The solvent that can be used for the production needs to be selected depending on the type of the π-electron conjugated block copolymer to be produced, but a commercially available solvent can be generally selected. For example, ether systems such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, butyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl methyl ether, diphenyl ether Solvent, aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvent such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, xylene, alkyl halide solvent such as dichloromethane, chloroform, chlorobenzene, Aromatic aryl halide solvents such as dichlorobenzene, amide solvents such as dimethylformamide, diethylformamide, N-methylpyrrolidone, water, and these And mixtures thereof. The amount of the organic solvent used is preferably in the range of 1 to 1000 times the weight of the monomer of the π-electron conjugated block copolymer to be produced, and the solubility of the resulting linked body and the stirring efficiency of the reaction solution From the viewpoint of the above, it is preferably 10 times by weight or more, and from the viewpoint of the reaction rate, it is preferably 100 times by weight or less.

本発明において、重合温度は、製造するπ電子共役系ブロック共重合体の種類によって異なるが、通常−80℃〜200℃の範囲で実施される。本発明において、反応系の圧力は特に限定されないが、0.1〜10気圧が好ましい。通常1気圧前後で反応を行なう。また、反応時間は、製造するπ電子共役系ブロック共重合体によって異なるが、通常、20分〜100時間である。   In this invention, although superposition | polymerization temperature changes with kinds of (pi) electron conjugated system block copolymer to manufacture, it is normally implemented in the range of -80 degreeC-200 degreeC. In the present invention, the pressure of the reaction system is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 atm. The reaction is usually carried out at around 1 atm. The reaction time varies depending on the π-electron conjugated block copolymer to be produced, but is usually 20 minutes to 100 hours.

得られるπ電子共役系ブロック共重合体は、例えば、再沈殿、加熱下での溶媒除去、減圧下での溶媒除去、水蒸気による溶媒の除去(スチームストリッピング)などのような、π電子共役系ブロック共重合体を溶液から単離する際の通常の操作によって、反応混合液から分離、取得することができる。また得られた粗生成物はソックスレー抽出器を用いて一般的に市販されている溶媒を用いて洗浄または抽出することで精製することができる。   The resulting π-electron conjugated block copolymer is a π-electron conjugated system such as reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, solvent removal with steam (steam stripping), etc. The block copolymer can be separated and obtained from the reaction mixture by a normal operation for isolating the block copolymer from the solution. The obtained crude product can be purified by washing or extracting with a commercially available solvent using a Soxhlet extractor.

得られるπ電子共役系ブロック共重合体は、例えば、再沈殿、加熱下での溶媒除去、減圧下での溶媒除去、水蒸気による溶媒の除去(スチームストリッピング)などの、π電子共役系ブロック共重合体を溶液から単離する際の通常の操作によって、副生成物と分離、取得することができる。   The resulting π-electron conjugated block copolymer is a π-electron conjugated block copolymer such as reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, or solvent removal with steam (steam stripping). By separating the polymer from the solution, it can be separated from the by-product and obtained by a normal operation.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、末端基として、ハロゲン原子、トリアルキルスズ基、ボロン酸基、ボロン酸エステル基などのカップリング残基、またはそれらの原子もしくは基が脱離した水素原子を有していてもよく、さらにこれらの末端基が臭化ベンゼンなどの芳香族ハロゲン化物や、芳香族ボロン酸化合物などからなる末端封止剤で置換された末端構造であってもよい。   In the π-electron conjugated block copolymer of the present invention, as a terminal group, a coupling residue such as a halogen atom, a trialkyltin group, a boronic acid group, or a boronic ester group, or those atoms or groups are eliminated. The terminal structure may have a hydrogen atom, and these terminal groups may be substituted with an end capping agent made of an aromatic halide such as benzene bromide or an aromatic boronic acid compound. .

なお本発明の効果を損なわない限り、前記の方法により製造されたπ電子共役系ブロック共重合体に重合体ブロックAや重合体ブロックBなどの単独重合体やランダム重合体などが残留していてもよい。   As long as the effects of the present invention are not impaired, homopolymers such as polymer block A and polymer block B, random polymers, etc. remain in the π-electron conjugated block copolymer produced by the above method. Also good.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、電子受容性材料と混合することで、光電変換素子の光電変換活性層として有用である有機薄膜を形成する組成物となる。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention is a composition that forms an organic thin film useful as a photoelectric conversion active layer of a photoelectric conversion element by mixing with an electron accepting material.

本発明の組成物に含有される電子受容性材料は、n型半導体特性を示す有機材料であれば特に限定されない。電子受容性材料としては、例えば、C60またはC70などのフラーレン誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、N,N'−ジオクチル−ナフチルテトラカルボキシジイミド(NTCDI−CH)、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。これらはそれぞれ単体で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらのなかでも、安定且つキャリア移動度に優れるn型半導体という観点からフラーレン誘導体が好ましく用いられる。 The electron-accepting material contained in the composition of the present invention is not particularly limited as long as it is an organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics. Examples of the electron accepting material, for example, fullerene derivatives such as C 60 or C 70, naphthalene tetracarboxylic dianhydride (NTCDA), perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), N, N'-dioctyl - Nafuchirutetora Carboxydiimide (NTCDI-C 8 H), oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, carbon nanotubes (CNT), poly-p-phenylene vinylene-based polymer derivatives (CN-PPV), etc. . These may be used alone or in combination of two or more. Among these, fullerene derivatives are preferably used from the viewpoint of an n-type semiconductor that is stable and excellent in carrier mobility.

電子受容性材料として好適に用いられるフラーレン誘導体としては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94を始めとする無置換のものと、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C61−PCBM)、[5,6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドn−ブチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドi−ブチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドヘキシルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドドデシルエステル、[6,6]−ジフェニルC62ビス(ブチリックアシッドメチルエステル)([6,6]−C62−bis−PCBM)、[6,6]−フェニルC71ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C71−PCBM)をはじめとする置換誘導体などが挙げられる。これらのフラーレン誘導体を単独または混合物として用いることができるが、有機溶媒に対する溶解性の観点から、[6,6]−C61−PCBM、[6,6]−C62−bis−PCBM)、[6,6]−C71−PCBMが好適に用いられる。 Examples of the fullerene derivative suitably used as the electron-accepting material include, for example, unsubstituted ones such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , and [ 6,6] - phenyl C 61 butyric acid methyl ester ([6,6] -C 61 -PCBM) , [5,6] - phenyl C 61 butyric acid methyl ester, [6,6] - phenyl C 61 Butyric acid n-butyl ester, [6,6] -phenyl C 61 butyric acid i-butyl ester, [6,6] -phenyl C 61 butyric acid hexyl ester, [6,6] -phenyl C 61 buty Rick acid dodecyl ester, [6,6] -diphenyl C 62 bis (butyric acid methyl ester) ([6,6] -C 6 2 -bis-PCBM), [6,6 ] - and substituted derivatives including phenyl C 71 butyric acid methyl ester ([6,6] -C 71 -PCBM) and the like. These fullerene derivatives can be used alone or as a mixture. From the viewpoint of solubility in organic solvents, [6,6] -C 61 -PCBM, [6,6] -C 62 -bis-PCBM), [ 6,6] -C 71 -PCBM is preferably used.

本発明の組成物中の電子受容性材料の割合は、π電子共役系ブロック共重合体100重量部に対して、10〜1000重量部であることが好ましく、50〜500重量部であることがより好ましい。   The ratio of the electron-accepting material in the composition of the present invention is preferably 10 to 1000 parts by weight, and preferably 50 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the π-electron conjugated block copolymer. More preferred.

π電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料の混合方法としては、特に限定されるものではないが、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、攪拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解させ、溶液とする方法が挙げられる。   The mixing method of the π-electron conjugated block copolymer and the electron-accepting material is not particularly limited. However, after adding the solvent in a desired ratio, heating, stirring, ultrasonic irradiation, etc. The method of making it a solution by making it melt | dissolve in a solvent combining seeds or multiple types is mentioned.

溶媒としては特に限定されないが、π電子共役系ブロック共重合体、電子受容性材料のそれぞれについて20℃における溶解度が1mg/mL以上の溶媒を用いることが有機薄膜製膜上の観点より好ましい。1mg/mL未満の溶解度である場合には、均質な有機薄膜を作製することが困難であり、本発明の組成物を得ることができない。さらに、有機薄膜の膜厚を任意に制御する観点からは、π電子共役系ブロック共重合体、電子受容性材料のそれぞれについて、20℃における溶解度が3mg/mL以上の溶媒を用いることがより好ましい。また、これら溶媒の沸点は、室温から200℃の範囲にあるものが製膜性および後述する製造プロセスの観点より好ましい。   Although it does not specifically limit as a solvent, It is preferable from a viewpoint on organic thin film forming to use the solvent whose solubility in 20 degreeC is 1 mg / mL or more about each of (pi) electron conjugated block copolymer and an electron-accepting material. When the solubility is less than 1 mg / mL, it is difficult to produce a homogeneous organic thin film, and the composition of the present invention cannot be obtained. Furthermore, from the viewpoint of arbitrarily controlling the thickness of the organic thin film, it is more preferable to use a solvent having a solubility at 20 ° C. of 3 mg / mL or more for each of the π-electron conjugated block copolymer and the electron-accepting material. . Further, the boiling point of these solvents is preferably in the range of room temperature to 200 ° C. from the viewpoint of film forming properties and the manufacturing process described later.

前記の溶媒としては、テトラヒドロフラン、1,2−ジクロロエタン、シクロヘキサン、クロロホルム、ブロモホルム、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベンゼン、アニソール、メトキシベンゼン、トリクロロベンゼン、ピリジンなどが挙げられる。これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよいが、特にπ電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料の溶解度が高いo−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、クロロホルムおよびこれらの混合物が好ましい。より好ましくはo−ジクロロベンゼン、クロロベンゼンおよびこれらの混合物が用いられる。   Examples of the solvent include tetrahydrofuran, 1,2-dichloroethane, cyclohexane, chloroform, bromoform, benzene, toluene, o-xylene, chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, o-dichlorobenzene, anisole, methoxybenzene, trichlorobenzene, and pyridine. Etc. These solvents may be used singly or in combination of two or more types. Particularly, o-dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene having high solubility of π electron conjugated block copolymer and electron accepting material. , Iodobenzene, chloroform and mixtures thereof are preferred. More preferably, o-dichlorobenzene, chlorobenzene and a mixture thereof are used.

前記の溶液にはπ電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料以外に沸点が溶媒より高い添加物を含んでもよい。添加物を含有させることによって有機薄膜を製膜する過程において、π電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料の微細且つ連続した相分離構造が形成されるため、光電変換効率に優れる光電変換活性層を得ることが可能となる。添加物としては、オクタンジチオール(沸点:270℃)、ジブロモオクタン(沸点:272℃)、ジヨードオクタン(沸点:327℃)などが例示される。   The solution may contain an additive having a boiling point higher than that of the solvent in addition to the π-electron conjugated block copolymer and the electron-accepting material. In the process of forming an organic thin film by adding an additive, a fine and continuous phase separation structure of a π-electron conjugated block copolymer and an electron-accepting material is formed, so that photoelectric conversion is excellent in photoelectric conversion efficiency. An active layer can be obtained. Examples of the additive include octanedithiol (boiling point: 270 ° C.), dibromooctane (boiling point: 272 ° C.), diiodooctane (boiling point: 327 ° C.), and the like.

本発明で用いる添加物の添加量は、π電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料が析出せず、均一な溶液を与えるものであれば特に限定されないが、溶媒に対して体積分率で0.1%〜20%であることが好ましい。添加物の添加量が0.1%よりも少ない場合は微細且つ連続した相分離構造が形成されるに十分な効果を得ることができず、20%よりも多い場合は、溶媒および添加物の乾燥速度が遅くなり、均質な有機薄膜を得ることが困難となる。より好ましくは0.5%〜10%の範囲である。   The addition amount of the additive used in the present invention is not particularly limited as long as the π-electron conjugated block copolymer and the electron-accepting material do not precipitate and give a uniform solution, but the volume fraction with respect to the solvent It is preferably 0.1% to 20%. When the additive amount is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained to form a fine and continuous phase separation structure. When the additive amount is more than 20%, The drying speed becomes slow and it becomes difficult to obtain a homogeneous organic thin film. More preferably, it is in the range of 0.5% to 10%.

本発明の組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲において、界面活性剤やバインダー樹脂、フィラーなどの他の成分を含んでいてもよい。   The composition of the present invention may contain other components such as a surfactant, a binder resin, and a filler as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明の組成物から得られる有機薄膜を用いた光電変換素子は、π電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料を含む組成物が光電変換活性層として機能することで、発電することができる。   The photoelectric conversion element using the organic thin film obtained from the composition of the present invention can generate electric power when the composition containing a π-electron conjugated block copolymer and an electron-accepting material functions as a photoelectric conversion active layer. it can.

光電変換活性層の膜厚は、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜1000nmであり、より好ましくは5nm〜500nmであり、さらに好ましくは20nm〜300nmである。膜厚が薄すぎると光が十分に吸収されず、逆に厚すぎるとキャリアが電極へ到達し難くなる。   The film thickness of the photoelectric conversion active layer is usually 1 nm to 1 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 300 nm. If the film thickness is too thin, the light is not sufficiently absorbed, and conversely if it is too thick, the carriers are difficult to reach the electrode.

π電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料を含有する溶液を基板または支持体へ塗工する場合の方法は特に制限されず、液状の塗工材料を用いる従来から知られている塗工方法のいずれもが採用できる。例えば、浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、インクジェット法、スピンコーティング法などの塗工方法を採用することができ、塗膜厚さ制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択すればよい。   The method for coating a solution containing a π-electron conjugated block copolymer and an electron-accepting material on a substrate or a support is not particularly limited, and a conventionally known coating using a liquid coating material. Any of the methods can be employed. For example, a coating method such as a dip coating method, a spray coating method, an ink jet method, a spin coating method can be adopted, and a coating method depending on the properties of the coating film to be obtained, such as coating thickness control and orientation control. Should be selected.

光電変換活性層は、さらに必要に応じて熱アニールを行ってもよい。熱アニールは、有機薄膜を製膜した基板を所望の温度で保持して行う。熱アニールは減圧下または不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましくは70℃〜200℃である。温度が低いと十分な効果が得られず、温度が高すぎると有機薄膜が酸化および/または分解し、十分な光電変換特性を得ることができない。   The photoelectric conversion active layer may be further subjected to thermal annealing as necessary. Thermal annealing is performed by holding the substrate on which the organic thin film is formed at a desired temperature. Thermal annealing may be performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere, and a preferable temperature is 40 ° C to 300 ° C, more preferably 70 ° C to 200 ° C. If the temperature is low, a sufficient effect cannot be obtained, and if the temperature is too high, the organic thin film is oxidized and / or decomposed, and sufficient photoelectric conversion characteristics cannot be obtained.

本発明の光電変換素子を形成する基板は、電極や光電変換活性層を形成する際に変化しないものであればよい。例えば、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機材料、アルミニウムなどの金属フィルム、またポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂などの有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。不透明な基板を用いる場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明または半透明であることが好ましい。基板の膜厚は特に限定されないが、通常1μm〜10mmの範囲である。   The substrate on which the photoelectric conversion element of the present invention is formed may be any substrate that does not change when an electrode or a photoelectric conversion active layer is formed. For example, inorganic materials such as alkali-free glass and quartz glass, metal films such as aluminum, and any organic material such as polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, epoxy resin and fluorine resin Films and plates produced by the method can be used. In the case of using an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably transparent or translucent. Although the film thickness of a board | substrate is not specifically limited, Usually, it is the range of 1 micrometer-10 mm.

本発明の光電変換素子は、正極または負極のいずれかに光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、光電変換活性層に入射光が到達して起電力が発生する程度であれば、特に限定されるものではない。電極の厚さは光透過性と導電性とを有する範囲であればよく、電極素材によって異なるが20nm〜300nmが好ましい。なお、もう一方の電極は導電性があれば必ずしも光透過性は必要ではなく、厚さも特に限定されない。   In the photoelectric conversion element of the present invention, it is preferable that either the positive electrode or the negative electrode have optical transparency. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the photoelectric conversion active layer and an electromotive force is generated. The thickness of the electrode may be in a range having light transparency and conductivity, and is preferably 20 nm to 300 nm, although it varies depending on the electrode material. The other electrode is not necessarily light-transmitting as long as it has conductivity, and the thickness is not particularly limited.

光電変換素子に含まれる正極としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、スズ、金、白金、銀、銅、クロム、ニッケルなどの金属、透明性を有する電極としてインジウム、スズなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)などが好ましく用いられる。金属をメッシュ状にして透明性を持たせたグリッド電極やポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体などの透明性のある有機導体膜を用いてもよい。正極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法が挙げられる。その他、金属インク、金属ペースト、低融点金属、有機導体インクなどを用いて、塗布法で正極を作製することもできる。   The positive electrode included in the photoelectric conversion element is a metal such as lithium, magnesium, calcium, tin, gold, platinum, silver, copper, chromium, or nickel, and the transparent electrode is a metal oxide such as indium or tin, or a composite metal. Oxides (indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), etc.) are preferably used. Transparent organic conductor films such as derivatives, polythiophene and derivatives thereof may be used, and methods for producing the positive electrode include vacuum deposition, sputtering, ion plating, and plating. , Metal paste, low-melting-point metal, organic conductor ink, etc. are used to fabricate the positive electrode Rukoto can also.

本発明の光電変換素子は、必要に応じて正極と光電変換活性層の間に正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層を形成する材料としては、p型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、ポリチオフェン系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(H2Pc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化バナジウムなどの金属酸化物が好ましく用いられる。正孔輸送層は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは20nmから300nmである。   The photoelectric conversion element of this invention may provide a positive hole transport layer between a positive electrode and a photoelectric conversion active layer as needed. The material for forming the hole transport layer is not particularly limited as long as it has p-type semiconductor characteristics. However, polythiophene polymers, polyaniline polymers, poly-p-phenylene vinylene polymers, polyfluorene polymers are not limited. Conductive polymers such as coalescence, low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as phthalocyanine derivatives (such as H2Pc, CuPc, and ZnPc), porphyrin derivatives, and metal oxides such as molybdenum oxide, zinc oxide, and vanadium oxide are preferable. Used. The thickness of the hole transport layer is preferably 1 nm to 600 nm, more preferably 20 nm to 300 nm.

正極と光電変換活性層の間に正孔輸送層を作製する場合、例えば、溶媒に可溶な導電性高分子の場合には浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、インクジェット法、スピンコーティング法など、液状の塗工材料を用いる従来から知られている塗工方法で塗布することができる。フタロシアニン誘導体やポルフィリン誘導体などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた蒸着法を適用することが好ましい。   When preparing a hole transport layer between the positive electrode and the photoelectric conversion active layer, for example, in the case of a conductive polymer soluble in a solvent, a liquid such as a dip coating method, a spray coating method, an ink jet method, a spin coating method, etc. It can apply | coat by the coating method conventionally known using the coating material of this. When using a low molecular weight organic material such as a phthalocyanine derivative or a porphyrin derivative, it is preferable to apply a vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine.

本発明の光電変換素子は、必要に応じて負極と光電変換活性層の間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層を形成する材料としては、n型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、上述の電子受容性有機材料(NTCDA、PTCDA、NTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、フラーレン誘導体、CNT、CN−PPVなど)などが好ましく用いられる。電子輸送層は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは5nmから100nmである。電子輸送層は、前記の正孔輸送層と同様の方法で作製することができる。   The photoelectric conversion element of this invention may provide an electron carrying layer between a negative electrode and a photoelectric conversion active layer as needed. The material for forming the electron transport layer is not particularly limited as long as it has n-type semiconductor properties, but the above-described electron-accepting organic materials (NTCDA, PTCDA, NTCDI-C8H, oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, Fullerene derivatives, CNT, CN-PPV, etc.) are preferably used. The thickness of the electron transport layer is preferably 1 nm to 600 nm, more preferably 5 nm to 100 nm. The electron transport layer can be produced by the same method as the hole transport layer.

光電変換素子は、負極と光電変換活性層との間にフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化セシウムなどの金属フッ化物、より好ましくはフッ化リチウム、フッ化セシウムを導入することで、取り出し電流を向上させることも可能である。   The photoelectric conversion element is a metal fluoride such as lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, cesium fluoride, more preferably lithium fluoride between the negative electrode and the photoelectric conversion active layer. It is also possible to improve the extraction current by introducing cesium fluoride.

本発明の光電変換素子は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば、太陽電池のような光電池、光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタのような電子素子、光メモリのような光記録材などに有用である。   The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells such as solar cells, optical sensors, optical switches, electronic elements such as phototransistors, optical recording materials such as optical memories, and the like.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を構成する重合体ブロックの合成を重合例1〜5に示し、その重合例で得られた重合体ブロックを用いたブロック共重合体の合成を実施例1〜8に示す。また、本発明の適用外であるブロック共重合体を構成する重合体ブロックの合成を比較重合例1,2に示し、その比較重合例で得られた重合体ブロックを用いたブロック共重合体の合成を比較例1,2に示す。
これらの各工程における物性測定および精製については、以下の如くして行った。
Synthesis of polymer blocks constituting the π-electron conjugated block copolymer of the present invention is shown in Polymerization Examples 1 to 5, and examples of block copolymer synthesis using the polymer blocks obtained in the polymerization examples are shown. Shown in 1-8. Further, synthesis of a polymer block constituting a block copolymer which is not applicable to the present invention is shown in Comparative Polymerization Examples 1 and 2, and a block copolymer using the polymer block obtained in the Comparative Polymerization Example is shown. The synthesis is shown in Comparative Examples 1 and 2.
The physical property measurement and purification in each of these steps were performed as follows.

<重量平均分子量・数平均分子量>
重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、いずれもゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求められたものである。ここでは、GPC装置として、東ソー株式会社製のHLC−8320(品番)を用い、カラムとして、東ソー株式会社製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。また、カラムおよびインジェクターは40℃とし、溶出溶媒として、クロロホルムを用いた。
だだし、実施例5〜8、比較例2、および重合例2〜4の重合体の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、いずれもGPC装置として、Waters製のGPC/V2000を用い、カラムとして、昭和電工株式会社製のShodex AT−G806MSの2本を直列に繋いだものを用いた。また、カラムおよびインジェクターは145℃とし、溶出溶媒として、o−ジクロロベンゼンを用いた。
<Weight average molecular weight / number average molecular weight>
The weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) are both determined in terms of polystyrene based on measurement by gel permeation chromatography (GPC). Here, HLC-8320 (product number) manufactured by Tosoh Co., Ltd. was used as the GPC apparatus, and TSKgel Multipore HZ manufactured by Tosoh Corporation was connected in series as the column. The column and injector were 40 ° C., and chloroform was used as the elution solvent.
However, the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the polymers of Examples 5 to 8, Comparative Example 2, and Polymerization Examples 2 to 4 are all GPC / V2000 manufactured by Waters as a GPC device. As a column, a column in which two Shodex AT-G806MS manufactured by Showa Denko KK were connected in series was used. The column and injector were 145 ° C., and o-dichlorobenzene was used as an elution solvent.

<重合体の精製>
重合体の精製には分取用のGPCカラムを用いて精製を行なった。用いた装置は、日本分析工業株式会社製のRecycling Preparative HPLC LC−908を用いた。なお、カラムの種類は、日本分析工業株式会社製のスチレン系ポリマーカラム 2H−40および2.5H−40を2本直列に接続したものである。また、溶出溶媒はクロロホルムを用いた。
<Purification of polymer>
The polymer was purified using a preparative GPC column. As the apparatus used, Recycling Preparative HPLC LC-908 manufactured by Nippon Analytical Industrial Co., Ltd. was used. In addition, the kind of column connects the two styrene-type polymer columns 2H-40 and 2.5H-40 by Nippon Analysis Industry Co., Ltd. in series. Further, chloroform was used as an elution solvent.

<溶媒(THF)の精製>
溶媒は、和光純薬工業株式会社製の脱水テトラヒドロフラン(THF)(安定剤不含)を、金属ナトリウム存在下蒸留精製を行なった後、和光純薬工業株式会社製のモレキュラーシーブス5Aに一日以上接触させることで、精製を行った。
<Purification of solvent (THF)>
The solvent was dehydrated tetrahydrofuran (THF) (without stabilizer) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. in the presence of metallic sodium and purified over molecular sieves 5A manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. for a day or more. Purification was carried out by contact.

H−NMRの測定>
H−NMR測定には日本電子株式会社製JEOLJNM−EX270FT−NMR装置を用いた。なお、本明細書中、特に記載がなければH−NMRは270MHz、溶媒はクロロホルム(CDCl)、室温下で測定したものである。
<Measurement of 1 H-NMR>
JEOLJNM-EX270FT-NMR apparatus manufactured by JEOL Ltd. was used for 1 H-NMR measurement. In the present specification, unless otherwise specified, 1 H-NMR is measured at 270 MHz, the solvent is chloroform (CDCl 3 ), and measured at room temperature.

(重合例1)
下記反応式に従い重合体ブロックA1の合成を行った。以下の反応式中、EtHex=エチルヘキシルを示し、pは重合体ブロックAの繰返し単位を示す。他の重合例、実施例および比較例においても同様である。

Figure 2013221074
(Polymerization example 1)
Polymer block A1 was synthesized according to the following reaction formula. In the following reaction formula, EtHex = ethylhexyl is indicated, and p is a repeating unit of the polymer block A. The same applies to other polymerization examples, examples and comparative examples.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(1.50g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.08g,2.68mmol)、トルエン(51mL)、0.21M炭酸カリウム水溶液(51mL,10.7mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(Pd(PPh);62.0mg,54.0μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で1時間攪拌した。その後、リンカー化合物として2,5−ジブロモチオフェン(6.47g,26.8mmol)を加え、80℃で16時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取し、減圧乾燥することで黒紫色の固体を得た(1.24g,87%)。その後、GPC分取カラムを用いて精製を行うことにより黒紫色の固体として重合体ブロックA1を得た(0.54g,38%)。得られた重合体ブロックA1の重量平均分子量は29,800、数平均分子量は18,600、多分散度は1.60であった。
H−NMR(270MHz,CDCl),(ppm):δ=8.10−7.95(m、2H)、7.80−7.61(m、2H)、2.35−2.12(m、4H)、1.60−1.32(m、18H)、1.18−0.82(m、12H)
In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) -cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene (1.50 g, 2.68 mmol). ), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.08 g, 2. 68 mmol), toluene (51 mL), 0.21 M aqueous potassium carbonate solution (51 mL, 10.7 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (Pd (PPh 3 ) 4 ; 62.0 mg, 54.0 μmol), aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) was added, followed by stirring at 80 ° C. for 1 hour. Thereafter, 2,5-dibromothiophene (6.47 g, 26.8 mmol) was added as a linker compound, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a black purple solid (1.24 g, 87%). Thereafter, purification was performed using a GPC preparative column to obtain a polymer block A1 as a black purple solid (0.54 g, 38%). The resulting polymer block A1 had a weight average molecular weight of 29,800, a number average molecular weight of 18,600, and a polydispersity of 1.60.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ), (ppm): δ = 8.10-7.95 (m, 2H), 7.80-7.61 (m, 2H), 2.35-2.12 (M, 4H), 1.60-1.32 (m, 18H), 1.18-0.82 (m, 12H)

(重合例2)
下記反応式に従い重合体ブロックA2の合成を行った。以下の反応式中、Me=メチル、3−Hep=ヘプタ−3−イルを示す。他の重合例、実施例および比較例においても同様である。

Figure 2013221074
(Polymerization example 2)
Polymer block A2 was synthesized according to the following reaction formula. In the following reaction formulae, Me = methyl and 3-Hep = hept-3-yl are shown. The same applies to other polymerization examples, examples and comparative examples.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに重合体ブロックA2を構成する単量体として、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ジドデシルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.74g、0.87mmol)、1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g、0.75mmol)、DMF(1.1mL)、トルエン(4.3mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(9.2mg、7.8μmol)を加え、115℃で1時間30分加熱した。次に、リンカー化合物として2,5−ジブロモチオフェン(1.84g,7.6mmol)を加え、115℃で8時間加熱した。反応終了後、反応溶液をメタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体として重合体ブロックA2(0.51g、86%)を得た。得られた重合体ブロックA2の重量平均分子量は45,000、数平均分子量は18,000、多分散度は2.5であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,3H),3.30−3.00(Br,5H),2.00−1.10(br,52H),1.00−0.70(br,12H)
As a monomer constituting the polymer block A2 in a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-didodecylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′ ] Dithiophene (0.74 g, 0.87 mmol), 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane-1-one (0.32 g, 0.75 mmol) ), DMF (1.1 mL), toluene (4.3 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.2 mg, 7.8 μmol) were added, and the mixture was heated at 115 ° C. for 1 hour 30 minutes. Next, 2,5-dibromothiophene (1.84 g, 7.6 mmol) was added as a linker compound and heated at 115 ° C. for 8 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer block A2 (0.51 g, 86%) as a black purple solid. The resulting polymer block A2 had a weight average molecular weight of 45,000, a number average molecular weight of 18,000, and a polydispersity of 2.5.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 3.30-3.00 (Br, 5H), 2.00-1.10 (br, 52H) ), 1.00-0.70 (br, 12H)

(重合例3)
リンカー化合物として1,4−ジブロモベンゼン(1.79g,7.6mmol)を用いた以外は、重合例2と同様の方法を用いて、重合体ブロックA3を得た(0.53g、90%)。得られた重合体ブロックA3の重量平均分子量は36,800、数平均分子量は16,000、多分散度は2.3であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,3H),3.30−3.00(Br,5H),2.00−1.09(br,52H),1.00−0.72(br,12H)
(Polymerization example 3)
A polymer block A3 was obtained using the same method as in Polymerization Example 2 except that 1,4-dibromobenzene (1.79 g, 7.6 mmol) was used as the linker compound (0.53 g, 90%). . The resulting polymer block A3 had a weight average molecular weight of 36,800, a number average molecular weight of 16,000, and a polydispersity of 2.3.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 3.30-3.00 (Br, 5H), 2.00-1.09 (br, 52H) ), 1.00-0.72 (br, 12H)

(重合例4)
下記反応式に従い重合体ブロックA4の合成を行った。

Figure 2013221074
(Polymerization example 4)
Polymer block A4 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLのナスフラスコに、トリス(o−トリル)ホスフィン(P(o−tol);37mg,0.12mmol)とトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(Pd(dba);14mg,15μmol)およびクロロベンゼン(Ph−Cl;32mL)を50℃で10分加熱した。加熱後、一度室温に戻し、重合体ブロックA4を構成する単量体として、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ジエチルヘキシルオキシベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.64g,0.75mmol)、および1,3−ジブロモ−5−オクチルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン(0.32g,0.75mmol)を加え、130℃で3時間加熱した。次に、リンカー化合物として2,5−ジブロモチオフェン(1.84g,7.6mmol)を加え、115℃で8時間加熱した。反応終了後、重合例3と同様にして、重合体ブロックA4(0.51g,96%)を得た。得られた重合体ブロックA4の重量平均分子量は250,000、数平均分子量は52,000、多分散度は4.80であった。
H−NMR:δ=8.52(br,2H)、4.65−3.66(br,4H),3.58(s,2H)、1.38−1.25(m,30H)、0.97−0.90(br,15H)
In a 50 mL eggplant flask under nitrogen atmosphere, tris (o-tolyl) phosphine (P (o-tol) 3 ; 37 mg, 0.12 mmol) and tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ; 14 mg , 15 μmol) and chlorobenzene (Ph—Cl; 32 mL) were heated at 50 ° C. for 10 minutes. After heating, the temperature is once returned to room temperature, and 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-diethylhexyloxybenzo [1,2-b: 4,5-b is used as a monomer constituting the polymer block A4. '] Dithiophene (0.64 g, 0.75 mmol) and 1,3-dibromo-5-octylthieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (0.32 g, 0.75 mmol) are added and 130 Heat at 3 ° C. for 3 hours. Next, 2,5-dibromothiophene (1.84 g, 7.6 mmol) was added as a linker compound and heated at 115 ° C. for 8 hours. After completion of the reaction, polymer block A4 (0.51 g, 96%) was obtained in the same manner as in Polymerization Example 3. The resulting polymer block A4 had a weight average molecular weight of 250,000, a number average molecular weight of 52,000, and a polydispersity of 4.80.
1 H-NMR: δ = 8.52 (br, 2H), 4.65-3.66 (br, 4H), 3.58 (s, 2H), 1.38-1.25 (m, 30H) , 0.97-0.90 (br, 15H)

(重合例5)
下記反応式に従い重合体ブロックA5の合成を行った。

Figure 2013221074
(Polymerization Example 5)
Polymer block A5 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLのナスフラスコに、トリス(o−トリル)ホスフィン(37mg,0.12mmol)とトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(14mg,15μmol)およびクロロベンゼン(32mL)を50℃で10分加熱した。加熱後、一度室温に戻し、重合体ブロックA5を構成する単量体として、1,3−ジブロモ−5−エチルヘキシルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン(0.32g,0.75mmol)、4,4’−ジドデシルー5,5’−トリメチルスズ2,2’−ビチオフェン(0.62,0.75mmol)を加え、130℃で3時間加熱した。次に、リンカー化合物として2,5−ジブロモチオフェン(1.84g,7.6mmol)を加え、135℃で16時間加熱した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、メタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体として、重合体ブロックA5(0.46g,80%)を得た。得られた重合体ブロックA5の重量平均分子量は210,000、数平均分子量は48,000、分散度は4.38であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.17(s、2H)、3.56(br、2H)、2.84−2.81(br、4H)、1.88(br、1H)、1.73−1.66(br、4H)、1.49−1.27(br、44H)、0.95−0.86(br、12H)
In a nitrogen atmosphere, tris (o-tolyl) phosphine (37 mg, 0.12 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (14 mg, 15 μmol) and chlorobenzene (32 mL) were heated at 50 ° C. for 10 minutes. did. After heating, the temperature is once returned to room temperature, and 1,3-dibromo-5-ethylhexylthieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (0.32 g, 0) is used as a monomer constituting the polymer block A5. .75 mmol), 4,4′-didodecyl-5,5′-trimethyltin 2,2′-bithiophene (0.62,0.75 mmol) was added and heated at 130 ° C. for 3 hours. Next, 2,5-dibromothiophene (1.84 g, 7.6 mmol) was added as a linker compound and heated at 135 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was concentrated, poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer block A5 (0.46 g, 80%) as a black purple solid. The resulting polymer block A5 had a weight average molecular weight of 210,000, a number average molecular weight of 48,000, and a degree of dispersion of 4.38.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.17 (s, 2H), 3.56 (br, 2H), 2.84-2.81 (br, 4H), 1.88 (br, 1H), 1.73-1.66 (br, 4H), 1.49-1.27 (br, 44H), 0.95-0.86 (br, 12H)

(実施例1)
下記反応式に従いブロック共重合体1の合成を行った。以下の反応式中、pは重合体ブロックAの繰返し単位を示し、qは重合体ブロックBの繰返し単位を示す。他の実施例および比較例においても同様である。

Figure 2013221074
Example 1
The block copolymer 1 was synthesized according to the following reaction formula. In the following reaction formula, p represents a repeating unit of the polymer block A, and q represents a repeating unit of the polymer block B. The same applies to other examples and comparative examples.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、25mL三口フラスコに重合体ブロックA1(0.50g,0.94mmol)と重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ゲルモール(0.58g,0.91mmol)および4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(0.36g,0.94mmol)を加え、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えて、80℃で16時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取した後に、減圧乾燥することで黒紫色の固体としてブロック共重合体1を得た(0.41g,76%)。得られたブロック共重合体1の重量平均分子量は76,700、数平均分子量は27,200、分散度は2.82であった。
1H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.96(m、8H)、7.90−7.61(m、8H)、2.75(t、J=7.56Hz、4H)、2.35−1.92(m、20H)、1.59−1.32(m、54H)、1.18−0.81(m、36H))
2,6-Dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) as a monomer constituting the polymer block A1 (0.50 g, 0.94 mmol) and the polymer block B in a 25 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere Dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] germole (0.58 g, 0.91 mmol) and 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1) -Dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (0.36 g, 0.94 mmol) was added, toluene (20 mL), 2M aqueous potassium carbonate (10 mL, 20 mmol), tetrakis (triphenyl) Phosphine) palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 16 hours. Stir. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and then dried under reduced pressure to obtain block copolymer 1 as a black purple solid (0.41 g, 76%). The obtained block copolymer 1 had a weight average molecular weight of 76,700, a number average molecular weight of 27,200, and a dispersity of 2.82.
1H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.96 (m, 8H), 7.90-7.61 (m, 8H), 2.75 (t, J = 7.56 Hz, 4H), 2.35-1.92 (m, 20H), 1.59-1.32 (m, 54H), 1.18-0.81 (m, 36H))

(比較重合例1)
下記反応式に従い重合体ブロックa1の合成を行った。

Figure 2013221074
(Comparative polymerization example 1)
Polymer block a1 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに重合体ブロックa1を構成する単量体である2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(1.50g,2.68mmol)および4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)と、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。得られた溶液を濃縮し、メタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体として重合体ブロックA1を得た(1.06g,74%)。得られた重合体ブロックa1の重量平均分子量は40,800、数平均分子量は19,500、多分散度は2.09であった。
H−NMR(270MHz):δ=8.10−7.96(m、2H)、7.81−7.61(m、2H)、2.35−2.13(m、4H)、1.59−1.32(m、18H)、1.18−0.81(m、12H)
In a 100 mL three-necked flask under nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) -cyclopenta [2,1-b: 3,4, which is a monomer constituting the polymer block a1. b ′] dithiophene (1.50 g, 2.68 mmol) and 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1, 2,5] thiadiazole (1.04 g, 2.68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg, 53.5 μmol) , Aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) was added, followed by stirring at 80 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The obtained solution was concentrated, poured into methanol (500 mL), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer block A1 as a black purple solid (1.06 g, 74%). The resulting polymer block a1 had a weight average molecular weight of 40,800, a number average molecular weight of 19,500, and a polydispersity of 2.09.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.10-7.96 (m, 2H), 7.81-7.61 (m, 2H), 2.35-2.13 (m, 4H), 1 .59-1.32 (m, 18H), 1.18-0.81 (m, 12H)

(比較例1)
下記反応式に従いブロック共重合体1’の合成を行った。

Figure 2013221074
(Comparative Example 1)
A block copolymer 1 ′ was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、25mL三口フラスコに重合体ブロックa1(0.50g,0.94mmol)と重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ゲルモール(0.58g,0.91mmol)および4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(0.36g,0.94mmol)を加え、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えて、80℃で16時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取した後に、減圧乾燥することで黒紫色の固体としてブロック共重合体1’を得た(0.41g,76%)。得られたブロック共重合体1’の重量平均分子量は59,400、数平均分子量は19,600、多分散度は3.03であった。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.96(m、8H)、7.90−7.61(m、8H)、2.75(t、J=7.56Hz、4H)、2.35−1.92(m、20H)、1.59−1.32(m、54H)、1.18−0.81(m、36H)
2,6-Dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) as a monomer constituting polymer block a1 (0.50 g, 0.94 mmol) and polymer block B in a 25 mL three-necked flask in a nitrogen atmosphere Dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] germole (0.58 g, 0.91 mmol) and 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1) -Dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (0.36 g, 0.94 mmol) was added, toluene (20 mL), 2M aqueous potassium carbonate (10 mL, 20 mmol), tetrakis (triphenyl) Phosphine) palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 16 hours. Stir. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain block copolymer 1 ′ as a black purple solid (0.41 g, 76%). The resulting block copolymer 1 ′ had a weight average molecular weight of 59,400, a number average molecular weight of 19,600, and a polydispersity of 3.03.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.96 (m, 8H), 7.90-7.61 (m, 8H), 2.75 (t, J = 7.56 Hz, 4H) 2.35-1.92 (m, 20H), 1.59-1.32 (m, 54H), 1.18-0.81 (m, 36H)

(実施例2)
下記反応式に従いブロック共重合体2の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 2)
The block copolymer 2 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLフラスコに重合体ブロックA2(0.59g、0.75mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ビス(オクチル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.56g、0.75mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g、0.75mmol)、DMF(3.0mL)、トルエン(12mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(30mg、26μmol)を加え、容器内をアルゴンガスで20分間バブリングした後に、110℃で10時間加熱した。反応終了後、反応溶液をメタノール(300mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。得られた溶液を濃縮し、メタノール(300mL)に注ぎ、析出した固体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体としてブロック共重合体2を得た(0.50g,45%)。得られたブロック共重合体2の重量平均分子量は84,600、数平均分子量は28,800、分散度は2.99であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,6H),4.40−4.00(br,8H),3.20−3.00(br,2H),2.00−0.60(br,176H)
In a 50 mL flask under nitrogen atmosphere, 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (octyl) as a monomer constituting the polymer block A2 (0.59 g, 0.75 mmol) and the polymer block B Benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (0.56 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2- Ethylhexane-1-one (0.32 g, 0.75 mmol), DMF (3.0 mL), toluene (12 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (30 mg, 26 μmol) were added, and the inside of the container was filled with argon. After bubbling with gas for 20 minutes, it was heated at 110 ° C. for 10 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (300 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The obtained solution was concentrated, poured into methanol (300 mL), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain block copolymer 2 as a black purple solid (0.50 g, 45%). The resulting block copolymer 2 had a weight average molecular weight of 84,600, a number average molecular weight of 28,800, and a dispersity of 2.99.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 6H), 4.40-4.00 (br, 8H), 3.20-3.00 (br, 2H) ), 2.00-0.60 (br, 176H)

(実施例3)
下記反応式に従いブロック共重合体3の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 3)
The block copolymer 3 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

重合体ブロックA3を用いた以外は実施例2と同様の方法を用いて、ブロック共重合体3を得た(0.53g,53%)。得られたブロック共重合体3の重量平均分子量は、82,000、数平均分子量は27,700、分散度は2.96であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,6H),4.40−4.00(br,8H),3.20−3.00(br,2H),2.00−0.60(br,176H)
A block copolymer 3 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the polymer block A3 was used (0.53 g, 53%). The obtained block copolymer 3 had a weight average molecular weight of 82,000, a number average molecular weight of 27,700, and a dispersity of 2.96.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 6H), 4.40-4.00 (br, 8H), 3.20-3.00 (br, 2H) ), 2.00-0.60 (br, 176H)

(実施例4)
下記反応式に従いブロック共重合体4の合成を行った。

Figure 2013221074
Example 4
The block copolymer 4 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

重合体ブロックA2(0.59g,0.75mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ビス(5−(2−エチルヘキシル)チオフェンー2−イル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.68g,0.75mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g、0.75mmol)を用いた以外は実施例2と同様の方法を用いた。得られたブロック共重合体4(0.48g,76%)の重量平均分子量は67,600、数平均分子量(Mn)は27,500、分散度は2.46であった。   Polymer block A2 (0.59 g, 0.75 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (5- (2-ethylhexyl) thiophene-2 as a monomer constituting polymer block B -Yl) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (0.68 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) The same method as in Example 2 was used, except that 2-ethylhexane-1-one (0.32 g, 0.75 mmol) was used. The resulting block copolymer 4 (0.48 g, 76%) had a weight average molecular weight of 67,600, a number average molecular weight (Mn) of 27,500, and a degree of dispersion of 2.46.

(実施例5)
下記反応式に従いブロック共重合体5の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 5)
The block copolymer 5 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

重合体ブロックA2(160.0mg,0.12mol)、重合体ブロックBを構成する2種類の単量体として2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(2−エチルヘキシロキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(113.0mg,0.16mmol)、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ジプロピルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(40.9mg,0.07mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(86.0mg,0.20mmol)を用いた以外は実施例2と同様の方法を用いた。得られたブロック共重合体5(221.0mg,75.4%)の重量平均分子量は86,400、数平均分子量は28,800、多分散度は2.99であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,3H)、4.40−4.00(br,4H)、3.30−3.00(Br,4H)、2.00−0.60(br,51H)
Polymer block A2 (160.0 mg, 0.12 mol) and 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (2-ethylhexyloxy) as two types of monomers constituting the polymer block B Benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (113.0 mg, 0.16 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-dipropylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (40.9 mg, 0.07 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane-1-one (86 0.0 mg, 0.20 mmol) was used in the same manner as in Example 2. The resulting block copolymer 5 (221.0 mg, 75.4%) had a weight average molecular weight of 86,400, a number average molecular weight of 28,800, and a polydispersity of 2.99.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 4.40-4.00 (br, 4H), 3.30-3.00 (Br, 4H) ), 2.00-0.60 (br, 51H)

(実施例6)
下記反応式に従いブロック共重合体6の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 6)
The block copolymer 6 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLのナスフラスコに、トリス(o−トリル)ホスフィン(37mg,0.12mmol)とトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(14mg,15μmmol)およびクロロベンゼン(32mL)を50℃で10分加熱した。加熱後、一度室温に戻し、重合体ブロックA4(0.16g、0.12mmol)、および重合体ブロックBを構成する2種類の単量体として、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(プロピオキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(24mg,0.04mmol)、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(2−エチルヘキシロキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(65mg,0.08mmol)、1,3−ジブロモ−5−オクチルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン(51mg,0.12mmol)を加え、130℃で15時間加熱した。反応終了後以降は実施例2と同様の方法を用いて、ブロック共重合体6(0.16g,69%)を得た。得られたブロック共重合体6の重量平均分子量は908,000、数平均分子量は250,000、多分散度は3.63であった。
H−NMR:δ=8.52(br,2H)、4.65−3.66(br,4H),3.58(s,2H)、1.38−1.25(m,26H)、0.97−0.90(br,13H)
In a nitrogen atmosphere, tris (o-tolyl) phosphine (37 mg, 0.12 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (14 mg, 15 μmmol), and chlorobenzene (32 mL) were heated at 50 ° C. for 10 minutes. did. After heating, the temperature is once returned to room temperature, and the polymer block A4 (0.16 g, 0.12 mmol) and the two types of monomers constituting the polymer block B are 2,6-bis (trimethyltin) -4, 8-bis (propioxy) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (24 mg, 0.04 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (2-ethylhexene) Siloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (65 mg, 0.08 mmol), 1,3-dibromo-5-octylthieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione ( 51 mg, 0.12 mmol) was added, and the mixture was heated at 130 ° C. for 15 hours. After completion of the reaction, block copolymer 6 (0.16 g, 69%) was obtained using the same method as in Example 2. The resulting block copolymer 6 had a weight average molecular weight of 908,000, a number average molecular weight of 250,000, and a polydispersity of 3.63.
1 H-NMR: δ = 8.52 (br, 2H), 4.65-3.66 (br, 4H), 3.58 (s, 2H), 1.38-1.25 (m, 26H) , 0.97-0.90 (br, 13H)

(実施例7)
下記反応式に従いブロック共重合体7の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 7)
The block copolymer 7 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

重合体ブロックA4(0.53g,0.75mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として、4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d’]シロール(0.56g,0.75mmol)および、3−ジブロモ−5−オクチルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン(0.32g,0.75mmol)、DMF(3.0mL)、トルエン(12mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(60mg、0.05mmol)を加え、容器内をアルゴンガスで20分間バブリングした後に、110℃で5時間加熱した。反応終了後以降は実施例2と同様の方法を用いて、ブロック共重合体6(0.37g,73%)を得た。得られたブロック共重合体7の重量平均分子量は374,000、数平均分子量は96,000、多分散度は3.90であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=8.61−8.50(br、3H)、7.60−7.30(br、1H)、4.65−3.55(br、8H)、2.00−1.25(m、82H)、1.00−0.90(m、30H)
As a monomer constituting the polymer block A4 (0.53 g, 0.75 mmol) and the polymer block B, 4,4-bis (2-ethylhexyl) -2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3 , 2-b: 2 ′, 3′-d ′] silole (0.56 g, 0.75 mmol) and 3-dibromo-5-octylthieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione (0. 32 g, 0.75 mmol), DMF (3.0 mL), toluene (12 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (60 mg, 0.05 mmol) were added, and the inside of the container was bubbled with argon gas for 20 minutes. And heated at 110 ° C. for 5 hours. After completion of the reaction, block copolymer 6 (0.37 g, 73%) was obtained using the same method as in Example 2. The resulting block copolymer 7 had a weight average molecular weight of 374,000, a number average molecular weight of 96,000, and a polydispersity of 3.90.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 8.61-8.50 (br, 3H), 7.60-7.30 (br, 1H), 4.65-3.55 (br, 8H) ), 2.00-1.25 (m, 82H), 1.00-0.90 (m, 30H)

(実施例8)
下記反応式に従いブロック共重合体8の合成を行った。

Figure 2013221074
(Example 8)
The block copolymer 8 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLのナスフラスコに、トリス(o−トリル)ホスフィン(37mg,0.12mmol)とトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(14mg,15μmol)およびクロロベンゼン(32mL)を50℃で10分加熱した。加熱後、一度室温に戻し、重合体ブロックA5(0.57g,0.75mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として、1,3−ジブロモ−5−オクチルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン(0.32g,0.75mmol)、4,4’−ジ(2−エチルヘキシル)−5,5’−トリメチルスズ−2,2’−ビチオフェン(0.54g,0.75mmol)を加え、130℃で3時間加熱した。その後、重合例5と同様の方法を用いて、ブロック共重合体8(0.85g、80%)を得た。得られたブロック共重合体8の重量平均分子量は370,000、数平均分子量は88,000、多分散度は4.21であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.17(s,4H)、3.58−3.54(br、4H)、2.84−2.81(br、8H)、1.88−1.27(m、98H)、0.95−0.86(br、24H)
In a nitrogen atmosphere, tris (o-tolyl) phosphine (37 mg, 0.12 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (14 mg, 15 μmol) and chlorobenzene (32 mL) were heated at 50 ° C. for 10 minutes. did. After heating, the temperature is once returned to room temperature, and 1,3-dibromo-5-octylthieno [3,4-c] is used as a monomer constituting the polymer block A5 (0.57 g, 0.75 mmol) and the polymer block B. Pyrrole-4,6-dione (0.32 g, 0.75 mmol), 4,4′-di (2-ethylhexyl) -5,5′-trimethyltin-2,2′-bithiophene (0.54 g, 0. 75 mmol) and heated at 130 ° C. for 3 hours. Thereafter, using the same method as in Polymerization Example 5, block copolymer 8 (0.85 g, 80%) was obtained. The resulting block copolymer 8 had a weight average molecular weight of 370,000, a number average molecular weight of 88,000, and a polydispersity of 4.21.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.17 (s, 4H), 3.58-3.54 (br, 4H), 2.84-2.81 (br, 8H), 1. 88-1.27 (m, 98H), 0.95-0.86 (br, 24H)

(比較重合例2)
下記反応式に従い重合体ブロックa2の合成を行った。

Figure 2013221074
(Comparative polymerization example 2)
Polymer block a2 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLのナスフラスコに重合体ブロックa2を構成する単量体である2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ジドデシルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.64g,0.75mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g,0.75mmol)と、DMF(6.2mL)、トルエン(25mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(9.2mg、7.8μmol)を加え、115℃で1時間30分加熱した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、メタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。得られた個体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体として重合体ブロックa2を得た。得られた重合体ブロックa2(0.51g,86%)の重量平均分子量は33,100、数平均分子量は14,600、多分散度は2.27であった。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br、3H),3.30−3.00(Br、5H),2.00−1.10(br、52H),1.00−0.70(br、12H)
In a 50 mL eggplant flask under nitrogen atmosphere, 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-didodecylbenzo [1,2-b: 4,5-b, which is a monomer constituting the polymer block a2. '] Dithiophene (0.64 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane-1-one (0.32 g,. 75 mmol), DMF (6.2 mL), toluene (25 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.2 mg, 7.8 μmol) were added, and the mixture was heated at 115 ° C. for 1 hour 30 minutes. After completion of the reaction, the reaction solution was concentrated, poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL). The obtained solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a polymer block a2 as a black purple solid. The resulting polymer block a2 (0.51 g, 86%) had a weight average molecular weight of 33,100, a number average molecular weight of 14,600, and a polydispersity of 2.27.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 3.30-3.00 (Br, 5H), 2.00-1.10 (br, 52H) ), 1.00-0.70 (br, 12H)

(比較例2)
下記反応式に従いブロック共重合体5’の合成を行った。

Figure 2013221074
(Comparative Example 2)
A block copolymer 5 ′ was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2013221074

窒素雰囲気下、50mLフラスコに重合体ブロックa2(160.0mg、0.12mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(エチルヘキシルオキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(113.0mg、0.16mmol)、2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ジプロピルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(40.9mg、0.07mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(86.0mg、0.20mmol)、DMF(3.0mL)、トルエン(12mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(30mg、26μmol)を加え、容器内をアルゴンガスで20分間バブリングした後に、110℃で10時間加熱した。反応終了後、反応溶液をメタノール(300mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。得られた溶液を濃縮し、メタノール(300mL)に注ぎ、析出した固体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体としてブロック共重合体5’を得た(205mg,70%)。得られたブロック共重合体5’の重量平均分子量は53,600、数平均分子量は15,100、分散度は3.55であった。   In a 50 mL flask under nitrogen atmosphere, 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (ethylhexyloxy) as a monomer constituting polymer block a2 (160.0 mg, 0.12 mmol) and polymer block B ) Benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (113.0 mg, 0.16 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-dipropylbenzo [1,2-b : 4,5-b ′] dithiophene (40.9 mg, 0.07 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexan-1-one ( 86.0 mg, 0.20 mmol), DMF (3.0 mL), toluene (12 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (30 mg, 26 μmol) were added. The vessel was bubbled 20 minutes with argon gas, and heated at 110 ° C. 10 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (300 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The obtained solution was concentrated, poured into methanol (300 mL), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain block copolymer 5 'as a black purple solid (205 mg, 70%). The resulting block copolymer 5 'had a weight average molecular weight of 53,600, a number average molecular weight of 15,100, and a degree of dispersion of 3.55.

(比較例3)
ジアルキルフルオレンと置換チオフェン2量体の交互共重合体ブロックとジアルキルフルオレンとジチエノベンゾチアジアゾール交互共重合体ブロックからなるブロック共重合体9を合成した(尚、当該ジブロック共重合体の合成の詳細な手順は、特開2010−74127(特許文献1)に記載されている)。得られたブロック共重合体9(2.78g、85%)の重量平均分子量は286,000、数平均分子量は108,000、多分散度は2.65であった。
(Comparative Example 3)
A block copolymer 9 composed of an alternating copolymer block of dialkylfluorene and substituted thiophene dimer and an alternating copolymer block of dialkylfluorene and dithienobenzothiadiazole was synthesized (details of synthesis of the diblock copolymer) This procedure is described in JP 2010-74127 (Patent Document 1). The resulting block copolymer 9 (2.78 g, 85%) had a weight average molecular weight of 286,000, a number average molecular weight of 108,000, and a polydispersity of 2.65.

<光電変換効率の測定>
[ブロック共重合体と電子受容性材料の混合溶液の製造]
実施例1で得られたブロック共重合体1を16.0mgと、電子受容性材料としてPCBM(フロンティアカーボン株式会社製E100H)を12.8mgと、溶媒としてクロロベンゼン1mLとを40℃にて6時間かけて混合した。その後、室温20℃に冷却し、孔径0.45μmのPTFEフィルターで濾過して、ブロック共重合体とPCBMとを含む溶液を製造した。
<Measurement of photoelectric conversion efficiency>
[Production of mixed solution of block copolymer and electron-accepting material]
16.0 mg of the block copolymer 1 obtained in Example 1, 12.8 mg of PCBM (E100H manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) as an electron-accepting material, and 1 mL of chlorobenzene as a solvent at 40 ° C. for 6 hours. And mixed. Then, it cooled to room temperature 20 degreeC and filtered with the PTFE filter with the hole diameter of 0.45 micrometer, and manufactured the solution containing a block copolymer and PCBM.

[ブロック共重合体組成物からなる層を有する有機太陽電池の製造]
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜(抵抗値10Ω/□)を付けたガラス基板を15分間オゾンUV処理して表面処理を行った。基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(H.C.Starck社製:CLEVIOS PH500)をスピンコート法により40nmの厚さに成膜した。ホットプレートにより140℃で20分間加熱乾燥した後、次にスピンコートにより前記方法で製造したブロック共重合体とPCBMとを含む溶液を塗布し、有機太陽電池の光電変換活性層(膜厚約100nm)を得た。3時間真空乾燥し、120℃、30分熱アニールした後、真空蒸着法によりフッ化リチウムを膜厚1nmで蒸着し、次いでAlを膜厚100nmで蒸着した。これにより、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体を含む組成物からなる層を有する光電変換素子である有機薄膜太陽電池が得られた。有機薄膜太陽電池の受光面形状は5×5mmの正四角形であった。
[Manufacture of an organic solar cell having a layer made of a block copolymer composition]
A glass substrate provided with an ITO film (resistance value 10Ω / □) with a thickness of 150 nm by sputtering was subjected to surface treatment by ozone UV treatment for 15 minutes. A PEDOT: PSS aqueous solution (manufactured by HC Starck Co., Ltd .: CLEVIOS PH500) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 40 nm by spin coating. After heating and drying at 140 ° C. for 20 minutes on a hot plate, a solution containing the block copolymer produced by the above method and PCBM was applied by spin coating, and a photoelectric conversion active layer (film thickness of about 100 nm) of the organic solar cell was applied. ) After vacuum drying for 3 hours and thermal annealing at 120 ° C. for 30 minutes, lithium fluoride was deposited in a thickness of 1 nm by a vacuum deposition method, and then Al was deposited in a thickness of 100 nm. Thereby, the organic thin-film solar cell which is a photoelectric conversion element which has a layer which consists of a composition containing the pi-electron conjugated block copolymer of this invention was obtained. The light-receiving surface shape of the organic thin film solar cell was a regular square of 5 × 5 mm.

[有機太陽電池の評価]
得られた有機薄膜太陽電池の光電変換効率を300Wのソーラシミュレーター(ペクセルテクノロジー社製、商品名PEC L11:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm)で測定し、π電子共役系ブロック共重合体の光電変換性能を評価した。
[Evaluation of organic solar cells]
The photoelectric conversion efficiency of the obtained organic thin film solar cell was measured with a 300 W solar simulator (trade name: PEC L11: AM1.5G filter, irradiance: 100 mW / cm 2 , manufactured by Peccell Technology Co., Ltd.). The photoelectric conversion performance of the polymer was evaluated.

比較例1で得られたブロック共重合体1’についても、前記と同様の方法により、ブロック共重合体1’を含む組成物からなる層を有する光電変換素子である有機薄膜太陽電池を製造し、光電変換効率を測定し、光電変換性能を評価した。   For the block copolymer 1 ′ obtained in Comparative Example 1, an organic thin-film solar cell that is a photoelectric conversion element having a layer made of a composition containing the block copolymer 1 ′ was produced in the same manner as described above. The photoelectric conversion efficiency was measured and the photoelectric conversion performance was evaluated.

実施例1および比較例1で得られたπ電子共役系ブロック共重合体を用いた有機薄膜太陽電池による光電変換効率を表1に示す。   Table 1 shows photoelectric conversion efficiencies of organic thin-film solar cells using the π-electron conjugated block copolymers obtained in Example 1 and Comparative Example 1.

Figure 2013221074
Figure 2013221074

2種類の重合体ブロックである重合体ブロックAおよび重合体ブロックBが共に同じ構造である実施例1と比較例1との対比から、単環芳香環からなる2価の基Lを有する本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は2価の基Lを有さない比較例1のブロック共重合体よりも優れた光電変換効率を示すことが明らかとなった。これは、実施例1で用いられる本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、2価の基Lにより重合体ブロックAおよび重合体ブロックBが連結された結果、モノマー単独重合体(例えば重合体ブロックAを構成するモノマーのみの重合体)などの混在が少なく純度が高い。言い換えればブロック効率が高いπ電子共役系ブロック共重合体となっているのに対し、比較例1のブロック共重合体は、原料である重合体ブロックa1と比較して数平均分子量の差が小さいことから、得られたブロック共重合体中に多量にモノマー単独重合体が混在しており、ブロック共重合体の純度が低くなっていると考えられる。このため、比較例1のブロック共重合体を有機薄膜太陽電池の光電変換活性層に用いると理想的な相分離構造(モルフォロジ)を形成することができず、光電変換効率が劣っていると考えられる。   From the comparison between Example 1 and Comparative Example 1 in which two types of polymer blocks, polymer block A and polymer block B, have the same structure, the present invention has a divalent group L composed of a monocyclic aromatic ring. It was revealed that the π-electron conjugated block copolymer of the present invention exhibits a photoelectric conversion efficiency superior to that of the block copolymer of Comparative Example 1 that does not have the divalent group L. This is because the π-electron conjugated block copolymer of the present invention used in Example 1 is a monomer homopolymer (for example, heavy polymer) as a result of polymer block A and polymer block B being connected by a divalent group L. A polymer containing only the monomer constituting the combined block A) is less mixed, and the purity is high. In other words, it is a π-electron conjugated block copolymer with high block efficiency, whereas the block copolymer of Comparative Example 1 has a small difference in number average molecular weight compared to the polymer block a1 that is a raw material. From this, it is considered that a large amount of monomer homopolymer is mixed in the obtained block copolymer, and the purity of the block copolymer is lowered. For this reason, when the block copolymer of the comparative example 1 is used for the photoelectric conversion active layer of the organic thin film solar cell, an ideal phase separation structure (morphology) cannot be formed, and the photoelectric conversion efficiency is considered inferior. It is done.

実施例2〜8および比較例2,3で得られたπ電子共役系ブロック共重合体について、前記の方法により光電変換効率を測定した結果を表2および表3に示す。   Tables 2 and 3 show the results of measuring the photoelectric conversion efficiency of the π-electron conjugated block copolymers obtained in Examples 2 to 8 and Comparative Examples 2 and 3 by the method described above.


Figure 2013221074
Figure 2013221074

Figure 2013221074
Figure 2013221074

実施例2〜8の結果より、単環芳香環からなる2価の基Lを有する本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、構成する各重合体ブロックの構造が変わっても高い光電変換効率を示すことが明らかとなった。重合体ブロックAおよび重合体ブロックBが共に同じ構造である比較例2と実施例5との対比により、2価の基Lを有するπ電子共役系ブロック共重合体は、2価の基Lを有さない比較例5のブロック共重合体よりモノマー単独重合体などの混在が少なく純度が高い(ブロック効率が高い)ため、光電変換活性層中で理想的なモルフォロジを形成でき、高い光電変換効率を示した。また、比較例3のブロック共重合体との対比の結果、各重合体ブロックの構造が変わっても2価の基Lを有さないブロック共重合体に比べ、本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は優れた光電変換効率を示すことがわかった。
た。
From the results of Examples 2 to 8, the π-electron conjugated block copolymer of the present invention having a divalent group L composed of a monocyclic aromatic ring is high in photoelectric conversion even if the structure of each polymer block constituting it is changed. It became clear to show efficiency. By comparison between Comparative Example 2 and Example 5 in which both the polymer block A and the polymer block B have the same structure, the π-electron conjugated block copolymer having a divalent group L has a divalent group L. Since there is less mixture of monomer homopolymers and the like than the block copolymer of Comparative Example 5 which does not have high purity (high block efficiency), an ideal morphology can be formed in the photoelectric conversion active layer, and high photoelectric conversion efficiency showed that. Further, as a result of comparison with the block copolymer of Comparative Example 3, the π-electron conjugated block of the present invention was compared with the block copolymer having no divalent group L even if the structure of each polymer block was changed. The copolymer was found to exhibit excellent photoelectric conversion efficiency.
It was.

本発明のπ電子共役系ブロック共重合体は、光電変換素子の光電変換活性層を形成する材料として利用することができる。このπ電子共役系ブロック共重合体を用いた光電変換素子は、太陽電池をはじめとして各種の光センサとして使用される。   The π-electron conjugated block copolymer of the present invention can be used as a material for forming a photoelectric conversion active layer of a photoelectric conversion element. Photoelectric conversion elements using this π-electron conjugated block copolymer are used as various optical sensors including solar cells.

Claims (9)

チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む重合体ブロックの少なくとも2種類を含有しているπ電子共役系ブロック共重合体であって、
前記重合体ブロックが、単環芳香環からなる2価の基で連結されていることを特徴とするπ電子共役系ブロック共重合体。
A monomer unit having a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent having a thiophene ring as a part of the chemical structure A π-electron conjugated block copolymer containing at least two types of polymer blocks comprising:
A π-electron conjugated block copolymer, wherein the polymer blocks are connected by a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring.
前記単環芳香環からなる2価の基が、ベンゼン、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、イミダゾール、またはフランから水素原子2個を除いてなる基であることを特徴とする請求項1に記載のπ電子共役系ブロック共重合体。   The divalent group consisting of the monocyclic aromatic ring is a group formed by removing two hydrogen atoms from benzene, thiophene, pyrrole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, imidazole, or furan. The π-electron conjugated block copolymer described. 前記重合体ブロックのうち少なくとも1つが、単量体単位−(a−b)−を含み、
−a−は下記化学式(1)〜(7)
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
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で表されるいずれかの基を有し、
−b−は下記化学式(8)〜(18)
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
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Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
で表されるいずれかの基を有する前記単量体単位
(前記化学式(1)〜(18)中、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または硫黄(−S−)であり、Vは炭素(−CR −)、窒素(−NR−)、ケイ素(−SiR −)またはゲルマニウム(−GeR −)であり、Vは−(Ar)−で表されるアリール基またはヘテロアリール基であり、Vは窒素(−NR−)、酸素(−O−)または−CR=CR−であり、Vは酸素(O)または硫黄(S)である。
はそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、Rはそれぞれ独立に置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基またはアルコキシ基であり、Rはそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基若しくはアリール基であり、Rは置換されていてもよい炭素数1〜18のアルキル基、アリール基、アルキルカルボニル基またはアルキルオキシカルボニル基であり、Rは水素原子またはハロゲン原子である。
mは0〜3の整数、nは0または1を表す。)
であることを特徴とする請求項1または2に記載のπ電子共役系ブロック共重合体。
At least one of the polymer blocks includes a monomer unit-(ab)-,
-A- represents the following chemical formulas (1) to (7)
Figure 2013221074
Figure 2013221074
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Figure 2013221074
Figure 2013221074
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Having any group represented by
-B- represents the following chemical formulas (8) to (18)
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
Figure 2013221074
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Figure 2013221074
Figure 2013221074
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The monomer unit having any group represented by the formula (in the chemical formulas (1) to (18), V 1 represents nitrogen (—NR 1 —), oxygen (—O—) or sulfur (—S—). V 2 is carbon (—CR 1 2 —), nitrogen (—NR 1 —), silicon (—SiR 1 2 —) or germanium (—GeR 1 2 —), and V 3 is — (Ar ) m - in an aryl or heteroaryl group represented, V 4 are nitrogen (-NR 1 -), oxygen (-O-) or -CR 2 = CR 2 - is and, V 5 is oxygen (O ) Or sulfur (S).
R 1 is an independently substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms; R 2 is independently a hydrogen atom or an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms; 3 is an optionally substituted alkyl group or alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is independently a hydrogen atom, halogen atom or optionally substituted alkyl having 1 to 18 carbon atoms. R 5 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group, an alkylcarbonyl group or an alkyloxycarbonyl group, and R 6 is a hydrogen atom or a halogen atom.
m represents an integer of 0 to 3, and n represents 0 or 1. )
The π-electron conjugated block copolymer according to claim 1 or 2, wherein:
チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第一重合体ブロックと、下記化学式(i)
−L−M ・・・(i)
(式中、Mは互いに独立してハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただし、Xはハロゲン原子、Raは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)であり、Lは単環芳香環からなる2価の基である)
で表される化合物とを反応させて、中間体を合成し、
前記中間体に、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第二重合体ブロックとなる単量体を添加して反応させて、前記第一重合体ブロックと前記第二重合体ブロックとを前記単環芳香環からなる2価の基で連結することを特徴とするπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法。
A monomer unit having a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent having a thiophene ring as a part of the chemical structure A first polymer block containing the following chemical formula (i)
M r −L−M r (i)
(Wherein, M r independently of one another are halogen, boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 (however, X is a halogen atom, Ra is from 1 to 4 carbon atoms Linear alkyl group) and L is a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring)
Is reacted with a compound represented by
The intermediate has a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as a part of a chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermol skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. A divalent group composed of the monocyclic aromatic ring is prepared by adding a monomer to be a second polymer block containing a monomer unit and reacting the monomer to form the first polymer block and the second polymer block. A method for producing a π-electron conjugated block copolymer, characterized by being linked by
前記化学式(i)で表される化合物のMがハロゲン原子であることを特徴とする請求項4に記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法。 Method for producing a π-electron conjugated block copolymer according to claim 4 in which M r of the compound represented by Formula (i) is characterized in that it is a halogen atom. チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第一重合体ブロックと、下記化学式(i)
−L−M ・・・(i)
(式中、Mは互いに独立してハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiXまたは−SnRa(ただし、Xはハロゲン原子、Raは炭素数1〜4の直鎖アルキル基)であり、Lは単環芳香環からなる2価の基である)
で表される化合物とを反応させて、中間体を合成し、
前記中間体と、チオフェン環を化学構造の一部に有する縮環π電子共役骨格、フルオレン骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、ジベンゾゲルモール骨格、および置換基を有するビチオフェン骨格から選ばれる骨格を有する単量体単位を含む第二重合体ブロックとを反応させて、前記第一重合体ブロックと前記第二重合体ブロックとを前記単環芳香環からなる2価の基で連結することを特徴とするπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法。
A monomer unit having a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermole skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent having a thiophene ring as a part of the chemical structure A first polymer block containing the following chemical formula (i)
M r −L−M r (i)
(Wherein, M r independently of one another are halogen, boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 or -SnRa 3 (however, X is a halogen atom, Ra is from 1 to 4 carbon atoms Linear alkyl group) and L is a divalent group consisting of a monocyclic aromatic ring)
Is reacted with a compound represented by
The intermediate and a skeleton selected from a condensed π-electron conjugated skeleton having a thiophene ring as a part of a chemical structure, a fluorene skeleton, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, a dibenzogermol skeleton, and a bithiophene skeleton having a substituent. Reacting with a second polymer block containing a monomer unit, and connecting the first polymer block and the second polymer block with a divalent group comprising the monocyclic aromatic ring, A method for producing a π-electron conjugated block copolymer.
前記化学式(i)で表される化合物を、前記第一重合体ブロックを構成する単量体1モルに対し、1モル〜100モル使用することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のπ電子共役系ブロック共重合体の製造方法。   The compound represented by the chemical formula (i) is used in an amount of 1 mol to 100 mol with respect to 1 mol of the monomer constituting the first polymer block. The manufacturing method of the pi-electron conjugated block copolymer of description. 請求項1〜3のいずれかに記載のπ電子共役系ブロック共重合体および電子受容性材料を含むことを特徴とする組成物。   A composition comprising the π-electron conjugated block copolymer according to any one of claims 1 to 3 and an electron-accepting material. 請求項8に記載の組成物からなる層を有することを特徴とする光電変換素子。   It has a layer which consists of a composition of Claim 8, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
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