JP2015218291A - POLYMER COMPOUND, ORGANIC THIN FILM AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE CONTAINING THE POLYMER COMPOUND - Google Patents
POLYMER COMPOUND, ORGANIC THIN FILM AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE CONTAINING THE POLYMER COMPOUND Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、特定の構造単位を有する高分子化合物、該高分子化合物を含む有機薄膜および有機半導体素子に関する。 The present invention relates to a polymer compound having a specific structural unit, an organic thin film containing the polymer compound, and an organic semiconductor element.
2つの芳香族炭化水素化環または複素芳香環が平面状に架橋された化合物は、架橋により平面性が固定されπ共役が広がること、および、架橋部位に可溶性置換基を導入できることから、塗布法による薄膜形成が可能な高分子化合物の製造に利用され、該高分子化合物は、有機トランジスタ材料や有機太陽電池材料として有用であることが知られている(特許文献1、非特許文献1、非特許文献2)。
A compound in which two aromatic hydrocarbon rings or heteroaromatic rings are cross-linked in a planar manner has a flatness fixed by cross-linking, and π conjugation spreads, and a soluble substituent can be introduced into the cross-linking site. It is known that the polymer compound is useful as an organic transistor material or an organic solar cell material (
上記の高分子化合物を用いて、有機トランジスタのキャリア移動度や有機太陽電池の光電変換効率を向上させる検討が行われている。 Studies have been made to improve the carrier mobility of organic transistors and the photoelectric conversion efficiency of organic solar cells using the above-described polymer compounds.
本発明は、キャリア移動度に優れる有機トランジスタの製造や光電変換効率に優れる有機太陽電池の製造に有用である新規な高分子化合物を提供することを目的とする。本発明はさらに、該高分子化合物を含む有機薄膜、有機半導体素子(特に、有機トランジスタおよび有機太陽電池)を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the novel high molecular compound useful for manufacture of the organic transistor which is excellent in manufacture of the organic transistor excellent in carrier mobility, or photoelectric conversion efficiency. Another object of the present invention is to provide an organic thin film and an organic semiconductor element (in particular, an organic transistor and an organic solar cell) containing the polymer compound.
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、以下の本発明に至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied, and as a result, have reached the following present invention.
[1]
式(1)で表される構造単位を有する高分子化合物。
R1およびR2は、それぞれ独立に炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
Xは硫黄原子、N−R3、またはCH−R4を表し、R3は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数1〜30のアルコキシ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜30のアシル基または炭素原子数1〜30の置換アミノ基を表し、これらの基は置換基を有していてもよく、R4は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素化環または複素芳香環を表し、該芳香族炭化水素化環および複素芳香環は置換基を有していてもよい。)
[2]
前記環Aおよび環Bが、同一の複素芳香環を表す、請求項1に記載の高分子化合物。
[3]
前記式(1)で表される構造単位が、式(2)で表される構造単位である、請求項1または2に記載の高分子化合物。
[4]
XがN−R3である請求項1〜3のいずれかに記載の高分子化合物。
[5]
請求項1〜4のいずれかに記載の高分子化合物を含む、有機薄膜。
[6]
第1の電極と第2の電極とを有し、
該第1の電極と該第2の電極との間に請求項5に記載の有機薄膜を有する、有機半導体素子。
[7]
光電変換素子である、請求項6に記載の有機半導体素子。
[8]
有機トランジスタである、請求項6に記載の有機半導体素子。
[1]
The high molecular compound which has a structural unit represented by Formula (1).
R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups are It may have a substituent.
X represents a sulfur atom, N—R 3 or CH—R 4 , wherein R 3 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms. , A hydroxyl group, an acyl group having 1 to 30 carbon atoms, or a substituted amino group having 1 to 30 carbon atoms, and these groups may have a substituent, and R 4 has 1 to 30 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups optionally have a substituent.
Ring A and ring B each independently represent an aromatic hydrocarbon ring or heteroaromatic ring, and the aromatic hydrocarbon ring and heteroaromatic ring optionally have a substituent. )
[2]
The polymer compound according to
[3]
The polymer compound according to
[4]
The polymer compound according to
[5]
An organic thin film comprising the polymer compound according to
[6]
A first electrode and a second electrode;
The organic-semiconductor element which has an organic thin film of
[7]
The organic-semiconductor element of
[8]
The organic-semiconductor element of
本発明によれば、キャリア移動度に優れる有機トランジスタや光電変換効率に優れる有機太陽電池の製造に有用な高分子化合物を提供することができる。本発明はさらに、該高分子化合物を含む有機薄膜、有機半導体素子(特に、有機トランジスタおよび有機太陽電池)を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high molecular compound useful for manufacture of the organic transistor which is excellent in the organic transistor excellent in carrier mobility, or photoelectric conversion efficiency can be provided. The present invention can further provide an organic thin film and an organic semiconductor element (in particular, an organic transistor and an organic solar cell) containing the polymer compound.
以下、必要に応じて図面を参照することにより、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
本明細書中、「構造単位」とは、高分子化合物中に1個以上存在する単位構造を意味する。「構造単位」は、「繰返し単位」(即ち、高分子化合物中に2個以上存在する単位構造)として高分子化合物中に含まれることが好ましい。 In the present specification, the “structural unit” means a unit structure present in one or more polymer compounds. The “structural unit” is preferably contained in the polymer compound as a “repeating unit” (that is, a unit structure present in two or more in the polymer compound).
<高分子化合物>
(第1構造単位)
本発明の高分子化合物は、式(1)で表される構造単位(以下、「第1構造単位」ということがある。)を含む。第1構造単位は、高分子化合物中に一種のみ含まれていても二種以上含まれていてもよい。本発明の高分子化合物は共役高分子化合物であることが好ましい。
<Polymer compound>
(First structural unit)
The polymer compound of the present invention includes a structural unit represented by the formula (1) (hereinafter sometimes referred to as “first structural unit”). The first structural unit may be contained alone or in combination of two or more in the polymer compound. The polymer compound of the present invention is preferably a conjugated polymer compound.
R1およびR2は、それぞれ独立に炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
Xは硫黄原子、N−R3、またはCH−R4を表し、R3は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数1〜30のアルコキシ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜30のアシル基、炭素原子数1〜30の置換アミノ基を表し、これらの基は置換基を有していてもよく、R4は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素化環または複素芳香環を表し、該芳香族炭化水素化環または複素芳香環は置換基を有していてもよい。)
R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups are It may have a substituent.
X represents a sulfur atom, N—R 3 or CH—R 4 , wherein R 3 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms. , A hydroxyl group, an acyl group having 1 to 30 carbon atoms, and a substituted amino group having 1 to 30 carbon atoms, and these groups may have a substituent, and R 4 has 1 to 30 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups optionally have a substituent.
Ring A and ring B each independently represent an aromatic hydrocarbonated ring or a heteroaromatic ring, and the aromatic hydrocarbonated ring or heteroaromatic ring may have a substituent. )
R1およびR2は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。本発明の化合物の合成の容易さの観点から、R1およびR2は、同一の基を表すことが好ましく、同一の基を表し、かつ、炭素原子数1〜30のアルキル基を表すことがより好ましい。 R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups May have a substituent. From the viewpoint of ease of synthesis of the compound of the present invention, R 1 and R 2 preferably represent the same group, represent the same group, and represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. More preferred.
R1およびR2が表すアルキル基は、直鎖アルキル基、分岐アルキル基のいずれでもよく、シクロアルキル基であってもよい。アルキル基が有する炭素原子数は、通常1〜30(シクロアルキル基の場合、通常3〜30)であり、1〜20(シクロアルキル基の場合、3〜20)であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基等の直鎖アルキル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基等の分岐アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。
アルキル基は置換基を有していてもよく、アルキル基が有していてもよい置換基としては、アルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。置換基を有しているアルキル基の具体例としては、メトキシエチル基、ベンジル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられる。
The alkyl group represented by R 1 and R 2 may be either a linear alkyl group or a branched alkyl group, or a cycloalkyl group. The number of carbon atoms of the alkyl group is usually 1 to 30 (usually 3 to 30 in the case of a cycloalkyl group), and preferably 1 to 20 (3 to 20 in the case of a cycloalkyl group). The number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
Specific examples of the alkyl group include a straight chain alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-hexyl group, an n-octyl group, an n-dodecyl group, and an n-hexadecyl group, Examples thereof include branched alkyl groups such as isopropyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, 2-ethylhexyl group, and 3,7-dimethyloctyl group, and cycloalkyl groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group.
The alkyl group may have a substituent, and examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group, an aryl group, and a halogen atom. Specific examples of the alkyl group having a substituent include a methoxyethyl group, a benzyl group, a trifluoromethyl group, and a perfluorohexyl group.
R1およびR2が表すアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。アリール基が有する炭素原子数は、通常6〜30であり、6〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
アリール基の具体例としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、4−ピレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基、4−フルオレニル基、4−フェニルフェニル基等が挙げられ、フェニル基が好ましい。
アリール基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、1価の複素環基、ハロゲン原子等が挙げられる。これらの基を含むアリール基としては、4−ヘキシルフェニル基、3,5−ジメトキシフェニル基、ペンタフルオロフェニル基等が挙げられる。アリール基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基が好ましい。
The aryl group represented by R 1 and R 2 is the remaining atomic group obtained by removing one hydrogen atom directly bonded to the carbon atom constituting the ring from the aromatic hydrocarbon which may have a substituent. It includes a group in which two or more selected from a group having a ring, a group having a condensed ring, an independent benzene ring and a condensed ring are directly bonded. The number of carbon atoms that the aryl group has is usually 6 to 30, and preferably 6 to 20. The number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
Specific examples of the aryl group include phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 1-anthracenyl group, 2-anthracenyl group, 9-anthracenyl group, 1-pyrenyl group, 2-pyrenyl group, 4-pyrenyl group. 2-fluorenyl group, 3-fluorenyl group, 4-fluorenyl group, 4-phenylphenyl group and the like, and a phenyl group is preferable.
Examples of the substituent that the aryl group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, a monovalent heterocyclic group, and a halogen atom. Examples of the aryl group containing these groups include 4-hexylphenyl group, 3,5-dimethoxyphenyl group, pentafluorophenyl group and the like. When the aryl group has a substituent, the substituent is preferably an alkyl group.
R1およびR2が表す1価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた残りの原子団であり、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環から選ばれる2個以上が直接結合した基を含む。1価の複素環基が有する炭素原子数は、通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
1価の複素環基の具体例としては、2−フリル基、3−フリル基、2−チエニル基、3−チエニル基、2−ピロリル基、3−ピロリル基、2−オキサゾリル基、2−チアゾリル基、2−イミダゾリル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、2−ベンゾフリル基、2−ベンゾチエニル基、2−チエノチエニル基等が挙げられ、2−チエニル基が好ましい。
1価の複素環基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、ハロゲン原子等が挙げられる。これらの基を含む1価の複素環基としては、5−オクチル−2−チエニル基、5−フェニル−2−フリル基等が挙げられる。1価の複素環基が置換基を有する場合、置換基としてはアルキル基が好ましい。
The monovalent heterocyclic group represented by R 1 and R 2 is the remaining atom obtained by removing one hydrogen atom directly bonded to the carbon atom constituting the ring from the heterocyclic compound which may have a substituent. It is a group and includes a group in which two or more selected from a group having a condensed ring, an independent heterocyclic ring and a condensed ring are directly bonded. The number of carbon atoms that the monovalent heterocyclic group has is usually 2 to 30, and preferably 3 to 20. The number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
Specific examples of the monovalent heterocyclic group include 2-furyl group, 3-furyl group, 2-thienyl group, 3-thienyl group, 2-pyrrolyl group, 3-pyrrolyl group, 2-oxazolyl group, 2-thiazolyl group. Group, 2-imidazolyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group, 2-benzofuryl group, 2-benzothienyl group, 2-thienothienyl group and the like, and 2-thienyl group is preferable.
Examples of the substituent that the monovalent heterocyclic group may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, and a halogen atom. Examples of the monovalent heterocyclic group containing these groups include 5-octyl-2-thienyl group and 5-phenyl-2-furyl group. When the monovalent heterocyclic group has a substituent, the substituent is preferably an alkyl group.
置換基としてのアルキル基、アリール基および1価の複素環基は、R1およびR2が表すアルキル基、アリール基および1価の複素環基の定義や例と同じである。 The alkyl group, aryl group and monovalent heterocyclic group as substituents are the same as the definitions and examples of the alkyl group, aryl group and monovalent heterocyclic group represented by R 1 and R 2 .
置換基としてのアルコキシ基は、直鎖アルコキシ基、分岐アルコキシ基のいずれでもよく、シクロアルコキシ基であってもよい。アルコキシ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(シクロアルコキシ基の場合、通常3〜30)である。
アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブチルオキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基等の直鎖アルコキシ基、イソプロポキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−ブチルオクチルオキシ基、2−ヘキシルデシルオキシ基、2−オクチルドデシルオキシ基等の分岐アルコキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のシクロアルコキシ基が挙げられる。
The alkoxy group as a substituent may be either a linear alkoxy group or a branched alkoxy group, or a cycloalkoxy group. The number of carbon atoms that the alkoxy group has is usually 1 to 30 (in the case of a cycloalkoxy group, usually 3 to 30).
Specific examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butyloxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, n-heptyloxy group, n-octyloxy group, n- Linear alkoxy group such as dodecyloxy group, n-hexadecyloxy group, isopropoxy group, isobutyloxy group, sec-butyloxy group, tert-butyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 2-butyloctyloxy group, 2- Examples thereof include branched alkoxy groups such as hexyldecyloxy group and 2-octyldodecyloxy group, and cycloalkoxy groups such as cyclopentyloxy group and cyclohexyloxy group.
置換基としてのアルキルチオ基は、直鎖アルキルチオ基、分岐アルキルチオ基のいずれでもよく、シクロアルキルチオ基であってもよい。アルキルチオ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(シクロアルキルチオ基の場合、通常3〜30)である。
アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、n−ペンチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、n−ヘプチルチオ基、n−オクチルチオ基、n−ドデシルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基等の直鎖アルキルチオ基、イソプロピルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、2−ブチルオクチルチオ基、2−ヘキシルデシルチオ基、2−オクチルドデシルチオ基等の分岐アルキルチオ基、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等のシクロアルキルチオ基が挙げられる。
The alkylthio group as a substituent may be either a linear alkylthio group or a branched alkylthio group, or a cycloalkylthio group. The number of carbon atoms that the alkylthio group has is usually 1 to 30 (usually 3 to 30 in the case of a cycloalkylthio group).
Specific examples of the alkylthio group include methylthio group, ethylthio group, n-propylthio group, n-butylthio group, n-pentylthio group, n-hexylthio group, n-heptylthio group, n-octylthio group, n-dodecylthio group, n -Straight chain alkylthio group such as hexadecylthio group, isopropylthio group, isobutylthio group, sec-butylthio group, tert-butylthio group, 2-ethylhexylthio group, 2-butyloctylthio group, 2-hexyldecylthio group, 2- Examples thereof include branched alkylthio groups such as octyldodecylthio group, cycloalkylthio groups such as cyclopentylthio group and cyclohexylthio group.
置換基としてのハロゲン原子としては、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子およびフッ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。 Examples of the halogen atom as a substituent include an iodine atom, a bromine atom, a chlorine atom, and a fluorine atom, and a fluorine atom is preferable.
Xが表すN−R3におけるR3が表すアルキル基およびアリール基は、R1およびR2が表すアルキル基およびアリール基の定義や例と同じである。 Alkyl and aryl groups represented by R 3 in the N-R 3 in which X represents is the same as the definitions and examples of the alkyl group and aryl group represented by R 1 and R 2.
Xが表すN−R3におけるR3が表すアルコキシ基は、直鎖アルコキシ基、分岐アルコキシ基のいずれでもよく、シクロアルコキシ基であってもよい。アルコキシ基が有する炭素原子数は、通常1〜30(シクロアルコキシ基の場合、通常3〜30)である。
アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブチルオキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基等の直鎖アルコキシ基、イソプロポキシ基、イソブチルオキシ基、sec−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−ブチルオクチルオキシ基、2−ヘキシルデシルオキシ基、2−オクチルドデシルオキシ基等の分岐アルコキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のシクロアルコキシ基が挙げられる。
Alkoxy group represented by R 3 in N-R 3 in which X represents a linear alkoxy group may be either branched alkoxy group, may be a cycloalkoxy group. The number of carbon atoms that the alkoxy group has is usually 1 to 30 (in the case of a cycloalkoxy group, usually 3 to 30).
Specific examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butyloxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, n-heptyloxy group, n-octyloxy group, n- Linear alkoxy group such as dodecyloxy group, n-hexadecyloxy group, isopropoxy group, isobutyloxy group, sec-butyloxy group, tert-butyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 2-butyloctyloxy group, 2- Examples thereof include branched alkoxy groups such as hexyldecyloxy group and 2-octyldodecyloxy group, and cycloalkoxy groups such as cyclopentyloxy group and cyclohexyloxy group.
Xが表すN−R3におけるR3が表すアシル基は、直鎖アシル基、分岐アシル基のいずれでもよい。アシル基が有する炭素原子数は、通常1〜30である。
アシル基の具体例としては、アセチル基、エチルカルボニル基、n−プロピルカルボニル基、n−ブチルカルボニル基、n−ペンチルカルボニル基、n−ヘキシルカルボニル基、n−ヘプチルカルボニル基、n−オクチルカルボニル基、n−ドデシルカルボニル基、n−ヘキサデシルカルボニル基等の直鎖アルキルカルボニル基、イソプロピルカルボニル基、イソブチルカルボニル基、sec−ブチルカルボニル基、tert−ブチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、2−ブチルオクチルカルボニル基、2−ヘキシルデシルカルボニル基、2−オクチルドデシルカルボニル基等の分岐アルキルカルボニル基、シクロペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基等のシクロアルキルカルボニル基、フェニルカルボニル基、4−メチルフェニルカルボニル基、4−ブチルフェニルカルボニル基、4−ヘキシルフェニルカルボニル基、4−オクチルフェニルカルボニル基、4−ドデシルフェニルカルボニル基、4−オクチロキシフェニルカルボニル基などのアリールカルボニル基が挙げられる。
Acyl group represented by R 3 in N-R 3 in which X represents a linear acyl group may be either branched acyl groups. The number of carbon atoms that the acyl group has is usually 1-30.
Specific examples of the acyl group include acetyl group, ethylcarbonyl group, n-propylcarbonyl group, n-butylcarbonyl group, n-pentylcarbonyl group, n-hexylcarbonyl group, n-heptylcarbonyl group, n-octylcarbonyl group. , N-dodecylcarbonyl group, linear alkylcarbonyl group such as n-hexadecylcarbonyl group, isopropylcarbonyl group, isobutylcarbonyl group, sec-butylcarbonyl group, tert-butylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, 2-butyl Branched alkylcarbonyl groups such as octylcarbonyl group, 2-hexyldecylcarbonyl group, 2-octyldodecylcarbonyl group, cycloalkylcarbonyl groups such as cyclopentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group, phenylcarbonyl Arylcarbonyl groups such as 4-methylphenylcarbonyl group, 4-butylphenylcarbonyl group, 4-hexylphenylcarbonyl group, 4-octylphenylcarbonyl group, 4-dodecylphenylcarbonyl group, 4-octyloxyphenylcarbonyl group, etc. It is done.
Xが表すN−R3におけるR3が表す置換アミノ基は、直鎖アルキルアミノ基、分岐アルキルアミノ基、アリールアミノ基のいずれでもよい。置換アミノ基が有する炭素原子数は、通常1〜30である。
アミノ基の具体例としては、メチルアミノ基、エチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、n−ペンチルアミノ基、n−ヘキシルアミノ基、n−ヘプチルアミノ基、n−オクチルアミノ基、n−ドデシルアミノ基、n−ヘキサデシルアミノ基等の直鎖アルキルアミノ基、イソプロピルアミノ基、イソブチルアミノ基、sec−ブチルアミノ基、tert−ブチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、2−ブチルオクチルアミノ基、2−ヘキシルデシルアミノ基、2−オクチルドデシルアミノ基等の分岐アルキルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基等のシクロアルキルアミノ基、フェニルアミノ基、4−メチルフェニルアミノ基、4−ブチルフェニルアミノ基、4−ヘキシルフェニルアミノ基、4−オクチルフェニルアミノ基、4−ドデシルフェニルアミノ基、4−オクチロキシフェニルアミノ基などのアリールアミノ基が挙げられる。
Substituted amino group represented by R 3 in N-R 3 in which X represents a linear alkyl group, branched alkyl amino group may be any of the aryl amino group. The substituted amino group has usually 1 to 30 carbon atoms.
Specific examples of the amino group include methylamino group, ethylamino group, n-propylamino group, n-butylamino group, n-pentylamino group, n-hexylamino group, n-heptylamino group, and n-octylamino. Group, linear alkylamino group such as n-dodecylamino group, n-hexadecylamino group, isopropylamino group, isobutylamino group, sec-butylamino group, tert-butylamino group, 2-ethylhexylamino group, 2- Branched alkylamino groups such as butyloctylamino group, 2-hexyldecylamino group, 2-octyldodecylamino group, cycloalkylamino groups such as cyclopentylamino group, cyclohexylamino group, phenylamino group, 4-methylphenylamino group, 4-butylphenylamino group, 4-hexylphenylamino group 4-octylphenyl group, 4-dodecylphenyl group, and an aryl amino group such as 4-octene Ciro hydroxyphenyl amino group.
Xが表すCH−R4におけるR4が表すアルキル基、アリール基および1価の複素環基は、R1およびR2が表すアルキル基、アリール基および1価の複素環基の定義や例と同じである。 Alkyl group represented by R 4 is in the CH-R 4 in which X represents an aryl group and monovalent heterocyclic group, a definition and examples of the alkyl group, aryl group and monovalent heterocyclic group represented by R 1 and R 2 The same.
環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素化環または複素芳香環を表し、該芳香族炭化水素化環または複素芳香環は置換基を有していてもよい。芳香族炭化水素化環の炭素原子数は、好ましくは6〜30であり、より好ましくは6〜14であり、さらに好ましくは6〜10である。複素芳香環の炭素原子数は、好ましくは2〜30であり、より好ましくは2〜14であり、さらに好ましくは3〜8である。なお、上記の炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
環Aおよび環Bは、本発明の化合物の合成の容易さの観点から、同一の芳香族炭化水素化環または複素芳香環を表すことが好ましく、本発明の化合物を重合して得られる高分子化合物のπ共役がより広がる観点から、5〜6員環を表すことが好ましく、5員環を表すことがより好ましい。
Ring A and ring B each independently represent an aromatic hydrocarbonated ring or a heteroaromatic ring, and the aromatic hydrocarbonated ring or heteroaromatic ring may have a substituent. The number of carbon atoms in the aromatic hydrocarbonated ring is preferably 6-30, more preferably 6-14, and still more preferably 6-10. The number of carbon atoms in the heteroaromatic ring is preferably 2 to 30, more preferably 2 to 14, and further preferably 3 to 8. The number of carbon atoms does not include the number of carbon atoms of the substituent.
Ring A and ring B preferably represent the same aromatic hydrocarbonated ring or heteroaromatic ring from the viewpoint of ease of synthesis of the compound of the present invention, and a polymer obtained by polymerizing the compound of the present invention From the viewpoint of further expanding the π conjugation of the compound, it is preferably a 5- to 6-membered ring, more preferably a 5-membered ring.
式(1)で表される構造単位は、式(2)で表されるであることが好ましい。 The structural unit represented by the formula (1) is preferably represented by the formula (2).
式(1)で表される構造単位または式(2)で表される構造単位としては、例えば、式(1−1)〜式(1−18)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the structural unit represented by Formula (1) or the structural unit represented by Formula (2) include compounds represented by Formula (1-1) to Formula (1-18).
式(1−1)〜式(1−18)で表される化合物の中でも、好ましくは、式(1−1)〜式(1−12)で表される化合物である。 Among the compounds represented by formula (1-1) to formula (1-18), compounds represented by formula (1-1) to formula (1-12) are preferable.
(第2構造単位)
本発明の高分子化合物は、前記式(1)で表される構造単位のほかに、式(1)で表される構造単位とは異なる構造単位を有していることが好ましい。この場合、式(1)で表される構造単位と式(1)で表される構造単位とは異なる構造単位とが、共役を形成していることが好ましい。
本明細書における共役とは、不飽和結合−単結合−不飽和結合の順に連鎖し、π軌道の2個のπ結合が隣り合い、それぞれのπ電子が平行に配置し、不飽和結合上にπ電子が局在するのではなく、隣の単結合上にπ電子が広がってπ電子が非局在化している状態のことを指す。ここで不飽和結合とは、二重結合や三重結合を指す。
(Second structural unit)
The polymer compound of the present invention preferably has a structural unit different from the structural unit represented by the formula (1) in addition to the structural unit represented by the formula (1). In this case, it is preferable that the structural unit represented by the formula (1) and the structural unit different from the structural unit represented by the formula (1) form a conjugate.
Conjugation in this specification is chained in the order of unsaturated bond-single bond-unsaturated bond, two pi bonds in pi orbital are adjacent, and each pi electron is arranged in parallel, on the unsaturated bond. It refers to a state where π electrons are not localized but π electrons spread on adjacent single bonds and π electrons are delocalized. Here, the unsaturated bond refers to a double bond or a triple bond.
前記式(1)で表される構造単位とは異なる構造単位としては、例えば、ビニレン基、エチニレン基、アリーレン基、2価の複素環基が挙げられる。 Examples of the structural unit different from the structural unit represented by the formula (1) include a vinylene group, an ethynylene group, an arylene group, and a divalent heterocyclic group.
アリーレン基とは、芳香族炭化水素から芳香環を構成する炭素原子に直接結合する、水素原子2個を除いた残りの原子団であり、芳香族炭化水素の炭素原子数は通常6〜60であり、好ましくは6〜20である。
アリーレン基としては、ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基、独立したベンゼン環および縮合環から選ばれる2個以上が直接結合した基、独立したベンゼン環および縮合環から選ばれる2個以上がビニレン等の基を介して結合した基が含まれる。
The arylene group is an atomic group remaining after removing two hydrogen atoms directly bonded to a carbon atom constituting an aromatic ring from an aromatic hydrocarbon, and the aromatic hydrocarbon usually has 6 to 60 carbon atoms. Yes, preferably 6-20.
The arylene group includes a group having a benzene ring, a group having a condensed ring, a group in which two or more selected from an independent benzene ring and a condensed ring are directly bonded, and two or more selected from an independent benzene ring and a condensed ring. Groups bonded through groups such as vinylene are included.
アリーレン基としては、例えば下式1〜10で表されるアリーレン基が例示される。
Examples of the arylene group include arylene groups represented by the following
2価の複素環基とは、複素環式化合物から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団であり、複素環式化合物の炭素原子数は通常2〜30であり、3〜20であることが好ましい。また、2価の複素環基としては、2価の芳香族複素環基であることが好ましい。
ここに複素環式化合物とは、環式構造をもつ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素、ヒ素等のヘテロ原子を環内に含むものをいう。
2価の複素環基としては、縮合環を有する基、独立した複素環および縮合環から選ばれる2個以上が直接結合した基が含まれる。
The divalent heterocyclic group is an atomic group remaining after removing two hydrogen atoms directly bonded to the carbon atoms constituting the ring from the heterocyclic compound, and the number of carbon atoms of the heterocyclic compound is usually 2 to 2. 30 and preferably 3-20. Further, the divalent heterocyclic group is preferably a divalent aromatic heterocyclic group.
Here, the heterocyclic compound is an organic compound having a cyclic structure in which the elements constituting the ring are not only carbon atoms but also heteroatoms such as oxygen, sulfur, nitrogen, phosphorus, boron, and arsenic in the ring. This includes things.
The divalent heterocyclic group includes a group in which two or more selected from a group having a condensed ring, an independent heterocyclic ring and a condensed ring are directly bonded.
2価の複素環基としては、例えば下記式11〜60で表される2環の複素環基が例示される。 Examples of the divalent heterocyclic group include bicyclic heterocyclic groups represented by the following formulas 11 to 60.
本発明の高分子化合物とは、重量平均分子量が1000以上のものを指すが、重量平均分子量が3000〜1000000の高分子化合物が好ましく用いられる。重量平均分子量が3000より低いと有機半導体素子作製時の膜形成に欠陥が生じることがあり、1000000より大きいと溶媒溶解性や塗布成膜加工性が低下することがある。重量平均分子量としてさらに好ましくは8000〜500000であり、特に好ましくは10000〜300000である。
なお、本明細書における重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用い、ポリスチレンの標準試料を用いて算出したポリスチレン換算の重量平均分子量のことを指す。
The polymer compound of the present invention refers to a polymer having a weight average molecular weight of 1000 or more, and a polymer compound having a weight average molecular weight of 3000 to 1000000 is preferably used. If the weight average molecular weight is lower than 3000, defects may occur in the film formation during the production of the organic semiconductor element, and if it exceeds 1000000, solvent solubility and coating film forming processability may be deteriorated. More preferably, it is 8000-500000 as a weight average molecular weight, Most preferably, it is 10000-300000.
In addition, the weight average molecular weight in this specification refers to the weight average molecular weight of polystyrene conversion calculated using the standard sample of polystyrene using gel permeation chromatography (GPC).
また、本発明の高分子化合物は、溶媒溶解性が高いものであるが、具体的には、本発明の高分子化合物を0.1重量%(以下、「wt%」ということがある。)以上含む溶液を作製し得る溶解性を有することが好ましく、0.4wt%以上含む溶液を作製し得る溶解性を有することがより好ましい。 The polymer compound of the present invention has high solvent solubility. Specifically, the polymer compound of the present invention is 0.1% by weight (hereinafter sometimes referred to as “wt%”). It is preferable that it has a solubility capable of producing a solution containing the above, and more preferably a solubility capable of producing a solution containing 0.4 wt% or more.
本発明の高分子化合物において、前記式(1)で表される構造単位の含有量は、高分子化合物中に少なくとも1つ含まれていればよいが、好ましくは、高分子化合物中に3個以上、さらに好ましくは、高分子化合物中に5個以上含まれる。 In the polymer compound of the present invention, the content of the structural unit represented by the formula (1) may be at least one in the polymer compound, but preferably 3 in the polymer compound. More preferably, 5 or more are contained in the polymer compound.
本発明の高分子化合物は、いかなる種類の共重合体であってもよく、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体等のいずれであってもよい。本実施形態の高分子化合物を用いて製造される有機トランジスタのキャリア移動度をより高める観点からは、交互共重合体であることがより好ましい。 The polymer compound of the present invention may be any type of copolymer, such as a block copolymer, a random copolymer, an alternating copolymer, or a graft copolymer. From the viewpoint of further increasing the carrier mobility of the organic transistor produced using the polymer compound of the present embodiment, an alternating copolymer is more preferable.
本発明の高分子化合物は、分子鎖末端に重合反応に活性である基が残っていると、該高分子化合物を用いて製造される有機トランジスタのキャリア移動度が低下する可能性がある。そのため、該分子鎖末端は、アリール基、1価の芳香族複素環基等の安定な基であることが好ましい。 In the polymer compound of the present invention, if a group that is active in the polymerization reaction remains at the end of the molecular chain, the carrier mobility of an organic transistor produced using the polymer compound may be lowered. Therefore, the molecular chain terminal is preferably a stable group such as an aryl group or a monovalent aromatic heterocyclic group.
<高分子化合物の製造方法>
本発明の高分子化合物の製造方法としては、特に制限されるものではないが、高分子化合物の合成の容易さからは、Suzukiカップリング反応やStilleカップリング反応を用いる方法が好ましい。
<Method for producing polymer compound>
The method for producing the polymer compound of the present invention is not particularly limited, but a method using a Suzuki coupling reaction or a Stille coupling reaction is preferable from the viewpoint of ease of synthesis of the polymer compound.
Suzukiカップリング反応を用いる方法としては、例えば、
式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)と、
Zはハロゲン原子を表す。2個存在するZは、同一でも異なっていても良い。〕
式(100)で表される1種類以上の化合物と、必要に応じて式(200)で表される1種類以上の化合物と、をパラジウム触媒および塩基の存在下で反応される工程を有する製造方法が挙げられる。
E1、E2が表すアリーレン基および2価の複素環基は、上記の前記式(1)で表される構造単位とは異なる構造単位が表すアリーレン基および2価の複素環基と同じ意味を表す。
Q100−E1−Q200 (100)
〔式中、
E1は、ビニレン基、アリーレン基または2価の複素環基を表す。
Q100およびQ200は、それぞれ独立に、ホウ酸残基(−B(OH)2)またはホウ酸エステル残基を表す。〕
T1−E2−T2 (200)
〔式中、
E2は、アリーレン基または2価の複素環基を表す。
T1およびT2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基またはアリールアルキルスルホネート基を表す。〕
As a method using the Suzuki coupling reaction, for example,
One or more compounds represented by formula (1 ′) (preferably, one or more compounds represented by formula (2 ′));
Z represents a halogen atom. Two Z's may be the same or different. ]
Production comprising a step of reacting one or more compounds represented by the formula (100) and, if necessary, one or more compounds represented by the formula (200) in the presence of a palladium catalyst and a base A method is mentioned.
The arylene group and divalent heterocyclic group represented by E 1 and E 2 have the same meanings as the arylene group and divalent heterocyclic group represented by a structural unit different from the structural unit represented by the above formula (1). Represents.
Q 100 -E 1 -Q 200 (100)
[Where,
E 1 represents a vinylene group, an arylene group or a divalent heterocyclic group.
Q 100 and Q 200 each independently represent a boric acid residue (—B (OH) 2 ) or a boric acid ester residue. ]
T 1 -E 2 -T 2 (200)
[Where,
E 2 represents an arylene group or a divalent heterocyclic group.
T 1 and T 2 each independently represent a halogen atom, an alkyl sulfonate group, an aryl sulfonate group or an arylalkyl sulfonate group. ]
この場合、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物のモル数の合計が、前記式(100)で表わされる1種類以上の化合物のモル数の合計に対して、過剰であることが好ましい。具体的には式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)と式(200)で表される1種類以上の化合物のモル数の合計に対して、式(100)で表わされる1種類以上の化合物のモル数の合計が、0.6〜0.99モル%であることが好ましく、0.7〜0.95モル%であることがさらに好ましい。 In this case, the total number of moles of one or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably one or more compounds represented by the formula (2 ′) is represented by the formula (100). It is preferable that the amount of the compound is excessive with respect to the total number of moles of the one or more compounds, specifically, one or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably represented by the formula (2 ′)). The total number of moles of the one or more compounds represented by formula (100) relative to the total number of moles of the one or more compounds represented by formula (200). 0.6 to 0.99 mol%, more preferably 0.7 to 0.95 mol%.
前記式(1’)および(2’)におけるXで表されるハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、高分子化合物の原料として有用という観点から臭素原子が好ましい。 Examples of the halogen atom represented by X in the formulas (1 ′) and (2 ′) include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and a bromine atom is preferable from the viewpoint of being useful as a raw material for a polymer compound. .
前記ホウ酸エステル残基としては、下記式: As the boric acid ester residue, the following formula:
で表される基等が例示される。
The group etc. which are represented by these are illustrated.
前記式(200)における、T1およびT2で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられる。本発明の高分子化合物の合成の容易さからは、臭素原子またはヨウ素原子であることが好ましく、臭素原子であることがより好ましい。 Examples of the halogen atom represented by T 1 and T 2 in Formula (200) include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. In view of ease of synthesis of the polymer compound of the present invention, a bromine atom or an iodine atom is preferable, and a bromine atom is more preferable.
前記式(200)における、T1およびT2で表されるアルキルスルホネート基としては、メタンスルホネート基、エタンスルホネート基およびトリフルオロメタンスルホネート基が挙げられる。式(200)におけるT1およびT2で表されるアリールスルホネート基としては、ベンゼンスルホネート基およびp−トルエンスルホネート基が挙げられる。式(200)における、T1およびT2で表されるアリールアルキルスルホネート基としては、ベンジルスルホネート基が挙げられる。 Examples of the alkyl sulfonate group represented by T 1 and T 2 in the formula (200) include a methane sulfonate group, an ethane sulfonate group, and a trifluoromethane sulfonate group. Examples of the aryl sulfonate group represented by T 1 and T 2 in Formula (200) include a benzene sulfonate group and a p-toluene sulfonate group. Examples of the arylalkyl sulfonate group represented by T 1 and T 2 in Formula (200) include a benzyl sulfonate group.
Suzukiカップリング反応を具体的に行う方法としては、任意の溶媒中において、触媒としてパラジウム触媒を用い、塩基の存在下で反応させる方法等が挙げられる。 Specific examples of the method for carrying out the Suzuki coupling reaction include a method in which a palladium catalyst is used as a catalyst in an arbitrary solvent and the reaction is performed in the presence of a base.
Suzukiカップリング反応に使用するパラジウム触媒としては、例えば、Pd(0)触媒、Pd(II)触媒等が挙げられ、具体的には、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、パラジウムアセテート類、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、パラジウムアセテート、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム等が挙げられるが、反応(重合)操作の容易さ、反応(重合)速度の観点からは、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、パラジウムアセテート、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが好ましい。
パラジウム触媒の添加量は、特に限定されず、触媒としての有効量であればよいが、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)のモル数の合成に対して、通常0.0001〜0.5モル%であり、好ましくは0.0003〜0.1モル%である。
Examples of the palladium catalyst used in the Suzuki coupling reaction include Pd (0) catalyst, Pd (II) catalyst, and the like. Specifically, palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], palladium acetates, dichlorobis (Triphenylphosphine) palladium, palladium acetate, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium, bis (dibenzylideneacetone) palladium, etc. are mentioned, but from the viewpoint of ease of reaction (polymerization) operation and reaction (polymerization) rate. , Dichlorobis (triphenylphosphine) palladium, palladium acetate, and tris (dibenzylideneacetone) dipalladium are preferred.
The addition amount of the palladium catalyst is not particularly limited as long as it is an effective amount as a catalyst, but it is one or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably represented by the formula (2 ′)). Is usually 0.0001 to 0.5 mol%, preferably 0.0003 to 0.1 mol%, based on the synthesis of the number of moles of one or more compounds.
Suzukiカップリング反応に使用するパラジウム触媒には、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ(o−トリル)ホスフィン、トリ(o−メトキシフェニル)ホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィンテトラフルオロボレート等のリン化合物を配位子として添加することができる。この場合、配位子の添加量は、パラジウム触媒のモル数の合計に対して、通常0.5〜100モル%であり、好ましくは0.9〜20モル%であり、さらに好ましくは1〜10モル%である。 Examples of the palladium catalyst used in the Suzuki coupling reaction include triphenylphosphine, tri (o-tolyl) phosphine, tri (o-methoxyphenyl) phosphine, tri-tert-butylphosphine, and tri-tert-butylphosphinetetrafluoro. Phosphorus compounds such as borates can be added as ligands. In this case, the addition amount of the ligand is usually 0.5 to 100 mol%, preferably 0.9 to 20 mol%, more preferably 1 to 10 mol%, based on the total number of moles of the palladium catalyst. is there.
Suzukiカップリング反応に使用する塩基としては、無機塩基、有機塩基、無機塩等が挙げられる。無機塩基としては、例えば、炭酸カリウム、リン酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化バリウム等が挙げられる。有機塩基としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン等が挙げられる。無機塩としては、例えば、フッ化セシウム等が挙げられる。
塩基の添加量は、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)のモル数の合計に対して、通常0.5〜100モル%であり、好ましくは0.9〜20モル%であり、さらに好ましくは1〜10モル%である。
Examples of the base used for the Suzuki coupling reaction include inorganic bases, organic bases, and inorganic salts. Examples of the inorganic base include potassium carbonate, potassium phosphate, sodium carbonate, barium hydroxide and the like. Examples of the organic base include triethylamine and tributylamine. Examples of the inorganic salt include cesium fluoride.
The amount of the base added is usually relative to the total number of moles of one or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably one or more compounds represented by the formula (2 ′)). It is 0.5-100 mol%, Preferably it is 0.9-20 mol%, More preferably, it is 1-10 mol%.
Suzukiカップリング反応は、通常溶媒中で行われる。溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等が例示される。本発明の高分子化合物の溶媒溶解性の観点からは、トルエンまたはテトラヒドロフランが好ましい。
また、塩基は、水溶液として加え、2相系で反応させてもよい。塩基として無機塩を用いる場合は、無機塩の溶解性の観点から、通常水溶液として加えて反応させる。なお、塩基を水溶液として加え、2相系で反応させる場合は、必要に応じて、第4級アンモニウム塩などの相間移動触媒を加えてもよい。
The Suzuki coupling reaction is usually performed in a solvent. Examples of the solvent include N, N-dimethylformamide, toluene, xylene, chlorobenzene, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and the like. From the viewpoint of solvent solubility of the polymer compound of the present invention, toluene or tetrahydrofuran is preferred.
Further, the base may be added as an aqueous solution and reacted in a two-phase system. When an inorganic salt is used as the base, it is usually added and reacted as an aqueous solution from the viewpoint of solubility of the inorganic salt. In addition, when adding a base as aqueous solution and making it react with a two-phase system, you may add phase transfer catalysts, such as a quaternary ammonium salt, as needed.
Suzukiカップリング反応を行う温度は、前記溶媒にもよるが、通常40〜160℃程度であり、本発明の高分子化合物の高分子量化の観点から、50〜120℃が好ましい。また、溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。反応時間は、目的の重合度に達したときを終点としてもよいが、通常0.1時間〜200時間程度である。1時間〜30時間程度が効率的で好ましい。 Although the temperature at which the Suzuki coupling reaction is carried out depends on the solvent, it is usually about 40 to 160 ° C., and preferably 50 to 120 ° C. from the viewpoint of increasing the molecular weight of the polymer compound of the present invention. Alternatively, the temperature may be raised to near the boiling point of the solvent and refluxed. The reaction time may end when the target degree of polymerization is reached, but is usually about 0.1 to 200 hours. About 1 to 30 hours is efficient and preferable.
Suzukiカップリング反応は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性雰囲気下において、Pd(0)触媒が失活しない反応系で行う。例えば、アルゴンガスや窒素ガス等で、十分脱気された系で行う。具体的には、重合容器(反応系)内を窒素ガスで十分置換し、脱気した後、この重合容器に、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)と、前記式(100)で表される1種類以上の化合物と、必要に応じて前記式(200)で表される1種類以上の化合物を仕込み、さらに、重合容器を窒素ガスで十分置換し、脱気した後、あらかじめ窒素ガスでバブリングすることにより脱気した溶媒(例えば、テトラヒドロフラン)を加えた後、この溶液に、あらかじめ窒素ガスでバブリングすることにより脱気した塩基(例えば、炭酸カリウム水溶液)を滴下した後、加熱し、保温しながら(例えば、還流温度で3時間、不活性雰囲気を保持しながら)重合する。 The Suzuki coupling reaction is performed in a reaction system in which the Pd (0) catalyst is not deactivated under an inert atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. For example, it is performed in a system sufficiently deaerated with argon gas or nitrogen gas. Specifically, after the inside of the polymerization vessel (reaction system) is sufficiently substituted with nitrogen gas and degassed, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II), which is represented by the above formula (1 ′), is contained in this polymerization vessel. One or more compounds (preferably, one or more compounds represented by the formula (2 ′)), one or more compounds represented by the formula (100), and the formula ( 200) is added, and the polymerization vessel is sufficiently substituted with nitrogen gas, degassed, and then degassed by bubbling with nitrogen gas in advance (for example, tetrahydrofuran) is added. Thereafter, a base degassed by bubbling with nitrogen gas in advance (for example, potassium carbonate aqueous solution) was dropped into the solution, and then heated and kept warm (for example, at a reflux temperature for 3 hours, While maintaining the inert atmosphere) polymerized.
Stilleカップリング反応を用いる方法としては、例えば、式(300):
Q300−E3−Q400 (300)
〔式中、
E3は、ビニレン、アリーレン基または2価の複素環基を表す。なお、アリーレン基および2価の複素環基は、前記式(1)で表される構造単位とは異なる構造単位が表すアリーレン基および2価の複素環基と同じ意味を表す。
Q300およびQ400は、それぞれ独立に、有機スズ残基を表す。〕
で表される1種類以上の化合物と、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)または式(3’)で表される1種類以上の化合物、最も好ましくは式(4’)で表される1種類以上の化合物)と、必要に応じて前記式(200)で表される1種類以上の化合物を、パラジウム触媒の存在下で反応させる工程を有する製造方法が挙げられる。E3として好ましくは、前記式1〜式60で表される基である。
As a method using Stille coupling reaction, for example, formula (300):
Q 300 -E 3 -Q 400 (300)
[Where,
E 3 represents vinylene, an arylene group or a divalent heterocyclic group. The arylene group and the divalent heterocyclic group have the same meanings as the arylene group and the divalent heterocyclic group represented by the structural unit different from the structural unit represented by the formula (1).
Q 300 and Q 400 each independently represent an organotin residue. ]
One or more compounds represented by formula (1) and one or more compounds represented by formula (1 ′) (preferably one or more compounds represented by formula (2 ′) or formula (3 ′)) , Most preferably one or more compounds represented by formula (4 ′)) and, if necessary, one or more compounds represented by formula (200) in the presence of a palladium catalyst. The manufacturing method which has this. E 3 is preferably a group represented by
有機スズ残基としては、-SnR100 3で表される基等が挙げられる。ここでR100は1価の有機基を表す。1価の有機基としては、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
アルキル基としてはメチル基、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−ブチル墓、n−ペンチル基、イソペンチル基、2−メチルブチル基、1−メチルブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、3−メチルペンチル基、2一メチルペンチル基、1−メチルペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル墓、オクタデシル基、エイコシル基等の鎖状アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等のシクロアルキル基が挙げられる。アリール基としてはフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
有機スズ残基として好ましくは、-SnMe3、-SnEt3、-SnBu3または-SnPh3であり、さらに好ましくは-SnMe3、-SnEt3または-SnBu3である。ここでMeはメチル基を、Etはエチル基を、Buはブチル基を、Phはフェニル基を表す。
Examples of the organic tin residue include a group represented by —SnR 100 3 . Here, R 100 represents a monovalent organic group. Examples of the monovalent organic group include an alkyl group and an aryl group.
Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl tomb, n-pentyl group, isopentyl group, 2-methylbutyl group, 1 -Methylbutyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 3-methylpentyl group, 21-methylpentyl group, 1-methylpentyl group, heptyl group, octyl group, isooctyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decyl group, Examples include chain alkyl groups such as undecyl group, dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl tomb, octadecyl group, and eicosyl group, and cycloalkyl groups such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, and adamantyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.
Preferably the organotin residues, -SnMe 3, -SnEt 3, a -SnBu 3 or -SnPh 3, more preferably -SnMe 3, a -SnEt 3 or -SnBu 3. Here, Me represents a methyl group, Et represents an ethyl group, Bu represents a butyl group, and Ph represents a phenyl group.
Stilleカップリング反応に使用するパラジウム触媒としては、例えば、Pd(0)触媒、Pd(II)触媒が挙げられる。具体的には、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、パラジウムアセテート類、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、パラジウムアセテート、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウムが挙げられ、反応(重合)操作の容易さ、反応(重合)速度の観点からは、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが好ましい。
Stilleカップリング反応に使用するパラジウム触媒の添加量は、特に限定されず、触媒としての有効量であればよいが、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)または式(3’)で表される1種類以上の化合物、最も好ましくは式(4’)で表される1種類以上の化合物)のモル数の合計に対して、通常0.0001〜0.5モル%であり、好ましくは0.0003〜0.2モル%である。
Examples of the palladium catalyst used in the Stille coupling reaction include a Pd (0) catalyst and a Pd (II) catalyst. Specific examples include palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], palladium acetates, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium, palladium acetate, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium, and bis (dibenzylideneacetone) palladium. Palladium [tetrakis (triphenylphosphine)] and tris (dibenzylideneacetone) dipalladium are preferable from the viewpoints of easy reaction (polymerization) operation and reaction (polymerization) rate.
The addition amount of the palladium catalyst used in the Stille coupling reaction is not particularly limited as long as it is an effective amount as a catalyst, but one or more kinds of compounds represented by the formula (1 ′) (preferably the formula The total number of moles of one or more compounds represented by (2 ′) or formula (3 ′), most preferably one or more compounds represented by formula (4 ′) is usually from 0.0001 to 0.5 mol%, preferably 0.0003 to 0.2 mol%.
また、Stilleカップリング反応において、必要に応じて配位子や助触媒を用いることもできる。配位子としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ(o−トリル)ホスフィン、トリ(o−メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(2−フリル)ホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィンテトラフルオロボレート等のリン化合物やトリフェニルアルシン、トリフェノキシアルシン等の砒素化合物が挙げられる。助触媒としてはヨウ化銅、臭化銅、塩化銅、2−テノイル酸銅(I)などが挙げられる。
配位子や助触媒を用いる場合、配位子や助触媒の添加量は、パラジウム触媒のモル数の合計に対して、通常0.5〜100モル%であり、好ましくは0.9〜20モル%であり、さらに好ましくは1〜10モル%である。
Further, in the Stille coupling reaction, a ligand or a cocatalyst can be used as necessary. Examples of the ligand include triphenylphosphine, tri (o-tolyl) phosphine, tri (o-methoxyphenyl) phosphine, tris (2-furyl) phosphine, tri-tert-butylphosphine, and tri-tert-butylphosphine. Examples thereof include phosphorus compounds such as tetrafluoroborate, and arsenic compounds such as triphenylarsine and triphenoxyarsine. Examples of the cocatalyst include copper iodide, copper bromide, copper chloride, and copper (I) 2-thenoylate.
When using a ligand or a cocatalyst, the addition amount of the ligand or the cocatalyst is usually 0.5 to 100 mol%, preferably 0.9 to 20 mol%, based on the total number of moles of the palladium catalyst. More preferably, it is 1 to 10 mol%.
Stilleカップリング反応は、通常溶媒中で行われる。溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。本発明の高分子化合物の溶媒溶解性の観点からは、トルエンまたはキシレンが好ましい。 The Stille coupling reaction is usually performed in a solvent. Examples of the solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, toluene, xylene, chlorobenzene, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and the like. From the viewpoint of solvent solubility of the polymer compound of the present invention, toluene or xylene is preferable.
Stilleカップリング反応を行う温度は、前記溶媒にもよるが、通常40〜160℃程度であり、本発明の高分子化合物の高分子量化の観点から、50〜120℃が好ましい。また、溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。
前記反応を行う時間(反応時間)は、目的の重合度に達したときを終点としてもよいが、通常0.1時間〜200時間程度である。1時間〜30時間程度が効率的で好ましい。
The temperature at which the Stille coupling reaction is performed depends on the solvent, but is usually about 40 to 160 ° C., and preferably 50 to 120 ° C. from the viewpoint of increasing the molecular weight of the polymer compound of the present invention. Alternatively, the temperature may be raised to near the boiling point of the solvent and refluxed.
The time for performing the reaction (reaction time) may be the end point when the target degree of polymerization is reached, but is usually about 0.1 to 200 hours. About 1 to 30 hours is efficient and preferable.
Stilleカップリング反応は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性雰囲気下、Pd触媒が失活しない反応系で行う。例えば、アルゴンガスや窒素ガス等で、十分脱気された系で行う。具体的には、重合容器(反応系)内を窒素ガスで十分置換し、脱気した後、この重合容器に、パラジウム触媒を仕込み、前記式(300)で表される1種類以上の化合物、前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)または式(3’)で表される1種類以上の化合物、最も好ましくは式(4’)で表される1種類以上の化合物)、必要に応じて前記式(200)で表される1種類以上の化合物を仕込み、さらに、重合容器を窒素ガスで十分置換し、脱気した後、あらかじめ窒素ガスでバブリングすることにより脱気した溶媒(例えば、トルエン)を加えた後、必要に応じて配位子や助触媒を加え、その後、加熱、昇温しながら(例えば、還流温度で8時間、不活性雰囲気を保持しながら)重合する。 The Stille coupling reaction is performed in a reaction system in which the Pd catalyst is not deactivated under an inert atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. For example, it is performed in a system sufficiently deaerated with argon gas or nitrogen gas. Specifically, after the inside of the polymerization vessel (reaction system) is sufficiently substituted with nitrogen gas and degassed, the polymerization vessel is charged with a palladium catalyst, and one or more compounds represented by the above formula (300), One or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably one or more compounds represented by the formula (2 ′) or the formula (3 ′), most preferably represented by the formula (4 ′)). One or more compounds), if necessary, one or more compounds represented by the formula (200) are charged, and the polymerization vessel is sufficiently substituted with nitrogen gas, deaerated, and then preliminarily nitrogen gas. After adding a solvent (for example, toluene) degassed by bubbling with a ligand, a ligand and a cocatalyst are added as necessary, and then heated and heated (for example, at reflux temperature for 8 hours, Polymerize while maintaining an active atmosphere.
前記式(1’)で表される1種類以上の化合物(好ましくは、式(2’)で表される1種類以上の化合物)を0価ニッケル化合物存在下反応させることにより、式(1)で表される構造単位(好ましくは式(2)で表される構造単位)を有する本発明の高分子化合物を製造することもできる。0価ニッケル化合物としてはビス(シクロオクタジエン)ニッケルやテトラキス(トリフェニルホスフィン)ニッケルなどを用いてもよく、また、亜鉛のような還元性金属とNiCl2、NiBr2のような2価ニッケル化合物を共存させることで反応系内に0価ニッケル化合物を発生させる方法を用いてもよい。
0価ニッケル化合物存在下で反応させる場合、溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、トルエン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。反応を行う温度は、前記溶媒にもよるが、通常、50〜160℃程度であり、高分子化合物の高分子量化の観点から、60〜120℃が好ましい。また、溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。
前記反応を行う時間(反応時間)は、目的の重合度に達したときを終点としてもよいが、通常、0.1時間〜200時間程度である。1時間〜30時間程度が効率的で好ましい。
By reacting one or more compounds represented by the formula (1 ′) (preferably one or more compounds represented by the formula (2 ′)) in the presence of a zero-valent nickel compound, the formula (1) It is also possible to produce the polymer compound of the present invention having a structural unit represented by (preferably a structural unit represented by the formula (2)). As the zerovalent nickel compound, bis (cyclooctadiene) nickel or tetrakis (triphenylphosphine) nickel may be used, and a reducing metal such as zinc and a divalent nickel compound such as NiCl 2 and NiBr 2 . Alternatively, a method of generating a zero-valent nickel compound in the reaction system by coexisting with each other may be used.
When the reaction is carried out in the presence of a zerovalent nickel compound, examples of the solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, toluene, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and the like. The temperature at which the reaction is carried out depends on the solvent, but is usually about 50 to 160 ° C., and preferably 60 to 120 ° C. from the viewpoint of increasing the molecular weight of the polymer compound. Alternatively, the temperature may be raised to near the boiling point of the solvent and refluxed.
The time for carrying out the reaction (reaction time) may be the end point when the target degree of polymerization is reached, but is usually about 0.1 to 200 hours. About 1 to 30 hours is efficient and preferable.
本発明の高分子化合物の末端基は、重合活性基がそのまま残っていると、素子の作製に用いたときに得られる素子の特性や寿命が低下する可能性があるので、安定な基で保護されていてもよい。本発明の高分子化合物における主鎖の共役構造と連続した共役結合を有しているものが好ましく、アリール基や1価の複素環基が好ましい。 The terminal group of the polymer compound of the present invention is protected with a stable group because if the polymerization active group remains as it is, there is a possibility that the characteristics and life of the element obtained when used for the preparation of the element may be reduced. May be. Those having a conjugated bond continuous with the conjugated structure of the main chain in the polymer compound of the present invention are preferred, and aryl groups and monovalent heterocyclic groups are preferred.
<化合物の製造方法>
上記式(1')で表される化合物は、
通常のケトンをチオカルボニル、イミン、アルキリデンに変換する方法、例えば式(3)に示す方法によって製造することができる。
<Method for producing compound>
The compound represented by the above formula (1 ′) is
It can be produced by a method of converting a normal ketone into thiocarbonyl, imine or alkylidene, for example, a method shown in the formula (3).
環A、環B、R1、R2、R3およびR4は前記と同じを表す。)
式(3)に示すケトン化合物は、例えば国際公表特許WO2013/183549に記載の方法で製造することができる。すなわち式(4)で示すように、環Aおよび環Bを含むジケトン化合物とRを有機基部分として有するグリニャール試薬またはリチウム試薬と反応させて得られたジオールを酸性条件下ピナコール転移させることで式(3)に示すケトン化合物を製造することができる。
Ring A, ring B, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent the same as described above. )
The ketone compound represented by the formula (3) can be produced, for example, by the method described in International Publication Patent WO2013 / 183549. That is, as shown in formula (4), a diol obtained by reacting a diketone compound containing ring A and ring B with a Grignard reagent or lithium reagent having R as an organic group moiety is subjected to pinacol transfer under acidic conditions. The ketone compound shown in (3) can be produced.
<有機半導体材料>
有機半導体材料は、本発明の高分子化合物の1種類を単独で含むものであってもよく、また2種類以上を含むものであってもよい。また、有機半導体材料は、キャリア輸送性を高めるため、本発明の高分子化合物に加え、キャリア輸送性を有する低分子化合物または高分子化合物を更に含んでいてもよい。有機半導体材料が、本発明の高分子化合物以外の成分を含む場合は、本発明の高分子化合物を30重量%以上含むことが好ましく、50重量%以上含むことがより好ましい。
<Organic semiconductor materials>
The organic semiconductor material may contain one kind of the polymer compound of the present invention alone, or may contain two or more kinds. Moreover, in order to improve carrier transport property, the organic-semiconductor material may further contain the low molecular compound or polymer compound which has carrier transport property in addition to the polymer compound of this invention. When the organic semiconductor material contains a component other than the polymer compound of the present invention, the polymer compound of the present invention is preferably contained in an amount of 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more.
キャリア輸送性を有する化合物としては、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、オキサジアゾール誘導体、フラーレン類およびその誘導体等の低分子化合物、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体などが挙げられる。 Compounds having carrier transport properties include arylamine derivatives, stilbene derivatives, oligothiophenes and derivatives thereof, low molecular compounds such as oxadiazole derivatives, fullerenes and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene And derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, polyfluorene and derivatives thereof, and the like.
有機半導体材料は、その特性を向上させるために、本発明の高分子化合物以外の高分子化合物材料を高分子バインダーとして含有していてもよい。高分子バインダーとしては、キャリア輸送性を過度に低下させないものが好ましい。 The organic semiconductor material may contain a polymer compound material other than the polymer compound of the present invention as a polymer binder in order to improve the characteristics. As the polymer binder, those that do not excessively lower the carrier transportability are preferable.
高分子バインダーの例としては、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)およびその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)およびその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンが挙げられる。 Examples of polymer binders include poly (N-vinylcarbazole), polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and derivatives thereof, poly (2,5-thienylene vinylene) and derivatives thereof , Polycarbonate, polyacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, and polysiloxane.
<有機半導体素子>
本発明の高分子化合物は、高いキャリア移動度を有することから、本発明の高分子化合物を含む有機薄膜を有機半導体素子に用いた場合、電極から注入された電荷(電子およびホールを意味する。)、或いは、光吸収によって発生した電荷を効率的に輸送することができる。これらの特性を活かして、本発明の高分子化合物は、光電変換素子(特に、有機太陽電池)、有機トランジスタ、有機エレクトロルミネッセンス素子等の種々の有機半導体素子に好適に用いることができる。以下、本発明の高分子化合物を含む有機薄膜を有する有機半導体素子について個々に説明する。
<Organic semiconductor element>
Since the polymer compound of the present invention has high carrier mobility, when an organic thin film containing the polymer compound of the present invention is used for an organic semiconductor element, it means charges (electrons and holes) injected from the electrode. ) Or charge generated by light absorption can be efficiently transported. Taking advantage of these characteristics, the polymer compound of the present invention can be suitably used for various organic semiconductor elements such as photoelectric conversion elements (particularly, organic solar cells), organic transistors, and organic electroluminescence elements. Hereinafter, an organic semiconductor element having an organic thin film containing the polymer compound of the present invention will be described individually.
(光電変換素子)
本発明の高分子化合物を含む光電変換素子は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に、本発明の高分子化合物を含む1層以上の有機薄膜を活性層として有する。本発明の高分子化合物を含む光電変換素子の好ましい形態としては、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極と、p型の有機半導体とn型の有機半導体との組成物から形成される活性層を有する。本発明の高分子化合物は、p型の有機半導体として用いることが好ましい。この形態の光電変換素子の動作機構を説明する。透明または半透明の電極から入射した光エネルギーがフラーレン誘導体等の電子受容性化合物(n型の有機半導体)および/または本発明の高分子化合物等の電子供与性化合物(p型の有機半導体)で吸収され、電子とホールが結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、電子受容性化合物と電子供与性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると、界面でのそれぞれのHOMOエネルギーおよびLUMOエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷が発生する。発生した電荷は、それぞれ電極へ移動することにより外部へ電気エネルギー(電流)として取り出すことができる。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element containing the polymer compound of the present invention has one or more organic thin films containing the polymer compound of the present invention as an active layer between a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent. A preferable form of the photoelectric conversion element containing the polymer compound of the present invention is formed from a composition of a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. Has an active layer. The polymer compound of the present invention is preferably used as a p-type organic semiconductor. The operation mechanism of the photoelectric conversion element of this embodiment will be described. Light energy incident from a transparent or translucent electrode is an electron-accepting compound (n-type organic semiconductor) such as a fullerene derivative and / or an electron-donating compound (p-type organic semiconductor) such as a polymer compound of the present invention. Absorbed, producing excitons in which electrons and holes are combined. When the generated excitons move and reach the heterojunction interface where the electron-accepting compound and the electron-donating compound are adjacent to each other, electrons and holes are separated due to the difference in HOMO energy and LUMO energy at the interface, Electric charges that can move independently are generated. The generated charges can be taken out as electric energy (current) by moving to the electrodes.
本発明の高分子化合物を用いて製造される光電変換素子は、通常、基板上に形成される。この基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に化学的に変化しないものであればよい。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコンが挙げられる。不透明な基板の場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明または半透明であることが好ましい。 The photoelectric conversion element manufactured using the polymer compound of the present invention is usually formed on a substrate. The substrate may be any substrate that does not chemically change when the electrodes are formed and the organic layer is formed. Examples of the material for the substrate include glass, plastic, polymer film, and silicon. In the case of an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably transparent or translucent.
本発明の高分子化合物を有する光電変換素子の他の態様は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に、本発明の高分子化合物を含む第1の活性層と、該第1の活性層に隣接して、フラーレン誘導体等の電子受容性化合物を含む第2の活性層を含む光電変換素子である。 In another aspect of the photoelectric conversion element having the polymer compound of the present invention, the first active layer containing the polymer compound of the present invention is interposed between a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and the first A photoelectric conversion element including a second active layer containing an electron accepting compound such as a fullerene derivative adjacent to the active layer.
透明または半透明の電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(以下、「ITO」ということがある。)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性材料を用いて作製された膜、NESAや、金、白金、銀、銅等が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、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、メッキ法等が挙げられる。また、電極材料として、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等の有機の透明導電膜を用いてもよい。 Examples of the transparent or translucent electrode material include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, conductive materials composed of indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”), indium, zinc oxide, and the like, which are composites thereof. A film prepared using, NESA, gold, platinum, silver, copper, or the like is used, and ITO, indium / zinc / oxide, 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, a plating method, and the like. Moreover, you may use organic transparent conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as an electrode material.
一方の電極は透明でなくてもよく、該電極の電極材料としては、金属、導電性高分子等を用いることができる。電極材料の具体例としては、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、イッテルビウム等の金属、およびそれらのうち2つ以上の合金、または、1種以上の前記金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステンおよび錫からなる群から選ばれる1種以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等が挙げられる。合金としては、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−アルミニウム合金等が挙げられる。 One electrode may not be transparent, and a metal, a conductive polymer, etc. can be used as an electrode material of the electrode. Specific examples of the electrode material include metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and the like. And one or more alloys selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, and tin. Examples thereof include alloys with metals, graphite, graphite intercalation compounds, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives. 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, and calcium-aluminum alloy.
光電変換効率を向上させるための手段として、上記の活性層以外の付加的な中間層を使用してもよい。中間層として用いられる材料としては、フッ化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化チタン等の酸化物、PEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)等が挙げられる。 As a means for improving the photoelectric conversion efficiency, an additional intermediate layer other than the above active layer may be used. Examples of the material used for the intermediate layer include alkali metals such as lithium fluoride, halides of alkaline earth metals, oxides such as titanium oxide, and PEDOT (poly-3,4-ethylenedioxythiophene).
活性層は、本発明の高分子化合物を一種単独で含んでいても二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。なお、電子供与性化合物、電子受容性化合物は、これらの化合物のエネルギー準位から相対的に決定される。 The active layer may contain the polymer compound of the present invention alone or in combination of two or more. The electron donating compound and the electron accepting compound are relatively determined from the energy levels of these compounds.
電子供与性化合物としては、本発明の高分子化合物のほか、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミン残基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等が挙げられる。 As the electron-donating compound, in addition to the polymer compound of the present invention, for example, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, Examples thereof include polysiloxane derivatives having an aromatic amine residue in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and the like.
電子受容性化合物としては、本発明の高分子化合物のほか、例えば、炭素材料、酸化チタン等の金属酸化物、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ベンゾキノンおよびその誘導体、ナフトキノンおよびその誘導体、アントラキノンおよびその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタンおよびその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレンおよびその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリンおよびその誘導体の金属錯体、ポリキノリンおよびその誘導体、ポリキノキサリンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体、2、9−ジメチル−4、7−ジフェニル−1、10−フェナントロリン(バソクプロイン)等のフェナントレン誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体等が挙げられ、好ましくは、酸化チタン、カーボンナノチューブ、フラーレンまたはフラーレン誘導体であり、より好ましくはフラーレンまたはフラーレン誘導体である。 As the electron-accepting compound, in addition to the polymer compound of the present invention, for example, carbon materials, metal oxides such as titanium oxide, oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and derivatives thereof, benzoquinone and derivatives thereof, naphthoquinone and derivatives thereof Derivatives, anthraquinones and derivatives thereof, tetracyanoanthraquinodimethane and derivatives thereof, fluorenone derivatives, diphenyldicyanoethylene and derivatives thereof, diphenoquinone derivatives, metal complexes of 8-hydroxyquinoline and derivatives thereof, polyquinoline and derivatives thereof, polyquinoxaline and derivatives thereof Derivatives, polyfluorenes and derivatives thereof, phenanthrene derivatives such as 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (bathocuproine), fullerenes, fullerene derivatives Body and the like, preferably, titanium oxide, carbon nanotubes, a fullerene or a fullerene derivative, more preferably a fullerene or a fullerene derivative.
フラーレンまたはフラーレン誘導体としては、C60、C70、C76、C78、C84およびその誘導体が挙げられる。フラーレンの誘導体の具体的構造としては、以下のようなものが挙げられる。 The fullerene or fullerene derivative includes C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84 and derivatives thereof. Specific examples of the fullerene derivative include the following.
また、フラーレン誘導体の例としては、[6,6]フェニル−C61酪酸メチルエステル(C60PCBM、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)、[6,6]フェニル−C70酪酸メチルエステル(C70PCBM、[6,6]-Phenyl C70 butyric acid methyl ester)、[6,6]フェニル−C84酪酸メチルエステル(C84PCBM、[6,6]-Phenyl C84 butyric acid methyl ester)、[6,6]チェニル−C60酪酸メチルエステル([6,6]-Thienyl C60 butyric acid methyl ester)等が挙げられる。 Examples of fullerene derivatives include [6,6] phenyl-C61 butyric acid methyl ester (C60PCBM, [6,6] -Phenyl C61 butyric acid methyl ester), [6,6] phenyl-C70 butyric acid methyl ester (C70PCBM). [6,6] -Phenyl C70 butyric acid methyl ester), [6,6] Phenyl-C84 butyric acid methyl ester (C84PCBM, [6,6] -Phenyl C84 butyric acid methyl ester), [6,6] Examples thereof include C60 butyric acid methyl ester ([6,6] -Thienyl C60 butyric acid methyl ester).
活性層中に本発明の高分子化合物とフラーレン誘導体とを含む場合、フラーレン誘導体の割合が、本発明の高分子化合物100重量部に対して、10〜1000重量部であることが好ましく、20〜500重量部であることがより好ましい。 When the active layer contains the polymer compound of the present invention and the fullerene derivative, the ratio of the fullerene derivative is preferably 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound of the present invention. More preferably, it is 500 parts by weight.
活性層の厚さは、好ましくは1nm〜100μmであり、より好ましくは2nm〜1000nmであり、更に好ましくは5nm〜500nmであり、特に好ましくは20nm〜200nmである。 The thickness of the active layer is preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 2 nm to 1000 nm, still more preferably 5 nm to 500 nm, and particularly preferably 20 nm to 200 nm.
活性層の製造方法は、如何なる方法で製造してもよいが、例えば、本発明の高分子化合物を含む溶液からの成膜や、真空蒸着法による成膜方法が挙げられる。 The active layer may be produced by any method, and examples thereof include film formation from a solution containing the polymer compound of the present invention and film formation by vacuum deposition.
光電変換素子の好ましい製造方法は、第1の電極と第2の電極とを有し、該第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有する光電変換素子の製造方法であって、該第1の電極上に本発明の高分子化合物と溶媒とを含む溶液(「インク」と呼ばれることがある。)を塗布法により活性層を形成する工程、該活性層上に第2の電極を形成する工程を含む製造方法である。 A preferred method for producing a photoelectric conversion element is a method for producing a photoelectric conversion element having a first electrode and a second electrode, and having an active layer between the first electrode and the second electrode. A step of forming an active layer on the first electrode by a coating method using a solution containing the polymer compound of the present invention and a solvent (sometimes referred to as “ink”), a second on the active layer. It is a manufacturing method including the process of forming this electrode.
溶液からの成膜に用いる溶媒は、本発明の高分子化合物を溶解させるものであればよい。該溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル系溶媒が挙げられる。本発明の高分子化合物は、通常、上記溶媒に0.1重量%以上で溶解させることができる。 The solvent used for film formation from a solution may be any one that dissolves the polymer compound of the present invention. Examples of the solvent include unsaturated hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, bicyclohexyl, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, and tert-butylbenzene, carbon tetrachloride, chloroform, and dichloromethane. Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as dichloroethane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane and bromocyclohexane, and halogenated unsaturated hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene and trichlorobenzene Examples of the solvent include ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran. The polymer compound of the present invention can usually be dissolved in the above solvent at 0.1% by weight or more.
溶液を用いて成膜する場合、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができ、スリットコート法、キャピラリーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ノズルコート法、インクジェット印刷法、スピンコート法が好ましい。 When forming a film using a solution, slit coating method, knife coating method, spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, Coating methods such as spray coating, screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset printing, ink jet printing, dispenser printing, nozzle coating, capillary coating, etc. can be used, slit coating, capillary A coating method, a gravure coating method, a micro gravure coating method, a bar coating method, a knife coating method, a nozzle coating method, an ink jet printing method, and a spin coating method are preferable.
成膜性の観点からは、25℃における溶媒の表面張力が15mN/mより大きいことが好ましく、15mN/mより大きく100mN/mよりも小さいことがより好ましく、25mN/mより大きく60mN/mよりも小さいことがさらに好ましい。 From the viewpoint of film formability, the surface tension of the solvent at 25 ° C. is preferably larger than 15 mN / m, more preferably larger than 15 mN / m and smaller than 100 mN / m, larger than 25 mN / m and larger than 60 mN / m. It is more preferable that the value is small.
(有機太陽電池)
本発明の高分子化合物を用いた光電変換素子は、透明または半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、有機太陽電池として動作させることができる。有機太陽電池を複数集積することにより有機太陽電池モジュールとして用いることもできる。
(Organic solar cell)
The photoelectric conversion element using the polymer compound of the present invention can be operated as an organic solar cell by generating photovoltaic power between the electrodes by irradiating light such as sunlight from a transparent or translucent electrode. it can. It can also be used as an organic solar cell module by accumulating a plurality of organic solar cells.
また、電極間に電圧を印加した状態、あるいは無印加の状態で、透明または半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、有機光センサーとして動作させることができる。有機光センサーを複数集積することにより有機イメージセンサーとして用いることもできる。 Further, by applying light from a transparent or translucent electrode in a state where a voltage is applied between the electrodes or in a state where no voltage is applied, a photocurrent flows and the organic light sensor can be operated. It can also be used as an organic image sensor by integrating a plurality of organic photosensors.
有機太陽電池は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとり得る。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とすることも可能である。
具体的には、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電池などで用いられる基板一体型モジュール構造等が知られている。本発明の高分子化合物を用いて製造される有機太陽電池も使用目的や使用場所および環境により、適宜これらのモジュール構造を選択することができる。
The organic solar cell can basically have the same module structure as a conventional solar cell module. The solar cell module generally has a structure in which cells are formed on a support substrate such as metal or ceramic, and the cell is covered with a filling resin or protective glass, and light is taken in from the opposite side of the support substrate. It is also possible to use a transparent material such as tempered glass for the support substrate, configure a cell thereon, and take in light from the transparent support substrate side.
Specifically, a module structure called a super straight type, a substrate type, and a potting type, a substrate integrated module structure used in an amorphous silicon solar cell, and the like are known. The organic solar battery produced using the polymer compound of the present invention can also be appropriately selected from these module structures depending on the purpose of use, place of use and environment.
代表的なスーパーストレートタイプまたはサブストレートタイプのモジュールは、片側または両側が透明で反射防止処理を施された支持基板の間に一定間隔にセルが配置され、隣り合うセル同士が金属リードまたはフレキシブル配線等によって接続され、外縁部に集電電極が配置されており、発生した電力を外部に取り出される構造となっている。基板とセルの間には、セルの保護や集電効率向上のため、目的に応じエチレンビニルアセテート(EVA)等様々な種類のプラスチック材料をフィルムまたは充填樹脂の形で用いてもよい。また、外部からの衝撃が少ないところなど表面を硬い素材で覆う必要のない場所において使用する場合には、表面保護層を透明プラスチックフィルムで構成し、または、上記充填樹脂を硬化させることによって保護機能を付与し、片側の支持基板をなくすことが可能である。支持基板の周囲は、内部の密封およびモジュールの剛性を確保するため金属製のフレームでサンドイッチ状に固定し、支持基板とフレームの間は封止材料で密封シールすることができる。また、セルそのものや支持基板、充填材料および封止材料に可撓性の素材を用いれば、曲面の上に太陽電池を構成することもできる。
ポリマーフィルム等のフレキシブル支持体を用いた太陽電池の場合、ロール状の支持体を送り出しながら順次セルを形成し、所望のサイズに切断した後、周縁部をフレキシブルで防湿性のある素材でシールすることにより電池本体を作製できる。また、Solar Energy Materials and Solar Cells, 48,p383-391記載の「SCAF」とよばれるモジュール構造とすることもできる。更に、フレキシブル支持体を用いた太陽電池は曲面ガラス等に接着固定して使用することもできる。
In a typical super straight type or substrate type module, cells are arranged at regular intervals between support substrates that are transparent on one or both sides and have been subjected to antireflection treatment, and adjacent cells are connected by metal leads or flexible wiring. The current collector electrode is connected to the outer edge portion, and the generated power is taken out to the outside. Various types of plastic materials such as ethylene vinyl acetate (EVA) may be used between the substrate and the cell in the form of a film or a filling resin depending on the purpose in order to protect the cell and improve the current collection efficiency. In addition, when used in places where it is not necessary to cover the surface with a hard material, such as where there is little impact from the outside, the protective function can be achieved by configuring the surface protective layer with a transparent plastic film or curing the filling resin. It is possible to eliminate the supporting substrate on one side. The periphery of the support substrate can be fixed in a sandwich with a metal frame in order to ensure internal sealing and module rigidity, and the support substrate and the frame can be hermetically sealed with a sealing material. Further, if a flexible material is used for the cell itself, the support substrate, the filling material, and the sealing material, a solar cell can be formed on the curved surface.
In the case of a solar cell using a flexible support such as a polymer film, cells are sequentially formed while feeding out a roll-shaped support, cut to a desired size, and then the periphery is sealed with a flexible and moisture-proof material. Thus, the battery body can be produced. A module structure called “SCAF” described in Solar Energy Materials and Solar Cells, 48, p383-391 can also be used. Furthermore, a solar cell using a flexible support can be used by being bonded and fixed to a curved glass or the like.
(有機エレクトロルミネッセンス素子)
本発明の高分子化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」ということがある。)に用いることもできる。有機EL素子は、少なくとも一方が透明または半透明である一対の電極間に発光層を有する。有機EL素子は、発光層の他にも、正孔輸送層、電子輸送層等を含んでいてもよい。本発明の高分子化合物を含む有機薄膜は、該発光層、正孔輸送層、電子輸送層のいずれかとして用いられる。発光層中には、本発明の高分子化合物の他にも、電荷輸送材料(電子輸送材料と正孔輸送材料の総称を意味する)を含んでいてもよい。有機EL素子としては、陽極と発光層と陰極とを有する素子、さらに陰極と発光層の間に該発光層に隣接して電子輸送材料を含有する電子輸送層を有する、陽極と発光層と電子輸送層と陰極とを有する素子、さらに陽極と発光層の間に、該発光層に隣接して正孔輸送材料を含む正孔輸送層を有する、陽極と正孔輸送層と発光層と陰極とを有する素子、陽極と正孔輸送層と発光層と電子輸送層と陰極とを有する素子等が挙げられる。
(Organic electroluminescence device)
The polymer compound of the present invention can also be used in an organic electroluminescence element (hereinafter sometimes referred to as “organic EL element”). The organic EL element has a light emitting layer between a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent. The organic EL element may include a hole transport layer, an electron transport layer, and the like in addition to the light emitting layer. The organic thin film containing the polymer compound of the present invention is used as any one of the light emitting layer, the hole transport layer, and the electron transport layer. In addition to the polymer compound of the present invention, the light emitting layer may contain a charge transport material (which means a generic term for an electron transport material and a hole transport material). As an organic EL element, an element having an anode, a light emitting layer, and a cathode, and further having an electron transporting layer containing an electron transporting material adjacent to the light emitting layer between the cathode and the light emitting layer, the anode, the light emitting layer, and the electron An element having a transport layer and a cathode, and further having a hole transport layer containing a hole transport material adjacent to the light emitting layer between the anode and the light emitting layer, the anode, the hole transport layer, the light emitting layer, and the cathode And an element having an anode, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and a cathode.
(有機トランジスタ)
有機トランジスタとしては、ソース電極およびドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となる活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを備えた構成を有するものが挙げられ、本発明の高分子化合物を含む有機薄膜は該活性層として用いられる。このような構成を有する有機トランジスタとしては、電界効果型有機トランジスタ、静電誘導型有機トランジスタが挙げられる。
(Organic transistor)
Examples of the organic transistor include a source electrode and a drain electrode, an active layer serving as a current path between these electrodes, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path. An organic thin film containing the polymer compound of the invention is used as the active layer. Examples of the organic transistor having such a configuration include a field effect organic transistor and a static induction organic transistor.
電界効果型有機トランジスタは、通常、ソース電極およびドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となり、本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極と、活性層とゲート電極との間に配置される絶縁層とを有する有機トランジスタである。特に、ソース電極およびドレイン電極が、活性層に接して設けられており、さらに活性層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられている有機トランジスタが好ましい。 A field-effect organic transistor usually has a source electrode and a drain electrode, a current path between these electrodes, an active layer containing the polymer compound of the present invention, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path. The organic transistor having an active layer and an insulating layer disposed between the gate electrode. In particular, an organic transistor in which a source electrode and a drain electrode are provided in contact with an active layer and a gate electrode is provided with an insulating layer in contact with the active layer interposed therebetween is preferable.
静電誘導型有機トランジスタは、通常、ソース電極およびドレイン電極と、これらの電極間の電流経路となり、本発明の高分子化合物を含む活性層と、該電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを有し、該ゲート電極が活性層中に設けられている有機トランジスタである。特に、ソース電極、ドレイン電極および前記ゲート電極が、前記活性層に接して設けられている有機トランジスタが好ましい。 The electrostatic induction organic transistor usually has a source electrode and a drain electrode, a current path between these electrodes, an active layer containing the polymer compound of the present invention, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path And the gate electrode is provided in the active layer. In particular, an organic transistor in which a source electrode, a drain electrode, and the gate electrode are provided in contact with the active layer is preferable.
ゲート電極は、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成でき、かつ、ゲート電極に印加した電圧で該電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよく、例えば、くし型電極構造が挙げられる。 The gate electrode only needs to have a structure in which a current path flowing from the source electrode to the drain electrode can be formed and the amount of current flowing in the current path can be controlled by a voltage applied to the gate electrode. It is done.
図1は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の一例を示す模式断面図である。図1に示す有機トランジスタ100は、基板1と、基板1上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6を覆うようにして基板1上に形成された活性層2と、活性層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の領域上の絶縁層3を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4とを備えるものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. An
図2は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図2に示す有機トランジスタ110は、基板1と基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5を覆うようにして基板1上に形成された活性層2と、ソース電極5と所定の間隔を持って活性層2上に形成されたドレイン電極6と、活性層2およびドレイン電極6上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の領域上の絶縁層3を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4とを備えるものである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. An
図3は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図3に示す有機トランジスタ120は、基板1と基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域の一部を覆うように、絶縁層3上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6の一部を覆うように絶縁層3上に形成された活性層2とを備えるものである。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. The
図4は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図4に示す有機トランジスタ130は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域の一部を覆うように絶縁層3上に形成されたソース電極5と、ソース電極5の一部を覆うようにして絶縁層3上に形成された活性層2と、活性層2の一部を覆うように、ソース電極5と所定の間隔を持って絶縁層3上に形成されたドレイン電極6とを備えるものである。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. An
図5は、本発明の有機トランジスタ(静電誘導型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図5に示す有機トランジスタ140は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔を持って複数形成されたゲート電極4と、ゲート電極4の全てを覆うようにして活性層2上に形成された活性層2a(活性層2aを構成する材料は、活性層2と同一であっても異なっていてもよい)と、活性層2a上に形成されたドレイン電極6とを備えるものである。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (static induction organic transistor) of the present invention. The
図6は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図6に示す有機トランジスタ150は、基板1と、基板1上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6の一部を覆うようにして活性層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5が下部に形成されている絶縁層3の領域とドレイン電極6が下部に形成されている絶縁層3の領域とをそれぞれ一部覆うように、絶縁層3上に形成されたゲート電極4とを備えるものである。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. An
図7は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図7に示す有機トランジスタ160は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を覆うように形成された活性層2と、活性層2の一部を覆うように活性層2上に形成されたソース電極5と、活性層2の一部を覆うように、ソース電極5と所定の間隔を持って活性層2上に形成されたドレイン電極6とを備えるものである。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. The
図8は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図8に示す有機トランジスタ170は、ゲート電極4と、ゲート電極4上に形成された絶縁層3と、絶縁層3上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、を備えるものである。この場合、ゲート電極4は基板1を兼ねる構成となっている。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. An
図9は、本発明の有機トランジスタ(電界効果型有機トランジスタ)の他の例を示す模式断面図である。図9に示す有機トランジスタ180は、ゲート電極4と、ゲート電極4上に形成された絶縁層3と、絶縁層3上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5およびドレイン電極6と、ソース電極5およびドレイン電極6の一部を覆うように絶縁層3上に形成された活性層2とを備えるものである。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another example of the organic transistor (field effect organic transistor) of the present invention. The
図10は、本発明の光電変換素子の模式断面図である。光電変換素子300は、基板1と、基板1上に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された活性層2と、活性層2上に形成された第2の電極7bとを備えるものである。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element of the present invention. The
上記の本発明の有機トランジスタにおいては、活性層2および/または活性層2aは、本発明の高分子化合物を含有する膜によって構成され、ソース電極5とドレイン電極6との間の電流通路(チャネル)となる。また、ゲート電極4は、電圧を印加することにより電流通路(チャネル)を通る電流量を制御する。
In the organic transistor of the present invention described above, the
このような電界効果型有機トランジスタは、公知の方法、例えば特開平5−110069号公報記載の方法により製造することができる。また、静電誘導型有機トランジスタは、特開2004−006476号に公報記載の方法等の公知の方法により製造することができる。 Such a field effect organic transistor can be produced by a known method, for example, a method described in JP-A-5-110069. The electrostatic induction organic transistor can be produced by a known method such as the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-006476.
基板1の材料は、有機トランジスタの特性を阻害しない材料であればよい。基板としては、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板、プラスチック基板を用いることができる。
The material of the
絶縁層3の材料は、電気の絶縁性が高い材料であればよく、SiOx、SiNx、Ta2O5、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス、フォトレジスト等を用いることができるが、低電圧化の観点からは、誘電率の高い材料を用いることが好ましい。
The material of the insulating
絶縁層3の上に活性層2を形成する場合は、絶縁層3と活性層2の界面特性を改善するため、シランカップリング剤等の表面処理剤で絶縁層3の表面を処理して表面改質した後に活性層2を形成することも可能である。
When the
電界効果型トランジスタの場合、電子やホール等の電荷は、一般に絶縁層と活性層の界面付近を通過する。従って、この界面の状態がトランジスタのキャリア移動度に大きな影響を与える。そこで、界面状態を改良して特性を向上させる方法として、シランカップリング剤による界面の制御が提案されている(例えば、表面化学、2007年、第28巻、第5号、p.242−248)。 In the case of a field effect transistor, charges such as electrons and holes generally pass near the interface between the insulating layer and the active layer. Therefore, the state of this interface greatly affects the carrier mobility of the transistor. Therefore, as a method for improving the interface state and improving the properties, control of the interface with a silane coupling agent has been proposed (for example, Surface Chemistry, 2007, Vol. 28, No. 5, p. 242-248). ).
シランカップリング剤の例としては、アルキルクロロシラン類(オクチルトリクロロシラン(OTS)、オクタデシルトリクロロシラン(ODTS)、フェニルエチルトリクロロシラン等)、アルキルアルコキシシラン類、フッ素化アルキルクロロシラン類、フッ素化アルキルアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等のシリルアミン化合物が挙げられる。また、表面処理剤で処理する前に、絶縁層表面をオゾンUV処理、O2プラズマ処理してもよい。 Examples of silane coupling agents include alkylchlorosilanes (octyltrichlorosilane (OTS), octadecyltrichlorosilane (ODTS), phenylethyltrichlorosilane, etc.), alkylalkoxysilanes, fluorinated alkylchlorosilanes, and fluorinated alkylalkoxysilanes. And silylamine compounds such as hexamethyldisilazane (HMDS). In addition, the surface of the insulating layer may be subjected to ozone UV treatment or O 2 plasma treatment before treatment with the surface treatment agent.
このような処理によって、絶縁層として用いられるシリコン酸化膜等の表面エネルギーを制御することができる。また、表面処理により、活性層を構成している膜の絶縁層上での配向性が向上し、より高いキャリア移動度が得られる。 By such treatment, the surface energy of the silicon oxide film or the like used as the insulating layer can be controlled. Further, the surface treatment improves the orientation of the film constituting the active layer on the insulating layer, and higher carrier mobility can be obtained.
ゲート電極4には、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物(ITO)等の材料を用いることができる。これらの材料は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。なお、ゲート電極4としては、高濃度にドープされたシリコン基板を用いることも可能である。高濃度にドープされたシリコン基板は、ゲート電極としての性能とともに、基板としての性能も併有する。このような基板としての性能も有するゲート電極4を用いる場合には、基板1とゲート電極4とが接している有機トランジスタにおいて、基板1を省略してもよい。
The
ソース電極5およびドレイン電極6は、低抵抗の材料から構成されることが好ましく、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン等から構成されることが特に好ましい。これらの材料は1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
The
上記の有機トランジスタにおいて、ソース電極5およびドレイン電極6と、活性層2との間には、更に他の化合物から構成された層が介在していてもよい。このような層としては、電子輸送性を有する低分子化合物、ホール輸送性を有する低分子化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、これらの金属と有機化合物との錯体、ヨウ素、臭素、塩素、塩化ヨウ素等のハロゲン、硫酸、無水硫酸、二酸化硫黄、硫酸塩等の酸化硫黄化合物、硝酸、二酸化窒素、硝酸塩等の酸化窒素化合物、過塩素酸、次亜塩素酸等のハロゲン化化合物、アルキルチオール化合物、芳香族チオール類、フッ素化アルキル芳香族チオール類等の芳香族チオール化合物等からなる層が挙げられる。
In the organic transistor, a layer made of another compound may be interposed between the
また、上記の有機トランジスタを作製した後には、有機トランジスタを保護するため、有機トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機トランジスタが大気から遮断され、有機トランジスタの特性の低下を抑制することができる。また、有機トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する場合、その形成工程における有機トランジスタへの影響も該保護膜により低減することができる。 In addition, after the organic transistor is manufactured, it is preferable to form a protective film on the organic transistor in order to protect the organic transistor. Thereby, an organic transistor is interrupted | blocked from air | atmosphere and the fall of the characteristic of an organic transistor can be suppressed. Further, when a display device to be driven is formed on an organic transistor, the protective film can also reduce the influence on the organic transistor in the formation process.
保護膜を形成する方法としては、有機トランジスタを、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂や無機のSiONx膜等で覆う方法等が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機トランジスタを作製後、有機トランジスタを大気にさらすことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中、真空中等で)保護膜を形成することが好ましい。 Examples of the method for forming the protective film include a method of covering the organic transistor with a UV curable resin, a thermosetting resin, an inorganic SiON x film, or the like. In order to effectively block the atmosphere, it is preferable to form a protective film after the organic transistor is manufactured without exposing the organic transistor to the atmosphere (for example, in a dry nitrogen atmosphere or in a vacuum).
このように構成された有機トランジスタの一種である電界効果型トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの画素駆動スイッチング素子等として適用できる。そして、上述した本実施形態の電界効果型トランジスタは、活性層として、本発明の高分子化合物を含有し、そのことによりキャリア移動度に優れた活性層とを備えているため、その電界効果移動度が高いものとなる。したがって、十分な応答速度を持つディスプレイの製造等に有用である。 A field effect transistor, which is a kind of organic transistor configured as described above, can be applied as a pixel drive switching element of an active matrix drive type liquid crystal display or an organic electroluminescence display. The field effect transistor according to the present embodiment described above includes the polymer compound of the present invention as an active layer, and thereby includes an active layer excellent in carrier mobility. The degree will be high. Therefore, it is useful for manufacturing a display having a sufficient response speed.
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples will be shown below for illustrating the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.
(質量分析)
質量分析は、AccuTOF TLC JMS−T100TD(日本電子製)を用いて行った。
(Mass spectrometry)
Mass spectrometry was performed using AccuTOF TLC JMS-T100TD (manufactured by JEOL Ltd.).
(NMR分析)
NMR測定は、化合物を重クロロホルムまたは重アセトンに溶解させ、NMR装置(Varian社製、INOVA300)を用いて行った。
(NMR analysis)
The NMR measurement was performed by dissolving the compound in deuterated chloroform or deuterated acetone and using an NMR apparatus (manufactured by Varian, INOVA300).
(分子量分析)
高分子化合物の数平均分子量および重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC、Waters社製、商品名:Alliance GPC 2000)を用いて求めた。測定する高分子化合物は、オルトジクロロベンゼンに溶解させ、GPCに注入した。GPCの移動相にはオルトジクロロベンゼンを用いた。カラムは、TSKgel GMHHR−H(S)HT(2本連結、東ソー製)を用いた。検出器にはUV検出器を用いた。
(Molecular weight analysis)
The number average molecular weight and the weight average molecular weight of the polymer compound were determined using gel permeation chromatography (GPC, manufactured by Waters, trade name: Alliance GPC 2000). The polymer compound to be measured was dissolved in orthodichlorobenzene and injected into GPC. Orthodichlorobenzene was used for the mobile phase of GPC. As the column, TSKgel GMHHR-H (S) HT (two linked, manufactured by Tosoh Corporation) was used. A UV detector was used as the detector.
実施例1
(高分子化合物1の合成)
窒素雰囲気下、500mL三つ口フラスコに出発物質101を4.4g(20mmol),脱水THFを150mLを加え、80℃に加熱した。そこにオクチルマグネシウムブロミドの THF溶液を80mL(1.0M,80mmol)を同温で加え、4時間攪拌した。その後、水50mLで反応を終了し、水相を酢酸水溶液で中和した後、反応溶液をトルエンで2回抽出した。得られた有機層を飽和塩化アンモニウム水溶液で2回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去して、化合物102の粗生成体を得た。
得られた粗生成体102を500mL四つ口フラスコに加え、酢酸100mLとトリフルオロ酢酸50mLを加え、80℃で2時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を水150mLに注ぎ、トルエンで2回抽出した。得られた有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をアルミナ(ヘキサン:クロロホルム=2 : 1 )で精製して、化合物103を黄色の固体として4.02g(9.3mmol、収率62%)得た。
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.44(d,1H)、7.35(d,1H)、7.05(d,1H)、6.98(d,1H)、2.16(t,2H)、1.72(t,2H)、1.26−1.07(br,24H)、0.82(t,6H).
窒素雰囲気下、100mL三つ口フラスコに化合物103を2.06g(3.5mmol)、クロロホルムを50mL、酢酸20mL、NBSを3.48g(19.5mmol)を加え、80 ℃で1時間加熱した。反応終了後、室温まで冷却し、そこに水を50mL加え、トルエン(50mL×2)で抽出した。得られた有機層を飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液(50mL)、飽和食塩水(50mL)で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をカラムクロマトグラフィ(ヘキサン:クロロホルム=3 : 1 )で精製し、化合物104をオレンジ色の固体として4.47g(7.6mmol、収率82%)得た。
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.34(s,1H)、6.95(s,1H)、2.13(t,2H)、1.64(t,2H)、1.27−1.09(br,24H)、0.86(t,6H).
窒素で置換した100mLフラスコ内に、出発物質104を2.06g (3.5mmol)、4−ヘキシルアニリンを0.86g (4.2mmol)、トリエチルアミンを2.12g (21.0mmol)、脱水トルエンを30mL入れ、均一溶液とした。そこに四塩化チタン(1.0M、トルエン溶液)を4.2mL(4.2mmol)を10分かけて滴下し、120℃で20時間加熱攪拌した。その後水で反応を停止させ、有機層をトルエンで抽出し、有機層を水50mLで3回洗浄した。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後に、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(展開溶媒:ヘキサン:クロロホルム=7:1)。精製後、化合物105を2.54g(3.2mmol、 収率93%)得た。
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.15(d,2H)、6.95(s,1H)、6.58(d,2H)、5.92(s,1H)、2.63(t,2H)、2.22(t,2H)、1.63(m,4H)、1.31−1.17(br,34H)、0.86(t,9H).
窒素雰囲気下、還流管を取り付けた100mL三つ口フラスコに化合物105を155.2mg(0.20mmol)、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを11.6mg (20mol%)、THFを5mL(最終的に2.0 wt%)、3.0M K3PO4水溶液を0.7mL入れ、均一溶液とした。30分のArバブリング後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム9.1mg (5.0mol%)、化合物105を77.6mg (0.20 mmol)をジクロロメタン5.0mLとともに加え、得られた溶液を70℃のオイルバスに浸し、1.5時間加熱下で攪拌した。そこに末端封止材として、フェニルボロン酸を50mg程度加え、1時間加熱還流下で攪拌した。そこにジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.34gと水3.0 mL、オルトジクロロベンゼンを15mL加え、90 ℃で1時間攪拌を行った。水層を除去後、 有機層を水50 mLで2回洗浄し、次いで、3wt%の酢酸水溶液50mLで2回洗浄し、次いで、水50mLで2回洗浄し、得られた溶液をアセトンに注いでポリマーを析出させた。ポリマーをろ過後、オルトジクロロベンゼン 14mLに再度溶解させ、アルミナ/シリカゲルカラムに通した。得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された高分子化合物1を74mg得た。(Mn.125000,Mw.532000)
Example 1
(Synthesis of polymer compound 1)
Under a nitrogen atmosphere, 4.4 g (20 mmol) of the starting
The obtained crude product 102 was added to a 500 mL four-necked flask, 100 mL of acetic acid and 50 mL of trifluoroacetic acid were added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 150 mL of water and extracted twice with toluene. The obtained organic layer was washed three times with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained residue was purified with alumina (hexane: chloroform = 2: 1) to obtain 4.02 g (9.3 mmol, yield 62%) of compound 103 as a yellow solid.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.44 (d, 1H), 7.35 (d, 1H), 7.05 (d, 1H), 6.98 (d, 1H) ), 2.16 (t, 2H), 1.72 (t, 2H), 1.26-1.07 (br, 24H), 0.82 (t, 6H).
Under a nitrogen atmosphere, 2.06 g (3.5 mmol) of Compound 103, 50 mL of chloroform, 20 mL of acetic acid, and 3.48 g (19.5 mmol) of NBS were added to a 100 mL three-necked flask and heated at 80 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, the mixture was cooled to room temperature, 50 mL of water was added thereto, and extracted with toluene (50 mL × 2). The obtained organic layer was washed with saturated aqueous sodium thiosulfate solution (50 mL) and saturated brine (50 mL), dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The obtained residue was purified by column chromatography (hexane: chloroform = 3: 1) to obtain 4.47 g (7.6 mmol, yield 82%) of compound 104 as an orange solid.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.34 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.13 (t, 2H), 1.64 (t, 2H) ), 1.27-1.09 (br, 24H), 0.86 (t, 6H).
In a 100 mL flask purged with nitrogen, 2.06 g (3.5 mmol) of starting material 104, 0.86 g (4.2 mmol) of 4-hexylaniline, 2.12 g (21.0 mmol) of triethylamine, and dehydrated toluene were added. 30 mL was added to obtain a uniform solution. Thereto, 4.2 mL (4.2 mmol) of titanium tetrachloride (1.0 M, toluene solution) was added dropwise over 10 minutes, and the mixture was heated and stirred at 120 ° C. for 20 hours. Thereafter, the reaction was stopped with water, the organic layer was extracted with toluene, and the organic layer was washed with 50 mL of water three times. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained crude product was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: hexane: chloroform = 7: 1). After purification, 2.54 g (3.2 mmol, 93% yield) of Compound 105 was obtained.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.15 (d, 2H), 6.95 (s, 1H), 6.58 (d, 2H), 5.92 (s, 1H ), 2.63 (t, 2H), 2.22 (t, 2H), 1.63 (m, 4H), 1.31-1.17 (br, 34H), 0.86 (t, 9H) .
Under a nitrogen atmosphere, 155.2 mg (0.20 mmol) of compound 105, 11.6 mg (20 mol%) of tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate, and 5 mL of THF (final) in a 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube 2.0 wt%), and 0.7 mL of 3.0 M K 3 PO 4 aqueous solution was added to obtain a uniform solution. After 30 minutes of Ar bubbling, 9.1 mg (5.0 mol%) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium and 77.6 mg (0.20 mmol) of compound 105 were added together with 5.0 mL of dichloromethane, and the resulting solution was added. It was immersed in an oil bath at 70 ° C. and stirred under heating for 1.5 hours. About 50 mg of phenylboronic acid was added thereto as an end-capping material, and the mixture was stirred for 1 hour with heating under reflux. Thereto was added 0.34 g of sodium diethyldithiocarbamate, 3.0 mL of water and 15 mL of orthodichlorobenzene, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 1 hour. After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 mL of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution and then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into acetone. To precipitate the polymer. The polymer was filtered, dissolved again in 14 mL of orthodichlorobenzene, and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 74 mg of purified
実施例2
(高分子化合物2の合成)
窒素雰囲気下、還流管を取り付けた100mL三つ口フラスコに化合物105を155.2mg(0.20mmol)、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを11.6mg (20mol%)、ジクロロメタンを5mL(最終的に2.0 wt%)、3.0M K3PO4水溶液を0.7mL入れ、均一溶液とした。30分のArバブリング後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム9.1mg (5.0mol%)を加えた後、加熱を開始し(50℃)、化合物107を84.8mg (0.20 mmol)のジクロロメタン溶液5.0mLを15分かけて滴下した。得られた溶液を50℃で1.5時間加熱下で攪拌した。そこに末端封止材として、フェニルボロン酸を50mg程度加え、1時間加熱還流下で攪拌した。そこにジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.34gと水3.0 mL、オルトジクロロベンゼンを15mL加え、90 ℃で1時間攪拌を行った。水層を除去後、 有機層を水50 mLで2回洗浄し、次いで、3wt%の酢酸水溶液50mLで2回洗浄し、次いで、水50mLで2回洗浄し、得られた溶液をアセトンに注いでポリマーを析出させた。ポリマーをろ過後、オルトジクロロベンゼン 14mLに再度溶解させ、アルミナ/シリカゲルカラムに通した。得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された高分子化合物2を120mg得た。(Mn.31000,Mw.216000)
Example 2
(Synthesis of polymer compound 2)
Under a nitrogen atmosphere, 155.2 mg (0.20 mmol) of compound 105, 11.6 mg (20 mol%) of tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate, and 5 mL of dichloromethane (final) in a 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube 2.0 wt%), and 0.7 mL of 3.0 M K 3 PO 4 aqueous solution was added to obtain a uniform solution. After 30 minutes of Ar bubbling, 9.1 mg (5.0 mol%) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium was added, heating was started (50 ° C.), and 84.8 mg (0.20 mmol) of Compound 107 was obtained. Was added dropwise over 15 minutes. The resulting solution was stirred with heating at 50 ° C. for 1.5 hours. About 50 mg of phenylboronic acid was added thereto as an end-capping material, and the mixture was stirred for 1 hour with heating under reflux. Thereto was added 0.34 g of sodium diethyldithiocarbamate, 3.0 mL of water and 15 mL of orthodichlorobenzene, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 1 hour. After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 mL of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution and then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into acetone. To precipitate the polymer. The polymer was filtered, dissolved again in 14 mL of orthodichlorobenzene, and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and then dried to obtain 120 mg of purified
実施例3
(高分子化合物3の合成)
反応容器内に、化合物101を10.0g(45.4mmol)、テトラヒドロフランを250mL入れた。ここへ、メチルマグネシウムブロマイドのエーテル溶液を61mL(3M、181mmol)を滴下し、4時間還流させた。得られた反応溶液を水に注ぎ、トルエンで抽出した。得られたトルエン溶液を濃縮し、固体を得た。ここへ、酢酸100mLとトリフルオロ酢酸50mLを加え、80℃で3時間反応させた。反応溶液を水に注ぎ、クロロホルムで抽出した。得られたクロロホルム溶液を濃縮し、シリカゲルカラムを用いて精製し、化合物3を得た。得量は5.25gであり、収率は46%(2step)であった。
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.47(d,1H)、7.32(d,1H)、7.07(m,2H)、1.46(s,6H).
封管内に、化合物109を3.00g(12.8mmol)とペンタデシルマグネシウムブロマイドのテトラヒドロフラン溶液(0.4M、32mL、51.2mmol)を入れ、150℃で5時間反応させた。得られた反応溶液を塩酸水溶液(35%、20mL)に注ぎ、トルエン(100mL)を加えて10分間撹拌した。水層を除去し、トルエン溶液を水で洗浄した。得られたトルエン溶液を濃縮し、シリカゲルカラムを用いて精製し、化合物111を得た。得量は1.63gであり、収率は28%(2step)であった。
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.19(d,1H)、7.09(d,1H)、7.05(d,1H)、6.99(d,1H)、5.65(t,1H)、1.20−1.50(m,30H)、0.88(t,3H).
封管内に、化合物111を0.80g(1.86mmol)、N−ブロモスクシンイミドを0.664g(3.73mmol)、クロロホルムを30mL入れ、5時間撹拌した。得られた反応溶液を水に注ぎ、クロロホルムで抽出した。得られたクロロホルム溶液を濃縮し、シリカゲルカラムを用いて精製し、化合物112を得た。得量は0.57gであり、収率は52%であった。
フラスコ内の気体を窒素で置換したフラスコに、化合物112を150mg(0.256mmol)、化合物106を99.3mg(0.256mmol)、テトラヒドロフランを30mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを9.4mg、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを11.9mg入れて撹拌した。この溶液に、2mol/Lの炭酸カリウム水溶液を1.28mL滴下し、3時間還流させた。反応液に、フェニルボロン酸を10.0mg加えて、1時間還流させた。次に、反応液にN,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物を0.1g加えて、3時間還流させた。その後、反応液を水に注ぎ、トルエンを加え、トルエン層を抽出した。トルエン溶液を酢酸水溶液及び水で洗浄した後、シリカゲルカラムを通液させて精製した。得られたトルエン溶液をアセトンに滴下し、析出物を得た。析出物をアセトンを溶媒として用いてソックスレー洗浄し、高分子化合物3を得た。得量は1mgであった。
Example 3
(Synthesis of polymer compound 3)
In a reaction vessel, 10.0 g (45.4 mmol) of Compound 101 and 250 mL of tetrahydrofuran were placed. To this, 61 mL (3 M, 181 mmol) of an ether solution of methylmagnesium bromide was added dropwise and refluxed for 4 hours. The resulting reaction solution was poured into water and extracted with toluene. The obtained toluene solution was concentrated to obtain a solid. Acetic acid 100mL and trifluoroacetic acid 50mL were added here, and it was made to react at 80 degreeC for 3 hours. The reaction solution was poured into water and extracted with chloroform. The resulting chloroform solution was concentrated and purified using a silica gel column to obtain
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.47 (d, 1H), 7.32 (d, 1H), 7.07 (m, 2H), 1.46 (s, 6H) ).
In a sealed tube, 3.00 g (12.8 mmol) of Compound 109 and a tetrahydrofuran solution (0.4 M, 32 mL, 51.2 mmol) of pentadecylmagnesium bromide were placed and reacted at 150 ° C. for 5 hours. The obtained reaction solution was poured into an aqueous hydrochloric acid solution (35%, 20 mL), toluene (100 mL) was added, and the mixture was stirred for 10 minutes. The aqueous layer was removed and the toluene solution was washed with water. The obtained toluene solution was concentrated and purified using a silica gel column to obtain Compound 111. The yield was 1.63 g, and the yield was 28% (2step).
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.19 (d, 1H), 7.09 (d, 1H), 7.05 (d, 1H), 6.99 (d, 1H) ), 5.65 (t, 1H), 1.20-1.50 (m, 30H), 0.88 (t, 3H).
In a sealed tube, 0.81 g (1.86 mmol) of compound 111, 0.664 g (3.73 mmol) of N-bromosuccinimide, and 30 mL of chloroform were added and stirred for 5 hours. The obtained reaction solution was poured into water and extracted with chloroform. The resulting chloroform solution was concentrated and purified using a silica gel column to obtain Compound 112. The yield was 0.57 g, and the yield was 52%.
In a flask in which the gas in the flask was replaced with nitrogen, 150 mg (0.256 mmol) of compound 112, 99.3 mg (0.256 mmol) of compound 106, 30 mL of tetrahydrofuran, 9.4 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium were added. 11.9 mg of tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate was added and stirred. To this solution, 1.28 mL of a 2 mol / L potassium carbonate aqueous solution was added dropwise and refluxed for 3 hours. 10.0 mg of phenylboronic acid was added to the reaction solution, and the mixture was refluxed for 1 hour. Next, 0.1 g of sodium N, N-diethyldithiocarbamate trihydrate was added to the reaction solution, and the mixture was refluxed for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into water, toluene was added, and the toluene layer was extracted. The toluene solution was washed with an aqueous acetic acid solution and water, and then purified by passing through a silica gel column. The obtained toluene solution was added dropwise to acetone to obtain a precipitate. The precipitate was Soxhlet washed using acetone as a solvent to obtain
実施例4
(有機太陽電池1の作製および評価)
スパッタ法により成膜された約150nmの膜厚のITOがパターニングされたガラス基板を、有機溶媒、アルカリ洗剤および超純水で洗浄し、乾燥させた。その後、紫外線オゾン(UV−O3)装置を用いて、該ガラス基板に紫外線オゾン(UV−O3)処理を施した。
次に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸を水に溶解させた懸濁液(HCスタルクビーテック社製、商品名:Bytron P TP AI 4083)を孔径0.45μmのフィルターでろ過した。ろ過後の懸濁液を、上記の基板のITO側にスピンコートして40nmの厚みで成膜した。次いで、大気中において、ホットプレート上で200℃で10分間乾燥させ、有機層を形成した。
次に、高分子化合物2およびフラーレンC60PCBM(フェニルC61−酪酸メチルエステル)(phenyl C61-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製・商品名:E100))を、高分子化合物AおよびC60PCBM(重量比で、高分子化合物A/C60PCBM=1/3)をオルトジクロロベンゼンに溶解し、インク1(重量%で、高分子化合物AおよびC60PCBMの合計は2.0重量%)を製造した。次いで、該インク1を、上記の基板の有機層側にスピンコートして100nmの厚みで活性層を成膜した。
次に、SIGMAS ALDRICH社より購入したTitanium(IV)isopropoxide 97%を、1重量%の濃度となるようにイソプロパノールに混合させ、該混合液を、上記の基板の活性層側にスピンコートして10nmの膜厚で成膜した。次いで、Alを約70nmの膜厚で真空蒸着し、光電変換素子である有機太陽電池1を製造した。得られた有機太陽電池1の形状は、2mm×2mmの正方形であった。
得られた有機太陽電池1に、ソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)は8.18mA/cm2であり、Voc(開放端電圧)は0.782Vであり、ff(フィルファクター(曲線因子))は0.57であり、光電変換効率(η)は3.65%であった。
Example 4
(Production and Evaluation of Organic Solar Cell 1)
A glass substrate on which ITO with a thickness of about 150 nm formed by sputtering was patterned was washed with an organic solvent, an alkaline detergent and ultrapure water, and dried. Thereafter, the glass substrate was subjected to ultraviolet ozone (UV-O 3 ) treatment using an ultraviolet ozone (UV-O 3 ) apparatus.
Next, a suspension in which poly (3,4) ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonic acid is dissolved in water (trade name: Bytron P TP AI 4083, manufactured by HC Starck B-Tech Co., Ltd.) is filtered with a filter having a pore diameter of 0.45 μm. Filtered. The suspension after filtration was spin-coated on the ITO side of the substrate to form a film with a thickness of 40 nm. Subsequently, it was dried on the hot plate at 200 ° C. for 10 minutes in the air to form an organic layer.
Next,
Next, 97% of Titanium (IV) isopropoxide purchased from SIGMAS ALDRICH was mixed with isopropanol to a concentration of 1% by weight, and the mixture was spin-coated on the active layer side of the substrate to 10 nm. The film was formed with a film thickness of. Subsequently, Al was vacuum-deposited with a film thickness of about 70 nm, and the organic
The obtained organic
1…基板、2、2a…活性層、3…絶縁層、4…ゲート電極、5…ソース電極、
6…ドレイン電極、7a…第1の電極、7b…第2の電極、100、110、120、130、140、150、160、170、180…有機トランジスタ、300…光電変換素子。
DESCRIPTION OF
6 ... drain electrode, 7a ... first electrode, 7b ... second electrode, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180 ... organic transistor, 300 ... photoelectric conversion element.
Claims (8)
R1およびR2は、それぞれ独立に炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
Xは硫黄原子、N−R3、またはCH−R4を表し、R3は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数1〜30のアルコキシ基、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜30のアシル基または炭素原子数1〜30の置換アミノ基を表し、これらの基は置換基を有していてもよく、R4は炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基または炭素原子数2〜30の1価の複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよい。
環Aおよび環Bは、それぞれ独立に、芳香族炭化水素環または複素芳香環を表し、該芳香族炭化水素環および複素芳香環は置換基を有していてもよい。) The high molecular compound which has a structural unit represented by Formula (1).
R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups are It may have a substituent.
X represents a sulfur atom, N—R 3 or CH—R 4 , wherein R 3 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms. , A hydroxyl group, an acyl group having 1 to 30 carbon atoms, or a substituted amino group having 1 to 30 carbon atoms, and these groups may have a substituent, and R 4 has 1 to 30 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms, and these groups optionally have a substituent.
Ring A and ring B each independently represent an aromatic hydrocarbon ring or a heteroaromatic ring, and the aromatic hydrocarbon ring and the heteroaromatic ring may have a substituent. )
The polymer compound according to claim 1 or 2, wherein the structural unit represented by the formula (1) is a structural unit represented by the formula (2).
該第1の電極と該第2の電極との間に請求項5に記載の有機薄膜を有する、有機半導体素子。 A first electrode and a second electrode;
The organic-semiconductor element which has an organic thin film of Claim 5 between this 1st electrode and this 2nd electrode.
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