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JP2014114265A - DITHIOPHENE COMPOUND, π-ELECTRON CONJUGATED POLYMER HAVING DITHIOPHENE GROUP AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE USING POLYMER - Google Patents

DITHIOPHENE COMPOUND, π-ELECTRON CONJUGATED POLYMER HAVING DITHIOPHENE GROUP AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE USING POLYMER Download PDF

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JP2014114265A
JP2014114265A JP2012271587A JP2012271587A JP2014114265A JP 2014114265 A JP2014114265 A JP 2014114265A JP 2012271587 A JP2012271587 A JP 2012271587A JP 2012271587 A JP2012271587 A JP 2012271587A JP 2014114265 A JP2014114265 A JP 2014114265A
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Japan
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group
substituent
conjugated polymer
electron conjugated
photoelectric conversion
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Application number
JP2012271587A
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Japanese (ja)
Inventor
Joji Oshita
浄治 大下
Yutaka Harima
裕 播磨
Yasushi Morihara
靖 森原
Akeshi Fujita
明士 藤田
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.)
Hiroshima University NUC
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Hiroshima University NUC
Kuraray Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hiroshima University NUC, Kuraray Co Ltd filed Critical Hiroshima University NUC
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

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  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】可視〜近赤外領域の光電変換が可能な狭バンドギャップポリマーを含み、高い電圧(VOC)を発現することができる有機半導体デバイス、光電変換素子並びにそのような有機半導体デバイスに最適なπ電子共役重合体を提供する。
【解決手段】化学式(2)で示される繰り返し単位を有するπ電子共役重合体及びこのπ電子共役重合体を有する有機半導体デバイス、光電変換素子。

Figure 2014114265

(式中、R、R、R及びRは同一又は異なる水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基である。Xは炭素、ケイ素及びゲルマニウムから選ばれる元素で同一または異なる。Arは置換基を有してもよい(複素)芳香環を含む2価の基である。)
【選択図】なしAn organic semiconductor device including a narrow band gap polymer capable of photoelectric conversion in the visible to near-infrared region and capable of expressing a high voltage (V oc ), a photoelectric conversion element, and optimal for such an organic semiconductor device A π-electron conjugated polymer is provided.
A π-electron conjugated polymer having a repeating unit represented by chemical formula (2), an organic semiconductor device and a photoelectric conversion element having the π-electron conjugated polymer.
Figure 2014114265

(In formula, R < 1 >, R < 2 >, R < 3 > and R < 4 > may have the same or different hydrogen atom, fluorine atom, C1-C20 alkyl group which may have a substituent, and a substituent. An aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an optionally substituted heteroaryl group having 4 to 20 carbon atoms, X is an element selected from carbon, silicon and germanium, and Ar is a substituent. (It is a divalent group containing a (hetero) aromatic ring which may be present.)
[Selection figure] None

Description

本発明は、新規なジチオフェン化合物、そのジチオフェン基を重合鎖の一部とする(複素)芳香環化合物のπ電子共役重合体、並びにそのπ電子共役重合体を用いた組成物および有機半導体デバイスに関する。   The present invention relates to a novel dithiophene compound, a π-electron conjugated polymer of a (hetero) aromatic ring compound having the dithiophene group as a part of a polymer chain, a composition using the π-electron conjugated polymer, and an organic semiconductor device .

太陽電池は現在深刻さを増すエネルギー問題に対して有力なエネルギー源として着目されている。太陽電池における光起電力素子用の半導体材料としては、化合物半導体、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどの無機半導体が使用されている。しかし、太陽電池発電は、その無機半導体の製造コストが高いために、現在主流となっている火力発電や原子力発電と比較して高コストとなる。製造コストが高くなる主要因としては薄膜作製時に高温・真空条件での蒸着工程を含むという点が挙げられる。一方で共役高分子などの有機材料を半導体材料として用いた場合、蒸着工程が不要となり製造プロセスが簡略化できるといった利点がある。そのため、有機半導体や有機色素を用いた太陽電池(光電変換素子)の検討が進められている。   Solar cells are currently attracting attention as an effective energy source for increasing energy problems. As semiconductor materials for photovoltaic elements in solar cells, inorganic semiconductors such as compound semiconductors, amorphous silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon are used. However, solar cell power generation is expensive compared to thermal power generation and nuclear power generation, which are currently mainstream, due to the high manufacturing cost of the inorganic semiconductor. A main factor that increases the manufacturing cost is that a thin film is formed by a vapor deposition process under high temperature and vacuum conditions. On the other hand, when an organic material such as a conjugated polymer is used as a semiconductor material, there is an advantage that a vapor deposition process is unnecessary and the manufacturing process can be simplified. For this reason, studies on solar cells (photoelectric conversion elements) using organic semiconductors and organic dyes are underway.

有機光電変換素子の性能を決める要素としては、主に短絡電流密度(JSC)、開放電圧(VOC)、フィルファクター(FF)が挙げられる。中でも、JSCは半導体材料の光吸収特性に大きく依存していることから、材料の光吸収領域が広い材料の方がより多くの光を電流へと変換することが可能となる。有機材料において、広い光吸収領域を有する化合物の条件としては、最高被占軌道(HOMO)準位と最低空軌道(LUMO)準位とのエネルギー差(バンドギャップ)が小さいことが必要となる。また、素子作製時における化合物の塗工性の観点から、低分子よりも高分子の研究が盛んに進められている。 Factors that determine the performance of the organic photoelectric conversion element mainly include a short circuit current density (J SC ), an open circuit voltage (V OC ), and a fill factor (FF). Among them, J SC is because it is highly dependent on the optical absorption properties of the semiconductor material, it is possible to better light absorbing region is wide material of the material converts to a current more light. In an organic material, a compound having a wide light absorption region needs to have a small energy difference (band gap) between the highest occupied orbital (HOMO) level and the lowest unoccupied orbital (LUMO) level. In addition, from the viewpoint of the coatability of a compound at the time of device fabrication, research on polymers rather than small molecules has been actively promoted.

これらの特徴を有する化合物として狭バンドギャップポリマーが挙げられる。例えば、非特許文献1には狭バンドギャップポリマーの例としてドナー分子であるシクロペンタジチオフェンとアクセプター分子であるベンゾチアジアゾールの交互共重合体の例が開示されている。さらに広い光吸収領域を持たせるべくドナー分子としてジチエノシロールを用いたベンゾチアジアゾールとの交互共重合体の例が特許文献1及び非特許文献2に開示されている。   Examples of compounds having these characteristics include narrow band gap polymers. For example, Non-Patent Document 1 discloses an example of an alternating copolymer of cyclopentadithiophene as a donor molecule and benzothiadiazole as an acceptor molecule as an example of a narrow band gap polymer. Examples of alternating copolymers with benzothiadiazole using dithienosilol as a donor molecule so as to have a wider light absorption region are disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.

特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2に開示されている狭バンドギャップポリマーは吸収波長帯域が広く、これらを用いて製造した有機太陽電池は高いJSCと光電変換効率を発現する有望な材料である。しかしながら、これらの狭バンドギャップポリマーを用いた有機光電変換素子はVOCが低いという課題を抱えており、改善が望まれている。 Narrow bandgap polymers disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have a wide absorption wavelength band, and organic solar cells produced using these have promising high JSC and photoelectric conversion efficiency. Material. However, organic photoelectric conversion elements using these narrow band gap polymers have a problem of low VOC , and improvement is desired.

特表2010−507233号公報Special table 2010-507233 gazette

ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー(Journal of the American Chemical Society),2008年,第130巻,pp3619−3623Journal of the American Chemical Society, 2008, 130, pp 3619-3623 ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー(Journal of the American Chemical Society),2008年,第130巻,pp16144−16145Journal of the American Chemical Society, 2008, 130, pp 16144-16145

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、狭バンドギャップポリマーでありながらHOMO準位が低いπ電子共役重合体を重合するための新規なジチオフェン化合物を提供し、そのジチオフェン化合物から重合されるπ電子共役重合体を提供することを目的とする。また、このようなπ電子共役重合体を含み高い電圧(VOC)を発現する有機半導体デバイス、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-mentioned problems, and provides a novel dithiophene compound for polymerizing a π-electron conjugated polymer having a low HOMO level while being a narrow band gap polymer. An object is to provide a π-electron conjugated polymer to be polymerized. It is another object of the present invention to provide an organic semiconductor device and a photoelectric conversion element that contain such a π-electron conjugated polymer and express a high voltage (V OC ).

上記の目的を達成するためになされた本発明の請求項1に係る発明は、下記化学式(1)で示されるジチオフェン化合物である。

Figure 2014114265
The invention according to claim 1 of the present invention made to achieve the above object is a dithiophene compound represented by the following chemical formula (1).
Figure 2014114265

化学式(1)中、R、R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してよい炭素数4〜20のヘテロアリール基で、同一でも異なってもよい。Xは炭素、ケイ素及びゲルマニウムから選ばれ、同一でも異なってもよい。Mp1はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY、−SiY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)から選択される。 In chemical formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently have a hydrogen atom, a fluorine atom, a C 1-20 alkyl group which may have a substituent, or a substituent. The aryl group having 6 to 20 carbon atoms or the heteroaryl group having 4 to 20 carbon atoms which may have a substituent may be the same or different. X is selected from carbon, silicon and germanium, and may be the same or different. M p1 is independently a halogen atom, boronic acid, boronic acid ester, —MgY, —ZnY, —SiY 3 and —SnR a 3 (wherein R a is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, Y is Halogen atom).

同じく本発明の請求項2に係る発明は、下記化学式(2)で示される繰り返し単位を有し、数平均分子量が1,000〜1,000,000g/モルであることを特徴とするπ電子共役重合体である。

Figure 2014114265
Similarly, the invention according to claim 2 of the present invention is characterized by having a repeating unit represented by the following chemical formula (2) and having a number average molecular weight of 1,000 to 1,000,000 g / mol. It is a conjugated polymer.
Figure 2014114265

化学式(2)中、R、R、R及びRは同一又は異なる水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基である。Xは炭素、ケイ素及びゲルマニウムから選ばれる元素で同一または異なる。Arは置換基を有してもよい(複素)芳香環を含む2価の基である。 In chemical formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the same or different hydrogen atom, fluorine atom, optionally substituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and substituent. Or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or a heteroaryl group having 4 to 20 carbon atoms which may have a substituent. X is an element selected from carbon, silicon and germanium and is the same or different. Ar is a divalent group containing a (hetero) aromatic ring which may have a substituent.

本発明の請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明のπ電子共役重合体であって、前記R、R、R及びRがそれぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基である。 The invention according to claim 3 of the present invention is the π-electron conjugated polymer of the invention according to claim 2, wherein each of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently has a substituent. It may be an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.

同じく請求項4に係る発明は、請求項2または3に係る発明のπ電子共役重合体であって、前記Xがそれぞれ独立して、ケイ素又はゲルマニウムである。   Similarly, the invention according to claim 4 is the π-electron conjugated polymer of the invention according to claim 2 or 3, wherein each X is independently silicon or germanium.

請求項5に係る発明は、請求項2〜4のいずれかに係る発明のπ電子共役重合体であって、前記Arが、置換基を有してもよい単環(複素)芳香環及び/又は置換基を有してもよい縮環(複素)芳香環を含む2価の基である。   The invention according to claim 5 is the π-electron conjugated polymer of the invention according to any one of claims 2 to 4, wherein Ar is a monocyclic (hetero) aromatic ring which may have a substituent and / or Or it is a bivalent group containing the condensed (hetero) aromatic ring which may have a substituent.

請求項6に係る発明は、請求項5に係る発明のπ電子共役重合体であって、前記Arが、下記化学式(a)〜(u)から選ばれる(複素)芳香環を少なくとも1種含む2価の基である。

Figure 2014114265
The invention according to claim 6 is the π-electron conjugated polymer of the invention according to claim 5, wherein Ar includes at least one (hetero) aromatic ring selected from the following chemical formulas (a) to (u): It is a divalent group.

Figure 2014114265

化学式(a)〜(u)中、
及びR5’はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR5’は環を形成してもよい。R、R6’はそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R、R6’は環を形成してもよい。R及びR7’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。R及びR8’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR8’は環を形成してもよい。R及びR9’はそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R10及びR10’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R11は水素原子またはハロゲン原子である。)
In the chemical formulas (a) to (u),
R 5 and R 5 ′ are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. The hydrogen group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 5 and R 5 ′ may form a ring. R 6 and R 6 ′ are each independently a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and the hydrocarbon group is oxygen It may be interrupted by atoms or sulfur atoms. R 6 and R 6 ′ may form a ring. R 7 and R 7 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 8 and R 8 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 8 and R 8 ′ may form a ring. R 9 and R 9 ′ are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. R 10 and R 10 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. R 11 is a hydrogen atom or a halogen atom. )

請求項7に係る発明は、請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物である。   The invention according to claim 7 is an organic semiconductor composition comprising the π-electron conjugated polymer according to any one of claims 2 to 6.

請求項8に係る発明は、請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスである。   The invention according to claim 8 is an organic semiconductor device comprising the π-electron conjugated polymer according to any one of claims 2 to 6.

請求項9に係る発明は、請求項8に記載の有機半導体デバイスが光電変換素子である。   In the invention according to claim 9, the organic semiconductor device according to claim 8 is a photoelectric conversion element.

請求項10に係る発明は、請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体と電子受容性材料とを含む層を有する電変換素子である。   An invention according to claim 10 is an electric conversion element having a layer containing the π-electron conjugated polymer according to any one of claims 2 to 6 and an electron-accepting material.

請求項11に係る発明は、請求項9または10に記載の光電変換素子からなるタンデム型光電変換素子である。   The invention according to claim 11 is a tandem photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion element according to claim 9 or 10.

本発明により、狭バンドギャップポリマーでありながら低いHOMO準位を有するπ電子共役重合体を提供することができる。また、本発明のπ電子共役重合体を用いた有機光電変換素子により、高いVOCを発現することが可能となる。 According to the present invention, a π-electron conjugated polymer having a low HOMO level while being a narrow band gap polymer can be provided. Moreover, it becomes possible to express high VOC by the organic photoelectric conversion element using the π-electron conjugated polymer of the present invention.

本発明を適用するπ電子共役重合体が光活性層に含有された光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element by which the (pi) electron conjugated polymer to which this invention is applied contained in the photoactive layer.

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.

本発明の化学式(1)で示されるジチオフェン化合物は、低いHOMO準位を有する電子供与性分子である。下記の化学反応式に従い、合成される。

Figure 2014114265
化学反応式(I)において、X及びR〜Rは前述の化学式(1)と同義である The dithiophene compound represented by the chemical formula (1) of the present invention is an electron donating molecule having a low HOMO level. It is synthesized according to the following chemical reaction formula.
Figure 2014114265
In the chemical reaction formula (I), X and R 1 to R 4 are the same as those in the chemical formula (1).

化学反応式(I)中、化学式(6)で示される化合物は、文献(オルガノメタリクス(Organometallics)1999年、第18巻、1453−1459頁及びオルガノメタリクス(Organometallics)1993年、第12巻、2078−2084頁)に記載の方法に従って合成することができる。   In the chemical reaction formula (I), the compound represented by the chemical formula (6) is described in the literature (Organometallics 1999, Vol. 18, pp. 1453-1459 and Organometallics, 1993, Vol. 12). , 2078-2084).

化学式(1)で示されるジチオフェン化合物は、例えば、Mp1がハロゲン原子であるときは、前記化学反応式(I)に従い、窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、化学式(6)で示される化合物にハロゲン化剤を反応させることで得ることができる。 For example, when M p1 is a halogen atom, the dithiophene compound represented by the chemical formula (1) is represented by the chemical formula (6) in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon according to the chemical reaction formula (I). It can be obtained by reacting a compound with a halogenating agent.

ハロゲン化剤としては、例えば、N−クロロスクシンイミド、N−クロロフタル酸イミド、塩素、五塩化リン、塩化チオニル、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの塩素化剤;N−ブロモスクシンイミド、N−ブロモフタル酸イミド、N−ブロモジトリフルオロメチルアミン、臭素、三臭化ホウ素、臭化銅、臭化銀、臭化−t−ブチル、酸化臭素、1,2−ジブロモ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの臭素化剤;ヨウ素、ヨウドトリクロライド、N−ヨードフタル酸イミド、N−ヨードスクシンイミドのようなヨウ素化剤などが挙げられる。これらの中でも、臭素化剤またはヨウ素化剤を用いることが好ましく、臭素化剤を用いることがより好ましい。   Examples of the halogenating agent include chlorinating agents such as N-chlorosuccinimide, N-chlorophthalimide, chlorine, phosphorus pentachloride, thionyl chloride, and 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane. N-bromosuccinimide, N-bromophthalimide, N-bromoditrifluoromethylamine, bromine, boron tribromide, copper bromide, silver bromide, t-butyl bromide, bromine oxide, 1,2-dibromo Brominating agents such as -1,1,2,2-tetrafluoroethane; iodizing agents such as iodine, iodotrichloride, N-iodophthalimide, and N-iodosuccinimide. Among these, it is preferable to use a brominating agent or an iodinating agent, and it is more preferable to use a brominating agent.

ハロゲン化剤の使用量については、化学式(6)で示される化合物1molに対して、2〜8molであることが好ましい。この使用量が2mol未満の場合、臭素の置換反応が不十分となったり、原料である前記化学式中(1−1)に示す化合物との分離精製作業が煩雑になったりするなどの恐れがある。一方、ハロゲン化剤の使用量が8molを超える場合、目的とする位置以外への置換反応が生じたり、未反応のハロゲン化剤の除去作業が煩雑になるなどの恐れがある。   About the usage-amount of a halogenating agent, it is preferable that it is 2-8 mol with respect to 1 mol of compounds shown by Chemical formula (6). When the amount used is less than 2 mol, there is a possibility that the substitution reaction of bromine becomes insufficient, or the separation and purification work with the compound represented by (1-1) in the chemical formula as the raw material becomes complicated. . On the other hand, when the amount of the halogenating agent used exceeds 8 mol, there is a risk that a substitution reaction other than the intended position may occur or the removal of the unreacted halogenating agent becomes complicated.

前記のハロゲン化反応は、溶媒の存在下で行われると好ましい。かかる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、キシレン、エチルトルエンなどの芳香族炭化水素;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、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンのようなエーテルなどが挙げられる。これらのうち、2種以上を併用して用いてもよい。溶媒の使用量は、化学式(6)で示される化合物1重量部に対して、1〜100重量部の範囲であると好ましい。また、ハロゲン化剤を反応させる際の反応温度については特に限定されず、−100〜100℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−100℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなる恐れがあり、−20℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が100℃を超える場合、生成物の分解を促進する恐れがあり、50℃以下であることがより好ましく、10℃以下であることが更に好ましい。反応時間は、1分〜20時間であると好ましく、0.5〜10時間であるとより好ましい。反応圧力は、0〜3MPa(ゲージ圧)であると好ましい。   The halogenation reaction is preferably performed in the presence of a solvent. Examples of such solvents include saturated aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, propylbenzene, xylene, and ethyltoluene; dimethyl ether, Examples thereof include ethers such as ethyl methyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, butyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Of these, two or more may be used in combination. The amount of the solvent used is preferably in the range of 1 to 100 parts by weight with respect to 1 part by weight of the compound represented by the chemical formula (6). Moreover, it does not specifically limit about the reaction temperature at the time of making a halogenating agent react, It is preferable that it is the range of -100-100 degreeC. When reaction temperature is less than -100 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -20 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 100 degreeC, there exists a possibility of accelerating | stimulating decomposition | disassembly of a product, It is more preferable that it is 50 degrees C or less, and it is still more preferable that it is 10 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 20 hours, and more preferably 0.5 to 10 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).

また、本発明の化学式(1)で示されるジチオフェン化合物は、例えば、Mp1がハロゲン原子以外、すなわちボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)から選択されるいずれかであるときは、まず化学式(6)で示される化合物にハロゲン化剤を反応させて両末端をハロゲン化した中間体を得、次いで、該中間体に末端官能化剤を反応させることで得ることが出来る。このとき用いられるハロゲン化剤としては、前記で例示したハロゲン化剤などを好適に使用することができる。 In the dithiophene compound represented by the chemical formula (1) of the present invention, for example, M p1 is other than a halogen atom, that is, boronic acid, boronic acid ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (where R a is the number of carbon atoms) 1 to 4 linear alkyl groups, Y is a halogen atom), an intermediate in which both ends are halogenated by first reacting a compound represented by chemical formula (6) with a halogenating agent And then reacting the intermediate with a terminal functionalizing agent. As the halogenating agent used at this time, the halogenating agents exemplified above can be preferably used.

末端官能化剤としては、例えばハロゲン化トリアルキルスズなどが挙げられ、この場合、得られるジチオフェン化合物(1)のMp1は−SnR となる。また、例えばボロン酸化剤若しくはボロン酸エステル化剤を用いた場合には、Mp1はボロン酸若しくはボロン酸エステルとなる。末端官能化剤は特に限定されず、所望のMp1を有するジチオフェン化合物が得られるものを適宜使用すればよい。 Examples of the terminal functionalizing agent include halogenated trialkyltin, and in this case, M p1 of the obtained dithiophene compound (1) is —SnR a 3 . For example, when a boronating agent or a boronic acid esterifying agent is used, M p1 becomes boronic acid or a boronic acid ester. The terminal functionalizing agent is not particularly limited, and a terminal functionalizing agent that can obtain a dithiophene compound having a desired M p1 may be used as appropriate.

末端官能化剤として用いられるハロゲン化トリアルキルスズの具体例としては、例えば塩化トリメチルスズ、塩化トリエチルスズ、塩化トリ−n−プロピルスズ、塩化トリ−n−ブチルスズなどが挙げられる。中でも塩化トリメチルスズを用いることが望ましい。ボロン酸化剤の具体例としては、例えばほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリ−n−プロピル、ほう酸トリ−n−ブチル、ほう酸トリイソプロピルなどが挙げられる。中でも反応効率の観点からほう酸トリメチルを用いることが望ましい。ボロン酸エステル化剤の具体例としては、例えば4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロラン、2−メトキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロラン、2−イソプロポキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロランなどが挙げられる。中でも2−イソプロポキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロランを用いることが望ましい。   Specific examples of the trialkyltin halide used as the terminal functionalizing agent include trimethyltin chloride, triethyltin chloride, tri-n-propyltin chloride, and tri-n-butyltin chloride. Among them, it is desirable to use trimethyltin chloride. Specific examples of the boronating agent include trimethyl borate, triethyl borate, tri-n-propyl borate, tri-n-butyl borate, triisopropyl borate and the like. Among them, it is desirable to use trimethyl borate from the viewpoint of reaction efficiency. Specific examples of the boronic acid esterifying agent include, for example, 4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, 2-dioxaborolane, 2-methoxy-4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, Examples include 2-dioxaborolane, 2-isopropoxy-4, 4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane. Among these, it is desirable to use 2-isopropoxy-4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, 2-dioxaborolane.

前記の末端官能化反応は、溶媒の存在下で行われると好ましい。かかる溶媒としては前記ハロゲン化反応で例示したものと同じものを使用することができ、2種以上を併用してもよい。溶媒の使用量は、中間体1重量部に対して、1〜100重量部であると好ましく、1〜50重量部であるとより好ましい。また、末端官能化剤を反応させる際の反応温度については特に限定されず、−100〜100℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−100℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなる恐れがあり、−80℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が100℃を超える場合、生成物の分解を促進する恐れがあり、50℃以下であることがより好ましく、0℃以下であることが更に好ましい。反応時間は1分〜20時間であると好ましく、0.5〜5時間であるとより好ましい。反応圧力は0〜3MPa(ゲージ圧)であると好ましい。   The terminal functionalization reaction is preferably performed in the presence of a solvent. As such a solvent, the same solvents as exemplified in the halogenation reaction can be used, and two or more kinds may be used in combination. The amount of the solvent used is preferably 1 to 100 parts by weight and more preferably 1 to 50 parts by weight with respect to 1 part by weight of the intermediate. Moreover, it does not specifically limit about the reaction temperature at the time of making a terminal functionalizing agent react, It is preferable that it is the range of -100-100 degreeC. When reaction temperature is less than -100 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -80 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 100 degreeC, there exists a possibility of accelerating | stimulating decomposition | disassembly of a product, It is more preferable that it is 50 degrees C or less, and it is still more preferable that it is 0 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 20 hours, and more preferably 0.5 to 5 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).

また、前記の末端官能化反応は、塩基触媒の存在下で行われることが好ましい。用いられる塩基としては、有機リチウム化合物が好適である。有機リチウム化合物としては、例えば、メチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム化合物;フェニルリチウムなどのアリールリチウム化合物;ビニルリチウムなどのアルケニルリチウム化合物;リチウムジイソプロピルアミド、リチウムビストリメチルシリルアミドのようなリチウムアミド化合物などが挙げられる。これらの中でもアルキルリチウム化合物を用いることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量については特に限定されず、中間体1molに対して、0.5〜5molであることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量が5molを超える場合、副反応や生成物の分解を促進する恐れがある。   The terminal functionalization reaction is preferably performed in the presence of a base catalyst. As the base to be used, an organic lithium compound is suitable. Examples of the organic lithium compound include alkyllithium compounds such as methyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, and tert-butyllithium; aryllithium compounds such as phenyllithium; alkenyllithium compounds such as vinyllithium; lithium diisopropylamide And lithium amide compounds such as lithium bistrimethylsilylamide. Among these, it is preferable to use an alkyl lithium compound. It does not specifically limit about the usage-amount of an organolithium compound, It is preferable that it is 0.5-5 mol with respect to 1 mol of intermediate bodies. When the amount of the organolithium compound used exceeds 5 mol, there is a risk of promoting side reactions and product decomposition.

化学式(2)で示される繰り返し単位を有する本発明のπ電子共役重合体は、触媒の存在下で、化学式(1)で示されるジチオフェン化合物(単量体)と、下記化学式(3)で示される単量体とを、いわゆるカップリング反応によって交互共重合させることで製造することができる。   The π-electron conjugated polymer of the present invention having a repeating unit represented by the chemical formula (2) is represented by the dithiophene compound (monomer) represented by the chemical formula (1) and the following chemical formula (3) in the presence of a catalyst. The monomer can be produced by alternating copolymerization with a so-called coupling reaction.

p2−Ar−Mp2・・・(3) M p2 -Ar-M p2 (3)

化学式(2)において、X及びR〜Rは化学式(1)と同義である。化学式(2)及び(3)において、Arは置換基を有してもよい(複素)芳香環を含む2価の基である。化学式(3)において、Mp2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)からなる群から選択される1種である。ここで、化学式(1)で示されるジチオフェン化合物と化学式(3)で示される単量体のそれぞれが有するMp1及びMp2は互いに異なる。つまりMp1がハロゲン原子の場合、Mp2はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしY及びRは前記同様)からなる群から選択される1種である。逆にMp2がハロゲン原子の場合、Mp1はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしY及びRは前記同様)からなる群から選択される1種である。Yに用いられるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素が挙げられる。 In the chemical formula (2), X and R 1 to R 4 are synonymous with the chemical formula (1). In the chemical formulas (2) and (3), Ar is a divalent group including a (hetero) aromatic ring which may have a substituent. In chemical formula (3), M p2 each independently represents a halogen atom, a boronic acid, a boronic acid ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (wherein R a is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, Y is one selected from the group consisting of halogen atoms. Here, M p1 and M p2 included in each of the dithiophene compound represented by the chemical formula (1) and the monomer represented by the chemical formula (3) are different from each other. That is, when M p1 is a halogen atom, M p2 is one selected from the group consisting of boronic acid, boronic acid ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (wherein Y and R a are the same as above). . Conversely, when M p2 is a halogen atom, M p1 is one selected from the group consisting of boronic acid, boronic ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (wherein Y and R a are the same as above). is there. Examples of the halogen atom used for Y include fluorine, chlorine, bromine and iodine.

化学式(1)で示される本発明のジチオフェン化合物、及び本発明のπ電子共役重合体(2)において、R〜Rで用いられるアルキル基は、直鎖や分岐鎖のアルキル基であってもよいし、環状のシクロアルキル基であってもよい。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、ドデシル基等の直鎖や分岐鎖のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。これらの中でも、合成が容易で溶解性に優れるという観点から、炭素数3以上のアルキル基であることが好ましい。炭素数の上限としては、特に限定されるものではないが、溶解度の観点から、炭素数20以下が好ましい。なお、ここでいう炭素数とは、下記で例示する置換基を除いた炭素数を意味する。 In the dithiophene compound of the present invention represented by the chemical formula (1) and the π-electron conjugated polymer (2) of the present invention, the alkyl group used in R 1 to R 4 is a linear or branched alkyl group, Alternatively, it may be a cyclic cycloalkyl group. For example, 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, linear or branched alkyl groups such as n-hexyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, dodecyl group; cyclopropyl group, Examples thereof include cycloalkyl groups such as a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a cyclononyl group, a cyclodecyl group, a cycloundecyl group, and a cyclododecyl group. Among these, an alkyl group having 3 or more carbon atoms is preferable from the viewpoint of easy synthesis and excellent solubility. The upper limit of the carbon number is not particularly limited, but 20 or less is preferable from the viewpoint of solubility. In addition, carbon number here means the carbon number except the substituent illustrated below.

〜R中のアルキル基は置換基を有してもよく、かかる置換基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などのアリール基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラジニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基などのヘテロアリール基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基などのアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基などのアルキルチオ基;フェニルチオ基、ナフチルチオ基などのアリールチオ基;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、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基;メチルスルフォキシド基、エチルスルフォキシド基などのアルキルスルフェニル基;フェニルスルフォキシド基などのアリールスルフォキシド基;メチルスルフォニルオキシ基、エチルスルフォニルオキシ基、フェニルスルフォニルオキシ基、メトキシスルフォニル基、エトキシスルフォニル基、フェニルオキシスルフォニル基などのスルフォン酸エステル基;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級又は2級のアミノ基;アセチル基、ベンゾイル基、ベンゼンスルホニル基、tert−ブトキシカルボニル基などで置換された、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、フェニル基などのアルキル基又はアリール基などで置換されていてもよいアミノ基;シアノ基;ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;などが挙げられる。これらの中で、主骨格のπ共役系を拡大するという観点からは、フェニル基、ナフチル基などのようなアリール基やピリジル基、チエニル基などのようなヘテロアリール基であることが好ましい。 The alkyl group in R 1 to R 4 may have a substituent. Examples of the substituent include aryl groups such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group; a pyridyl group, a thienyl group, and a furyl group. , Pyrrolyl group, imidazolyl group, pyrazinyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, pyrazolyl group, benzothiazolyl group, benzoimidazolyl group, and the like; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropoxy group, n-butoxy group , Isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, isopentyloxy group, neopentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyloxy group, n-octyloxy group, nonyloxy group , N-decyloxy group, n-dodecy Alkoxy groups such as oxy group; alkylthio groups such as methylthio group, ethylthio group, propylthio group and butylthio group; arylthio groups such as phenylthio group and naphthylthio group; methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, isopropoxycarbonyl group, alkoxycarbonyl groups such as n-butoxycarbonyl group, isobutoxycarbonyl group, sec-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonyl group, pentyloxycarbonyl group, hexyloxycarbonyl group, heptyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group; Alkyl sulfenyl groups such as sulfoxide groups and ethyl sulfoxide groups; Aryl sulfoxide groups such as phenyl sulfoxide groups; Methyl sulfonyloxy , Sulfonic acid ester groups such as ethylsulfonyloxy group, phenylsulfonyloxy group, methoxysulfonyl group, ethoxysulfonyl group, phenyloxysulfonyl group; dimethylamino group, diphenylamino group, methylphenylamino group, methylamino group, ethylamino group Primary or secondary amino group such as: methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, substituted with acetyl group, benzoyl group, benzenesulfonyl group, tert-butoxycarbonyl group, etc. an amino group optionally substituted with an alkyl group such as a tert-butyl group or a phenyl group or an aryl group; a cyano group; a nitro group; a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom; It is done. Among these, from the viewpoint of expanding the π-conjugated system of the main skeleton, an aryl group such as a phenyl group or a naphthyl group, or a heteroaryl group such as a pyridyl group or a thienyl group is preferable.

またR〜Rで用いられるアリール基は、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などが挙げられる。これらのアリール基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、アルキル基の説明のところで例示されたアリール基以外の置換基や、上述のアルキル基などを用いることができる。 Examples of the aryl group used in R 1 to R 4 include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group. These aryl groups may have a substituent, and as such a substituent, a substituent other than the aryl group exemplified in the description of the alkyl group, the above-described alkyl group, and the like can be used.

〜Rで用いられるヘテロアリール基は、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラジニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基などが挙げられる。これらのヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、アルキル基の説明のところで例示されたヘテロアリール基以外の置換基や、上述のアルキル基などを用いることができる。 Examples of the heteroaryl group used in R 1 to R 4 include a pyridyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, an imidazolyl group, a pyrazinyl group, an oxazolyl group, a thiazolyl group, a pyrazolyl group, a benzothiazolyl group, and a benzoimidazolyl group. It is done. These heteroaryl groups may have a substituent, and as such a substituent, a substituent other than the heteroaryl group exemplified in the description of the alkyl group, the above-described alkyl group, and the like can be used. .

化学式(1)及び化学式(2)中のXは炭素、ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選択され、同一であっても異なっていてもよい。これらの中で、熱安定性という観点から、ケイ素又はゲルマニウムであることが好ましい。   X in chemical formula (1) and chemical formula (2) is selected from the group consisting of carbon, silicon and germanium and may be the same or different. Among these, silicon or germanium is preferable from the viewpoint of thermal stability.

化学式(1)及び化学式(2)中のArは置換基を有してもよい(複素)芳香環を含む2価の基である。例えば、置換基を有してもよい単環(複素)芳香環若しくは置換基を有してもよい縮環(複素)芳香環を含む2価の基、又は単環(複素)芳香環と縮環(複素)芳香環とを複数連結させた多環型(複素)芳香環基などが挙げられる。   Ar in chemical formula (1) and chemical formula (2) is a divalent group containing a (hetero) aromatic ring which may have a substituent. For example, a monocyclic (hetero) aromatic ring which may have a substituent, a divalent group including a condensed (hetero) aromatic ring which may have a substituent, or a monocyclic (hetero) aromatic ring and a condensed ring Examples thereof include a polycyclic (hetero) aromatic group in which a plurality of ring (hetero) aromatic rings are linked.

置換基を有してもよい単環(複素)芳香環を含む2価の基としては、例えば、ベンゼン環、チオフェン環、チアゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環等から水素原子を2個除いてなる2価の基が挙げられる。具体例を下記化学式(a)〜(g)に示す。中でも、チオフェン環から水素原子を2個除いてなるチオフェン−2,5−ジイル基が好ましい。

Figure 2014114265
Examples of the divalent group containing a monocyclic (hetero) aromatic ring which may have a substituent include a hydrogen atom from a benzene ring, a thiophene ring, a thiazole ring, a pyridine ring, a pyridazine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, etc. And a divalent group obtained by removing two of the above. Specific examples are shown in the following chemical formulas (a) to (g). Of these, a thiophene-2,5-diyl group obtained by removing two hydrogen atoms from a thiophene ring is preferable.
Figure 2014114265

置換基を有してもよい縮環(複素)芳香環を含む2価の基としては、例えば下記化学式(h)〜(u)で示される基が挙げられる。縮環(複素)芳香環が有する芳香環数は2〜7個が好ましい。

Figure 2014114265
Examples of the divalent group containing a condensed (hetero) aromatic ring which may have a substituent include groups represented by the following chemical formulas (h) to (u). The number of aromatic rings contained in the condensed (hetero) aromatic ring is preferably 2 to 7.
Figure 2014114265

これらの縮環(複素)芳香環を含む2価の基の中でも、(k),(l),(m),(t)または(u)に示される構造のような縮環複素芳香環を含む2価の基が好ましい。   Among these divalent groups containing a condensed (hetero) aromatic ring, a condensed heteroaromatic ring such as the structure shown in (k), (l), (m), (t) or (u) A divalent group is preferred.

単環(複素)芳香環と縮環(複素)芳香環とを複数連結させた多環型(複素)芳香環基としては、例えば下記化学式(v1)〜(v9)で示される基が挙げられる。これらは置換基を有していてもよい。

Figure 2014114265
Examples of the polycyclic (hetero) aromatic group in which a plurality of monocyclic (hetero) aromatic rings and condensed (hetero) aromatic rings are linked include groups represented by the following chemical formulas (v1) to (v9). . These may have a substituent.
Figure 2014114265

前記化学式中、R及びR5’はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR5’は環を形成してもよい。R、R6’及びR6a〜R6dはそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R、R6’及びR6a〜R6hは環を形成してもよい。R及びR7’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。R及びR8’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR8’は環を形成してもよい。R及びR9’はそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R10及びR10’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R11は水素原子またはハロゲン原子である。 In the chemical formula, R 5 and R 5 ′ are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. Yes, this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 5 and R 5 ′ may form a ring. R 6 , R 6 ′ and R 6a to R 6d are each independently a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, This hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 6 , R 6 ′ and R 6a to R 6h may form a ring. R 7 and R 7 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 8 and R 8 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. R 8 and R 8 ′ may form a ring. R 9 and R 9 ′ are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. R 10 and R 10 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. R 11 is a hydrogen atom or a halogen atom.

前記化学式中におけるpは置換基Rの個数であり、0、1、2または3である。qはArに含まれるチオフェン環の個数を表し、1、2または3である。 In the chemical formula, p is the number of substituents R 5 and is 0, 1, 2, or 3. q represents the number of thiophene rings contained in Ar, and is 1, 2 or 3.

化学式(2)におけるArは、下記化学式(5)

Figure 2014114265
で示される、化学式(1)で示されるジチオフェン化合物由来の縮環複素環基に対して電子吸引性の基であることが好ましい。すなわち、化学式(2)で示される繰り返し単位を有するπ電子共役重合体は、縮環複素環基が相対的に電子供与性であり、Arが相対的に電子吸引性であるローバンドギャップポリマーであることが、光電変換効率の観点から好ましい。ローバンドギャップポリマーは、より長波長側の光を吸収し電気エネルギーに変換できるため、光電変換特性が向上する。本発明のπ電子共役重合体は、単量体である化学式(1)で示されるジチオフェン化合物のHOMO準位が低く、電子供与性が強いため、Ar基と組み合わせることで深いHOMO準位を有するローバンドギャップポリマーとすることができる。それゆえ、光電変換素子の活性層として用いた場合に、高い電流と電圧を発現し、高い光電変換効率を発揮することができる。電子吸引性の強さは、Arを構成する構造に電子リッチなヘテロ原子を有する割合から推測することができる。すなわち、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、りんなどのヘテロ原子を相対的に多く有するArは電子吸引性が強いと判断することができる。 Ar in the chemical formula (2) represents the following chemical formula (5)
Figure 2014114265
It is preferably an electron-withdrawing group with respect to the condensed heterocyclic group derived from the dithiophene compound represented by the chemical formula (1). That is, the π-electron conjugated polymer having the repeating unit represented by the chemical formula (2) is a low band gap polymer in which the condensed heterocyclic group is relatively electron donating and Ar is relatively electron withdrawing. Is preferable from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency. Since the low band gap polymer can absorb light on a longer wavelength side and convert it into electric energy, the photoelectric conversion characteristics are improved. The π-electron conjugated polymer of the present invention has a deep HOMO level when combined with an Ar group because the dithiophene compound represented by chemical formula (1), which is a monomer, has a low HOMO level and a strong electron donating property. It can be a low band gap polymer. Therefore, when used as an active layer of a photoelectric conversion element, a high current and voltage can be expressed and high photoelectric conversion efficiency can be exhibited. The strength of electron withdrawing can be inferred from the proportion of hetero atoms rich in electrons in the structure constituting Ar. That is, it can be determined that Ar having a relatively large number of heteroatoms such as oxygen, nitrogen, sulfur, silicon, and phosphorus has a strong electron-withdrawing property.

Arとしては、前記で例示したものの中でも、置換基を有してもよい縮環(複素)芳香環を含む2価の基又は単環(複素)芳香環と縮環(複素)芳香環とを複数連結させた多環型(複素)芳香環基であることが好ましく、ヘテロ原子を環内に2個以上有する複素芳香環を含む基がより好ましい。特に、化学式(k),(l),(m),(t),(u),(v1),(v5),(v6)又は(v9)で表される構造であることが好ましい。   As Ar, among those exemplified above, a divalent group containing a condensed (hetero) aromatic ring which may have a substituent or a monocyclic (hetero) aromatic ring and a condensed (hetero) aromatic ring It is preferably a polycyclic (hetero) aromatic ring group connected in plural, and more preferably a group containing a heteroaromatic ring having two or more heteroatoms in the ring. In particular, a structure represented by the chemical formula (k), (l), (m), (t), (u), (v1), (v5), (v6) or (v9) is preferable.

本発明のπ電子共役重合体において、化学式(2)で示される繰り返し単位の好ましい構造を以下に示す。

Figure 2014114265
In the π-electron conjugated polymer of the present invention, a preferred structure of the repeating unit represented by the chemical formula (2) is shown below.
Figure 2014114265

(式中、R〜R,R11は前記と同義である)
前記R〜R10が有していてもよい置換基としては、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のアルキル基;フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基などのアリール基;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のアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、フェニルチオ基、ナフチルチオ基などのアルキルチオ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基;メチルスルフォキシド基、エチルスルフォキシド基、フェニルスルフォキシド基などのスルフォキシド基;メチルスルフォニルオキシ基、エチルスルフォニルオキシ基、フェニルスルフォニルオキシ基、メトキシスルフォニル基、エトキシスルフォニル基、フェニルオキシスルフォニル基などのスルフォン酸エステル基;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;アセチル基、ベンゾイル基、ベンゼンスルホニル基、tert−ブトキシカルボニル基などで置換された、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、フェニル基などのアルキル基またはアリール基などで置換されていてもよいアミノ基;シアノ基;ニトロ基などが挙げられる。
(Wherein R 1 to R 7 and R 11 are as defined above)
Examples of the substituent that R 5 to R 10 may have include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-bull group, and a tert-butyl group. 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 Alkyl groups such as cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group and cyclooctyl group; aryl groups such as phenyl group, naphthyl group, pyridyl group, thienyl group, furyl group and pyrrolyl group; methoxy group, ethoxy group and n-propyl group Oxy group, isopropyloxy group, n-butoxy group, n-hexyl group, cyclohexyloxy group, n-octyl Alkoxy groups such as ruoxy group, n-decyloxy group and n-dodecyloxy group; alkylthio groups such as methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group, phenylthio group and naphthylthio group; methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n- Alkoxycarbonyl groups such as butoxycarbonyl group; sulfoxide groups such as methyl sulfoxide group, ethyl sulfoxide group, and phenyl sulfoxide group; methyl sulfonyloxy group, ethyl sulfonyloxy group, phenyl sulfonyloxy group, methoxy sulfonyl group, Sulfonic acid ester groups such as ethoxysulfonyl group and phenyloxysulfonyl group; dimethylamino group, diphenylamino group, methylphenylamino group, methylamino group, ethylamino group, etc. Primary or secondary amino group; methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, tert-, substituted with acetyl group, benzoyl group, benzenesulfonyl group, tert-butoxycarbonyl group, etc. An amino group optionally substituted with an alkyl group such as a butyl group or a phenyl group or an aryl group; a cyano group; a nitro group, and the like.

本発明のπ電子共役重合体の重合度は、本発明の要件を満たす限りにおいて特に限定されないが、有機溶媒に溶解し均一溶液を得るという観点から2,000以下であることが好ましい。また、均質な有機薄膜を得るという観点から5以上であることが好ましく、15以上であることがより好ましい。   The degree of polymerization of the π-electron conjugated polymer of the present invention is not particularly limited as long as the requirements of the present invention are satisfied, but is preferably 2,000 or less from the viewpoint of dissolving in an organic solvent to obtain a uniform solution. Moreover, it is preferable that it is 5 or more from a viewpoint of obtaining a homogeneous organic thin film, and it is more preferable that it is 15 or more.

また、本発明のπ電子共役重合体は、化学式(2)で示される繰り返し単位を有していれば、同一の単量体単位からなるものであってもよいし、本発明の効果を損なわない限り、別の単量体単位が含まれていてもよい。単独重合体、ランダム共重合体またはブロック共重合体の何れでもよい。その分子鎖は、直鎖状、分岐状、物理的または化学的架橋状の何れでもよい。   Further, the π-electron conjugated polymer of the present invention may be composed of the same monomer unit as long as it has the repeating unit represented by the chemical formula (2), and the effect of the present invention is impaired. As long as it is not, another monomer unit may be contained. Any of a homopolymer, a random copolymer, or a block copolymer may be used. The molecular chain may be linear, branched, physically or chemically cross-linked.

化学式(2)で示される繰り返し単位を有する本発明のπ電子共役重合体(2)を製造する際の、カップリング反応の触媒としては遷移金属の錯体を用いることが好ましい。通常、周期表(18族長周期型周期表)の3〜10族、中でも8〜10族に属する遷移金属の錯体が挙がられる。具体的には、公知のNi,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Fe等の錯体が挙げられる。中でも、Ni錯体やPd錯体が好ましい。また、使用する錯体の配位子としては、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリt−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(2−メチルフェニル)ホスフィンなどの単座ホスフィン配位子;ジフェニルホスフィノメタン(dppm)、1,2−ジフェニルホスフィノエタン(dppe)、1,3−ジフェニルホスフィノプロパン(dppp)、1,4−ジフェニルホスフノブタン(pddb)、1,3−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)プロパン(dcpp)、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf)、2,2−ジメチル−1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン等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、アセトニトリル等の含窒素系配位子などを好適に使用することができる。   It is preferable to use a transition metal complex as a catalyst for the coupling reaction in producing the π-electron conjugated polymer (2) of the present invention having a repeating unit represented by the chemical formula (2). Usually, transition metal complexes belonging to groups 3 to 10 of the periodic table (Group 18 long-period type periodic table), especially 8 to 10 are listed. Specifically, known complexes such as Ni, Pd, Ti, Zr, V, Cr, Co, and Fe can be used. Of these, Ni complexes and Pd complexes are preferable. Moreover, as a ligand of the complex to be used, tridentate phosphine coordination such as trimethylphosphine, triethylphosphine, triisopropylphosphine, tri-t-butylphosphine, tricyclohexylphosphine, triphenylphosphine, tris (2-methylphenyl) phosphine Diphenylphosphinomethane (dppm), 1,2-diphenylphosphinoethane (dppe), 1,3-diphenylphosphinopropane (dppp), 1,4-diphenylphosphnobutane (pdbb), 1,3- Bidentate phosphine compounds such as bis (dicyclohexylphosphino) propane (dcpp), 1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene (dppf), 2,2-dimethyl-1,3-bis (diphenylphosphino) propane Lico; tetramethyl ester Diamine, bipyridine, such as a nitrogen-containing ligands such as acetonitrile can be preferably used.

なお、錯体の使用量は、製造するπ電子共役重合体によって異なるが、単量体に対して、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る。また経済的にも不利である。一方、触媒が少なすぎると、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 complex changes with pi electron conjugated polymers to manufacture, 0.001-0.1 mol is preferable with respect to a monomer. When there are too many catalysts, it will cause the molecular weight fall of the polymer obtained. It is also economically disadvantageous. On the other hand, when there are too few catalysts, reaction rate will become slow and stable production will become difficult.

また、本発明のπ電子共役重合体は、化学式(1)で示されるジチオフェン化合物、化学式(3)で示される単量体に加え、下記化学式(4)
A−M・・・(4)
で示される化合物(以下、末端封止剤と略称することがある)を用いて製造することも可能である。Aは任意のアリール基である。Mはハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY、−SiY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)からなる群から選択される1種である。
In addition to the dithiophene compound represented by the chemical formula (1) and the monomer represented by the chemical formula (3), the π-electron conjugated polymer of the present invention has the following chemical formula (4).
A-M q (4)
It is also possible to manufacture using the compound shown below (it may abbreviate as a terminal blocker hereafter). A is an arbitrary aryl group. M q is composed of a halogen atom, boronic acid, boronic ester, -MgY, -ZnY, -SiY 3 and -SnR a 3 (where R a is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and Y is a halogen atom). One selected from the group.

本発明のπ電子共役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。ここで用いられる溶媒としては、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又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。かかる溶媒の使用量としては製造するπ電子共役重合体の単量体に対して1〜1000質量倍の範囲であることが好ましい。中でも、得られるπ電子共役重合体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10質量倍以上であることがより好ましく、反応速度の観点からは100質量倍以下であることがより好ましい。   The π-electron conjugated polymer 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 polymer to be produced, but a commercially available solvent can be generally selected. Examples of the solvent used here include 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. Ether solvents such as methyl ether and diphenyl ether; aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane and cyclohexane; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; Alkyl halide solvents; aromatic aryl halide solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene; solvents such as dimethylformamide, diethylformamide and N-methylpyrrolidone De solvents; such as water and mixtures thereof. The amount of the solvent used is preferably in the range of 1 to 1000 times the mass of the monomer of the π-electron conjugated polymer to be produced. Among these, from the viewpoint of the solubility of the obtained π-electron conjugated polymer and the stirring efficiency of the reaction solution, it is more preferably 10 times by mass or more, and more preferably 100 times by mass or less from the viewpoint of reaction rate.

本発明において、重合温度は、製造するπ電子共役重合体の種類によって異なるが、通常−80℃〜200℃の範囲である。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気圧が好ましく、1気圧前後で反応を行うことがより好ましい。また、反応時間は、20分〜150時間であることが好ましい。   In this invention, although superposition | polymerization temperature changes with kinds of (pi) electron conjugated polymer to manufacture, it is the range of -80 degreeC-200 degreeC normally. In the present invention, the pressure of the reaction system is not particularly limited, but is preferably from 0.1 to 10 atm, and more preferably at about 1 atm. The reaction time is preferably 20 minutes to 150 hours.

化学式(2)で示されるπ電子共役重合体は、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)等の通常の操作によって反応溶液から単離、取得することができる。こうして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又は抽出することで精製することができる。   The π-electron conjugated polymer represented by the chemical formula (2) is reacted by usual operations such as reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, removal of solvent with steam (steam stripping), and the like. It can be isolated and obtained from a solution. The crude product thus obtained can be purified by washing or extraction using a commercially available solvent using a Soxhlet extractor.

ここで用いられる溶媒としては、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又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;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン系溶媒;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。   Examples of the solvent used here include ether solvents such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, and ethyl methyl ether; aliphatic or alicyclic saturation such as pentane, hexane, heptane, and cyclohexane. Hydrocarbon solvents; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ketone solvents such as acetone, ethyl methyl ketone and diethyl ketone; alkyl halide solvents such as dichloromethane and chloroform; chlorobenzene and dichlorobenzene Aromatic aryl halide solvents; amide solvents such as dimethylformamide, diethylformamide, N-methylpyrrolidone; water and mixtures thereof.

π電子共役重合体の数平均分子量は、加工性、結晶性、溶解性、光電変換特性などの観点から1,000〜1,000,000g/モルが好ましく、5,000〜200,000g/モルであることがより好ましい。数平均分子量が高すぎると溶解性が低下し、薄膜などの加工性が低下するおそれがある。一方、数平均分子量が低すぎると結晶性、膜の安定性、光電変換特性などが低下するおそれがある。   The number average molecular weight of the π-electron conjugated polymer is preferably 1,000 to 1,000,000 g / mol, and preferably 5,000 to 200,000 g / mol from the viewpoints of processability, crystallinity, solubility, photoelectric conversion characteristics, and the like. It is more preferable that If the number average molecular weight is too high, the solubility is lowered, and the workability of a thin film or the like may be lowered. On the other hand, if the number average molecular weight is too low, the crystallinity, film stability, photoelectric conversion characteristics and the like may be deteriorated.

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数平均分子量を意味する。本発明のπ電子共役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、本発明のπ電子共役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。   Here, the number average molecular weight means the number average 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 polymer 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 of the π-electron conjugated polymers of the present invention have low solubility around room temperature. In such a case, the number average molecular weight may be determined by high-temperature GPC chromatography using dichlorobenzene, trichlorobenzene or the like as a solvent. .

本発明のπ電子共役重合体のHOMO準位は、−5.0eV以下であることが好ましい。π電子共役重合体のHOMO準位が−5.0eV以下であることで、これを光電変換活性層として用いた有機光電変換素子において、0.70V以上の高い電圧(Voc)を得ることが可能となる。また、HOMO準位が低い材料は耐酸化性に優れるという利点も有する。本発明で用いるHOMO準位とは、π電子共役重合体を有機溶媒に溶解し、ガラス基板上にキャストして得られる厚さ100nm以上の薄膜を用い、光電子収量分光法によって求めたイオン化エネルギーの値より算出したものとする。 The HOMO level of the π electron conjugated polymer of the present invention is preferably −5.0 eV or less. When the HOMO level of the π-electron conjugated polymer is −5.0 eV or less, an organic photoelectric conversion element using the HOMO level as a photoelectric conversion active layer can obtain a high voltage (V oc ) of 0.70 V or more. It becomes possible. A material having a low HOMO level also has an advantage of excellent oxidation resistance. The HOMO level used in the present invention refers to the ionization energy obtained by photoelectron yield spectroscopy using a thin film having a thickness of 100 nm or more obtained by dissolving a π-electron conjugated polymer in an organic solvent and casting on a glass substrate. It shall be calculated from the value.

本発明のπ電子共役重合体は、上記の特徴を活かした有機半導体材料として用いることができる。特に、薄膜型有機トランジスタや有機EL素子、光電変換素子などの有機半導体デバイスに有用である。   The π-electron conjugated polymer of the present invention can be used as an organic semiconductor material taking advantage of the above characteristics. In particular, it is useful for organic semiconductor devices such as thin-film organic transistors, organic EL elements, and photoelectric conversion elements.

本発明におけるπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物とは、本発明のπ電子共役重合体を含有している限り特に限定されず、本発明以外の有機半導体材料、溶媒、結晶化剤、酸化防止剤、各種形態の金属材料、無機結晶などあらゆるものとの組成物を含む。本発明のπ電子共役重合体を塗布プロセスにより製膜する場合は、π電子共役重合体を溶解し得る溶媒を少なくとも一成分以上含む溶液の形態であってもよい。   The organic semiconductor composition containing the π-electron conjugated polymer in the present invention is not particularly limited as long as it contains the π-electron conjugated polymer of the present invention, organic semiconductor materials other than the present invention, solvents, crystallization agents, It includes compositions with antioxidants, various forms of metal materials, inorganic crystals and so on. When the π-electron conjugated polymer of the present invention is formed by a coating process, it may be in the form of a solution containing at least one component that can dissolve the π-electron conjugated polymer.

本発明のπ電子共役重合体を含む組成物は、重合体の結晶性を向上させるために貧溶媒を添加した溶液であってもよく、本発明のπ電子共役重合体の安定性を向上させる目的で酸化防止剤等の安定化剤を含んでいてもよい。上記の溶液を種々の塗布法によって製膜し、溶媒を留去した後の薄膜も本発明の組成物に含まれる。また、本発明のπ電子共役重合体を含む組成物を有機光電変換素子に用いる場合には、電子受容性の半導体を含んでいてもよい。   The composition containing the π-electron conjugated polymer of the present invention may be a solution to which a poor solvent is added in order to improve the crystallinity of the polymer, and improves the stability of the π-electron conjugated polymer of the present invention. A stabilizer such as an antioxidant may be included for the purpose. A thin film after the above solution is formed by various coating methods and the solvent is distilled off is also included in the composition of the present invention. Moreover, when using the composition containing the pi electron conjugated polymer of this invention for an organic photoelectric conversion element, you may contain the electron-accepting semiconductor.

化学式(2)で示される繰り返し単位を有する本発明のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスの例として、光電変換素子が好適に例示される。以下、図面を参照しながら説明する。   As an example of an organic semiconductor device containing the π-electron conjugated polymer of the present invention having a repeating unit represented by the chemical formula (2), a photoelectric conversion element is preferably exemplified. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

光電変換素子の好ましい一形態について、図1に示す。光電変換素子20は、基板26上に、透明電極である正電極25、任意の平滑層である正孔輸送層24、π電子共役重合体を含有する光電変換活性層23、任意の平滑層である電子輸送層22、及び負電極21が、順次積層されているものである。図1の例では基板26側が透明電極である正電極25であり、基板と遠い側が対抗電極である負電極21である。光電変換素子20の構造は、これらに限定されるものではなく、材料の特性に応じて正電極と負電極、正孔輸送材料と電子輸送材料が入れ替わっていてもよい。   A preferred embodiment of the photoelectric conversion element is shown in FIG. The photoelectric conversion element 20 includes a positive electrode 25 which is a transparent electrode, a hole transport layer 24 which is an arbitrary smooth layer, a photoelectric conversion active layer 23 containing a π electron conjugated polymer, and an arbitrary smooth layer on a substrate 26. An electron transport layer 22 and a negative electrode 21 are sequentially stacked. In the example of FIG. 1, the substrate 26 side is a positive electrode 25 that is a transparent electrode, and the side far from the substrate is a negative electrode 21 that is a counter electrode. The structure of the photoelectric conversion element 20 is not limited to these, and the positive electrode and the negative electrode, the hole transport material, and the electron transport material may be interchanged depending on the characteristics of the material.

本発明のπ電子共役重合体は、電子受容性材料との有機半導体組成物とすることにより光電変換素子20の光電変換活性層23に用いることができる。該組成物を構成す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が、例えば1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(NTCDI−C8H)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールや2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール等のオキサゾール誘導体;3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体;フェナントロリン誘導体、C60またはC70等のフラーレン誘導体;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。これらの中でも、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 π-electron conjugated polymer of the present invention can be used for the photoelectric conversion active layer 23 of the photoelectric conversion element 20 by forming an organic semiconductor composition with an electron-accepting material. The electron-accepting material constituting the composition is not particularly limited as long as it is an organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), 3,4 , 9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (NTCDI-C8H), 2- (4-biphenylyl) -5 Oxazole derivatives such as (4-t-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole and 2,5-di (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole; 3- (4-biphenylyl) ) -4-azole-5- (4-tert-butylphenyl) -1,2,4-triazole and other triazole derivatives; phenanthroline derivatives , C60, C70 and the like fullerene derivatives; carbon nanotubes (CNT), poly-p-phenylene vinylene-based polymers introduced with a cyano group (CN-PPV), and the like. 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.

上記フラーレン誘導体は、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94をはじ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。   The fullerene derivatives include unsubstituted ones such as C60, C70, C76, C78, C82, C84, C90, and C94, and [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([6,6]- C61-PCBM), [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid n-butyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid i-butyl ester [6,6] -phenyl C61 butyric acid hexyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid dodecyl ester, [6,6] -diphenyl C62 bis (butyric acid methyl ester) ([6,6 ] -C62-bis-PCBM), [6,6] -phenyl C71 And substituted derivatives, including Ji butyric acid methyl ester ([6,6] -C71-PCBM) and the like.

上記組成物中の電子受容性材料の割合は、本発明のπ電子共役重合体100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜500質量部であることがより好ましい。   The ratio of the electron-accepting material in the composition is preferably 10 to 1000 parts by mass, and more preferably 50 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the π-electron conjugated polymer of the present invention. .

上記組成物には、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、金属、フィラー等の他の成分を含んでいてもよい。   The composition may contain other components such as a surfactant, a binder resin, a metal, and a filler as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明のπ電子共役重合体及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 polymer and the electron-accepting material of the present invention is not particularly limited, but after adding to the solvent in a desired ratio, one method such as heating, stirring, and ultrasonic irradiation is used. Alternatively, a method may be mentioned in which a plurality of types are combined and dissolved in a solvent to form a solution.

溶媒としては特に限定されないが、本発明のπ電子共役重合体及び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以下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、本発明のπ電子共役重合体及び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。   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 the (pi) electron conjugated polymer and electron-accepting material of this invention. When the solubility is 1 mg / mL or less, 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 film 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 polymer and the electron-accepting material of the present invention. .

上記溶媒としては、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、特に本発明のπ電子共役重合体及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、クロロホルム及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、クロロベンゼン及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, pyridine, and the like. Is mentioned. These solvents may be used singly or in combination of two or more types, and in particular, o-dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene having high solubility of the π electron conjugated polymer and the electron accepting material of the present invention. , Iodobenzene, chloroform and mixtures thereof are preferred. More preferably, o-dichlorobenzene, chlorobenzene and a mixture thereof are used.

上記組成物溶液には、本発明のπ電子共役重合体及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、本発明のπ電子共役重合体及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23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℃)等が例示される。   The composition solution may contain an additive having a boiling point higher than that of the solvent in addition to the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention. In the process of forming an organic thin film by adding an additive, a fine and continuous phase separation structure of the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention is formed, so that photoelectric conversion is excellent in photoelectric conversion efficiency. The active layer 23 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.

上記添加物の添加量は、本発明のπ電子共役重合体及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、溶媒及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 is not particularly limited as long as the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention do not precipitate and give a uniform solution. It is preferably 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%.

有機光電変換層23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。   The film thickness of the organic photoelectric conversion layer 23 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.

本発明のπ電子共役重合体及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、エアロゾルジェット法、スピンコーティング法、ビードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、カーテンコーティング法、スリットダイコーター法、グラビアコーター法、スリットリバースコーター法、マイクログラビア法、コンマコーター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 the solution containing the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention 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, dip coating method, spray coating method, ink jet method, aerosol jet method, spin coating method, bead coating method, wire bar coating method, blade coating method, roller coating method, curtain coating method, slit die coater method, gravure coater method , Slit reverse coater method, micro gravure method, comma coater method, etc. can be adopted, and the coating method can be selected according to the coating film properties to be obtained, such as coating thickness control and orientation control. That's fine.

有機光電変換層23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及び/又は分解し、十分な光電変換特性を得ることができない。   The organic photoelectric conversion layer 23 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. If the temperature is too high, the organic thin film is oxidized and / or decomposed, and sufficient photoelectric conversion characteristics cannot be obtained.

上記光電変換素子20を形成する基板26は、電極や有機光電変換層23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、アルミニウム等の金属フィルム、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。透明な基板を用いる場合には、基板側の電極が透明又は半透明であることが好ましい。基板26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 26 on which the photoelectric conversion element 20 is formed may be any substrate that does not change when the electrode or the organic photoelectric conversion layer 23 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. When a transparent substrate is used, the substrate-side electrode is preferably transparent or translucent. Although the film thickness of the board | substrate 26 is not specifically limited, Usually, it is the range of 1 micrometer-10 mm.

上記光電変換素子20においては、正電極25及び負電極21のいずれか一方の電極が光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、有機光電変換層23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。   In the said photoelectric conversion element 20, it is preferable that any one of the positive electrode 25 and the negative electrode 21 has a light transmittance. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the organic photoelectric conversion layer 23 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.

上記の光透過性を有する電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜などが挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、フッ素・スズ・オキサイド(FTO)、アンチモン・スズ・オキサイド、インジウム・亜鉛・オキサイド(IZO)、ガリウム・亜鉛・オキサイド、アルミニウム・亜鉛・オキサイド、アンチモン・亜鉛・オキサイドからなる導電性材料を用いて作製された膜や、金、白金、銀、銅の極薄膜が用いられる。中でも、ITO、FTO、IZO、酸化スズが好ましい。電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、メッキ法などが挙げられる。また、透明電極材料として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。   Examples of the electrode material having optical transparency include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and their composites, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide, indium zinc oxide A film made using a conductive material made of (IZO), gallium / zinc / oxide, aluminum / zinc / oxide, antimony / zinc / oxide, or an ultrathin film of gold, platinum, silver, or copper is used. Of these, ITO, FTO, IZO, and tin oxide are preferable. Examples of the method for producing the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a plating method. Moreover, you may use organic transparent electrically conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as a transparent electrode material.

対向電極材料としては、公知の金属、導電性高分子などを用いることができ、光透過性を有さなくてもよく、透明または半透明であってもよい。好ましくは一対の電極のうち、一方の電極は仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、及びそれらのうち2つ以上の合金、またはそれらのうち1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金、グラファイトまたはグラファイト層間化合物などが用いられる。   As the counter electrode material, a known metal, a conductive polymer, or the like can be used, and it may not have optical transparency, and may be transparent or translucent. Preferably, one of the pair of electrodes is preferably made of a material having a low work function. For example, metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and two of them One or more alloys, or one or more of them, and an alloy of one or more of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, tin, graphite, or a graphite intercalation compound are used. It is done.

合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。   Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, calcium-aluminum alloy, and the like.

本発明の光電変換素子に用いる電極は、一方に仕事関数の大きな導電性素材、もう一方に仕事関数の小さな導電性素材を使用することが好ましい。このとき、仕事関数の大きな導電性素材を用いた電極は正電極となり、仕事関数の小さな導電性素材を用いた電極は負電極となる。   The electrode used for the photoelectric conversion element of the present invention preferably uses a conductive material having a high work function on one side and a conductive material having a low work function on the other side. At this time, an electrode using a conductive material having a high work function is a positive electrode, and an electrode using a conductive material having a low work function is a negative electrode.

上記光電変換素子20は、必要に応じて正電極25と有機光電変換層23の間に正孔輸送層24を設けてもよい。正孔輸送層24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、酸化バナジウム等の金属酸化物が好ましく用いられる。正孔輸送層24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。   In the photoelectric conversion element 20, a hole transport layer 24 may be provided between the positive electrode 25 and the organic photoelectric conversion layer 23 as necessary. The material for forming the hole transport layer 24 is not particularly limited as long as it has p-type semiconductor characteristics. However, the polythiophene polymer, the polyaniline polymer, the poly-p-phenylene vinylene polymer, and the polyfluorene polymer are not particularly limited. Conductive polymers such as polymers, low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as phthalocyanine derivatives (H2Pc, CuPc, ZnPc, etc.), porphyrin derivatives, metal oxides such as molybdenum oxide, zinc oxide, and vanadium oxide. Preferably used. The thickness of the hole transport layer 24 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 20 nm to 300 nm.

正電極25と有機光電変換層23との間に正孔輸送層24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、エアロゾルジェット法、スピンコーティング法、ビードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、カーテンコーティング法、スリットダイコーター法、グラビアコーター法、スリットリバースコーター法、マイクログラビア法、コンマコーター法等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。また、以下に説明する電子輸送層22についても同様にして作製することができる。   When the hole transport layer 24 is formed between the positive electrode 25 and the organic photoelectric conversion layer 23, for example, in the case of a conductive polymer soluble in a solvent, a dip coating method, a spray coating method, an ink jet method, an aerosol jet Method, spin coating method, bead coating method, wire bar coating method, blade coating method, roller coating method, curtain coating method, slit die coater method, gravure coater method, slit reverse coater method, micro gravure method, comma coater method, etc. Can be applied. 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. Further, the electron transport layer 22 described below can be similarly produced.

上記光電変換素子20は、必要に応じて負電極21と有機光電変換層23の間に電子輸送層22を設けてもよい。電子輸送層22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22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。   In the photoelectric conversion element 20, an electron transport layer 22 may be provided between the negative electrode 21 and the organic photoelectric conversion layer 23 as necessary. The material for forming the electron transport layer 22 is not particularly limited as long as it has n-type semiconductor characteristics, but the above-described electron-accepting 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 22 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.

上記光電変換素子20は、負電極21と有機光電変換層23との間にさらに電荷移動を円滑にするバッファー層として金属フッ化物を設けてもよい。金属フッ化物としては、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が挙げられ、特に好ましくはフッ化リチウム、フッ化セシウムである。バッファー層は0.05nmから50nmの厚さが好ましく、0.5nmから20nmがより好ましい。バッファー層は前述した電子輸送層22と併用して用いてもよく、併用する場合は、電極側にバッファー層を形成するのが好ましい。   In the photoelectric conversion element 20, a metal fluoride may be provided as a buffer layer that further facilitates charge transfer between the negative electrode 21 and the organic photoelectric conversion layer 23. Examples of the metal fluoride include lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, cesium fluoride, and particularly preferably lithium fluoride and cesium fluoride. The buffer layer preferably has a thickness of 0.05 nm to 50 nm, more preferably 0.5 nm to 20 nm. The buffer layer may be used in combination with the electron transport layer 22 described above, and when used in combination, the buffer layer is preferably formed on the electrode side.

このように形成された光電変換素子は、タンデム型光電変換素子として用いてもよい。本発明におけるタンデム型光電変換素子は、文献公知の方法、例えば、サイエンス(Science),2007年,第317巻,pp222に記載の方法を用いて作製することができる。具体的には、電荷再結合層を本発明の有機半導体用組成物を用いて作製された活性層(1)と異なる吸収帯域の光電変換が可能な活性層(2)とで挟み込んだ構造を有し、活性層(1)と活性層(2)の接続順は逆であってもよい。   The photoelectric conversion element thus formed may be used as a tandem photoelectric conversion element. The tandem photoelectric conversion element in the present invention can be produced by a method known in the literature, for example, a method described in Science, 2007, Vol. 317, pp222. Specifically, a structure in which a charge recombination layer is sandwiched between an active layer (1) produced using the organic semiconductor composition of the present invention and an active layer (2) capable of photoelectric conversion in a different absorption band. The connection order of the active layer (1) and the active layer (2) may be reversed.

電荷再結合層とは、正電極側の活性層で生じた電子と、負電極側の活性層で生じた正孔を再結合させる働きをする。各活性層で電荷分離して生じた正孔と電子は、活性層中の内部電場によってそれぞれ正電極と負電極方向へと移動する。このとき、正電極側の活性層で生じた正孔及び負電極側の活性層で生じた電子はそれぞれ正電極及び負電極へ取り出され、正電極側の活性層で生じた電子及び負電極側の活性層で生じた正孔が再結合することによって、各活性層が電気的に直列に接続された電池として機能し開放電圧が増大する。   The charge recombination layer functions to recombine electrons generated in the active layer on the positive electrode side and holes generated in the active layer on the negative electrode side. Holes and electrons generated by charge separation in each active layer move toward the positive electrode and the negative electrode, respectively, by an internal electric field in the active layer. At this time, holes generated in the active layer on the positive electrode side and electrons generated in the active layer on the negative electrode side are taken out to the positive electrode and the negative electrode, respectively, and electrons generated on the active layer on the positive electrode side and the negative electrode side Recombination of holes generated in the active layer causes each active layer to function as a battery in which the active layers are electrically connected in series, increasing the open circuit voltage.

電荷再結合層は、複数の活性層が光吸収できるようにするため、光透過性を有することが好ましい。また、電荷再結合層は、十分に正孔と電子が再結合するように設計されていればよいので、必ずしも膜である必要はなく、例えば活性層上に一様に形成された金属クラスターであってもかまわない。従って、該電荷再結合層には、金、白金、クロム、ニッケル、リチウム、マグネシウム、カルシウム、スズ、銀、アルミニウムなどからなる数nm以下程度の光透過性を有する非常に薄い金属膜や金属クラスター(合金を含む)、ITO、IZO、AZO、GZO、FTO、酸化チタンや酸化モリブデンなどの光透過性の高い金属酸化物膜及びクラスター、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が添加されたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)などの導電性有機材料膜、またはこれらの複合体などが用いられる。   The charge recombination layer preferably has optical transparency so that a plurality of active layers can absorb light. In addition, the charge recombination layer only needs to be designed so that holes and electrons are sufficiently recombined. Therefore, the charge recombination layer does not necessarily have to be a film. For example, the charge recombination layer is a metal cluster uniformly formed on the active layer. It does not matter. Therefore, the charge recombination layer includes a very thin metal film or metal cluster made of gold, platinum, chromium, nickel, lithium, magnesium, calcium, tin, silver, aluminum or the like and having a light transmittance of several nm or less. (Including alloys), ITO, IZO, AZO, GZO, FTO, highly light-transmitting metal oxide films and clusters such as titanium oxide and molybdenum oxide, polyethylene dioxythiophene with added polystyrene sulfonic acid (PSS) ( A conductive organic material film such as PEDOT, or a composite of these is used.

例えば銀を、真空蒸着法を用いて水晶振動子膜厚モニター上で数nm以下となるように蒸着すれば、一様な銀クラスターが形成できる。その他にも、酸化チタン膜を形成するならば、例えば、アドバンスト マテリアルズ(Advanced Materials),2006年,第18巻,pp572に記載のゾルゲル法を用いればよい。ITO、IZOなどの複合金属酸化物であるならば、スパッタリング法を用いて製膜すればよい。これら電荷再結合層形成法や種類は、電荷再結合層形成時の活性層への非破壊性や、次に積層される活性層の形成法などを考慮して適当に選択すればよい。   For example, uniform silver clusters can be formed by depositing silver so as to be several nm or less on a quartz oscillator film thickness monitor using a vacuum deposition method. In addition, if a titanium oxide film is formed, the sol-gel method described in, for example, Advanced Materials, 2006, Vol. 18, pp572 may be used. If it is a composite metal oxide such as ITO or IZO, the film may be formed by sputtering. These charge recombination layer formation methods and types may be appropriately selected in consideration of the non-destructive property to the active layer when forming the charge recombination layer, the formation method of the active layer to be laminated next, and the like.

上記光電変換素子20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。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)などに有用である。   The photoelectric conversion element 20 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), electronic devices (such as optical sensors, optical switches, 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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、上記各工程及び下記工程で製造される本発明のπ電子共役重合体の物性測定及び精製は、以下の如くして行った。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the physical-property measurement and refinement | purification of the (pi) electron conjugated polymer of this invention manufactured at each said process and the following process were performed as follows.

(重量平均分子量(Mw)・数平均分子量(Mn))
数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(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。本発明ではGPC装置として、東ソー(株)製のHLC−8020(品番)を用いた。分析用カラムは、溶離液にテトラヒドロフラン(THF)を用いた場合は、Shodex製KF804を、溶離液にクロロホルムを用いた場合には東ソー(株)製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。
(Weight average molecular weight (Mw) / Number average molecular weight (Mn))
A number average molecular weight and a weight average molecular weight are calculated | required by the polystyrene conversion value based on the measurement by a gel permeation chromatography (GPC). In the present invention, HLC-8020 (product number) manufactured by Tosoh Corporation was used as the GPC apparatus. When tetrahydrofuran (THF) was used as the eluent, ShoF KF804 was connected in series when the column was used as an eluent, and TSKgel Multipore HZ manufactured by Tosoh Corporation was connected in series when chloroform was used as the eluent. A thing was used.

(分子構造の同定)
得られた化合物の分子構造は、H(必要に応じて13C)−NMR(核磁気共鳴)測定を行い同定した。本発明では装置として超伝導核磁気共鳴装置 Varian 400−MR(Varian社製)を用い、重クロロホルムに試料を20mg/mLの濃度で溶解し、0.45μmのPTFEフィルターでろ過してから25℃で測定した。積算回数は、モノマーで128回、ポリマーで12800回。
(Identification of molecular structure)
The molecular structure of the obtained compound was identified by measuring 1 H ( 13 C as required) -NMR (nuclear magnetic resonance). In the present invention, a superconducting nuclear magnetic resonance apparatus Varian 400-MR (manufactured by Varian) is used as an apparatus, a sample is dissolved in deuterated chloroform at a concentration of 20 mg / mL, filtered through a 0.45 μm PTFE filter, and then 25 ° C. Measured with The number of integration is 128 times for the monomer and 12800 times for the polymer.

(HOMO準位の分析)
π電子共役重合体のHOMO準位は光電子収量分光法により分析した。本発明では装置としてイオン化エネルギー測定装置BIP−KV201(分光計器社製)を用い、π電子共役重合体を有機溶媒に溶解し、ガラス基板上にキャストして得られる厚さ100nm以上の薄膜を用いて求めたイオン化エネルギーの値より算出した。
(HOMO level analysis)
The HOMO level of the π-electron conjugated polymer was analyzed by photoelectron yield spectroscopy. In the present invention, an ionization energy measuring device BIP-KV201 (manufactured by Spectrometer Co., Ltd.) is used as an apparatus, and a thin film having a thickness of 100 nm or more obtained by dissolving a π electron conjugated polymer in an organic solvent and casting on a glass substrate is used. It was calculated from the value of ionization energy obtained in the above.

本発明のπ電子共役重合体の製造に先立ち、重合体のもとになる化学式(1)に示した単量体の合成例1〜4に示す。反応は、全て乾燥アルゴン中で行った。3,3’−ジブロモ−5,5’−ビス(トリメチルシリル)−2,2’−ビチオフェン (オルガノメタリクス(Organometallics)1999年、第18巻、1453−1459) と1,2−ジクロロテトラブチルジシラン (オルガノメタリクス(Organometallics)1993年、第12巻、2078−2084) は、それぞれ、文献に記載の方法に従って合成した。その他の試薬は市販品を用いた。   Prior to the production of the π-electron conjugated polymer of the present invention, synthesis examples 1 to 4 of monomers represented by the chemical formula (1) on which the polymer is based are shown. All reactions were performed in dry argon. 3,3′-Dibromo-5,5′-bis (trimethylsilyl) -2,2′-bithiophene (Organometallics 1999, 18, 1453-1459) and 1,2-dichlorotetrabutyldisilane (Organometallics, 1993, Vol. 12, 2078-2084) were synthesized according to methods described in the literature. Other reagents used were commercial products.

(合成例1)
下記化学式(6)で示される化合物の合成について以下に示す。なお、以下の化学式中、Buはn-ブチル基を表す。

Figure 2014114265
(Synthesis Example 1)
The synthesis of the compound represented by the following chemical formula (6) is shown below. In the following chemical formula, Bu represents an n-butyl group.
Figure 2014114265

撹拌子、冷却管、滴下漏斗を備えた200mLの三つ口フラスコに3,3’−ジブロモ−5,5’−ビス(トリメチルシリル)−2,2’−ビチオフェンを7.03g(15mmol)、乾燥THFを150mL加え、室温で撹拌して溶解させた後、−80℃に冷却した。続いて、18mL(30mmol)のn−ブチルリチウムを滴下漏斗から1.5時間かけて滴下した。ガスクロマトグラフィーにより原料の消失及びリチオ化体の生成を確認後、1,2−ジクロロテトラブチルジシランを5.34g滴下漏斗から0.5時間かけて滴下し、徐々に室温まで戻し終夜撹拌した。その後、反応液を同程度の体積の氷水に加え、ヘキサンにより有機層を抽出した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、ヘキサメチルジシラザンで予め処理したシリカゲルを用い、ヘキサンを展開溶媒とするカラムで精製することで、化学式(10)に示す目的化合物を4.64g(7.8mmol)得た(収率52%)。   7.03 g (15 mmol) of 3,3′-dibromo-5,5′-bis (trimethylsilyl) -2,2′-bithiophene was dried in a 200 mL three-necked flask equipped with a stirrer, a condenser, and a dropping funnel. 150 mL of THF was added and dissolved by stirring at room temperature, and then cooled to -80 ° C. Subsequently, 18 mL (30 mmol) of n-butyllithium was dropped from the dropping funnel over 1.5 hours. After confirming the disappearance of the raw materials and the formation of the lithiated product by gas chromatography, 5.34 g of 1,2-dichlorotetrabutyldisilane was added dropwise over 0.5 hour from the dropping funnel, gradually returned to room temperature and stirred overnight. Thereafter, the reaction solution was added to a similar volume of ice water, and the organic layer was extracted with hexane. The organic layer was dried over magnesium sulfate, purified on a column using hexane as a developing solvent using silica gel pretreated with hexamethyldisilazane, and 4.64 g (7.8 mmol) of the target compound represented by the chemical formula (10). ) (Yield 52%).

(同定結果)
1H NMR : δ 0.33 (s, 18H, (CH 3 ) 3 Si-), 0.77-0.94 (m, 20H, ((CH 3 CH2CH2 CH 2 )2Si)2-), 1.26-1.37 (m, 16H, ((CH3 CH 2 CH 2 CH2)2Si)2-), 7.13 (s, 2H, thiophen)
13C NMR : δ 0.05, 12.50, 13.70, 26.60, 27.05, 133.77, 138.05, 140.32, 150.92.
上記分析結果は、化学式(6)の化学構造を支持する。
(Identification result)
1 H NMR: δ 0.33 (s, 18H, (CH 3 ) 3 Si-), 0.77-0.94 (m, 20H, (( CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 1.26-1.37 ( m, 16H, ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 7.13 (s, 2H, thiophen)
13 C NMR: δ 0.05, 12.50, 13.70, 26.60, 27.05, 133.77, 138.05, 140.32, 150.92.
The analysis result supports the chemical structure of chemical formula (6).

(合成例2)
下記化学式(7)で示される化合物の合成について以下に示す。

Figure 2014114265
(Synthesis Example 2)
The synthesis of the compound represented by the following chemical formula (7) is shown below.
Figure 2014114265

撹拌子、冷却管、を備えた100mLの二口フラスコに化学式(10)に示す化合物を4.27g(7.2mmol)、乾燥クロロホルム72mLを加えた。フラスコを氷浴に浸し、0℃に冷却した後に2.56g(14mmol)のN−ブロモスクシンイミドを数回に分けて加え、1時間撹拌した。その後、反応液を水とチオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄した。分液後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。溶媒を除去した後、ヘキサンを展開溶媒として、ヘキサメチルジシラザンで予め処理したシリカゲルカラムにより精製することで、化学式(11)に示す目的化合物4.02g(6.6mmol)を得た(収率79%)。   To a 100 mL two-necked flask equipped with a stirrer and a condenser, 4.27 g (7.2 mmol) of the compound represented by the chemical formula (10) and 72 mL of dry chloroform were added. After immersing the flask in an ice bath and cooling to 0 ° C., 2.56 g (14 mmol) of N-bromosuccinimide was added in several portions and stirred for 1 hour. Thereafter, the reaction solution was washed with water and an aqueous sodium thiosulfate solution. After liquid separation, it was dried with magnesium sulfate. After removing the solvent, purification with a silica gel column pretreated with hexamethyldisilazane using hexane as a developing solvent gave 4.02 g (6.6 mmol) of the target compound represented by the chemical formula (11) (yield) 79%).

(同定結果)
1H NMR : δ 0.75-0.92 (m, 20H, ((CH 3 CH2CH2 CH 2 )2Si)2-), 1.25-1.34 (m, 16H, ((CH3 CH 2 CH 2 CH2)2Si)2-), 6.95 (s, 2H, thiophen)
13C NMR : δ 12.31, 13.62, 26.55, 26.92, 110.11, 134.65, 135.64, 145.98.
上記分析結果は、化学式(7)の化学構造を支持する。
(Identification result)
1 H NMR: δ 0.75-0.92 (m, 20H, (( CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 1.25-1.34 (m, 16H, ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 6.95 (s, 2H, thiophen)
13 C NMR: δ 12.31, 13.62, 26.55, 26.92, 110.11, 134.65, 135.64, 145.98.
The analysis result supports the chemical structure of chemical formula (7).

(合成例3)
下記化学式(8)で示される化合物の合成について以下に示す。

Figure 2014114265
(Synthesis Example 3)
The synthesis of the compound represented by the following chemical formula (8) is shown below.
Figure 2014114265

撹拌子、冷却管、滴下漏斗を備えた50mLの三つ口フラスコへ化学式(11)に示す化合物を1.23g(2.0mmol)、乾燥ジエチルエーテルを20mL加え、−80℃に冷却した。滴下漏斗からn−ブチルリチウム2.4mL(4.0mmol)を、15分かけて滴下した。1時間撹拌した後、トリメチルスズクロリド0.88g(4.4mmol)を加えて徐々に室温へ戻し、終夜撹拌した。その後、反応液を同体積程度の氷水に加えてヘキサンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、トルエンを展開溶媒とするリサイクル型GPCにより精製することで、化学式(12)に示す目的化合物1.08g(1.4mmol)を得た
(収率70%)。
To a 50 mL three-necked flask equipped with a stirrer, a condenser tube, and a dropping funnel, 1.23 g (2.0 mmol) of the compound represented by the chemical formula (11) and 20 mL of dry diethyl ether were added and cooled to −80 ° C. From the dropping funnel, 2.4 mL (4.0 mmol) of n-butyllithium was added dropwise over 15 minutes. After stirring for 1 hour, 0.88 g (4.4 mmol) of trimethyltin chloride was added and the temperature was gradually returned to room temperature, followed by stirring overnight. Thereafter, the reaction solution was added to about the same volume of ice water and extracted with hexane. The organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by recycle GPC using toluene as a developing solvent to obtain 1.08 g (1.4 mmol) of the target compound represented by the chemical formula (12) (yield 70%).

(同定結果)
1H NMR : δ 0.37 (s, 18H, (CH3)3Sn-), 0.78-0.95 (m, 20H, ((CH 3 CH2CH2 CH 2 )2Si)2-), 1.29-1.35 (m, 16H, ((CH3 CH 2 CH 2 CH2)2Si)2-), 7.09 (s, 2H, thiophen)
13C NMR : δ -8.09, 12.60, 13.70, 26.63, 27.08, 132.89, 135.28, 141.33, 151.64.
上記分析結果は、化学式(8)の化学構造を支持する。
次いで化学式(1)に示した単量体から化学式(2)に示したπ電子共役重合体を合成する本発明の実施例1を示す。
(Identification result)
1 H NMR: δ 0.37 (s, 18H, (CH 3 ) 3 Sn-), 0.78-0.95 (m, 20H, (( CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 1.29-1.35 ( m, 16H, ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 Si) 2- ), 7.09 (s, 2H, thiophen)
13 C NMR: δ -8.09, 12.60, 13.70, 26.63, 27.08, 132.89, 135.28, 141.33, 151.64.
The analysis result supports the chemical structure of chemical formula (8).
Next, Example 1 of the present invention for synthesizing the π-electron conjugated polymer represented by the chemical formula (2) from the monomer represented by the chemical formula (1) is shown.

(実施例1)
下記化学式(9)で示される重合体の合成

Figure 2014114265
Example 1
Synthesis of a polymer represented by the following chemical formula (9)
Figure 2014114265

撹拌子、冷却管を備えた30mL二口フラスコに、上記化学式(12)で示される化合物(12)を0.38g(0.5mmol)、4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアジアゾールを0.15g(0.5mmol)、トリ(o−トリル)ホスフィンを0.3g(0.1mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)を0.23g(0.025mmol)、乾燥トルエンを15mL加え、攪拌した。反応液の凍結脱気−アルゴン置換を繰り返した後、反応液を50℃に加熱し、3日間撹拌した。反応終了後、反応液にナトリウムジエチルジチオカーバメート3水和物3.1gを30mLの水に溶解させた水溶液を加え、85℃で2時間撹拌した。続いてトルエン200mLを加えて反応液を分液し、有機層を水と3%酢酸水で洗浄した後に、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去した後、残渣を再沈殿により精製し、目的のπ電子共役重合体0.12g(収率24%)を得た。   In a 30 mL two-necked flask equipped with a stirrer and a condenser, 0.38 g (0.5 mmol) of the compound (12) represented by the chemical formula (12), 4,7-dibromo-2,1,3-benzothiadiazole 0.15 g (0.5 mmol), tri (o-tolyl) phosphine 0.3 g (0.1 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) 0.23 g (0.025 mmol), dry toluene Was added and stirred. After repeating freeze degassing-argon substitution of the reaction solution, the reaction solution was heated to 50 ° C. and stirred for 3 days. After completion of the reaction, an aqueous solution in which 3.1 g of sodium diethyldithiocarbamate trihydrate was dissolved in 30 mL of water was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 85 ° C. for 2 hours. Subsequently, 200 mL of toluene was added to separate the reaction solution, and the organic layer was washed with water and 3% aqueous acetic acid and then dried over magnesium sulfate. After the solvent was distilled off, the residue was purified by reprecipitation to obtain 0.12 g (yield 24%) of the desired π electron conjugated polymer.

(同定結果)
1H NMR : δ 0.97-1.67 (br m, 40H, Bu), 7.17-7.71 (br m, 2H, thiophene), 8.50 (br s, 2H, benzothiaziazole)
上記分析結果は、化学式(9)の化学構造を支持する。
(Identification result)
1 H NMR: δ 0.97-1.67 (br m, 40H, Bu), 7.17-7.71 (br m, 2H, thiophene), 8.50 (br s, 2H, benzothiaziazole)
The analysis result supports the chemical structure of chemical formula (9).

THF溶離系GPCよる分子量測定の結果、Mn=10,200、Mw=29,500、多分散度(Mw/Mn)=2.88であった。また、イオン化エネルギー測定の結果、固体薄膜におけるHOMO準位は−5.2eVであった。
(実施例2)
下記化学式(10)で示される重合体の合成

Figure 2014114265
撹拌子、冷却管を備えた30mL二口フラスコに、上記式(12)で示される化合物(12)を0.200g(0.258mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾールを0.118g(0.258mmol)、トリ(o−トリル)ホスフィンを0.016g(0.052mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)を0.019g(0.013mmol)、乾燥トルエンを15mL加え、攪拌した。反応液の凍結脱気−アルゴン置換を繰り返した後、反応液を70℃に加熱し、3日間撹拌した。反応終了後、反応液にナトリウムジエチルジチオカーバメート3水和物3.1gを30mLの水に溶解させた水溶液を加え、85℃で2時間撹拌した。続いてトルエン200mLを加えて反応液を分液し、有機層を水と3%酢酸水で洗浄した後に、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去した後、残渣を再沈殿により精製し、目的のπ電子共役重合体0.19gを得た。 As a result of molecular weight measurement by the THF elution system GPC, Mn = 10,200, Mw = 29,500, and polydispersity (Mw / Mn) = 2.88. As a result of measuring the ionization energy, the HOMO level in the solid thin film was −5.2 eV.
(Example 2)
Synthesis of a polymer represented by the following chemical formula (10)
Figure 2014114265
In a 30 mL two-necked flask equipped with a stirrer and a condenser tube, 0.200 g (0.258 mmol) of the compound (12) represented by the above formula (12), 4,7-bis (5-bromo-2-thienyl) 0.118 g (0.258 mmol) of 2,1,3-benzothiadiazole, 0.016 g (0.052 mmol) of tri (o-tolyl) phosphine, and 0.03 of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0). 019 g (0.013 mmol) and 15 mL of dry toluene were added and stirred. After repeating freeze degassing-argon substitution of the reaction solution, the reaction solution was heated to 70 ° C. and stirred for 3 days. After completion of the reaction, an aqueous solution in which 3.1 g of sodium diethyldithiocarbamate trihydrate was dissolved in 30 mL of water was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 85 ° C. for 2 hours. Subsequently, 200 mL of toluene was added to separate the reaction solution, and the organic layer was washed with water and 3% aqueous acetic acid and then dried over magnesium sulfate. After distilling off the solvent, the residue was purified by reprecipitation to obtain 0.19 g of the target π electron conjugated polymer.

(同定結果)
1H NMR : δ= 0.91-1.54 (br m, Bu), 7.19-7.71 (br m, thiophene), 7.99-8.15 (br m, benzothiadiazole)
(Identification result)
1 H NMR: δ = 0.91-1.54 (br m, Bu), 7.19-7.71 (br m, thiophene), 7.99-8.15 (br m, benzothiadiazole)

クロロホルム溶離系GPCよる分子量測定の結果、Mn=13,200、Mw=33,200、多分散度(Mw/Mn)=2.52であった。また、イオン化エネルギー測定の結果、固体薄膜におけるHOMO準位は−5.1eVであった。   As a result of molecular weight measurement by chloroform elution system GPC, Mn = 13,200, Mw = 33,200, and polydispersity (Mw / Mn) = 2.52. As a result of measuring the ionization energy, the HOMO level in the solid thin film was −5.1 eV.

(比較例1)
本発明を適用外の下記化学式(11)で示される重合体の合成

Figure 2014114265
(Comparative Example 1)
Synthesis of a polymer represented by the following chemical formula (11) without applying the present invention
Figure 2014114265

ジチエノシロールとベンゾチアジアゾールの交互共重合体を合成した。化学式(11)の重合体の合成の詳細な手順は非特許文献2に記載されている。   An alternating copolymer of dithienosilol and benzothiadiazole was synthesized. A detailed procedure for the synthesis of the polymer of the chemical formula (11) is described in Non-Patent Document 2.

THF溶離系GPCよる分子量測定の結果、Mn=12,400、Mw=25,600、多分散度(Mw/Mn)=2.06であった。また、イオン化エネルギー測定の結果、固体薄膜におけるHOMO準位は−4.9eVであった。   As a result of molecular weight measurement by THF elution system GPC, Mn = 12,400, Mw = 25,600, and polydispersity (Mw / Mn) = 2.06. As a result of measuring the ionization energy, the HOMO level in the solid thin film was -4.9 eV.

実施例1、2と比較例1にて得られた各重合体の固体薄膜のイオン化エネルギーから算出したHOMO準位を表に示す。   The HOMO levels calculated from the ionization energies of the solid thin films of the polymers obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in the table.

Figure 2014114265
Figure 2014114265

上記表からわかるように、本発明のπ電子共役重合体は、比較例で得られたπ電子共役重合体よりも低いHOMO準位を有する。   As can be seen from the above table, the π-electron conjugated polymer of the present invention has a lower HOMO level than the π-electron conjugated polymer obtained in the comparative example.

(光電変換素子の作成)
実施例1により得られたπ電子共役重合体を3.0mgと電子受容性材料としてPC71BM(フロンティアカーボン社製E110)を6.0mgと溶媒として2.5vol%の1,8−ジヨードオクタンを含むクロロベンゼン0.25mLとを100℃にて6時間かけて混合した。その後、室温20℃に冷却し、孔径1.0μmのPTFEフィルターで濾過して本発明のπ電子共役重合体とPC71BMを含む組成物溶液を製造した。比較例1により得られたπ電子共役重合体についても同じ方法により、PC71BMを含む組成物溶液を製造した。
(Creation of photoelectric conversion element)
3.0 mg of the π-electron conjugated polymer obtained in Example 1 and 6.0 mg of PC71BM (E110 manufactured by Frontier Carbon Co.) as an electron-accepting material and 2.5 vol% of 1,8-diiodooctane as a solvent. The resulting mixture was mixed with 0.25 mL of chlorobenzene at 100 ° C. for 6 hours. Thereafter, the mixture was cooled to 20 ° C. and filtered through a PTFE filter having a pore size of 1.0 μm to prepare a composition solution containing the π-electron conjugated polymer of the present invention and PC 71 BM. A composition solution containing PC71BM was also produced by the same method for the π-electron conjugated polymer obtained in Comparative Example 1.

スパッタリング法により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(Heraeus社製:CLEVIOS P VP AI4083)をスピンコート法により30nmの厚さに成膜し、ホットプレートにより140℃で20分間加熱乾燥した。次にスピンコート法により上記の組成物溶液を塗布し、3時間真空乾燥させ、薄膜である光電変換層(膜厚約90nm)を形成した。次に、真空蒸着法によりフッ化リチウムを膜厚0.5nmで蒸着し、次いでAlを膜厚100nmで蒸着した。これにより、実施例1および比較例1にて得られた各重合体を含む各光電変換素子を作製した。光電変換素子の受光面形状は5×5mmの正四角形であった。   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 Heraeus: CLEVIOS P VP AI4083) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 30 nm by a spin coating method, and dried by heating at 140 ° C. for 20 minutes using a hot plate. Next, the above composition solution was applied by spin coating and vacuum dried for 3 hours to form a photoelectric conversion layer (film thickness of about 90 nm) as a thin film. Next, lithium fluoride was vapor-deposited with a film thickness of 0.5 nm by vacuum vapor deposition, and then Al was vapor-deposited with a film thickness of 100 nm. Thereby, each photoelectric conversion element containing each polymer obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was produced. The light receiving surface shape of the photoelectric conversion element was a regular square of 5 × 5 mm.

(光電変換特性評価)
光電変換効率は、ソーラーシミュレーター及びソースメーターを用いて、下記測定条件により測定した。測定時の照射強度は、フォトダイオード(BS−520、分光計器社製)を用い、太陽電池評価基準となるように調節した。測定時には、光電変換素子の受光面積と同じ面積の照射光マスクを着用し、余剰な光の入射を排除した。
<測定条件>
ソーラーシミュレーター:PEC−L11(ペクセルテクノロジー社製)
ソースメーター:KEITHLEY2400(KEITHLEY社製)
照射スペクトル:AM1.5
照射強度:100mW/cm
受光面積:0.25cm
(Photoelectric conversion characteristics evaluation)
The photoelectric conversion efficiency was measured under the following measurement conditions using a solar simulator and a source meter. The irradiation intensity at the time of measurement was adjusted to be a solar cell evaluation standard using a photodiode (BS-520, manufactured by Spectrometer Co., Ltd.). At the time of measurement, an irradiation light mask having the same area as the light receiving area of the photoelectric conversion element was worn to eliminate excessive light incidence.
<Measurement conditions>
Solar simulator: PEC-L11 (Peccell Technology)
Source meter: KEITHLEY2400 (manufactured by KEITHLEY)
Irradiation spectrum: AM1.5
Irradiation intensity: 100 mW / cm 2
Light receiving area: 0.25 cm 2

実施例1のπ電子共役系重合体を用いて作製した光電変換素子の光電変換特性を測定したところ、Jsc=12.69mA/cm、Voc=0.82V、FF=0.60、光電変換効率=6.24%であった。 When the photoelectric conversion characteristic of the photoelectric conversion element produced using the π-electron conjugated polymer of Example 1 was measured, J sc = 12.69 mA / cm 2 , V oc = 0.82 V, FF = 0.60, The photoelectric conversion efficiency was 6.24%.

比較例1のπ電子共役系重合体を用いて作製した光電変換素子の光電変換特性を測定したところ、Jsc=10.79mA/cm、Voc=0.68V、FF=0.51、光電変換効率=3.74%であった。 When the photoelectric conversion characteristic of the photoelectric conversion element produced using the π-electron conjugated polymer of Comparative Example 1 was measured, J sc = 10.79 mA / cm 2 , V oc = 0.68 V, FF = 0.51, The photoelectric conversion efficiency was 3.74%.

実施例2についても実施例1と同様にして光電変換素子を作成し、光電変換特性を測定したところ、Voc=0.72Vであった。 Regarding Example 2, a photoelectric conversion element was prepared in the same manner as in Example 1, and the photoelectric conversion characteristics were measured. As a result, V oc = 0.72V.

実施例に示した本発明のπ電子共役重合体を用いた光電変換素子と比較例に示したπ電子共役重合体を用いた光電変換素子との比較からわかるように、HOMO準位の低い本発明のπ電子共役重合体を用いることで、光電変換素子において高いVocを発現し、結果として高い光電変換効率を有する光電変換素子を得ることができる。 As can be seen from the comparison between the photoelectric conversion element using the π-electron conjugated polymer of the present invention shown in the examples and the photoelectric conversion element using the π-electron conjugated polymer shown in the comparative example, a book with a low HOMO level. By using the π-electron conjugated polymer of the invention, a high V oc is expressed in the photoelectric conversion element, and as a result, a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

20は光電変換素子、21は負電極、22は電子輸送層、23は光電変換活性層、24は正孔輸送層、25は正電極、26は基板。   20 is a photoelectric conversion element, 21 is a negative electrode, 22 is an electron transport layer, 23 is a photoelectric conversion active layer, 24 is a hole transport layer, 25 is a positive electrode, and 26 is a substrate.

Claims (11)

下記化学式(1)で示されるジチオフェン化合物。
Figure 2014114265
(式中、R、R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してよい炭素数4〜20のヘテロアリール基で、同一でも異なってもよい。Xは炭素、ケイ素及びゲルマニウムから選ばれ、同一でも異なってもよい。Mp1はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)から選択される。)
A dithiophene compound represented by the following chemical formula (1).
Figure 2014114265
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently have a hydrogen atom, a fluorine atom, a C 1-20 alkyl group which may have a substituent, or a substituent. The aryl group having 6 to 20 carbon atoms or the heteroaryl group having 4 to 20 carbon atoms which may have a substituent may be the same or different, and X is selected from carbon, silicon and germanium, and may be the same or different. M p1 is independently a halogen atom, boronic acid, boronic acid ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (wherein R a is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, Y is a halogen atom) Selected from atoms))
下記化学式(2)で示される繰り返し単位を有し、数平均分子量が1,000〜1,000,000g/モルであることを特徴とするπ電子共役重合体。
Figure 2014114265
(式中、R、R、R及びRは同一又は異なる水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基である。Xは炭素、ケイ素及びゲルマニウムから選ばれる元素で同一または異なる。Arは置換基を有してもよい(複素)芳香環を含む2価の基である。)
A π-electron conjugated polymer having a repeating unit represented by the following chemical formula (2) and having a number average molecular weight of 1,000 to 1,000,000 g / mol.
Figure 2014114265
(In formula, R < 1 >, R < 2 >, R < 3 > and R < 4 > may have the same or different hydrogen atom, fluorine atom, C1-C20 alkyl group which may have a substituent, and a substituent. An aryl group having 6 to 20 carbon atoms or an optionally substituted heteroaryl group having 4 to 20 carbon atoms, X is an element selected from carbon, silicon and germanium, and Ar is a substituent. (It is a divalent group containing a (hetero) aromatic ring which may be present.)
前記R、R、R及びRがそれぞれ独立して、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基である請求項2に記載のπ電子共役重合体。 The π-electron conjugated polymer according to claim 2 , wherein R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a C 1-20 alkyl group that may have a substituent. 前記Xがそれぞれ独立して、ケイ素又はゲルマニウムである請求項2または3に記載のπ電子共役重合体。   The π-electron conjugated polymer according to claim 2 or 3, wherein each X is independently silicon or germanium. 前記Arが、置換基を有してもよい単環(複素)芳香環及び/又は置換基を有してもよい縮環(複素)芳香環を含む2価の基である請求項2〜4のいずれかに記載のπ電子共役重合体。   The Ar is a divalent group including a monocyclic (hetero) aromatic ring which may have a substituent and / or a condensed (hetero) aromatic ring which may have a substituent. The π-electron conjugated polymer according to any one of the above. 前記Arが、下記化学式(a)〜(u)から選ばれる(複素)芳香環を少なくとも1種含む2価の基である請求項5に記載のπ電子共役重合体。
Figure 2014114265
(式中、R及びR5’はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR5’は環を形成してもよい。R、R6’はそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい直鎖状、分岐鎖状もしくは環状の炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R、R6’は環を形成してもよい。R及びR7’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。R及びR8’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、この炭化水素基が酸素原子または硫黄原子などで中断されてもよい。また、R及びR8’は環を形成してもよい。R及びR9’はそれぞれ独立して水素原子または置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R10及びR10’はそれぞれ独立して置換基を有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基である。R11は水素原子またはハロゲン原子である。)
The π-electron conjugated polymer according to claim 5, wherein Ar is a divalent group containing at least one (hetero) aromatic ring selected from the following chemical formulas (a) to (u).
Figure 2014114265
(Wherein R 5 and R 5 ′ are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. The hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom, etc. R 5 and R 5 ′ may form a ring, and R 6 and R 6 ′ are each independently a hydrogen atom. Alternatively, it may be a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and this hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom. , R 6, R 6 'good .R 7 and R 7 may form a ring' is a hydrocarbon group each independently carbon atoms which may have a substituent 1 to 20, the hydrocarbon good .R 8 and R 8 be interrupted by such groups is an oxygen atom or a sulfur atom 'are each independently Substituted hydrocarbon group which may having 1 to 20 carbon atoms, the hydrocarbon group may be interrupted by an oxygen atom and a sulfur atom. Also, R 8 and R 8 'is a ring are each independently also be .R 9 and R 9 'is a .R 10 and R 10 hydrocarbon group each independently carbon atoms which may have a hydrogen atom or substituent having 1 to 20' and (It is a C1-C20 hydrocarbon group which may have a substituent. R 11 is a hydrogen atom or a halogen atom.)
請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物。   The organic-semiconductor composition containing the pi-electron conjugated polymer in any one of Claims 2-6. 請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイス。   An organic semiconductor device comprising the π-electron conjugated polymer according to claim 2. 光電変換素子であることを特徴とする請求項8に記載の有機半導体デバイス。   It is a photoelectric conversion element, The organic-semiconductor device of Claim 8 characterized by the above-mentioned. 請求項2〜6のいずれかに記載のπ電子共役重合体と電子受容性材料とを含む層を有する光電変換素子。   The photoelectric conversion element which has a layer containing the (pi) electron conjugated polymer in any one of Claims 2-6, and an electron-accepting material. 請求項9または10に記載の光電変換素子からなるタンデム型光電変換素子。   A tandem photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion element according to claim 9.
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