CN102597047A - 高分子化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在光电转换元件中所含的有机层中使用时,短路电流密度和光电转换效率更大的高分子化合物。具体而言,本发明提供具有式(1)所表示的结构单元的高分子化合物。〔式中,Ar1和Ar2相同或不同,表示3价的杂环基。X1表示-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)-、-SO2-、-Si(R3)(R4)-、-N(R5)-、-B(R6)-、-P(R7)-或-P(=O)(R8)-。R51表示碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基或碳数6以上的酰氧基。〕
Description
技术领域
本发明涉及具有特定结构的高分子化合物。
背景技术
近年来,为了防止地球变暖,要求削减向大气中释放的CO2。例如,提倡向在房屋的屋顶使用pn结型的硅系太阳能电池等的太阳能系统的更换,上述硅系太阳能电池中使用的单晶、多晶以及非晶硅,有所谓在其制造过程中需要高温、高真空条件的问题。
另一方面,作为光电转换元件的一个方式的有机薄膜太阳能电池,可以省略在硅系太阳能电池的制造工艺中使用的高温、高真空工艺,存在能仅通过涂布工艺低价制造的可能性,近年来备受注意。作为有机薄膜太阳能电池中使用的高分子化合物,记载了具有重复单元(A)以及重复单元(B)的高分子化合物(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特表2009-506519号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,具有含有上述高分子化合物的有机层的光电转换元件,短路电流密度以及光电转换效率未必充分。
本发明的目的在于,提供一种在用于光电转换元件中所含的有机层的情况下短路电流密度以及光电转换效率增大的高分子化合物。
【解决课题的方法】
即,本发明之一,提供具有式(1)所表示的结构单元的高分子化合物。式(1)所表示的结构单元为2价的基团。
〔式中,Ar1和Ar2相同或不同,表示3价的杂环基。X1表示-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)-、-SO2-、-Si(R3)(R4)-、-N(R5)-、-B(R6)-、-P(R7)-或-P(=O)(R8)-。R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。R50表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。R51表示碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基或碳数6以上的酰氧基。关于X1和Ar2,与构成Ar1的环中相邻的原子键合,关于C(R50)(R51)和Ar1,与构成Ar2的环中相邻的原子键合。
本发明之二提供含有上述高分子化合物的薄膜。
本发明之三提供含有上述高分子化合物和电子接受性化合物的组合物。
本发明之四提供含有上述组合物的薄膜。
本发明之五提供含有上述组合物和溶剂的墨液。
本发明之六,提供式(3)所表示的化合物。
〔式中,R52、R53、R60和R61相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。〕
本发明之七,提供式(4)所表示的化合物。
〔式中,R60、R61、R52和R53相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。V1和V2相同或不同,表示氢原子、碱金属、烷基、芳基或芳基烷基。〕
本发明之八,提供式(5)所表示的化合物。
〔式中,R52和R53相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。〕
本发明之九,提供式(5-1)所表示的化合物。
〔式中,R60、R52和R53相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。V1表示氢原子、碱金属、烷基、芳基或芳基烷基。〕
本发明之十,提供式(8-1)和(8-2)所表示的化合物。
〔式中,R62~R65相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。Ar3~Ar6相同或不同,表示3价的杂环基。W3和W4相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。Z表示亚芳基或2价的杂环基。〕
〔式中,R62~R65相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。Ar3~Ar6相同或不同,表示3价的杂环基。W3和W4相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。Z表示亚芳基或2价的杂环基。〕
发明的效果
使用本发明的高分子化合物而制造的光电转换元件,由于短路电流密度以及光电转换效率大,所以本发明极为有用。
具体实施方式
以下,详细说明本发明。
本发明的高分子化合物,其特征在于具有式(1)所表示的结构单元。
式(1)中,X1表示-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)-、-SO2-、-Si(R3)(R4)-、-N(R5)-、-B(R6)-、-P(R7)-或-P(=O)(R8)-。
这里,R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。
在这里,烷基可以是直链状,还可以是支链状,还可以是环烷基。烷基的碳数通常为1~30。作为烷基的具体例,可以举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、正己基、异己基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、庚基、辛基、异辛基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基等链状烷基、环戊基、环己基、金刚烷基等环烷基。
烷基氧基可以是直链状,还可以是支链状,还可以是环烷基氧基。烷基氧基可以具有取代基。烷基氧基的碳数通常为1~20左右,作为烷基氧基的具体例,可举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、环己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基、3,7-二甲基辛氧基、月桂基氧基、三氟甲氧基、五氟乙氧基、全氟丁氧基、全氟己基、全氟辛基、甲氧基甲基氧基、2-甲氧基乙基氧基。
需要说明的是,在本说明书中,所谓某基团“可以具有取代基”的用语,是指某基团所具有的氢原子的一部分或全部可以被取代基取代。所谓“可以具有取代基”的用语,还可以说成是“可以被取代”。例如,“可以具有取代基的2价有机基团”,是指2价有机基团中的氢原子的一部分或者全部可以被取代基取代的2价有机基团,还可以说成是“可以被取代的2价有机基团”。另外,例如,“可以具有取代基的烃基”是指烃基中的氢原子的一部分或者全部可以被取代基取代的烃基,还可以说成是“可以被取代的烃基”。
烷基硫基可以是直链状,还可以是支链状,还可以是环烷基硫基。烷基硫基可以具有取代基。烷基硫基的碳数通常为1~20左右,作为烷基硫基的具体例,可以举出甲基硫基、乙基硫基、丙基硫基、异丙基硫基、丁基硫基、异丁基硫基、叔丁基硫基、戊基硫基、己基硫基、环己基硫基、庚基硫基、辛基硫基、2-乙基己基硫基、壬基硫基、癸基硫基、3,7-二甲基辛基硫基、月桂基硫基、三氟甲基硫基。
关于芳基,其碳数通常为6~60左右,可以具有取代基。作为芳基的具体例,可以举出苯基、C1~C12烷基氧基苯基(C1~C12烷基表示其碳数为1~12。C1~C12烷基优选为C1~C8烷基,更优选C1~C6烷基。C1~C8烷基表示碳数1~8的烷基,C1~C6烷基表示碳数1~6的烷基。作为C1~C12烷基、C1~C8烷基以及C1~C6烷基的具体例,可以举出上述烷基中说明并例示的基团。以下也相同。)、C1~C12烷基苯基、1-萘基、2-萘基、五氟苯基。
关于芳氧基,其碳数通常为6~60左右,芳香环上可以具有取代基。作为芳氧基的具体例,可以举出苯氧基、C1~C12烷基氧苯氧基、C1~C12烷基苯氧基、1-萘基氧基、2-萘基氧基、五氟苯基氧基。
关于芳基硫基,其碳数通常为6~60左右,芳香环上可以具有取代基。作为芳基硫基的具体例,可以举出苯基硫基、C1~C12烷基氧基苯基硫基、C1~C12烷基苯基硫基、1-萘基硫基、2-萘基硫基、五氟苯基硫基。
关于芳基烷基,其碳数通常为7~60左右,可以具有取代基。作为芳基烷基的具体例,可以举出苯基-C1~C12烷基、C1~C12烷基氧基苯基-C1~C12烷基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基、1-萘基-C1~C12烷基、2-萘基-C1~C12烷基。
关于芳基烷基氧基,其碳数通常为7~60左右,可以具有取代基。作为芳基烷基氧基的具体例,可以举出苯基-C1~C12烷基氧基、C1~C12烷基氧基苯基-C1~C12烷基氧基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基氧基、1-萘基-C1~C12烷基氧基、2-萘基-C1~C12烷基氧基。
关于芳基烷基硫基,其碳数通常为7~60左右,可以具有取代基。作为芳基烷基硫基的具体例,可以举出苯基-C1~C12烷基硫基、C1~C12烷基氧基苯基-C1~C12烷基硫基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基硫基、1-萘基-C1~C12烷基硫基、2-萘基-C1~C12烷基硫基。
关于酰基,其碳数通常为2~20左右。作为酰基的具体例,可以举出乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、特戊酰基、苯甲酰基、三氟乙酰基、五氟苯甲酰基。
关于酰氧基,其碳数通常为2~20左右。作为酰氧基的具体例,可以举出乙酰氧基、丙酰氧基、丁酰氧基、异丁酰氧基、特戊酰氧基、苯甲酰氧基、三氟乙酰氧基、五氟苯甲酰氧基。
关于酰胺基,其碳数通常为2~20左右。酰胺基是指从酰胺上除去与氮原子键合的氢原子后得到的基团。作为酰胺基的具体例,可以举出甲酰胺基、乙酰胺基、丙酰胺基、丁酰胺基、苯甲酰胺基、三氟乙酰胺基、五氟苯甲酰胺基、二甲酰胺基、二乙酰胺基、二丙酰胺基、二丁酰胺基、二苯甲酰胺基、二(三氟乙酰胺)基、二五氟苯甲酰胺基。
关于酰亚胺基、是指从酸的酰亚胺除去与氮原子键合的氢原子后得到的基团。作为酰亚胺基的具体例,可以举出琥珀酰亚胺基、苯二甲酰亚胺基等。
关于取代氨基,其碳数通常为1~40左右。作为取代氨基的具体例,可以举出甲基氨基、二甲基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、丙基氨基、二丙基氨基、异丙基氨基、二异丙基氨基、丁基氨基、异丁基氨基、叔丁基氨基、戊基氨基、己基氨基、环己基氨基、庚基氨基、辛基氨基、2-乙基己基氨基、壬基氨基、癸基氨基、3,7-二甲基辛基氨基、月桂基氨基、环戊基氨基、二环戊基氨基、环己基氨基、二环己基氨基、吡咯烷基、哌啶基、二(三氟甲基)氨基、苯基氨基、二苯基氨基、C1~C12烷基氧基苯基氨基、二(C1~C12烷基氧基苯基)氨基、二(C1~C12烷基苯基)氨基、1-萘基氨基、2-萘基氨基、五氟苯基氨基、吡啶基氨基、哒嗪基氨基、嘧啶基氨基、吡嗪基氨基、三嗪基氨基、苯基-C1~C12烷基氨基、C1~C12烷基氧基苯基-C1~C12烷基氨基、C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基氨基、二(C1~C12烷基氧基苯基-C1~C12烷基)氨基、二(C1~C12烷基苯基-C1~C12烷基)氨基、1-萘基-C1~C12烷基氨基、2-萘基-C1~C12烷基氨基。
作为取代甲硅烷基的具体例,可以举出三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三正丙基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、三对二甲苯基甲硅烷基、三苄基甲硅烷基、二苯基甲基甲硅烷基、叔丁基二苯基甲硅烷基、二甲基苯基甲硅烷基等。
作为取代甲硅烷基氧基的具体例,可以举出三甲基甲硅烷基氧基、三乙基甲硅烷基氧基、三正丙基甲硅烷基氧基、三异丙基甲硅烷基氧基、叔丁基二甲基甲硅烷基氧基、三苯基甲硅烷基氧基、三对二甲苯基甲硅烷基氧基、三苄基甲硅烷基氧基、二苯基甲基甲硅烷基氧基、叔丁基二苯基甲硅烷基氧基、二甲基苯基甲硅烷基氧基等。
作为取代甲硅烷基硫基的具体例,可以举出三甲基甲硅烷基硫基、三乙基甲硅烷基硫基、三正丙基甲硅烷基硫基、三异丙基甲硅烷基硫基、叔丁基二甲基甲硅烷基硫基、三苯基甲硅烷基硫基、三对二甲苯基甲硅烷基硫基、三苄基甲硅烷基硫基、二苯基甲基甲硅烷基硫基、叔丁基二苯基甲硅烷基硫基、二甲基苯基甲硅烷基硫基等。
作为取代甲硅烷基氨基的具体例,可以举出三甲基甲硅烷基氨基、三乙基甲硅烷基氨基、三正丙基甲硅烷基氨基、三异丙基甲硅烷基氨基、叔丁基二甲基甲硅烷基氨基、三苯基甲硅烷基氨基、三对二甲苯基甲硅烷基氨基、三苄基甲硅烷基氨基、二苯基甲基甲硅烷基氨基、叔丁基二苯基甲硅烷基氨基、二甲基苯基甲硅烷基氨基、二(三甲基甲硅烷基)氨基、二(三乙基甲硅烷基)氨基、二(三正丙基甲硅烷基)氨基、二(三异丙基甲硅烷基)氨基、二(叔丁基二甲基甲硅烷基)氨基、二(三苯基甲硅烷基)氨基、二(三对二甲苯基甲硅烷基)氨基、二(三苄基甲硅烷基)氨基、二(二苯基甲基甲硅烷基)氨基、二(叔丁基二苯基甲硅烷基)氨基、二(二甲基苯基甲硅烷基)氨基。
作为1价杂环基,可以举出从呋喃、噻吩、吡咯、吡咯啉、吡咯烷、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、咪唑、咪唑啉、咪唑烷、吡唑、吡唑啉、吡唑烷、呋咱、三唑、噻二唑、噁二唑、四唑、吡喃、吡啶、哌啶、噻喃、哒嗪、嘧啶、吡嗪、哌嗪、吗啉、三嗪、苯并呋喃、异苯并呋喃、苯并噻吩、吲哚、异吲哚、吲哚嗪、吲哚啉、异吲哚啉、色烯、色满、异色满、苯并吡喃、喹啉、异喹啉、喹嗪、苯并咪唑、苯并噻唑、吲唑、萘啶、喹喔啉、喹唑啉、喹唑烷(quinazolidine)、噌啉、酞嗪、嘌呤、喋啶、咔唑、呫吨、菲啶、吖啶、β-咔啉、萘嵌间二氮杂苯、菲绕啉、噻蒽、吩噻噁、吩噁嗪、吩噻嗪、吩嗪等杂环化合物除去1个氢原子得到的基团。作为1价杂环基,优选1价芳香族杂环基。
作为杂环氧基,可以举出上述1价杂环基键合有氧原子的式(11)表示的基团。作为杂环硫基,可以举出上述1价杂环基键合有硫原子的式(12)表示的基团。
〔式(11)以及式(12)中,Ar7表示1价杂环基。〕
关于杂环氧基,其碳数通常为2~60左右。作为杂环氧基的具体例,可以举出噻吩基氧基、C1~C12烷基噻吩基氧基、吡咯基氧基、呋喃基氧基、吡啶基氧基、C1~C12烷基吡啶基氧基、咪唑基氧基、吡唑基氧基、三唑基氧基、噁唑基氧基、噻唑氧基、噻二唑氧基。
关于杂环硫基,其碳数通常为2~60左右。作为杂环硫基的具体例,可以举出噻吩基硫基、C1~C12烷基噻吩基硫基、吡咯基硫基、呋喃基硫基、吡啶基硫基、C1~C12烷基吡啶基硫基、咪唑基硫基、吡唑基硫基、三唑基硫基、噁唑基硫基、噻唑硫基、噻二唑硫基。
关于芳基烯基,通常其碳数为8~20,作为芳基烯基的具体例,可以举出苯乙烯基。
关于芳基炔基,通常其碳数为8~20,作为芳基炔基的具体例,可以举出苯乙炔基。
作为卤原子的具体例,可以举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
从制造单体的容易程度的观点出发,作为X1,优选-O-、-S-、-C(=O)-,更优选-O-、-C(=O)-,进一步优选-O-。
式(1)中,Ar1和Ar2相同或不同,表示3价的杂环基。如式(1)所示,Ar1具有3个键合部且这些键合部中的1个是与Ar2的键合部,另一个是与X1的键合部,还有一个表示与氢原子或其他原子的键合部。其他原子可以是构成其他结构单元的原子的一部分。如式(1)所示,Ar2具有3个键合部且它们中的1个是与Ar1的键合部,另一个是与X2的键合部,还有一个表示与氢原子或其他原子的键合部。其他原子可以是构成其他结构单元的原子的一部分。
所谓3价的杂环基,是指从杂环式化合物去掉3个氢原子而残余的原子团,碳数通常为2~60,优选为4~60,更优选为4~20。需要说明的是,杂环基上可以具有取代基,在杂环基的碳数中不包括取代基的碳数。3价的杂环基具有取代基且该取代基含有碳原子时,该取代基的碳数优选为1~40,更优选为1~20,进一步优选为1~6。
在这里,杂环化合物是指具有环式结构的有机化合物中构成环的元素不仅是碳原子,而且还在环内含有氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子等杂原子的有机化合物。
作为3价杂环基,例如可以举出以下的基团。
在式(201)~式(284)中,R’相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、取代氨基、酰氧基、酰胺基、芳基烯基、芳基炔基、1价杂环基或氰基。
R”相同或不同,表示氢原子、烷基、芳基、芳基烷基、取代甲硅烷基、酰基或1价杂环基。
关于R’所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、取代氨基、酰氧基、酰胺基、芳基烯基、芳基炔基、1价杂环基的定义、具体例,与前述的R3所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、取代氨基、酰氧基、酰胺基、芳基烯基、芳基炔基、1价杂环基的定义、具体例相同。
关于R”所表示的、烷基、芳基、芳基烷基、取代甲硅烷基、1价杂环基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、芳基、芳基烷基、取代甲硅烷基、1价杂环基的定义、具体例相同。
式(1)中,优选Ar1和Ar2中的至少一个为从噻吩环去除3个氢原子而残余的基团,更优选它们都为从噻吩环去除3个氢原子而残余的基团。
另外,式(201)~式(284)中,3价的杂环基优选为含有硫原子的杂环基,更优选式(268)或式(273)所表示的基团,进一步优选式(273)所表示的基团。
式(1)中,R50表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。R51表示碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基或碳数6以上的酰氧基。
R50所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例,与前述的R3所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例相同。
R51所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、酰基、酰氧基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、酰基、酰氧基的定义、具体例中的碳数6以上的基团相同。R51所表示的芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基的定义、具体例,与R3所表示的芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基的定义、具体例相同。
R50和R51优选两方相同或相异,为碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基,碳数6以上的酰氧基,进一步优选碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基,特别优选为碳数6以上的烷基。
作为碳数6以上的烷基,可举出己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、三十烷基、四十烷基、五十烷基等直链状的烷基、或1,1,3,3-四甲基丁基、1-甲基庚基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基、1-丙基戊基、2-己基癸基、2-庚基十一烷基、2-辛基十二烷基、3,7,11-三甲基十二烷基、3,7,11,15-四甲基十六烷基、3,5,5-三甲基己基等支链状的烷基。
碳数6以上的烷基,可以考虑具有该基的高分子化合物的溶解性等来适当选择,优选己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十七烷基、十六烷基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基、1-丙基戊基、2-己基癸基,进一步优选己基、庚基、辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基、2-己基癸基,特别优选己基、辛基、十六烷基、2-乙基己基、3,7-二甲基辛基。
式(1)中的X1和Ar2,与构成Ar1的杂环中相邻的原子(位置)键合,C(R50)(R51)和Ar1,与构成Ar2的杂环中相邻的原子(位置)键合。
式(1)所表示的结构单元的一个优选实施方式,为式(2)所表示的结构单元(2价基团)。
〔式中,R50和R51表示与前述相同的意思。R52和R53相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。〕
R52和R53所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例,与前述的R3所表示的卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例相同。
作为式(1)所表示的结构单元,优选式(301)~式(356)所表示的结构单元以及这些结构单元中所含的芳香族烃环或杂环上还具有取代基的结构单元。式中R50和R51表示与前述相同的意思。
式中,R表示氢原子或取代基。存在的多个R,可以相同或不同,还可以相互键合形成环。在R为取代基的情况下,作为该取代基的例子,可以举出从烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、芳基烯基、芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、酰胺基、1价杂环基、羧基、取代羧基、硝基、氰基中选择的基团。这些取代基中所含的氢原子可以被氟原子取代。
关于R所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、芳基烯基、芳基炔基、取代氨基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、酰胺基、1价杂环基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、芳基烯基、芳基炔基、取代氨基、取代甲硅烷基、卤原子、酰基、酰氧基、酰胺基、1价杂环基的定义、具体例相同。
作为取代羧基,通常使用碳数2~20的取代羧基,例如可以举出具有甲酯结构的基团、具有乙酯结构的基团、具有丁酯结构的基团等。
上述的式(301)~式(356)所表示的结构单元的中,优选式(301)~式(317)所表示的结构单元,更优选式(301)~式(303)所表示的结构单元,特别优选式(301)所表示的结构单元。
本发明的高分子化合物优选除了式(1)表示的结构单元之外,还具有与式(1)表示的结构单元不同的结构单元。此时,优选式(1)表示的结构单元和与式(1)表示的结构单元不同的结构单元形成共轭结构。本发明中的共轭结构是指以不饱和键-单键-不饱和键的顺序成链,π轨道的2个π键相邻,各自的π电子平行配置,π电子在某双键或三键上并不定域,而是π电子在邻近的单键上广泛离域化的状态。在这里,不饱和键是指双键、三键。
作为与式(1)表示的结构单元不同的结构单元,例如可举出2价的基团,作为2价的基,例如可举出亚芳基、2价的杂环基。
在这里,亚芳基是指从芳香族烃除去2个氢原子后得到的原子团,构成环的碳数通常为6~60左右,优选6~20。在这里,作为芳香族烃,也包括具有苯环的芳香族烃、具有稠环的芳香族烃、2个以上独立的苯环或稠环直接或借助亚乙烯基等基团键合得到的芳香族烃。
作为亚芳基,可例示出亚苯基(例如下述的式1~3)、萘二基(下述的式4~13)、蒽二基(下述的式14~19)、联苯-二基(下述的式20~25)、三联苯-二基(下述的式26~28)、稠环化合物基团(下述的式29~38)等。稠环化合物基团中包含芴二基(下述的式36~38)。
2价杂环基是指从杂环化合物除去2个氢原子后剩余的原子团,构成环的碳数通常为3~60左右。
在这里,杂环化合物是指具有环式结构的有机化合物中构成环的元素不仅是碳原子,而且在环内还含有氧原子、硫原子、氮原子、磷原子、硼原子、砷原子等杂原子。
作为2价杂环基,例如可以举出以下的基团。
含有氮作为杂原子的2价杂环基:吡啶二基(下述的式39~44)、二氮杂亚苯基(下述的式45~48)、喹啉二基(下述的式49~63)、喹喔啉二基(下述的式64~68)、吖啶二基(下述的式69~72)、联二吡啶二基(下述的式73~75)、菲绕啉二基(下述的式76~78);
含有硅原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子且具有芴结构的基团(下述的式79~93);
含有硅原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环杂环基(下述的式94~98);
含有硅原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环缩合杂基(下述的式99~110);
含有硅原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环杂环基在其杂原子的α位键合而成为二聚体、低聚物的基团(下述的式111~112);
含有硅原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环杂环基且在其杂原子的α位与苯基键合的基团(下述的式113~119);
在含有氧原子、氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环缩合杂环基上取代有苯基、呋喃基、噻吩基而成的基团(下述的式120~127);
含有氮原子、硫原子、硒原子等作为杂原子的五元环杂环经稠合而成的基团(下述的式128~139);苯环和噻吩环稠合而成的基团(下述的式140~143)等。
式1~式143中,R与前述同义。a、b相同或不同,表示重复的数量,通常为1~5,优选为1~3,特别优选为1。
作为与式(1)表示的结构单元不同的结构单元,从光电转换效率的观点出发,优选下述组1的式(A-1)~式(E-1)表示的结构单元。
〔组1中,Q1表示硫原子、氧原子、硒原子、-N(R30)-或-CR31=CR32-。R30、R31和R32相同或不同,表示氢原子或取代基。R20~R25相同或不同,表示氢原子或取代基。R20与R21可以连接形成环状结构。环G~环N相同或不同,表示芳香环。〕
环G~环N所表示的芳香环,可以是单环式芳香环,还可以是多环式芳香环。作为单环式芳香环,例如可以举出苯环、吡咯环、呋喃环、噻吩环、噁唑环、噻唑环、噻二唑环、吡唑环、吡啶环、吡嗪环、咪唑环、三唑环、异噁唑环、异噻唑环、嘧啶环、哒嗪环、三嗪环等的芳香环。但是,环G不为苯环。式(B-1)~式(E-1)中,C-C所表示的键包括碳-碳单键、碳-碳双键。
作为多环式芳香环,可以举出上述的单环式芳香环与任意的环稠合而成的芳香环。作为与单环式芳香环稠合的环,可以举出呋喃环、噻吩环、吡咯环、吡咯啉环、吡咯烷环、噁唑环、异噁唑环、噻唑环、异噻唑环、噻二唑环、咪唑环、咪唑啉环、咪唑烷环、吡唑环、吡唑啉环、吡唑烷环、呋咱环、三唑环、噻二唑环、噁二唑环、四唑环、吡喃环、吡啶环、哌啶环、噻喃环、利达嗪(リダジン)环、嘧啶环、吡嗪环、哌嗪环、吗啉环、三嗪环、苯并呋喃环、异苯并呋喃环、苯并噻吩环、吲哚环、异吲哚环、吲哚嗪环、吲哚啉环、异吲哚啉环、色烯环、色满环、异色满环、苯并吡喃环、喹啉环、异喹啉环、喹嗪环、苯并咪唑环、苯并噻唑环、吲唑环、萘啶环、喹喔啉环、喹唑啉环、喹唑烷(quinazolidine)环、噌啉环、酞嗪环、嘌呤环、喋啶环、咔唑环、呫吨环、菲啶环、吖啶环、β-咔啉环、萘嵌间二氮杂苯环、菲绕啉环、噻蒽环、吩噻噁环、吩噁嗪环、吩噻嗪环、吩嗪环等。
R31、R31和R32为取代基时,表示氢原子或取代基。作为该取代基,优选氟原子、溴原子、氯原子等的卤原子、碳数1~30的基团。作为该碳数1~30的基的例子,可举出甲基、乙基、丁基、己基、辛基、十二烷基等烷基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己基氧基、辛基氧基、十二烷基氧基等烷氧基,苯基、萘基等芳基。
组1中,R20~R25表示氢原子或取代基。在R20~R25为取代基的情况下,作为该取代基,优选氟原子、溴原子、氯原子等卤原子,碳数1~30的基团。作为该碳数1~30的基团,可以举出甲基、乙基、丁基、己基、辛基、十二烷基等烷基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、辛氧基、十二烷基氧基等烷基氧基,苯基、萘基等芳基等。
R20与R21可以相互连结而形成环状结构。作为连结形成的环状结构的具体例,可以举出以下的式(I)~式(III)的结构。
式(I)~式(III)中,R70、R71同或不同,表示氢原子或取代基。在R70、R71为取代基的情况下,作为该取代基,优选氟原子、溴原子、氯原子等卤原子、碳数1~30的基团。作为该取代基的例子,可以举出甲基、乙基、丁基、己基、辛基、十二烷基等烷基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、辛氧基、十二烷基氧基等烷氧基,苯基、萘基等芳基。
X30、X31相同或不同,表示硫原子或硒原子。X30、X31优选为硫原子。Y30~Y35相同或不同,表示氮原子或=CH-。Y30~Y35优选为氮原子。
环G~环N可以具有R20~R25以外的取代基,作为该取代基的例子,可举出氟原子、溴原子、氯原子等卤原子,甲基、乙基、丁基、己基、辛基、十二烷基等烷基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己基氧基、辛基氧基、十二烷基氧基等烷氧基,苯基、萘基等芳基。
组1中所含的结构单元中,从光电转换效率的观点出发,更优选下述组2的的式(A-2)~式(E-2)所表示的结构单元。
在式(A-2)~式(E-2)中,Q2~Q9相同或不同,表示硫原子、氧原子、硒原子、-N(R30)-或-CR31=CR32-。R30、R31、R32与前述同义。Q2~Q9优选硫原子。Y3、Y4相同或不同,表示氮原子或=CH-。Y3、Y4优选为氮原子。
R40~R49相同或不同,表示氢原子或取代基。在R40~R49为取代基的情况下,作为该取代基,优选氟原子、溴原子、氯原子等卤原子,碳数1~30的基团。作为该碳数1~30的基团,可以举出甲基、乙基、丁基、己基、辛基、十二烷基等烷基,甲氧基、乙氧基、丁氧基、己氧基、辛氧基、十二烷基氧基等烷基氧基,苯基、萘基等芳基。另外,R40和R41、R42和R43可以分别连结而形成环状结构。
作为R40和R41、R42和R43经连结而形成的环状结构的具体例,可以举出式(I)表示的环状结构、式(II)表示的环状结构。
作为式(A-2)~式(E-2)表示的结构单元,优选式(500)~式(522)表示的基团。
(式中,R、a、b与前述同义)
作为本发明的高分子化合物含有的结构单元的一例,可以举出式(601)~式(640)表示的结构单元。
(式中,R50、R51、R与前述同义。)
本发明的高分子化合物,可以具有式(601)~式(640)表示的结构单元作为重复单元,可以具有该结构单元的链状结构。另外,还可以具有该结构单元借助亚芳基或2价杂环基结合而成的2价有机基团作为重复单元,还可以具有该2价有机基团的链状结构。作为亚芳基以及2价杂环基,可以举出前述的式1~式143表示的基团。
本发明中的高分子化合物是指重均分子量(Mw)为1000以上的高分子化合物,但优选使用重均分子量为3000~10000000的高分子化合物。重均分子量低于3000时,会在制作元件时的膜形成中产生缺陷,大于10000000时,会有对溶剂的溶解性、制作元件时的涂布性下降的情况。作为重均分子量,进一步优选8000~5000000,特别优选10000~1000000。
需要说明的是,本发明中的重均分子量是指使用凝胶渗透色谱法(GPC)并使用聚苯乙烯的标准试剂算出的聚苯乙烯换算的重均分子量。
本发明的高分子化合物中式(1)表示的结构单元的含量,只要化合物中含有至少1个即可。优选高分子化合物中平均一条高分子链含有2个以上,进一步优选平均一条高分子链含有3个以上。
另外,本发明的高分子化合物,在用于元件的情况下,从制作器件的容易性出发,优选对溶剂的溶解度高。具体而言,本发明的高分子化合物优选具有可以制作含有该高分子化合物0.01重量(wt)%以上的溶液的溶解性,更优选具有可以制作含有该高分子化合物0.1wt%以上的溶液的溶解性,进一步优选具有可以制作含有该高分子化合物0.4wt%以上的溶液的溶解性。
作为本发明的高分子化合物的制造方法,没有特别限制,但从高分子化合物的合成容易度出发,优选使用Suzuki偶联反应的方法、使用Stille偶联反应的方法。
作为使用Suzuki偶联反应的方法,例如可以举出具有如下工序的制造方法:在钯催化剂以及碱的存在下使式(100)表示的1种以上的化合物和式(200)表示的1种以上的化合物发生反应的工序。作为E1,优选2价芳香族基,进一步优选前述的式1~式143表示的基团。
Q100-E1-Q200 (100)
〔式中,E1表示含有芳香环的2价基团。Q100以及Q200相同或不同,表示硼酸残基(-B(OH)2)或硼酸酯残基。〕
T1-E2-T2 (200)
〔式中,E2表示式(1)表示的基团的结构单元。T1以及T2相同或不同,表示卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基或芳基烷基磺酸酯基。〕
此时,关于反应中使用的式(200)表示的1种以上的化合物的总摩尔数,优选相对于式(100)表示的1种以上的化合物的总摩尔数为过剩。如果使反应中使用的式(200)表示的1种以上的化合物的总摩尔数为1摩尔,优选式(100)表示的1种以上的化合物的总摩尔数为0.6~0.99摩尔,进一步优选0.7~0.95摩尔。
作为硼酸酯残基,可例示出下述式所示的基团等:
(式中,Me表示甲基表,Et表示乙基。)
作为式(200)中的、T1以及T2表示的卤原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。从高分子化合物的合成容易度出发,优选溴原子、碘原子,进一步优选溴原子。
作为式(200)中的、T1以及T2表示的烷基磺酸酯基,可例示出甲烷磺酸酯基、乙烷磺酸酯基、三氟甲烷磺酸酯基。作为芳基磺酸酯基,可例示出苯磺酸酯基、对甲苯磺酸酯基团。作为芳基烷基磺酸酯基,可例示出苄基磺酸酯基。
具体而言,作为进行Suzuki偶联反应的方法,可以举出在任意的溶剂中使用钯催化剂作为催化剂并在碱的存在下使其反应的方法等。
作为Suzuki偶联反应中使用的钯催化剂,例如可以举出Pd(0)催化剂、Pd(II)催化剂等,具体而言,可以举出[四(三苯基膦)]合钯、乙酸钯类、双(三苯基膦)二氯化钯、乙酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯等,但从反应(聚合)操作的容易度、反应(聚合)速度的观点出发,优选双(三苯基膦)二氯化钯、乙酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯。
关于钯催化剂的添加量,没有特别限定,只要是作为催化剂的有效量即可,但相对于式(100)表示的化合物1摩尔,通常为0.0001摩尔~0.5摩尔,优选0.0003摩尔~0.1摩尔。
在使用乙酸钯类作为Suzuki偶联反应中使用的钯催化剂的情况下,例如可以添加三苯基膦、三(邻甲苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦等磷化合物作为配体。此时,关于配体的添加量,相对于钯催化剂1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选0.9摩尔~20摩尔,进一步优选1摩尔~10摩尔。
作为Suzuki偶联反应中使用的碱,可以举出无机碱、有机碱、无机盐等。作为无机碱,例如可以举出碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钡等。作为有机碱,例如可以举出三乙基胺、三丁基胺等。作为无机盐,例如可以举出氟化铯等。
关于碱的添加量,相对于式(100)表示的化合物1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选0.9摩尔~20摩尔,进一步优选1摩尔~10摩尔。
Suzuki偶联反应通常在溶剂中进行。作为溶剂,可例示出N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等。从本发明中使用的高分子化合物的溶解性的观点出发,优选甲苯、四氢呋喃。另外,碱可以以水溶液的形式添加,使其以2相系发生反应。在使用无机盐作为碱的情况下,从无机盐的溶解性的观点出发,通常以水溶液的形式使其发生反应。
需要说明的是,在以水溶液的形式添加碱而以2相系使其发生反应的情况下,可以根据需要添加季铵盐等相转移催化剂。
进行Suzuki偶联反应的温度因上述溶剂而不同,但通常为50~160℃左右,从高分子化合物的高分子量化的观点出发,优选60~120℃。另外,可以升温至溶剂的沸点附近使其回流。反应时间也可以将达到目标聚合度时作为终点,但通常为0.1小时~200小时左右。从效率的角度出发优选1小时~30小时左右。
Suzuki偶联反应在氩气、氮气等的惰性气氛下在Pd(0)催化剂不失活的反应体系中进行。例如,在氩气、氮气等下在充分脱气的体系中进行。具体而言,将聚合容器(反应体系)内用氮气加以充分置换,脱气之后,向该聚合容器中加入式(100)表示的化合物、式(200)表示的化合物、双(三苯基膦)二氯化钯(II),进而将聚合容器用氮气加以充分置换,脱气之后,添加了预先用氮气鼓泡而脱气后的溶剂、例如甲苯之后,向该溶液中滴加预先用氮气进行鼓泡而脱气的碱、例如碳酸钠水溶液之后,加热、升温,例如,边在回流温度保持惰性气氛8小时边进行聚合。
作为使用Stille偶联反应的方法,例如可以举出具有如下工序的制造方法:在钯催化剂的存在下使式(300)表示的1种以上的化合物和上述式(200)表示的1种以上的化合物发生反应的工序。作为E3,优选2价芳香族基,进一步优选前述的式1~式143表示的基团。
Q300-E3-Q400 (300)
〔式中,E3表示含有芳香环的2价基团。Q300以及Q400相同或不同,表示有机锡残基。〕
作为有机锡残基,例如可以举出-SnR100 3表示的基团等。在这里,R100表示1价有机基团。作为1价有机基团,例如可以举出烷基、芳基等。
作为烷基,例如可以举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、正己基、异己基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、庚基、辛基、异辛基、2-乙基己基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基等链状烷基,环戊基、环己基、金刚烷基等环烷基。作为芳基,可以举出苯基、萘基等。作为有机锡残基,优选-SnMe3、-SnEt3、-SnBu3、-SnPh3,进一步优选-SnMe3、-SnEt3、-SnBu3。在上述优选例中,Me表示甲基、Et表示乙基、Bu表示丁基、Ph表示苯基。
作为式(200)中的T1以及T2表示的卤原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。从高分子化合物的合成容易度出发,优选溴原子、碘原子。
作为式(200)中的T1以及T2表示的烷基磺酸酯基,可例示出甲烷磺酸酯基、乙烷磺酸酯基、三氟甲烷磺酸酯基团。作为芳基磺酸酯基,可例示出苯磺酸酯基、对甲苯磺酸酯基团。作为芳基磺酸酯基,可例示出苄基磺酸酯基。
具体而言,例如可以举出在作为催化剂的钯催化剂存在下在任意的溶剂中进行反应的方法。
作为Stille偶联反应中使用的钯催化剂,例如可以举出Pd(0)催化剂、Pd(II)催化剂。具体而言,可以举出[四(三苯基膦)]合钯、乙酸钯类、双(三苯基膦)二氯化钯、乙酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯,从反应(聚合)操作的容易度、反应(聚合)速度的观点出发,优选[四(三苯基膦)]合钯、三(二亚苄基丙酮)二钯。
关于Stille偶联反应中使用的钯催化剂的添加量,没有特别限定,只要是作为催化剂的有效量即可,但相对于式(100)表示的化合物1摩尔,通常为0.0001摩尔~0.5摩尔,优选0.0003摩尔~0.2摩尔。
另外,在Stille偶联反应中,也可以根据需要使用配体、催化助剂的。作为配体,例如可以举出三苯基膦、三(邻甲苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦、三(2-呋喃基)膦等磷化合物,三苯基砷化氢、三苯氧基砷化氢等砷化合物。作为催化助剂,可以举出碘化铜、溴化铜、氯化铜、噻吩-2-甲酸铜(I)等。
在使用配体或催化助剂的情况下,关于配体或催化助剂的添加量,相对于钯催化剂1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选0.9摩尔~20摩尔,进一步优选1摩尔~10摩尔。
Stille偶联反应通常在溶剂中进行。作为溶剂,可例示出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等。从本发明中使用的高分子化合物的溶解性的观点出发,优选甲苯、四氢呋喃。
关于进行Stille偶联反应的温度,因上述溶剂而不同,但通常为50~160℃左右,从高分子化合物的高分子量化的观点出发,优选60~120℃。另外,还可以升温至溶剂的沸点附近使其回流。
关于进行上述反应的时间(反应时间),将可以将达到目标聚合度时作为终点即可,通常为0.1小时~200小时左右。从效率的角度出发优选1小时~30小时左右。
Stille偶联反应在氩气、氮气等的惰性气氛下在Pd催化剂不失活的反应体系中进行。例如,在氩气、氮气等下在充分脱气后的体系中进行。具体而言,将聚合容器(反应体系)内用氮气加以充分置换,脱气之后,向该聚合容器中放入式(300)表示的化合物、式(200)表示的化合物、钯催化剂,进而将聚合容器用氮气加以充分置换,脱气之后,添加了预先用氮气进行鼓泡而脱气后的溶剂、例如甲苯之后,根据需要添加配体、催化助剂,然后,加热、升温,例如边在回流温度保持惰性气氛8小时边进行聚合。
上述高分子化合物的聚苯乙烯换算的数均分子量(Mn)优选1×103~1×108。在聚苯乙烯换算的数均分子量为1×103以上的情况下,容易得到强韧的薄膜。另一方面,在为108以下的情况下,溶解性高,容易制作薄膜。
本发明的高分子化合物的末端基团,直接残留聚合活性基团时,用于制作元件时得到的元件的特性、寿命有可能下降,所以可以用稳定的基团加以保护。优选具有与主链的共轭结构连续的共轭键的保护基团,另外,例如可以举出经由亚乙烯基、芳基或杂环基来结合的结构。
本发明的高分子化合物特征在于具有式(1)所表示的结构单元,该高分子化合物,例如,可使用式(1-3)所表示的化合物作为原料之一,从而进行合成。
式(1-3)中,Ar1、Ar2、X1、R50和R51表示与上述相同的意义。
W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。
在W1、W2为氢原子的情况下,通过进行氧化聚合,可以制造具有式(1)表示的结构单元的高分子化合物。在氧化聚合中,通常使用催化剂。作为该催化剂,可以使用公知的催化剂。例如,使用金属卤化物和胺配位化合物的混合物(金属卤化物/胺配位化合物)、或金属卤化物等。在这里,作为金属卤化物,例如可以使用铜、铁、钒、或铬等金属的1价、2价、或3价卤化物。作为用于制造胺配位化合物的胺,例如可以使用吡啶、卢剔啶(Lutidine)、2-甲基咪唑、N,N,N’,N’-四甲基亚乙基二胺等胺。金属卤化物/胺配位化合物可以通过在溶剂中在氧存在下混合金属卤化物和胺来制造,关于金属卤化物和胺的混合摩尔比,例如为金属卤化物/胺=1/0.1~1/200,优选1/0.3~1/100左右。
作为催化剂,也可以使用氯化铁(Polym.Prep.Japan,Vol.48,309(1999))。进而通过使用铜/胺催化剂系(J.Org.Chem.,64,2264(1999)、J.Polym.Sci.Part A,Polym.Chem.,37,3702(1999)),可以提高高分子化合物的分子量。
作为氧化聚合中的溶剂,只要是不使催化剂中毒的溶剂,就可以没有特别限制地使用。作为该溶剂,例如可以举出烃溶剂、醚系溶剂、醇类。在这里,作为烃系溶剂,例如可以举出甲苯、苯、二甲苯、三甲基苯、四甲基苯、萘、四氢化萘。作为醚系溶剂,例如可以举出二乙基醚、二异丙基醚、四氢呋喃、1,4-二噁烷、二苯基醚、叔丁基甲基醚。作为醇类,例如可以举出甲醇、乙醇、异丙醇、2-甲氧基乙醇。
关于氧化聚合中的反应温度,通常为-100℃~100℃,优选-50~50℃左右。
另外,在制造共聚物的情况下,可以举出混合2种以上单体而加以聚合的方法、在使1种单体聚合之后添加第2种单体的方法等。通过使用这些方法或将它们加以组合,可以制造嵌段共聚物、无规共聚物、交替共聚物、多嵌段共聚物、接枝共聚物等。
从官能团转换的容易程度的观点出发,式(1-3)中的W1、W2相同或不同,优选卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、硼酸残基或有机锡残基。
在W1和W2为氢原子的情况下,作为将W1和W2转换成溴原子的方法,可以使用公知的方法,但例如可以举出使W1、W2为氢原子的式(1-3)表示的化合物与溴或N-溴琥珀酰亚胺(NBS)接触而进行溴化的方法。溴化的条件可以任意设定,但例如优选在溶剂中使其与NBS反应的方法,这是因为该方法溴化率高,且溴原子的导入位置的选择性升高。作为此时使用的溶剂,可以举出N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等。反应时间通常为1分钟~10小时左右,反应温度通常为-50℃~50℃左右。关于使用的溴的量,相对于W1、W2为氢原子的式(1-3)表示的化合物1摩尔,优选为1摩尔~5摩尔左右。反应后,进行例如添加水使反应停止之后用有机溶剂提取生成物并将溶剂蒸馏除去等通常的后处理,可以得到W1、W2为溴原子的式(1-3)表示的化合物。生成物的分离后以及精制可以利用基于色谱法的分取、重结晶等方法进行。
作为式(1-3)所表示的化合物的一个实施方式的式(3)所表示的化合物,可在酸的存在下通过使式(4)所表示的化合物反应来制造。
〔式中,R52、R53、R60和R61相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。〕
〔式中,R60、R61、R52、R53、W1和W2表示与前述相同的意思。V1和V2相同或不同,表示氢原子、碱金属、烷基、芳基或芳基烷基。〕
R52、R53、R60和R61所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例相同。
V1和V2所表示的烷基、芳基、芳基烷基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、芳基、芳基烷基的定义、具体例相同。
作为R61,优选为碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基、碳数6以上的酰氧基。
作为由式(4)所表示的化合物合成式(3)所表示的化合物中可使用的酸,可以为Lewis酸、Bronsted酸中的任一种,可例示盐酸、溴酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸、苯甲酸、氟化硼、氯化铝、氯化锡(IV)、氯化铁(II)、四氯化钛、苯磺酸、对甲苯磺酸或它们的混合物。
反应可在溶剂的存在下实施。反应温度优选为-80℃~溶剂的沸点。
作为能用于反应的溶剂,可举出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷等的饱和烃,苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等不饱和烃,四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤代饱和烃,氯苯、二氯苯、三氯苯等卤代不饱和烃,甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔丁基醇等醇类、甲酸、乙酸、丙酸等羧酸类,二甲基醚、二乙基醚、甲基-叔丁基醚、四氢呋喃、四氢吡喃、二噁烷等醚类,盐酸、溴酸、氢氟酸、硫酸、硝酸等无机酸等。这些溶剂可单独使用,也可以混合使用。
反应后,例如进行加水使反应停止后用有机溶剂提取生成物、馏去溶剂等通常的后处理,可得到式(3)所表示的化合物。生成物的分离后和精制,可以通过基于色谱的分离和重结晶等方法来进行。
式(4)所表示的化合物中,从官能基转换的容易度观点出发,优选W1和W2相同或不同,为氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、硼酸残基、有机锡残基。
式(4)所表示的化合物可通过使式(5)所表示的化合物和格氏(Grignard)试剂或有机锂(Li)化合物反应来进行合成。
〔式中,R52、R53、W1和W2表示与上述相同的意义。〕
作为上述反应中可使用的Grignard试剂,可举出甲基氯化镁、甲基溴化镁、乙基氯化镁、乙基溴化镁、丙基氯化镁、丙基溴化镁、丁基氯化镁、丁基溴化镁、己基溴化镁、辛基溴化镁、癸基溴化镁、烯丙基氯化镁、烯丙基溴化镁、苄基氯化镁、苯基溴化镁、萘基溴化镁、甲苯基溴化镁等。
作为有机Li化合物,可举出甲基锂、乙基锂、丙基锂、丁基锂、苯基锂、萘基锂、苄基锂、甲苯基锂等。
反应可在氮、氩等的惰性气体气氛下,在溶剂的存在下实施。反应温度优选为-80℃~溶剂的沸点。
作为反应中可使用的溶剂,可举出戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷等饱和烃、苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等不饱和烃、二甲基醚、二乙基醚、甲基-叔丁基醚、四氢呋喃、四氢吡喃、二噁烷等醚类等。
该溶剂可单独使用,也可混合使用。
反应后,例如进行加水使反应停止后用有机溶剂提取生成物,馏去溶剂等通常的后处理,可得到式(4)所表示的化合物。生成物的分离后和精制,可以通过基于色谱的分离和重结晶等方法来进行。
作为式(4)所表示的化合物的其他合成方法,有式(5-1)所表示的化合物与格氏试剂或有机锂化合物反应的方法。
〔式中,R52、R53、W1、W2、V1和R60表示与上述相同的意义。〕
这里,可使用的Grignard试剂、有机Li化合物、反应条件、溶剂、反应后的处理方法,可以使用与在由上述的式(5)所表示的化合物合成式(4)所表示的化合物的方法中叙述的化合物、条件、方法相同的化合物、条件、方法。
式(5-1)所表示的化合物可以通过使式(5)所表示的化合物与1当量的Grignard试剂、有机Li化合物反应而合成。可使用的Grignard试剂、有机Li化合物、反应条件、溶剂、反应后的处理方法,可以使用与在由上述的式(5)所表示的化合物合成式(4)所表示的化合物的方法中叙述的化合物、条件、方法相同的化合物、条件、方法。Grignard试剂、有机Li化合物的反应性较低时,可以相对于式(5)所表示的化合物使用比1当量多的Grignard试剂或有机Li化合物,Grignard试剂、有机Li化合物的反应性高时,优选相对于式(5)所表示的化合物,使用1当量Grignard试剂或有机Li化合物。
式(5)所表示的化合物中,式(7)所表示的化合物可以通过使式(6)所表示的化合物与过氧化物反应来制造。
〔式(6)和式(7)中,W1和W2表示与前述相同的意思。〕
作为过氧化物,可举出过硼酸钠,间氯过氧苯甲酸、过氧化氢、过氧化苯甲酰等。优选过硼酸钠、间氯过苯甲酸,特别优选过硼酸钠。
反应可以在乙酸、三氟乙酸、丙酸、丁酸等的羧酸溶剂的存在下实施。为提高式(6)所表示的化合物的溶解性,优选在混合四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、苯、甲苯等的溶剂体系中进行。反应温度优选0℃~溶剂的沸点。
反应后,例如,加水停止反应后,可进行将生成物用有机溶剂提取、馏去溶剂等的通常的后处理,得到式(7)所表示的化合物。
生成物的分离后和精制,可以通过基于色谱的分离、重结晶等的方法来进行。
本发明的高分子化合物可使用式(8-1)所表示的化合物或,式(8-2)所表示的化合物来制造。
〔式中,R62~R65相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。Ar3~Ar6相同或不同,表示3价的杂环基。W3和W4相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基。Z表示亚芳基或2价的杂环基。〕
R62~R65所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例相同。作为R62和R65,优选为碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基、碳数6以上的酰氧基。
作为Ar3~Ar6所表示的3价的杂环的定义、具体例,与前述的Ar1和Ar2的定义、具体例相同。
作为W3和W4所表示的卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基的具体例,可举出与前述的W1和W2中例示的基团相同的基团。作为Z所表示的亚芳基、2价的杂环基的具体例,可举出式1~式143所表示的基团。
式(8-1)所表示的化合物的中,优选式(9-1)所表示的化合物。式(8-2)所表示的化合物的中,优选式(9-2)所表示的化合物。
〔式中,R62~R65、W3和W4表示与上述相同的意义。R54~R59相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。〕
R54~R59所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例,与前述的R3所表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、卤原子、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基的定义、具体例相同。
式(9-1)所表示的化合物和式(9-2)所表示的化合物例如为式(3)所表示的化合物,可通过利用前述的Suzuki偶联法,使W1为溴原子且W2为氢原子的化合物或W1为氢原子其W2为溴原子的化合物,与式(10)所表示的化合物反应来得到。
(式中,R58和R59表示与上述相同的意义。)
W3和W4为氢原子的式(9-1)所表示的化合物,和式(9-2)所表示的化合物可以通过氧化聚合等进行高分子量化。W3和W4相同或不同且为卤原子、硼酸、硼酸酯残基或有机锡残基的式(9-1)所表示的化合物以及式(9-2)所表示的化合物,可以使用上述的Suzuki偶联或Stille偶联反应进行高分子量化。
本发明的高分子化合物,优选光吸收末端波长为较大的波长。本发明中的光吸收末端波长是指用以下的方法求出的值。
测定使用在紫外、可见、近红外的波长区域进行工作的分光光度计(例如,日本分光制、紫外可见近红外分光光度计JASCO-V670)。在使用JASCO-V670的情况下,可测定的波长范围为200~1500nm,所以在该波长范围内进行测定。首先,对用于测定的基板的吸收光谱进行测定。作为基板,使用石英基板、玻璃基板等。接着,在该基板上,由含有第一化合物的溶液或含有第一化合物的熔融体形成含有第一化合物的薄膜。在由溶液进行制膜时,在制膜后进行干燥。然后,得到薄膜和基板的层叠体的吸收光谱。获得薄膜和基板的层叠体的吸收光谱与基板的吸收光谱之差作为薄膜的吸收光谱。
关于该薄膜的吸收光谱,长轴表示第一化合物的吸光度,横轴表示波长。优选按照最大吸收峰的吸光度为0.5~2左右的的方式对薄膜的膜厚进行调节。将吸收峰中波长最长的吸收峰的吸光度设为100%,将包含其50%的吸光度的与横轴(波长轴)平行的直线和该吸收峰的交点且波长长于该吸收峰的峰值波长的交点设为第一点。将包含其25%的吸光度的与波长轴平行的直线和该吸收峰的交点且波长长于该吸收峰的峰值波长的交点设为第二点。将连接第一点和第二点的直线和基线的交点定义为光吸收末端波长。在这里,基线是指波长最长的吸收峰中将该吸收峰的吸光度设为100%,以包含其10%的吸光度的与波长轴平行的直线和该吸收峰的交点且波长长于该吸收峰的峰值波长的交点的波长为基准,连接波长比基准的波长长100nm长的吸收光谱上的第三点和波长比基准的波长长150nm的吸收光谱上的第四点得到的直线。
本发明的高分子化合物,可以发挥很高的电子和/或空穴传输性,所以在将含有该化合物的有机薄膜用于元件的情况下,可以传输从电极注入的电子、空穴、或由光吸收发生的电荷。可以利用这些特性适当用于光电转换元件、有机薄膜晶体管、有机电致发光元件等各种元件。以下,对这些元件分别加以说明。
<光电转换元件>
具有本发明的高分子化合物的光电转换元件,在至少一个透明或半透明的一对电极间,具有含有本发明的高分子化合物的1层以上的活性层。
作为具有本发明的高分子化合物的光电转换元件的优选实施方式,具有至少一方透明或半透明的一对电极、和由p型有机半导体和n型有机半导体的有机组合物形成的活性层。本发明的高分子化合物优选用作p型有机半导体。对该实施方式的光电转换元件的动作装置进行说明。从透明或半透明的电极入射的光能被富勒烯衍生物等电子接受性化合物(n型有机半导体)和/或本发明的高分子化合物等电子供给性化合物(p型有机半导体)加以吸收,生成电子和空穴结合的激子。生成的激子进行移动,到达电子接受性化合物和电子供给性化合物相邻的异质结界面时,由于界面的各自的HOMO能量以及LUMO能量的差异,电子和空穴会发生分离,产生能够独立活动的电荷(电子和空穴)。产生的电荷分别向电极移动,由此以电能(电流)形式向外部输出。
使用本发明的高分子化合物制造的光电转换元件,通常形成在基板上。该基板在形成电极以及形成有机物的层形成时不发生化学变化即可。作为基板的材料,例如可以举出玻璃、塑料、高分子膜、硅。在为不透明基板的情况下,优选相反的电极(即,远离基板的电极)为透明或半透明。
具有本发明的高分子化合物的光电转换元件的其他实施方式,是在至少一方透明或半透明的一对电极间具有含有本发明的高分子化合物的第一活性层、和与该第一活性层相邻且含有富勒烯衍生物等电子接受性化合物的第二活性层的光电转换元件。
作为上述的透明或半透明的电极材料,可以举出导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。具体而言,使用利用氧化铟、氧化锌、氧化锡、以及作为它们的复合体的铟·锡·氧化物(ITO)、铟·锌·氧化物等导电性材料制作成的膜、NESA、金、铂、银、铜等,优选ITO、铟·锌·氧化物、氧化锡。作为电极的制作方法,可以举出真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、镀敷法等。
作为电极材料,可以使用聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等的有机透明导电膜。
一个电极可以不透明,作为该电极的电极材料,可以使用金属、导电性高分子等。作为电极材料的具体例,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钒、锌、钇、铟、铈、钐、铕、铽、镱等金属、以及它们中2个以上的合金、或1种以上的上述金属和从金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨以及锡中选择的1种以上的金属的合金、石墨、石墨层间化合物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。作为合金,可以举出镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金、锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、钙-铝合金等。
作为用于改善光电转换效率的机构,可以使用活性层以外的附加的中间层。作为用作中间层的材料,可以举出氟化锂等碱金属、碱土金属的卤化物,氧化钛等氧化物、PEDOT(聚-3,4-乙烯二氧噻吩)等。
<活性层>
上述活性层,可以单独含有一种本发明的高分子化合物,也可以组合含有两种以上。另外,为了提高上述活性层的空穴传输性,也可以在上述活性层中混合使用本发明的高分子化合物以外的化合物作为电子供给性化合物和/或电子接受性化合物。需要说明的是,上述电子供给性化合物、上述电子接受性化合物,由这些化合物的能级的能量水平来相对地决定。
作为上述电子供给性化合物,除了本发明的高分子化合物之外,例如还可以举出吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、茋衍生物、三苯基二胺衍生物、低聚噻吩及其衍生物、聚乙烯基咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺残基的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯撑亚乙烯基及其衍生物、聚亚噻吩基亚乙烯基及其衍生物。
作为电子接受性化合物,除了本发明的高分子化合物之外,例如,可举出碳材料、氧化钛等的金属氧化物、噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷及其衍生物、苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷及其衍生物、芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯及其衍生物、联苯醌衍生物、8-羟基喹啉及其衍生物的金属配位化合物、聚喹啉及其衍生物、聚喹喔啉及其衍生物、聚芴及其衍生物、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲绕啉(浴铜灵(Bathocuproin))等菲衍生物、富勒烯、富勒烯衍生物,优选氧化钛、碳纳米管、富勒烯、富勒烯衍生物,特别优选富勒烯、富勒烯衍生物。
作为富勒烯、富勒烯衍生物,可以举出C60、C70、C76、C78、C84及其衍生物。富勒烯衍生物表示具有取代基的富勒烯。
作为富勒烯衍生物,例如可以举出式(13)表示的化合物、式(14)表示的化合物、式(15)表示的化合物、式(16)表示的化合物。
(式(13)~(16)中,Ra是烷基、芳基、具有杂芳基或酯结构的基团。存在的多个Ra可以相同或相异。Rb表示烷基或芳基。存在多个Rb时,它们可以相同或相异。)
关于Ra以及Rb表示的烷基、芳基的定义、具体例,与R3表示的烷基、芳基的定义、具体例相同。
Ra表示的杂芳基,通常碳数为3~60,可以举出噻吩基、吡咯基、呋喃基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基等。
Ra表示的具有酯结构的基团,例如可以举出式(17)表示的基团。
(式中,u1表示1~6的整数,u2表示0~6的整数,Rc表示烷基、芳基或杂芳基。)
关于Rc表示的烷基、芳基、杂芳基的定义、具体例,与Ra表示的烷基、芳基、杂芳基的定义、具体例相同。
作为C60富勒烯的衍生物的具体例,可以举出以下的化合物。
作为C70的衍生物的具体例,可以举出如下的化合物。
另外,作为富勒烯衍生物的例子,可以举出[6,6]苯基-C61丁酸甲酯(C60PCBM、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)、[6,6]苯基-C71丁酸甲酯(C70PCBM、[6,6]-Phenyl C71 butyric acid methylester)、[6,6]苯基-C85丁酸甲酯(C84PCBM、[6,6]-Phenyl C85 butyricacid methy lester)、[6,6]噻吩基-C61丁酸甲酯([6,6]-Thienyl C61butyric acid methyl ester)。
在活性层中含有本发明的高分子化合物和富勒烯衍生物的情况下,关于富勒烯衍生物的比例,相对于本发明的高分子化合物100重量份,优选10~1000重量份,更优选20~500重量份。
活性层的厚度通常优选为1nm~100μm,更优选2nm~1000nm,进一步优选5nm~500nm,更优选20nm~200nm。
上述活性层的制造方法,可以用任何方法加以制造,例如可以举出由含有高分子化合物的溶液的成膜、利用真空蒸镀法的成膜方法。
<光电转换元件的制造方法>
光电转换元件的优选制造方法,是制造具有第一电极和第二电极且在该第一电极和该第二电极之间具有活性层的元件的方法,其具有如下工序:利用涂布法在该第一电极上涂布含有本发明的高分子化合物和溶剂的溶液(墨液)而形成活性层的工序、和在该活性层上形成第二电极的工序。
作为利用溶液进行成膜中使用的溶剂,只要是溶解本发明的高分子化合物的溶剂即可。作为该溶剂,例如可以举出甲苯、二甲苯、均三甲基苯、四氢化萘、十氢萘、联二环己烷、正丁基苯、仲丁基苯、叔丁基苯等不饱和烃系溶剂,四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤代饱和烃系溶剂,氯苯、二氯苯、三氯苯等卤代不饱和烃系溶剂,四氢呋喃、四氢吡喃等醚系溶剂。本发明的高分子化合物,通常可以在上述溶剂中溶解0.1重量%以上。
在使用溶液进行成膜的情况下,可以使用狭缝涂敷法、刮涂法、旋涂法、浇注法、微凹板涂敷法、凹板涂敷法、棒涂法、辊涂法、绕线棒涂敷法、浸涂法、喷涂法、网板印刷法、凹版印刷、苯胺印刷法、胶版印刷、喷墨涂敷法、分配器印刷法、喷嘴涂敷法、毛细管涂敷法等涂布法,优选狭缝涂敷法、毛细管涂敷法、凹板涂敷法、微凹板涂敷法、棒涂法、刮涂法、喷嘴涂敷法、喷墨涂敷法、旋涂法。
从成膜性的观点出发,优选25℃的溶剂的表面张力大于15mN/m,更优选大于15mN/m且小于100mN/m,进一步优选大于25mN/m且小于60mN/m。
<有机晶体管>
本发明的高分子化合物,也可以用于有机薄膜晶体管。作为有机薄膜晶体管,可以举出具有源电极以及漏电极、成为这些电极间的电流路径的有机半导体层(活性层)、和对通过该电流路径的电流量进行控制的栅电极的构成,有机半导体层由上述的有机薄膜构成。作为这样的有机薄膜晶体管,可举出场效应型、静电感应型等。
场效应型有机薄膜晶体管,优选具有:源电极以及漏电极、成为它们之间的电流路径的有机半导体层(活性层)、对通过该电流路径的电流量及进行控制的栅电极、以及在有机半导体层和栅电极之间配置的绝缘层。
特别优选源电极以及漏电极与有机半导体层(活性层)相接而设置,进而夹持与有机半导体层相接的绝缘层而设置有栅电极。在场效应型有机薄膜晶体管中,有机半导体层由含有本发明的高分子化合物的有机薄膜构成。
静电感应型有机薄膜晶体管,优选具有源电极以及漏电极、成为它们之间的电流路径的有机半导体层(活性层)、以及对通过电流路径的电流量进行控制的栅电极,该栅电极设置于有机半导体层中。特别优选源电极、漏电极以及在有机半导体层中设置的栅电极,与有机半导体层相接而设置。在这里,作为栅电极的结构,只要是形成从源电极流向漏电极的电流路径,且能通过向栅电极施加的电压控制流过电流路径的电流量的结构即可,例如可以举出叉指电极。在静电感应型有机薄膜晶体管中,有机半导体层由含有本发明的高分子化合物的有机薄膜构成。
将本发明的高分子化合物用于静电感应型有机薄膜晶体管的活性层时,从晶体管特性的观点出发,本发明的高分子化合物优选具有选自式(18)所表示的结构单元、式(19)所表示的结构单元和式(20)所表示的结构单元式中的至少1种的结构单元。从合成的容易度的观点出发,本发明的高分子化合物优选具有选自式(18)所表示的结构单元和式(19)所表示的结构单元中的至少1种的结构单元。
〔式(18)、式(19)和式(20)中,Ar1、Ar2、X1、R50和R51表示与前述相同的意思。Z’表示单键、亚芳基或2价的杂环基。〕
作为Z’所表示的亚芳基和2价的杂环基,可举出前述的式1~式143所表示的基团。
本发明的高分子化合物含有选自式(18)所表示的结构单元、式(19)所表示的结构单元和式(20)所表示的结构单元中的至少1种的结构单元时,从晶体管特性的观点出发,优选R50和R51都为直链的烷基。在直链的烷基中,优选碳数为3~20的直链的烷基,更优选碳数为6~18的直链的烷基。
具有式(18)所表示的结构单元的高分子化合物,例如,可以通过将式(8-1)所表示的化合物聚合来制造。具有式(19)所表示的结构单元的高分子化合物,例如可以通过将式(8-2)所表示的化合物聚合来制造。
<有机电致发光元件>
本发明的高分子化合物,可以用于有机电致发光元件(有机EL元件)。有机EL元件在至少一方为透明或半透明的一对电极间具有发光层。有机EL元件,除了发光层之外,可以含有空穴传输层、电子传输层。该发光层、空穴传输层、电子传输层的任一层中含有本发明的高分子化合物。发光层中,除了本发明的高分子化合物之外,可以含有电荷传输材料(是指电子传输材料和空穴传输材料的总称)。作为有机EL元件,可以举出具有阳极和发光层和阴极的元件,进而可以举出在阴极和发光层之间具有与该发光层相邻且含有电子传输材料的电子传输层的具有阳极、发光层、电子传输层以及阴极的元件,进而可以举出在阳极和发光层之间具有与该发光层相邻且含有空穴传输材料的空穴传输层的具有阳极、空穴传输层、发光层以及阴极的元件,具有阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极的元件等。
<元件的用途>
使用了本发明的高分子化合物的光电转换元件,通过从透明或半透明的电极照射太阳光等光,在电极间产生光电动势,可以使其作为有机薄膜太阳能电池进行动作。也可以通过将有机薄膜太阳能电池多个集成而用作有机薄膜太阳能电池组件。
另外,在向电极间施加了电压的状态、或者无施加的状态下,从透明或半透明的电极照射光,有光电流流过,可以使其作为有机光传感器进行动作。也可以通过将有机光传感器多个集成而用作有机图像传感器。
上述的有机薄膜晶体管,例如可以用作在电泳显示器、液晶显示器、有机电致发光显示器等的像素控制、或画面亮度的均匀性、画面刷新速度控制中使用的像素驱动元件等。
<太阳能电池组件>
有机薄膜太阳能电池可以采取与以往的太阳能电池组件基本相同的组件结构。太阳能电池组件采用如下结构:通常在金属、陶瓷等的支承基板上构成单体电池,用填充树脂、保护玻璃等覆盖其上,从支承基板的相反侧取入光的结构,但也可以采用如下的结构:支承基板使用强化玻璃等透明材料,在其上构成单体电池而从其透明的支承基板侧取入光的结构。具体而言,已知有称为盖板类型、衬底类型、灌注类型的组件结构、在非晶硅太阳能电池等中使用的基板一体型组件结构等。使用本发明的高分子化合物制造的有机薄膜太阳能电池,也可根据使用目的、使用场所以及环境,适当选择这些组件结构。
代表性的盖板类型或者衬底类型的组件,在单侧或两侧为透明且实施了防反射处理的支承基板之间隔开一定间隔配置单体电池,相邻的单体电池彼此通过金属引线或柔性布线等加以连接,在外缘部配置集电电极,成为将发生的电力取出到外部的结构。在基板和单体电池之间,为了保护单体电池、提高集电效率,可以根据目的以膜或填充树脂的形式使用乙烯乙酸乙烯酯(EVA)等各种塑料材料。
另外,在来自外部的冲击少的场所等没有必要用表面硬的材料覆盖的场所使用的情况下,表面保护层由透明塑料膜构成,或通过使上述填充树脂固化而赋予保护功能,可以去除单侧的支承基板。在支承基板的周围,为了确保内部的密封以及组件的刚性,用金属制的框架固定成夹心状,支承基板和框架之间被密封材料加以密封。另外,只要单体电池本身、支承基板、填充材料以及密封材料使用挠性材料,就可以在曲面上构成太阳能电池。
在使用了聚合物膜等柔性支承体的太阳能电池的情况下,边送出卷筒状的支承体,边依次形成单体电池,切成所希望的尺寸之后,周缘部用柔性且具有防湿性的材料加以密封,由此可以制作电池主体。另外,也可以为Solar Energy Materials and Solar Cells,48,p383-391记载的称为“SCAF”的组件结构。进而,使用了柔性支承体的太阳能电池也可以粘接固定于曲面玻璃等而使用。
实施例
以下,为了进一步详细地说明本发明示出其实施例,本发明不受这些例子的限制。
(NMR测定)
关于NMR测定,使化合物溶于氘代氯仿,使用NMR装置(Varian公司制、INOVA300)进行。
(数均分子量以及重均分子量的测定)
关于数均分子量以及重均分子量,利用凝胶渗透色谱法(GPC)(岛津制作所制、商品名:LC-10Avp)求出聚苯乙烯换算的数均分子量以及重均分子量。测定的高分子化合物,以浓度达到约0.5重量%的方式溶于四氢呋喃,向GPC中注入30μL。GPC的洗脱液使用四氢呋喃,以0.6mL/分钟的流速流过。柱是将TSKgel Super HM-H(东曹制)2根和TSKgelSuperH2000(东曹制)1根串联连接。检测器使用了差示折射率检测器(岛津制作所制、商品名:RID-10A)。
参考例1
(化合物1的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的1000mL的四口烧瓶中,放入3-溴噻吩13.0g(80.0mmol)、二乙基醚80mL,制成均匀的溶液。在将该溶液保持在-78℃的情况下,滴加2.6M的正丁基锂(n-BuLi)的己烷溶液31mL(80.6mmol)。在-78℃使其反应2小时之后,滴加将3-噻吩甲醛8.96g(80.0mmol)溶于二乙基醚20mL中得到的溶液。滴加后,在-78℃搅拌30分钟,进而在室温(25℃)下搅拌30分钟。将反应液再次冷却到-78℃,用15分钟滴加2.6M的n-BuLi的己烷溶液62mL(161mmol)。滴加后,将反应液在-25℃搅拌2小时,进而在室温(25℃)下搅拌1小时。然后,将反应液冷却到-25℃,用30分钟滴加将碘60g(236mmol)溶于二乙基醚1000mL中得到的溶液。滴加后,在室温(25℃)下搅拌2小时,添加1当量的硫代硫酸钠水溶液50mL使反应停止。用二乙基醚对反应生成物进行提取之后,用硫酸镁对反应生成物进行干燥,过滤后,浓缩滤液,得到了35g的粗生成物。使用氯仿对粗生成物进行重结晶,从而加以精制,得到了28g的化合物1。
参考例2
(化合物2的合成)
向300mL的四口烧瓶中,加入双碘噻吩基甲醇(化合物1)10.5g(23.4mmol)、二氯甲烷150mL,制成均匀的溶液。向该溶液中添加氯铬酸吡啶鎓7.50g(34.8mmol),在室温(25℃)下搅拌10小时。过滤反应液,将不溶物除去后,浓缩滤液,得到了10.0g的化合物2(22.4mmol)。
参考例3
(化合物3的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的300mL烧瓶中,放入10.0g的化合物2(22.4mmol)、铜粉末6.0g(94.5mmol)、脱水N,N-二甲基甲酰胺(以下,也称为DMF)120mL,在120℃搅拌4小时。反应后,将烧瓶冷却至室温(25℃),使反应液通过硅胶柱,将不溶成分除去。然后,添加水500mL,用氯仿对反应生成物进行提取。用硫酸镁干燥作为氯仿溶液的有机层,过滤有机层,浓缩滤液,得到粗制物。将组合物用硅胶柱(展开液:氯仿)加以精制,得到了3.26g的化合物3。多次进行至此为止的操作。
实施例1
(化合物4的合成)
在具备机械式搅拌机且烧瓶内的气体被氩置换后的300mL四口烧瓶中,投入3.85g的化合物3(20.0mmol)、氯仿50mL、三氟醋酸50mL,制成均匀的溶液。向该溶液中添加过硼酸钠一水合物5.99g(60mmol),在室温(25℃)下搅拌45分钟。然后,添加水200mL,用氯仿对反应生成物进行提取,使作为氯仿溶液的有机层通过硅胶柱,用旋转蒸发仪将滤液的溶剂蒸馏除去。使用甲醇使残渣重结晶,得到了534mg的化合物4。
1H NMR in CDCl3(ppm):7.64(d、1H)、7.43(d、1H)、7.27(d、1H)、7.10(d、1H)
实施例2
(化合物5的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL的四口烧瓶中,投入534mg的化合物4(2.56mmol)、脱水四氢呋喃(THF)25mL,制成均匀的溶液。将该溶液冷却到-20℃,添加正辛基溴化镁的THF溶液(1M)10.3mL(10.3mmol)。然后,升温至室温(25℃),在室温(25℃)下搅拌1.5小时。然后,添加水50mL使反应停止,用乙酸乙酯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为乙酸乙酯溶液的有机层后,使乙酸乙酯溶液通过硅胶柱,然后,将滤液的溶剂蒸馏除去,得到了433mg的化合物5。
1H NMR in CDCl3(ppm):7.24(d、1H)、7.19(d、1H)、6.98(d、1H)、6.76(d、1H)、1.79(b、4H)、1.32(b、24H)、0.86(s、6H)
实施例3
(化合物6的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入433mg的化合物5(0.992mmol)和甲苯15mL制成均匀的溶液。向该溶液中加入对甲苯磺酸钠一水合物57mg,在100℃搅拌4小时。将反应液冷却至室温(25℃)后,添加水50mL,用甲苯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为甲苯溶液的有机层,过滤后,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了389mg的化合物6(收率93.7%)。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.99(d、1H)、6.94(d、1H)、6.69(d、1H)、6.60(d、1H)、1.80(b、4H)、1.32(b、24H)、0.86(s、6H)
实施例4
(化合物7的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入389mg的化合物6(0.929mmol)和12mL的脱水DMF,制成均匀的溶液。将该溶液保持在-20℃,添加N-溴琥珀酰亚胺(以下也称为NBS。)339mg(1.90mmol),在-20℃使其反应3小时,然后,在0℃使其反应1小时。反应后,添加1当量的硫代硫酸钠水溶液50mL使反应停止,用醚对反应生成物进行提取。用硫酸镁干燥作为醚溶液的有机层,过滤后,将溶剂蒸馏除去,得到了粗生成物。将粗生成物用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了315mg的化合物7(收率58.9%)。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.65(s、1H)、6.63(s、1H)、1.81(b、4H)、1.33(b、24H)、0.87(s、6H)
实施例5
(聚合物A的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100mL烧瓶中,添加115.3mg的化合物7(0.200mmol)、化合物8(4,7-bis(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole:4,7-双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑)(Aldrich公司制)77.6mg(0.200mmol)、甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat336(注册商标)、Aldrich公司制)60.6mg,使其溶解于甲苯10mL,将得到的甲苯溶液用氩气鼓泡30分钟。然后,添加醋酸钯0.67mg、三(2-甲氧基苯基)膦(Tris(2-methoxyphenyl)phosphine)3.7mg、碳酸钠水溶液(16.7重量(wt)%)2mL,在100℃搅拌1.5小时。然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠1g和水10mL,在回流下进行2小时搅拌。反应结束后,将反应液冷却到室温(25℃)附近之后,静置得到的反应液,回收分液后的甲苯层。用水10mL清洗该甲苯层2次,用3%醋酸水10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的甲苯层注入到甲醇中,回收析出的沉淀物。该沉淀物进行减压干燥之后,溶于氯仿中。接着,过滤得到的氯仿溶液,将不溶物除去之后,通入氧化铝柱,进行精制。对得到的氯仿溶液进行减压浓缩之后,注入到甲醇中,使其沉淀,回收生成的沉淀。将该沉淀用甲醇加以清洗之后,进行减压干燥,得到了聚合物40mg。以下,将该聚合物称为聚合物A。关于聚合物A,聚苯乙烯换算的重均分子量为17000,聚苯乙烯换算的数均分子量为5000。
聚合物A的光吸收末端波长为925nm。
实施例6
(化合物5b的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100mL四口烧瓶中,投入1.06g的化合物4(5.09mmol)和30ml的脱水THF,制成均匀的溶液。边将烧瓶保持在-20℃,边添加2-乙基己基溴化镁的醚溶液(1M)12.7mL。然后,用30分钟将温度升至-5℃,在该状态下搅拌30分钟。然后,用10分钟将温度升至0℃,在该状态下搅拌1.5小时。然后,添加水使反应停止,用乙酸乙酯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为乙酸乙酯溶液的有机层,过滤后,使乙酸乙酯溶液通过硅胶柱,将滤液的溶剂蒸馏除去,得到了1.28g的化合物5b。多次进行至此为止的操作。
1H NMR in CDCl3(ppm):7.25(d、1H)、7.20(d、1H)、6.99(d、1H)、6.76(d、1H)、1.76(s、4H)、1.49(b、2H)、1.29-1.04(m、16H)、0.80(s、6H)、0.71(s、6H)
实施例7
(化合物6b的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入2.58g的化合物5b和甲苯30mL,制成均匀的溶液。向该溶液中加入对甲苯磺酸钠一水合物100mg,在100℃搅拌1.5小时。将反应液冷却至室温(25℃)后,添加水50mL,用甲苯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为甲苯溶液的有机层,过滤后,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了741mg的化合物6b。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.98(d、1H)、6.93(d、1H)、6.68(d、1H)、6.59(d、1H)、1.78(s、4H)、1.50(b、2H)、1.30-1.05(m、16H)、0.81(s、6H)、0.72(s、6H)
实施例8
(化合物7b的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入741mg的化合物6b(1.77mmol)和20mL的脱水DMF,制成均匀的溶液。将该溶液保持在-30℃,在这里,添加646mg的NBS(3.63mmol),用30分钟从温度-30℃升至-10℃。利用液相色谱法(LC)确认到化合物6b的消失之后,添加水和硫代硫酸钠使反应停止,用醚对反应生成物进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗作为醚溶液的有机层,用硫酸镁进行干燥,过滤后,将溶剂蒸馏除去,得到了粗生成物。将其用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了892mg的化合物7b(收率87.4%)。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.63(1H)、6.59(1H)、1.74(s、4H)、1.50(b、2H)、1.37-1.01(m、16H)、0.87(s、6H)、0.77(s、6H)
实施例9
(聚合物B的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,添加890mg的化合物7b(1.54mmol)、化合物8(4,7-bis(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole:4,7-双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑)(Aldrich公司制)571.8mg(1.47mmol)、甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat336(注册商标)、Aldrich公司制)250mg,使其溶于甲苯60ml,将得到的甲苯溶液用氩气鼓泡30分钟。然后,添加醋酸钯3.74mg、三(2-甲氧基苯基)膦(Tris(2-methoxyphenyl)phosphine)19.0mg、碳酸钠水溶液(16.7wt%)7.5mL,在70℃搅拌4小时。然后,向反应液中添加苯硼酸50mg,进而在70℃使其反应2小时。然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,回流下进行2小时搅拌。将水层除去后,用水20ml将有机层清洗2次,用3wt%的醋酸水溶液20mL清洗2次,进而用水20mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物再次溶于邻二氯苯30mL中,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出,过滤聚合物后,进行干燥,得到了精制后的聚合物380mg。以下,将该聚合物称为聚合物B。用GPC测定得到的聚合物B的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=77000、Mn=15000。聚合物B的光吸收末端波长为930nm。
参考例4
(聚合物C的合成)
向100mL烧瓶中,添加398.7mg的按照日本特开2004-168999号公报的实施例10的记载而合成的上述化合物9(0.605mmol)和化合物10(4,7-dibromo-2,1,3-benzothiadiazole:4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑)(Aldrich公司制)160.3mg(0.5451mmol)、甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat 336(注册商标)、Aldrich公司制)200mg,使其溶于甲苯40mL,将得到的甲苯溶液用氩气鼓泡30分钟。然后,添加醋酸钯2.4mg、三(2-甲氧基苯基)膦(Tris(2-methoxyphenyl)phosphine)12.2mg、碳酸钠水溶液(16.7wt%)2mL,在回流下搅拌3小时。然后,向反应液中添加苯硼酸50mg,进而在回流下进行2小时搅拌。然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,在回流下进行2小时搅拌。反应结束后,将反应液冷却到室温(25℃)附近之后,静置得到的反应液,回收分液后的甲苯层。将该甲苯层用水10mL清洗2次,用3%醋酸水10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的甲苯层注入到甲醇中,回收析出的沉淀物。对该沉淀物进行减压干燥之后,将其溶于氯仿中。接着,过滤得到的氯仿溶液,将不溶物除去之后,通入氧化铝柱进行精制。对得到的氯仿溶液进行减压浓缩之后,注入到甲醇中,使其沉淀,回收生成的沉淀。将该沉淀用甲醇加以清洗之后,减压干燥,得到了聚合物320mg。以下,将该聚合物称为聚合物C。关于聚合物C,聚苯乙烯换算的重均分子量为446000,聚苯乙烯换算的数均分子量为169000。聚合物C的光吸收末端波长为550nm。
实施例10
(墨液以及有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
对带有利用溅射法形成的150nm的厚度ITO膜的玻璃基板实施臭氧UV处理,进行了表面处理。接着,将聚合物B以及富勒烯C60 PCBM(苯基C61-丁酸甲酯)(phenyl C61-butyric acid methyl ester、FrontierCarbon公司制)(聚合物B/C60PCBM的重量比=1/3)溶于邻二氯苯中(聚合物B和C60PCBM的总重量为2.0重量%),制造了墨液1。使用该墨液1,旋涂在基板上进行涂布,制作了含有聚合物B的有机膜(膜厚约100nm)。如此制作的有机膜的光吸收末端波长为920nm。然后,利用真空蒸镀机在有机膜上蒸镀氟化锂使其厚度为2nm,接着蒸镀厚度为100nm的Al。得到的有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。利用太阳光模拟器(分光计器制、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5G滤器、放射照度100mW/cm2)对得到的有机薄膜太阳能电池照射一定的光,测定发生的电流和电压,求出光电转换效率、短路电流密度、开放电压、填充因子(fill factor)。Jsc(短路电流密度)为5.64mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.58V,ff(填充因子(曲线因子))为0.36,光电转换效率(η)为1.18%。
实施例11
在实施例10中,使用二甲苯来代替邻二氯苯,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
比较例1
在实施例10中,使用聚合物C代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例12
(化合物5c的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100mL四口烧瓶中,投入1.00g的化合物4(4.80mmol)和30ml的脱水THF,制成均匀的溶液。边将烧瓶保持在-20℃,边添加1M的3,7-二甲基辛基溴化镁的醚溶液12.7mL。然后,用30分钟将温度升至-5℃,在该状态下搅拌30分钟。然后,用10分钟将温度升至0℃,在该状态下搅拌1.5小时。然后,添加水使反应停止,用乙酸乙酯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥乙酸乙酯溶液的有机层,过滤后,使乙酸乙酯溶液通过硅胶柱,将滤液的溶剂蒸馏除去,得到了1.50g的化合物5c。
1H NMR in CDCl3(ppm):8.42(b、1H)、7.25(d、1H)、7.20(d、1H)、6.99(d、1H)、6.76(d、1H)、2.73(b、1H)、1.90(m、4H)、1.58-1.02(b、20H)、0.92(s、6H)、0.88(s、12H)
实施例13
(化合物6c的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入1.50g的化合物5c、甲苯30mL,制成均匀的溶液。向该溶液中加入对甲苯磺酸钠一水合物100mg,在100℃搅拌1.5小时。将反应液冷却至室温(25℃)后,添加水50mL,用甲苯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为甲苯溶液的有机层,过滤后,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了1.33g的化合物6c。多次进行至此为止的操作。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.98(d、1H)、6.93(d、1H)、6.68(d、1H)、6.59(d、1H)、1.89(m、4H)、1.58-1.00(b、20H)、0.87(s、6H)、0.86(s、12H)
实施例14
(化合物11的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的300mL烧瓶中,投入化合物6c(3.52g、7.41mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(100mL),制成均匀溶液。在25℃进行30分钟的氩鼓泡之后,冷却至-50℃,添加NBS(1.20g、6.74mmol),用5.5小时升温至25℃。向反应液中添加水50mL,用二乙基醚进行提取,硫酸钠加以干燥后,过滤,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用以己烷为溶剂的硅胶柱加以精制,得到了3.30g的化合物11。
1H NMR(CDCl3(ppm)):0.826(m,18H),1.08-1.47(m,20H),1.95(m,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)
实施例15
(化合物12的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的300mL烧瓶中,投入化合物8(1.11g、2.85mmol)、化合物11(3.16g、5.70mmol)、甲苯(90mL)以及甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat 336(注册商标)、Aldrich公司制)(606mg、1.50mmol),制成均匀溶液,在25℃进行30分钟的氩鼓泡。升温至90℃后,添加醋酸钯(6.7mg、1mol%)、三(2-甲氧基苯基)膦(37.0mg、3.5mol%)。然后,边在100℃进行搅拌,边用30分钟滴加碳酸钠水溶液(16.7wt%、19.0g、30.0mmol)。滴加后,在100℃搅拌2小时。然后,向反应液中添加纯水,分离甲苯层后,用硫酸钠加以干燥,得到了粗生成物。利用将己烷作为展开溶剂的硅胶柱进行粗生成物的精制,得到了2.25g的化合物12。
1H NMR(CDCl3(ppm)):0.826(m,36H),1.08-1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.71(d,2H),7.04(d,2H),7.77(s,2H),7.79(s,2H)
实施例16
(化合物13的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入化合物12(2.25g、2.08mmol)、DMF(40mL)以及四氢呋喃(THF)(40mL),制成均匀溶液。冷却至-50℃后,添加NBS(814mg、4.58mmol),用2.5小时升温至0℃。
然后,向反应液中添加纯水,使用己烷进行有机层的提取。然后,向反应液中添加纯水,分离甲苯层后,用硫酸钠加以干燥,得到了粗生成物。利用将己烷作为展开溶剂的硅胶柱进行粗生成物的精制,得到了2.11g的化合物13。
1H-NMR(CDCl3(ppm)):0.826(m,36H),1.08-1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.75(s,2H),7.77(s,2H)
实施例17
(聚合物D的合成)
[化85]
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入化合物14(American Dye Source公司制)(96.9mg、0.183mmol)、化合物13(238.6mg、0.192mmol)、甲苯(10mL)以及甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat 336(注册商标)、Aldrich公司制)(60.6mg、0.15mmol),制成均匀溶液,在25℃进行30分钟的氩鼓泡。升温至90℃后,添加醋酸钯(0.67mg、1mol%)、三(2-甲氧基苯基)膦(3.70mg、3.5mol%)。然后,边在100℃进行搅拌,边用30分钟滴加碳酸钠水溶液(16.7wt%、1.90g、3.00mmol)。4小时后,向反应液中添加苯硼酸(3.66mg、0.03mmol)、醋酸钯(0.67mg、1mol%)、三(2-甲氧基苯基)膦(3.70mg、3.5mol%),进而搅拌1小时之后,停止反应。然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,在回流下进行2小时搅拌。将水层除去后,将有机层用水20ml清洗2次,用3wt%的醋酸水溶液20mL清洗2次,进而用水20mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物再次溶于邻二氯苯30mL中,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出,过滤聚合物后,进行干燥,得到了精制后的聚合物280mg。以下,将该聚合物称为聚合物D。用GPC测定得到的聚合物D的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=116000、Mn=49000。聚合物D的光吸收末端波长为755nm。
参考例5
(化合物16的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,放入化合物15(1.78g、10.0mmol)、2-乙基己基溴化物(5.83g、25.0mmol)、碘化钾(41.5mg、0.25mmol)、氢氧化钾(1.68g、30.0mmol),使其溶于二甲基亚砜(35mL),在室温(25℃)搅拌24小时。反应后,添加水100mL,用己烷对生成物进行提取,用硅胶柱(展开溶剂是己烷)进行精制,得到了2.61g的化合物16。
参考例6
(化合物17的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶,化合物16(1.31g、3.25mmol)、以及DMF(25mL),将烧瓶冷却至0℃,加入NBS(1.21g),搅拌12小时。在反应液中加入水100mL,停止反应,用醚对生成物进行提取。用硅胶柱(展开溶剂为己烷)精制,得到了1.70g的化合物17。
参考例7
(聚合物E的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,放入561mg(1.00mmol)的化合物17、化合物8(4,7-bis(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole:4,7-双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑)(Aldrich公司制)388.1mg(1.00mmol)、甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat 336(注册商标)、Aldrich公司制)202mg,使其溶于甲苯20ml,将得到的甲苯溶液用氩气鼓泡30分钟。然后,添加醋酸钯2.25mg、三(2-甲氧基苯基)膦(Tris(2-methoxyphenyl)phosphine)12.3mg、碳酸钠水溶液(16.7wt%)6.5mL,在100℃搅拌5小时。然后,添加苯硼酸50mg,进而在70℃使其反应2小时。然后,添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,在2小时回流下进行搅拌。将水层除去后,将有机层用水20ml清洗2次,用3wt%的醋酸水溶液20mL清洗2次,进而用水20mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物再次溶于邻二氯苯30mL中,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出,过滤聚合物后,进行干燥,得到了精制后的聚合物280mg。以下,将该聚合物称为聚合物E。用GPC测定得到的聚合物E的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=30000、Mn=14000。
比较例2
实施例10中,使用聚合物E代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例18
实施例10中,使用聚合物A代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例19
(化合物7c的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,放入1.33g(2.80mmol)的化合物6c、20mL的脱水DMF,制成均匀的溶液。将该溶液保持在-30℃,向其中添加1040mg(5.84mmol)的NBS,用30分钟将温度从-30℃升至-10℃。用液相色谱法(LC)确认到化合物6c的消失之后,添加1M硫代硫酸钠水溶液50ml使反应停止,用醚对反应生成物进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗作为醚溶液的有机层,用硫酸镁进行干燥,过滤后,将溶剂蒸馏除去,得到了粗生成物。将其用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了1.65g的化合物7c(93%)。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.66(1H)、6.63(1H)、1.90(m、4H)、1.56-1.02(b、20H)、0.87(s、6H)、0.85(s、12H)
实施例20
(聚合物F的合成)
在实施例9中,使用化合物7c代替化合物7b,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了聚合物F。用GPC测定得到的聚合物F的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=54000、Mn=21000。聚合物F的光吸收末端波长为930nm。
实施例21
在实施例10中,使用聚合物F代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例22
(聚合物G的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,放入化合物8(101.7mg、0.262mmol)、化合物13(343.1mg、0.276mmol)、THF(10mL),制成均匀溶液,在25℃进行30分钟的氩鼓泡。升温至60℃后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)。然后,边在THF回流的温度下进行搅拌,边用30分钟滴加碳酸钾水溶液(27.6wt%、1.50g、3.00mmol)。30分钟后,向反应液中添加苯硼酸(3.66mg、0.03mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,在2小时回流下进行搅拌。将水层除去后,将有机层用水20ml清洗2次,用3wt%的醋酸水溶液20mL清洗2次,进而用水20mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物再次溶于邻二氯苯30mL中,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出,过滤聚合物后,进行干燥,得到了精制后的聚合物242mg。以下,将该聚合物称为聚合物G。用GPC测定得到的聚合物G的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=39000、Mn=15000。聚合物G的光吸收末端波长为930nm。
实施例23
在实施例10中,使用聚合物G代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例24
(聚合物H的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,添加化合物13(265.0mg、0.214mmol)、2,2’-联二吡啶(100mg)、以及甲苯(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,添加双(1,5-环辛二烯)镍(0)(177mg、0.643mmol),在室温(25℃)下搅拌30分钟之后,停止反应。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1g)以及纯水(10mL),边回流1小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用3重量(wt)%的醋酸水溶液10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了158mg的聚合物H。
关于用GPC测定得到的聚合物H的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为64000,数均分子量(Mn)为18000。聚合物H的光吸收末端波长为910nm。
实施例25
在实施例10中,使用聚合物H代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
参考例8
(化合物19的合成)
向1000ml三口烧瓶中,放入1,6-二溴芘(化合物18)3.60g(10.0mmol)和300ml的脱水THF,将得到的THF溶液冷却到-78℃,进而用注射器向该THF溶液中滴加正丁基锂(1.6M的己烷溶液)15.0ml。在-78℃状态下搅拌2小时之后,滴加1-溴-3,7-二甲基辛烷5.31g(24.0mmol)。滴加结束后,使其为室温(25℃),使其反应15小时。将得到的反应液缓慢注入到水中而使反应停止,用甲苯对有机层进行提取,对有机层水洗2次。对得到的有机层进行浓缩,用己烷进行重结晶,得到了1.20g(2.49mmol)的化合物19。
参考例9
(化合物20的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200ml三口烧瓶中,放入1.00g(2.07mmol)的化合物19、氯仿50ml,室温(25℃)下搅拌使其溶解。室温下向其中滴加将溴0.729g(4.56mmol)溶于氯仿20ml而得到的溶液。搅拌12小时后,进而滴加将溴0.300g(1.88mmol)溶于氯仿10ml而得到的溶液,使其反应5小时。向得到的溶液添加饱和硫代硫酸钠水溶液100ml,使反应结束,在该状态下室温搅拌,结果析出固体。对析出的固体(不溶物)进行过滤,回收。使得到的固体溶于氯仿和THF的混合溶剂之后,进行热过滤,接着进行重结晶,得到了0.95g(1.48mmol)的化合物20。
参考例10
(化合物21的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100ml四口烧瓶中,在氮气氛下分别添加0.90g(1.40mmol)的化合物20、双联频哪醇基二硼烷0.78g(3.08mmol)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(dppf)0.049g(0.083mmol)、0.069g(0.083mmol)的Pd(dppf)2Cl2、醋酸钾1.82g(18.5mmol)、1,4-二噁烷15ml,加热到100℃并进行搅拌。12小时后,对反应液进行硅藻土过滤,将溶剂除去。使剩余的固体溶于己烷和甲苯的混合溶剂,添加活性炭,在90℃搅拌2小时。将该悬浮液用硅藻土加以热过滤,将溶剂除去之后,用己烷进行重结晶,由此得到了0.523g(0.71mmol)的化合物21。
实施例26
(聚合物I的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,添加化合物21(222.0mg、0.302mmol)、化合物13(395.1mg、0.318mmol)、甲苯(10mL)以及甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat 336(注册商标)、Aldrich公司制)(60.6mg、0.15mmol),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。升温至90℃后,添加醋酸钯(0.67mg、0.003mmol)、三(2-甲氧基苯基)膦(3.70mg、0.0105mmol)。然后,边在100℃进行搅拌,边用30分钟滴加碳酸钠水溶液(16.7wt%、1.90g、3.00mmol)。50分钟后,向反应液中添加苯硼酸(3.66mg、0.03mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1g)以及纯水(10mL),边回流1小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用3重量(wt)%的醋酸水溶液10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了392mg的聚合物I。
关于用GPC测定得到的聚合物I的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为103000,数均分子量(Mn)为50000。聚合物I的光吸收末端波长为805nm。
实施例27
在实施例10中,使用聚合物I代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例28
(化合物5d的合成)
在实施例12中,使用正十二烷基溴化镁的醚溶液(1M)代替3,7-二甲基辛基溴化镁的醚溶液(1M),除此之外,以同样的方法进行合成,得到了化合物5d。
1H NMR in CDCl3(ppm):7.24(d、1H)、7.20(d、1H)、6.98(d、1H)、6.77(d、1H)、1.80(b、4H)、1.33(b、40H)、0.87(s、6H)
实施例29
(化合物6d的合成)
在实施例13中,使用化合物5d代替化合物5c,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了化合物6d。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.99(d、1H)、6.93(d、1H)、6.68(d、1H)、6.59(d、1H)、1.79(b、4H)、1.31(b、40H)、0.85(s、6H)
实施例30
(化合物11d的合成)
在实施例14中,使用化合物6d代替化合物6c,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了化合物11d。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.826(t,12H),1.21(m,72H),1.43(m,8H),1.96(t,8H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)
实施例31
(化合物12d的合成)
在实施例15中,使用化合物11d代替化合物11,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了化合物12d。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.862(t,12H),1.213(m,72H),1.432(m,8H),1.968(t,8H),6.715(d,2H),7.045(d,2H),7.786(d,4H)
实施例32
(化合物13d的合成)
在实施例16中,使用化合物12d代替化合物12,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了化合物13d。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.860(t,12H),1.213(m,72H),1.427(m,8H),1.949(t,8H),6.710(s,2H),7.756(s,4H)
参考例11
(化合物23的合成)
向四口烧瓶中添加按照Chemistry of Materials,2006,18(14),pp3237-3241的记载而合成的化合物22(6.847g、10.00mmol)、双联频哪醇基二硼烷(10.16g、40.00mmol)以及二噁烷(150mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。添加1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁二氯化钯(408.3mg、5mol%)、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(277.2mg、5mol%)以及作为碱的醋酸钾(3.926g、40.00mmol)之后,加热回流10小时。反应后,用HPLC对反应液进行分析,确认到化合物22的消失。
然后,使用滤器分离难溶于反应液的碱。接着,用旋转蒸发仪将溶剂蒸馏除去。然后,利用展开溶剂使用己烷的硅胶柱,进行反应生成物的精制,对得到的成分进行3小时的甲醇清洗,得到了淡褐色粉末。使该粉末溶于己烷(100mL)中之后,在添加了乙醇(100mL)的状态下放置而进行重结晶,得到了1.386g的化合物23。
实施例33
(聚合物J的合成)
[化103]
在烧瓶内的气体被氩置换后的烧瓶中,添加化合物23(223.5mg、0.287mmol)、化合物13d(408.4mg、0.302mmol)、以及THF(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)。边在80℃搅拌边用30分钟滴加碳酸钾水溶液(27.6wt%、1.50g、3.00mmol)。15分钟后,向反应液中添加苯硼酸(3.66mg、0.03mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1g)以及纯水(10mL),边回流1小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用3重量(wt)%的醋酸水溶液10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了359mg的聚合物J。
关于用GPC测定得到的聚合物J的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为80000,数均分子量(Mn)为25000。聚合物J的光吸收末端波长为815nm。
实施例34
在实施例10中,使用聚合物J代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例35
(聚合物K的合成)
[化104]
在实施例22中,使用化合物13d代替化合物13,除此之外,以同样的方法进行合成,得到了聚合物K。
用GPC测定得到的聚合物K的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=64000、Mn=22000。聚合物K的光吸收末端波长为930nm。
实施例36
在实施例10中,使用聚合物K代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例37
(化合物24的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100mL四口烧瓶中,放入1.04g(5.00mmol)的化合物4、35ml的脱水THF,制成均匀的溶液。边将烧瓶保持在-20℃,边添加2-己基癸基溴化镁的醚溶液(1M)15.0mL。然后,用30分钟将温度升至-5℃,在该状态下搅拌30分钟。然后,用10分钟将温度升至0℃,在该状态下搅拌1.5小时。然后,添加水使反应停止,用二乙基醚对反应生成物进行提取。用硫酸钠对作为二乙基醚溶液的有机层进行干燥,过滤后,使其通过使用氯仿作为展开溶剂的硅胶柱,将滤液的溶剂蒸馏除去,得到了1.30g的化合物24。
实施例38
(化合物5e的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的100mL四口烧瓶中,放入1.30g(2.99mmol)的化合物24和30ml的脱水THF,制成均匀的溶液。边将烧瓶保持在-20℃,边添加3,7-二甲基辛基溴化镁的醚溶液(1M)15.0mL。然后,用30分钟将温度升至-5℃,在该状态下搅拌30分钟。然后,用10分钟将温度升至0℃,在该状态下搅拌1.5小时。然后,添加水使反应停止,用二乙基醚对反应生成物进行提取。用硫酸钠对作为二乙基醚溶液的有机层进行干燥,过滤后,使其通过使用氯仿作为展开溶剂的硅胶柱,将滤液的溶剂蒸馏除去,得到了1.20g的化合物5e。
实施例39
(化合物6e的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,放入1.20g(2.08mmol)的化合物5e、甲苯30mL,制成均匀的溶液。向该溶液中加入对甲苯磺酸钠一水合物100mg,在100℃搅拌1.5小时。将反应液冷却至室温(25℃)后,添加水50mL,用甲苯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥作为甲苯溶液的有机层,过滤后,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用硅胶柱(溶剂:己烷)加以精制,得到了802mg的化合物6e。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.833(m,15H),1.0-1.5(m,35H),1.850(m,4H),6.688(m,2H),6.966(d,1H),7.028(d,1H)
实施例40
(化合物7e的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的300mL烧瓶中,放入化合物6e(400mg、0.716mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(20mL),制成均匀溶液。在25℃进行30分钟的氩鼓泡之后,冷却到-40℃,添加NBS(280.4mg、1.575mmol),用2小时升温到0℃。向反应液中添加水50mL,用二乙基醚进行提取,将提取的二乙基醚溶液用硫酸钠加以干燥后,进行过滤,将溶剂蒸馏除去。将得到的粗生成物用以己烷为溶剂的硅胶柱加以精制,得到了437mg的化合物7e。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.833(m,15H),1.0-1.5(m,35H),1.850(m,4H),6.660(s,1H),6.980(s,1H)
实施例41
(聚合物L的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL四口烧瓶中,添加化合物8(110.6mg、0.285mmol)、化合物7e(215.0mg、0.300mmol)、以及四氢呋喃(THF)(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)。边在80℃搅拌边用30分钟滴加碳酸钾水溶液(27.6wt%、1.50g、3.00mmol)。30分钟后,向反应液中添加苯硼酸(3.66mg、0.03mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1g)以及纯水(10mL),边回流1小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用3重量(wt)%的醋酸水溶液10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了242mg的聚合物L。聚合物L的光吸收末端波长为930nm。
实施例42
在实施例10中,使用聚合物L代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
实施例43
在实施例10中,使用聚合物D代替聚合物B,除此之外,以相同的方法制作元件,并进行评价。结果示于表1。
表1光电转换元件评价结果
实施例44
(有机晶体管的制作)[聚合物J]
对于具有厚度300nm的硅的热氧化膜、和高浓度掺杂有锑的n-型硅的硅基板,在丙酮中进行10分钟超声波清洗之后,照射20分钟的臭氧UV。然后,用注射器向甲苯10mL中添加5滴十八烷基三氯硅烷,将得到的甲苯溶液旋涂到硅基板上,由此对热氧化膜的表面实施硅烷处理。硅的热氧化膜作为栅极绝缘层起作用,高浓度掺杂有锑的硅作为栅电极起作用。
接着,将聚合物J溶于邻二氯苯,制备聚合物J的浓度为0.5重量%的溶液,用薄膜滤器对该溶液进行过滤,制作了涂布液。利用旋涂法将该涂布液涂布在上述经硅烷处理的n-型硅基板上,形成了厚度为约60nm的聚合物J的涂布膜。然后,将该涂布膜在氮气氛中以170℃加热30分钟,形成了聚合物J的有机半导体薄膜。
接着,在有机半导体薄膜上配置金属掩模,利用真空蒸镀法在有机半导体薄膜上依次层叠三氧化钼以及金,制作具有三氧化钼和金的层叠结构的源电极以及漏电极,由此制造了有机晶体管。
使用半导体特性评价系统(半导体参数分析仪4200-SCS、KEITHLEY公司制)测定了有机晶体管的电特性。如果使施加给栅电极的负的栅电压增加,则负的漏电流也增加,所以能够确认到有机晶体管是p型有机晶体管。有机晶体管中的载流子的饱和场效应迁移率μ,使用表示有机晶体管的电特性的饱和区域中的漏电流Id的下述式(a)算出。
Id=(W/2L)μCi(Vg-Vt)2 …(a)
(式中,L表示有机晶体管的沟道长,W表示有机晶体管的沟道宽度,Ci表示栅极绝缘膜的每单位面积的容量,Vg表示栅电压,Vt表示栅电压的阈值电压。)
载流子的场效应迁移率(载流子迁移率)为0.074cm2/Vs,接通/断开电流比为106。
实施例45
除了使用聚合物G代替聚合物J之外,以与实施例44相同的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.153cm2/Vs,接通/断开电流比为106。
实施例46
除了使用聚合物I代替聚合物J之外,以与实施例44相同的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为6.80×10-4cm2/Vs,接通/断开电流比为104。
实施例47
除了使用聚合物H代替聚合物J之外,以与实施例44相同的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.029cm2/Vs,接通/断开电流比为105。
实施例48
除了使用聚合物L代替聚合物J之外,以与实施例44相同的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为5.49×10-3cm2/Vs,接通/断开电流比为104。
实施例49
除了使用聚合物D代替聚合物J之外,以与实施例44相同的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为3.80×10-3cm2/Vs,接通/断开电流比为105。
实施例50
实施例44中,使用聚合物F代替聚合物J,使用β-PTS(β-苯基三氯硅烷)代替十八烷基三氯硅烷,使用氯仿代替邻二氯苯,使热处理温度为120℃来代替170℃,除此之外,以同样的方法制作有机晶体管元件,对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为7.3×10-3cm2/Vs,接通/断开电流比为104。
[表2]
表2有机晶体管元件的评价结果
参考例12
(化合物3-Br的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的烧瓶中,投入10.0g化合物3(5.20mmol)、四氢呋喃(以下,有时称为THF。)100mL,制成均匀溶液。将烧瓶保持在0℃,用时15分钟加入N-溴琥珀酰亚胺(以下,有时称为NBS。)2.31g(1.30mmol)。随后,在0℃进行2小时搅拌,过滤析出的固体并回收,用硫代硫酸钠水溶液(10wt%)和水进行清洗。将得到的固体称为粗制物3-Br-A。随后,在滤液中加入硫代硫酸钠水溶液(10wt%)200mL,用氯仿提取。将氯仿溶液的有机层用硫酸钠进行干燥,过滤。浓缩滤液回收析出的固体。将得到的固体称为粗制物3-Br-B。合并粗制物3-Br-A和粗制物3-Br-B,用硅胶色谱柱(展开溶剂:氯仿)进行精制,得到17.3g化合物3-Br。反复进行至此为止的操作。
实施例51
(化合物4-Br的合成)
在具备机械搅拌机且烧瓶内的气体用氩置换了的1000mL四口烧瓶中,投入25.0g化合物3-Br(71.4mmol)、氯仿250mL、三氟乙酸160mL,制成均匀的溶液。在该溶液用时35分钟添加过硼酸钠一水合物21.0g(210mmol),室温(25℃)进行240分钟搅拌。随后,加入5wt%亚硫酸钠水溶液500mL停止反应,加入碳酸氢钠使反应液的pH达到6。随后,用氯仿提取反应生成物,使氯仿溶液的有机层通过硅胶色谱柱,得到滤液,用旋转蒸发仪馏去滤液的溶剂。用甲醇对残渣进行重结晶,得到7.70g(21.0mmol)化合物4-Br。反复进行至此为止的操作。
实施例52
(化合物4的合成)
在烧瓶内的气体用氩置换了的2000mL烧瓶中,投入23.1g化合物4-Br(63.1mmol)、THF1500mL,制成均匀的溶液。将烧瓶冷却至-50℃,用10分钟滴加正辛基溴化镁的THF溶液(1mol/L)190mL。在-50℃搅拌30分后,加水500mL停止反应。将反应液升温至室温(25℃),用旋转蒸发仪馏去THF1000mL,加入乙酸100mL。用氯仿提取反应生成物,随后,将氯仿溶液用硫酸钠进行干燥。过滤氯仿溶液后,用旋转蒸发仪馏去滤液的溶剂。用己烷清洗得到的固体,在减压下进行干燥,得到10.9g化合物4。
实施例53
(化合物25的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入2.16g的化合物6c(4.55mmol)、100mL的脱水THF,制成均匀的溶液。将该溶液保持在-78℃,用10分钟向该溶液中滴加2.6M的正丁基锂的己烷溶液4.37mL(11.4mmol)。滴加后,在-78℃搅拌30分钟,接着,在室温(25℃)下搅拌2小时。然后,将烧瓶冷却到-78℃,添加三丁基锡氯化物4.07g(12.5mmol)。添加后,在-78℃搅拌30分钟,接着,室温(25℃)下搅拌3小时。然后,添加水200ml使反应停止,用乙酸乙酯对反应生成物进行提取。用硫酸钠干燥乙酸乙酯溶液的有机层,过滤后,用旋转蒸发仪对滤液进行浓缩,将溶剂蒸馏除去。将得到的油状物质用硅胶柱加以精制(展开溶剂:己烷)。关于硅胶柱的硅胶,使用预先在含有5wt%的三乙基胺的己烷中浸渍5分钟然后用己烷洗涤后的硅胶。精制后,得到了3.52g的化合物25(3.34mmol)。
1H NMR in CDCl3(ppm):6.72(d、1H)、6.68(d、1H)、1.95-1.80(b、4H)、1.65-1.00(b、56H)、0.90-0.83(m、36H)
参考例13
(化合物26的合成)
[化114]
在500ml烧瓶中投入4,5-二氟-1,2-二氨基苯(东京化成工业制)10.2g(70.8mmol)、吡啶150mL,制成均匀溶液。在将烧瓶保持在0℃的情况下,向烧瓶内滴加氯化亚硫酰氯16.0g(134mmol)。滴加后,将烧瓶加热到25℃,进行6小时的反应。然后,添加水250ml,用氯仿对反应生成物进行提取。用硫酸钠对作为氯仿溶液的有机层进行干燥,过滤。用旋转蒸发仪对滤液进行浓缩,利用重结晶对析出的固体进行精制。重结晶的溶剂使用甲醇。精制后,得到了10.5g的化合物26(61.0mmol)。
1H NMR(CDCl3、ppm):7.75(t、2H)
19F NMR(CDCl3、ppm):-128.3(s、2F)
参考例14
(化合物27的合成)
在100mL烧瓶中投入2.00g的化合物26(11.6mmol)、铁粉0.20g(3.58mmol),将烧瓶加热到90℃。用1小时向该烧瓶中滴加溴31g(194mmol)。滴加后,在90℃搅拌38小时。然后,将烧瓶冷却至室温(25℃),投入氯仿100mL加以稀释。将得到的溶液注入到5wt%的亚硫酸钠水溶液300mL,搅拌1小时。用分液漏斗对得到的混合液的有机层进行分离,用氯仿对水层提取3次。将得到的提取液与先前分离的有机层一起用硫酸钠加以干燥。过滤后,用旋转蒸发仪对滤液进行浓缩,将溶剂蒸馏除去。使得到的黄色的固体溶于加热到55℃的甲醇90mL,然后,冷却到25℃。对析出的结晶进行过滤回收,然后,室温(25℃)下进行减压干燥,得到了1.50g的化合物27。
19F NMR(CDCl3、ppm):-118.9(s、2F)
实施例54
(聚合物M的合成)
在烧瓶内的气体被氩置换后的200mL烧瓶中,投入500mg的化合物25(0.475mmol)、141mg化合物27(0.427mmol)、甲苯32ml,制成均匀溶液。将得到的甲苯溶液用氩气鼓泡30分钟。然后,向甲苯溶液中添加三(二亚苄基丙酮)二钯6.52mg(0.007mmol)、三(2-甲苯甲酰基)膦13.0mg,在100℃搅拌6小时。然后,向反应液中添加溴苯500mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却到25℃,将反应液注入到甲醇300mL中。对析出的聚合物进行过滤并回收,将得到的聚合物投入圆筒滤纸中,使用索克斯累特提取器,用甲醇、丙酮以及己烷分别提取5小时。使圆筒滤纸内残留的聚合物溶于甲苯100mL,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水40mL,在8小时回流下进行搅拌。将水层除去后,将有机层用水50ml清洗2次,接着,用3wt%的醋酸水溶液50mL清洗2次,接着,用水50mL清洗2次,接着,用5%氟化钾水溶液50mL清洗2次,接着,用水50mL清洗2次,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,使得到的聚合物再次溶于邻二氯苯50mL,使其通过氧化铝/硅胶柱。将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出,过滤聚合物后,进行干燥,得到了精制后的聚合物185mg。以下,将该聚合物称为聚合物M。用GPC测定得到的聚合物M的分子量(聚苯乙烯换算)为Mw=29000、Mn=14000。聚合物M的光吸收末端波长为890nm。
实施例55
(墨液以及有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
对带有利用溅射法形成的150nm的厚度ITO膜的玻璃基板实施臭氧UV处理,从而进行了表面处理。接着,将聚合物M以及富勒烯C60PCBM(苯基C61-丁酸甲酯)(phenyl C61-butyric acid methyl ester、FrontierCarbon公司制)以C60PCBM相对于聚合物M的重量比为3的方式溶于邻二氯苯,制造了墨液2。在墨液2中,关于聚合物M和C60PCBM的总重量,相对于墨液2的重量为2.0重量%。使用该墨液2,通过旋涂在基板上进行涂布,制作了含有聚合物M的有机膜。该有机膜的膜厚约为100nm。对有机膜的光吸收末端波长进行了测定,结果为890nm。然后,利用真空蒸镀机在有机膜上以2nm的膜厚蒸镀氟化锂,接着以100nm的膜厚蒸镀Al。得到的有机薄膜太阳能电池的形状,为2mm×2mm的正方形。使用太阳光模拟器(分光计器制、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5G滤器、放射照度100mW/cm2),向得到的有机薄膜太阳能电池照射一定的光,对发生的电流和电压进行测定,求出光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子(曲线因子)。Jsc(短路电流密度)为12.2mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.71V,ff(填充因子(曲线因子))为0.64,光电转换效率(η),5.54%。
实施例56
(墨液以及有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
在实施例54中,使用富勒烯C70PCBM([6,6]苯基-C71丁酸甲酯([6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester))代替富勒烯C60PCBM,除此之外,以同样的方法制作有机薄膜太阳能电池,求出光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子(曲线因子)。有机膜的光吸收末端波长为890nm,Jsc(短路电流密度)为15.9mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.72V,ff(填充因子(曲线因子))为0.59,光电转换效率(η)为6.72%。
[表3]
表3光电转换元件评价结果
实施例57
(聚合物N的合成)
在四口烧瓶内,加入102.5mg化合物28(BoroPharm公司制)(0.280mmol)、365.9mg化合物13(0.295mmol)和四氢呋喃10mL,在室温(25℃)进行30分钟氩气鼓泡。随后,在反应液中加入三(二亚苄基丙酮)钯5.49mg(0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐6.96mg(0.024mmol)。在80℃一边搅拌反应液,一边用30分在反应液中滴加27.6wt%的碳酸钾水溶液1.50g(3.00mmol)。15分钟后,在反应液中加入苯硼酸3.66mg(0.03mmol),进而在进行1小时搅拌之后,停止反应。此外,反应在氩气氛下进行。
随后,在反应液中加入1g二乙基二硫代氨基甲酸钠和10mL纯水,将反应液进行1小时回流,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml2清洗回,3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL清洗2次,在用水10mL清洗2次,随后,将其注入甲醇析出聚合物。过滤聚合物后,干燥,将得到的聚合物在甲苯中溶解。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶色谱柱,将得到的溶液注入甲醇中析出聚合物。过滤聚合物后,进行干燥,得291mg聚合物N。
用GPC测定的聚合物N的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为32000,数均分子量(Mn)为16000。聚合物N的光吸收末端波长为798nm。
实施例58
(墨液和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
对带有利用溅射法形成的150nm的厚度ITO膜的玻璃基板实施臭氧UV处理,从而进行了表面处理。接着,将聚合物N以及富勒烯C60PCBM(苯基C61-丁酸甲酯)(phenyl C61-butyric acid methyl ester、FrontierCarbon公司制)以C60PCBM相对于聚合物M的重量比为3的方式溶于邻二氯苯,制造了墨液3。在墨液3中,关于聚合物N和C60PCBM的总重量,相对于墨液3的重量为2.0重量%。使用该墨液3,通过旋涂在基板上进行涂布,制作了含有聚合物N的有机膜。该有机膜的膜厚约为100nm。这样制作的有机膜的光吸收末端波长为750nm。然后,利用真空蒸镀机在有机膜上以2nm的膜厚蒸镀氟化锂,接着以100nm的膜厚蒸镀Al。得到的有机薄膜太阳能电池的形状,为2mm×2mm的正方形。使用太阳光模拟器(分光计器制、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5G滤器、放射照度100mW/cm2),向得到的有机薄膜太阳能电池照射一定的光,对发生的电流和电压进行测定,求出光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子(曲线因子)。Jsc(短路电流密度)为9.63mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.67V,ff(填充因子(曲线因子))为0.62,光电转换效率(η)为4.03%。结果示于表4。
实施例59
(聚合物P的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用149.5mg的根据美国专利第7087283号说明书中记载的方法合成的化合物29(0.427mmol),除此以外同样地进行操作,合成125mg聚合物。以下,将该聚合物称为聚合物P。用GPC测定的聚合物P的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为5800,Mn为4500。聚合物P的光吸收末端波长为1242nm。
实施例60
(聚合物Q的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用164.0mg的根据大分子快报(Macromolecular Rapid Communications),2009年,第30卷,p.45-51中记载的方法合成的化合物30(0.427mmol),除此以外,同样地进行操作,合成聚合物110mg。以下,将该聚合物称为聚合物Q。用GPC测定的聚合物Q的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为22000,Mn为40000。聚合物Q的光吸收末端波长为904nm。
参考例15
在烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中,加入1500mg的根据杂环杂志(Heterocycles),1992年,第33卷,第1号,p.337-348中记载的方法制造的化合物3(1.54mmol)、苯偶酰325mg(1.54mmol)、乙酸25mL,将烧瓶浸入至加热至120℃的油浴,进行2小时反应。随后,将烧瓶冷却至室温(25℃),将反应液注入300mL的甲醇。将固体过滤、回收,用甲醇进行清洗,真空下进行干燥,得到629mg目标化合物32(1.26mmol)。
实施例61
(聚合物R的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用212.7mg化合物32(0.427mmol),除此以外,同样地进行操作,制造了聚合物132mg。以下,将该聚合物称为聚合物R。用GPC测定的聚合物R的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为11400,Mn为8100。聚合物R的光吸收末端波长为1898nm。
实施例62
(聚合物S的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用150.3mg的根据四面体杂志(Tetrahedron),2009年,第53卷,第29号,p.10169-10178中记载的方法制造的化合物33(0.427mmol),除此以外,同样地进行操作,制造了聚合物130mg。以下,将该聚合物称为聚合物S。用GPC测定的聚合物S的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为32000,Mn为17000。聚合物S的光吸收末端波长为1944nm。
实施例63
(聚合物T的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用125.9mg的根据聚合物科学杂志:A:聚合物化学(Journal of PolymerScience:PartA:Polymer Chemistry),2008年,第46卷,p.2975-2982中记载的方法制造的化合物34(0.427mmol),除此以外,同样地进行操作,制造了聚合物151mg。以下,将该聚合物称为聚合物T。用GPC测定的聚合物T的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为246000,Mn为23500。聚合物T的光吸收末端波长为1060nm。
实施例64
(聚合物U的合成)
实施例54中,代替化合物27而使用125.9mg的根据美国化学会志(Journal of the American Chemical Society),2008年,第130卷,p.732-742中记载的方法制造的化合物35(0.427mmol),除此以外,同样地进行操作,制造了聚合物151mg。以下,将该聚合物称为聚合物U。用GPC测定的聚合物U的分子量(聚苯乙烯换算),Mw为72000,Mn为17200。聚合物U的光吸收末端波长为1060nm。
实施例65
(有机薄膜太阳能电池的制作,评价)
在实施例58中,代替聚合物N而使用聚合物T,除此以外,同样地制作元件,进行评价。结果示于表4。
实施例66
(有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
在实施例58中,代替聚合物N而使用聚合物U,除此以外,同样地制作元件,进行评价。结果示于表4。
[表4]
表4光电转换元件的评价结果
参考例16
(化合物36的合成)
向四口烧瓶中添加12.30g的化合物27(37.28mmol)、双(联频哪醇基)二硼烷23.67g(93.20mmol)、醋酸钾9.15g(93.20mmol)、以及二噁烷500mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。向反应液中添加二苯基膦基二茂铁二氯化钯1.52g(1.86mmol)、二苯基膦基二茂铁1.03mg(1.86mmol)之后,加热回流60小时。回流后,利用液相色谱法确认到原料的消失。对反应液进行硅藻土过滤,分离出不溶成分之后,使滤液干燥而将溶剂除去,得到了褐色固体。向得到的褐色固体中添加热己烷200mL并过滤,使滤液干燥而将溶剂除去,得到了粗结晶。接下来,用己烷对粗结晶进行重结晶。进行2次重结晶,得到了3.12g的化合物36。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):1.45(s,24H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-117(s,2F)
实施例67
(化合物37的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物11(1.352g、2.442mmol)、以及四氢呋喃(25mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(21.6mg、0.024mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(27.4mg、0.094mmol)、以及磷酸钾水溶液(2mol/L、5.90g、11.79mmol)。边在80℃搅拌边用20分钟滴加将化合物36(0.500g、1.179mmol)溶于四氢呋喃(10mL)得到的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进行己烷提取,进行展开溶剂使用了己烷的柱精制之后,通过干燥得到了665mg的37。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(m,36H),1.08-1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.92(d,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-125(s,2F)
实施例68
(化合物38的合成)
[化127]
使用四口烧瓶,添加化合物37(657mg、0.588mmol)、四氢呋喃(THF)(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到0℃后,添加NBS(230mg、1.30mmol),升温至40℃。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,得到了685mg的化合物38。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(m,36H),1.08-1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.73(s,2H),7.90(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-129(s,2F)
实施例69
(化合物39的合成)
[化128]
使用四口烧瓶,添加镁(3.50g、144.1mmol)、四氢呋喃(72mL)、3,7,11-三甲基十二烷基溴化物(20.98g、72.03mmol),制备了格氏试剂(1mol/L)。使用其他的四口烧瓶,添加化合物4(5.00g、24.01mmol)、四氢呋喃(200mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-40℃后,添加先前制备的格氏试剂,边升温至0℃边进行搅拌,3小时后确认到原料的消失。
向体系中加入水,进行氯仿提取,在进行了使用氯仿的柱精制之后,进行干燥,由此得到了含有化合物39的混合油。
实施例70
(化合物40的合成)
使用四口烧瓶,添加含有实施例69中合成的化合物39的所有混合油、甲苯(100mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,添加对甲苯磺酸一水合物(500mg)之后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后确认到原料的消失。向体系中加入水,使用乙酸乙酯进行提取。在进行使用了己烷的柱精制之后,进行干燥,由此得到了15.6g的化合物40。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.80~0.88(m,24H),0.97~1.62(m,34H),1.87(q,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)
实施例71
(化合物41的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物40(7.995g、13.00mmol)、四氢呋喃(160mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-30℃后,添加N-溴琥珀酰亚胺(1.85g,10.4mmol),在-10℃搅拌2小时,由此90%的原料消失,所以停止反应。向体系中加入水,进行二乙基醚提取,进行使用了己烷的柱精制。通过干燥得到了7.47g的化合物41。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82~0.88(m,24H),0.95~1.60(m,34H),1.82(q,4H),6.64(s,1H),6.65(s,1H),6.98(d,1H)
实施例72
(化合物42的合成)
使用四口烧瓶中,添加化合物41(1.729g、2.491mmol)、以及二氯甲烷(25mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(21.6mg、0.024mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(27.4mg、0.094mmol)、以及磷酸钾水溶液(2mol/L、5.90g、11.79mmol)。边在45℃搅拌,边用20分钟滴加将化合物36(0.500g、1.179mmol)溶于二氯甲烷(20mL)得到的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进行己烷提取,进行展开溶剂使用了己烷的柱精制之后,通过干燥得到了1.21g的化合物42。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.70-0.95(m,48H),0.96-1.60(m,68H),1.97(m,8H),6.72(d,2H),7.08(d,2H),7.93(d,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-125(s,2F)
实施例73
(化合物43的合成)
[化132]
使用四口烧瓶,添加化合物42(1.214g、0.868mmol)、四氢呋喃(THF)(40mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到0℃后,添加NBS(340mg、1.91mmol),升温至40℃。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,得到了1.23g的化合物43。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.65-0.96(m,48H),0.98-1.62(m,68H),1.95(m,8H),6.73(s,2H),7.90(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-129(s,2F)
实施例74
(化合物44的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物11d(3.388g、5.556mmol)、以及二氯甲烷(50mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(86.4mg、0.094mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(109.5mg、0.377mmol)、以及磷酸钾水溶液(2mol/L、11.79g、23.58mmol)。边在45℃搅拌,边用20分钟滴加将化合物36(1.000g、2.358mmol)溶于二氯甲烷(50mL)得到的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进行己烷提取,进行展开溶剂使用了己烷的柱精制之后,通过干燥得到了1.88g的化合物44。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.86(t,12H),0.95-1.50(m,80H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.92(d,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-125(s,2F)
实施例75
(化合物45的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物44(1.884g、1.532mmol)、四氢呋喃(THF)(60mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到0℃后,添加NBS(600mg、3.37mmol),升温至40℃。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,得到了1.88g的化合物45。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.86(t,12H),1.18-1.50(m,80H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-129(s,2F)
实施例76
(化合物46的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物4(6.00g、28.81mmol)、四氢呋喃(240mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-40℃后,添加正十五烷基溴化镁(0.5mol/L四氢呋喃溶液、173mL),边升温至0℃边进行搅拌,3小时后确认到原料的消失。
向体系中加入水,进行氯仿提取,在进行使用了氯仿的柱精制之后,进行干燥,由此得到了含有化合物46的混合油。
实施例77
(化合物47的合成)
使用四口烧瓶,添加含有实施例76中合成的化合物46的全部混合油、甲苯(120mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,添加对甲苯磺酸一水合物(600mg)之后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后确认到原料的消失。向体系中加入水,使用乙酸乙酯进行提取。在进行使用了己烷的柱精制之后,进行干燥,由此得到了18.4g的化合物47。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(t,6H),1.21(m,48H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)
实施例78
(化合物48的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物47(23.2g,37.8mmol)、四氢呋喃(340mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-30℃后,添加N-溴琥珀酰亚胺(6.05g,34.0mmol),在-10℃搅拌2小时,由此90%的原料消失,所以停止反应。向体系中加入水,进行二乙基醚提取,进行使用了己烷的柱精制。通过干燥得到了23.3g的化合物48。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.23(m,48H),1.44(m,4H),1.98(t,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)
实施例79
(化合物49的合成)
[化138]
使用四口烧瓶,添加化合物48(1.695g、2.442mmol)、以及二氯甲烷(50mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(21.6mg、0.024mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(27.4mg、0.094mmol)、以及磷酸钾水溶液(2mol/L、5.90g、11.79mmol)。边在45℃搅拌,边用20分钟滴加将化合物36(0.500g、1.179mmol)溶于二氯甲烷(10mL)得到的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进行己烷提取,进行展开溶剂使用了己烷的柱精制之后,通过干燥得到了1.00g的49。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.90-1.46(m,104H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.93(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-125(s,2F)
实施例80
(化合物50的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物49(1.001g、0.716mmol)、四氢呋喃(THF)(30mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到0℃后,添加NBS(280mg、1.573mmol),升温至40℃。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,得到了1.04g的化合物50。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.95-1.50(m,104H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-129(s,2F)
实施例81
(化合物51的合成)
使用四口烧瓶,添加镁(3.50g、144.1mmol)、四氢呋喃(72mL)、正十八烷基溴化物(24.01g、72.03mmol),制备格氏试剂(1mol/L)。使用另外的四口烧瓶,添加化合物4(5.00g、24.01mmol)、四氢呋喃(200mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-40℃后,添加先前制备的格氏试剂,边升温至0℃边进行搅拌,3小时后确认到原料的消失。
向体系中加入水,进行氯仿提取,在进行使用了氯仿的柱精制之后,进行干燥,由此得到了含有化合物51的混合油。
实施例82
(化合物52的合成)
[化141]
使用四口烧瓶,添加含有实施例81中合成的化合物51的全部混合油、甲苯(200mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,添加对甲苯磺酸一水合物(1000mg)之后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后确认到原料的消失。向体系中加入水,使用乙酸乙酯进行提取。在进行使用了己烷的柱精制之后,进行干燥,由此得到了23.1g的化合物52。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.81(t,6H),1.21(m,60H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)
实施例83
(化合物53的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物52(1.500g、2.145mmol)、四氢呋喃(150mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到-30℃后,添加N-溴琥珀酰亚胺(343.3mg、1.931mmol),在-10℃搅拌2小时,由此90%的原料消失,所以停止反应。向体系中加入水,进行二乙基醚提取,进行使用了己烷的柱精制。通过干燥得到了1.657g的化合物53。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.21(m,60H),1.43(m,4H),1.97(t,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.97(s,1H)
实施例84
(化合物54的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物53(1.657g、2.129mmol)、以及二氯甲烷(22mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(38.8mg、0.042mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(49.2mg、0.170mmol)、以及磷酸钾水溶液(2mol/L、5.30g、10.60mmol)。边在45℃搅拌,边用20分钟滴加将化合物36(0.450g、1.061mmol)溶于二氯甲烷(20mL)得到的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进行己烷提取,进行展开溶剂使用了己烷的柱精制之后,通过干燥得到了1.657g的化合物54。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.88(t,12H),0.95-1.53(m,128H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.08(d,2H),7.93(d,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-125(s,2F)
实施例85
(化合物55的合成)
[化144]
使用四口烧瓶,添加化合物54(1.166g、0.744mmol)、四氢呋喃(THF)(120mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。冷却到0℃后,添加NBS(291mg、1.64mmol),升温至40℃。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,得到了1.18g的化合物55。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.95-1.50(m,128H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F-NMR(CDCl3,δ(ppm)):-129(s,2F)
实施例85
(化合物56的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物8(1.501g、3.868mmol)、化合物41(6.045g、8.710mmol)、以及四氢呋喃(150mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。随后向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(70.8mg、0.0773mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(89.7mg、0.309mmol)。边在45℃搅拌反应液,边用10分钟滴加磷酸钾水溶液(2mol/L、19.36g、38.65mmol)。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进而添加己烷进行有机层的提取,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的精制之后,通过干燥有机层而得到了5.432g的化合物56。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.70-0.86(m,48H),0.90-1.60(m,68H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.04(d,2H),7.77(d,2H),7.80(d,2H)
实施例87
(化合物57的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物56(5.265g、3.865mmol)、四氢呋喃(THF)(100mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应液冷却到-30℃后,添加NBS(1.513g、8.501mmol),用30分钟升温至-10℃,1小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,由此得到了4.24g的化合物57。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.77-0.91(m,48H),0.95-1.60(m,68H),1.96(m,8H),6.72(s,2H),7.75(s,2H),7.77(s,2H)
实施例88
(化合物58的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物8(6.36g、16.39mmol)、化合物48(23.32g、33.60mmol)、以及四氢呋喃(600mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(300.2mg、0.328mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(380.5mg、1.311mmol)。边在45℃搅拌反应液,边用10分钟滴加磷酸钾水溶液(2mol/L、81.97g、163.94mmol)。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进而添加己烷进行有机层的提取,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的精制之后,通过干燥有机层而得到了15.02g的化合物58。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.90-1.46(m,104H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.04(d,2H),7.77(d,2H),7.80(d,2H)
实施例89
(化合物59的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物58(15.89g、11.66mmol)、四氢呋喃(THF)(320mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应温度冷却到-30℃后,添加NBS(4.57g、25.68mmol),用30分钟升温至-10℃,利用液相色谱法1小时后确认到原料的消失。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,由此得到了15.24g的化合物59。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.88(t,12H),0.93-1.52(m,104H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.75(s,2H),7.77(s,2H)
实施例90
(化合物60的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物8(1.164g、3.000mmol)、化合物53(4.669g、6.000mmol)、以及四氢呋喃(100mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(27.47mg、0.030mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(34.82mg、0.120mmol)。边在45℃搅拌反应液,边用10分钟滴加磷酸钾水溶液(2mol/L、15.00g、30.00mmol)。2小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。向体系中加入水,进而添加己烷进行有机层的提取,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的精制之后,通过干燥有机层而得到了2.985g的化合物60。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.88(t,12H),0.95-1.53(m,128H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.04(d,2H),7.76(d,2H),7.80(d,2H)
实施例91
(化合物61的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物60(2.985g、1.950mmol)、四氢呋喃(THF)(60mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应液冷却到-30℃后,添加NBS(970mg、4.875mmol),用30分钟升温至-10℃,1小时后,利用液相色谱法确认到原料的消失。1小时后确认到原料的消失。然后,向反应液中添加硫代硫酸钠水溶液,使用己烷进行有机层的提取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱进行有机层的分离,对分离得到的成分进行干燥,由此得到了2.72g的化合物61。
1H-NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.95-1.50(m,128H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.75(s,2H),7.78(s,2H)
实施例92
(聚合物V的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物38(191.3mg、0.150mmol)、以及二氯甲烷(24mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(2.75mg、0.003mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(3.48mg、0.012mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、0.8g、1.6mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物36(63.6mg、0.150mmol)溶于二氯甲烷(6mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(15.0mg、0.123mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1g)以及纯水(10mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水50ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)50mL清洗2次,进而用水50mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了50mg的聚合物V。
关于用GPC测定得到的聚合物V的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为25000,数均分子量(Mn)为10000。聚合物V的吸收端波长为940nm。
实施例93
(聚合物W的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物43(440.0mg、0.280mmol)、以及二氯甲烷(50mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)、磷钾水溶液(2mol/L、1.5g、3.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物36(120.0mg、0.280mmol)溶于二氯甲烷(12mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(150mg、1.23mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(10g)以及纯水(100mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水500ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)200mL清洗2次,进而用水200mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了150mg的聚合物W。
关于用GPC测定得到的聚合物W的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为8500,数均分子量(Mn)为4000。聚合物W的吸收端波长为940nm。
实施例94
(聚合物X的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物43(50.5mg、0.032mmol)、以及四氢呋喃(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.5g、3.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加溶于四氢呋喃(5mL)中得到的化合物8(12.4mg、0.032mmol)的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(30.0mg、0.246mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1.5g)以及纯水(13.5mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水15ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)15mL清洗2次,进而用水15mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了24mg的聚合物X。
关于用GPC测定得到的聚合物X的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为25000,数均分子量(Mn)为10000。聚合物X的吸收端波长为940nm。
实施例95
(聚合物Y的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物45(416.3mg、0.300mmol)、以及二氯甲烷(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(10.99mg、0.012mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(13.93mg、0.048mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.5g、3.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物36(127.2mg、0.300mmol)溶于二氯甲烷(10mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(30.0mg、0.246mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(2.5g)以及纯水(22.5mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水30ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)30mL清洗2次,进而用水30mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了156mg的聚合物Y。
关于用GPC测定得到的聚合物Y的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为76000,数均分子量(Mn)为31000。聚合物Y的吸收端波长为940nm。
实施例96
(聚合物Z的合成)
[化155]
使用四口烧瓶,添加化合物45(277.5mg、0.200mmol)、以及四氢呋喃(40mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(3.66mg、0.004mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(4.64mg、0.016mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.0g、2.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物8(77.6mg、0.200mmol)溶于四氢呋喃(10mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(20.0mg、0.164mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1.0g)以及纯水(9.0mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了44mg的聚合物Z。
关于用GPC测定得到的聚合物Z的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为35000,数均分子量(Mn)为15000。聚合物Z的吸收端波长为950nm。
实施例97
(聚合物Z2的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物50(311.2mg、0.200mmol)、以及二氯甲烷(10mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(7.32mg、0.008mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(9.28mg、0.032mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.0g、2.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加溶于二氯甲烷(10mL)中得到的化合物36(84.8mg、0.200mmol)的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(20.0mg、0.164mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1.7g)以及纯水(15.0mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水20ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)20mL清洗2次,进而用水20mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了197mg的聚合物Z2。
关于用GPC测定得到的聚合物Z2的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为240000,数均分子量(Mn)为90000。聚合物Z2的吸收端波长为950nm。
实施例98
(聚合物Z3的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物50(252.2mg、0.162mmol)、以及四氢呋喃(20mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(3.66mg、0.004mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(4.64mg、0.016mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.0g、2.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加溶于四氢呋喃(10mL)中得到的化合物8(62.9mg、0.162mmol)的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(20.0mg、0.164mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1.0g)以及纯水(9.0mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了165mg的聚合物Z3。
关于用GPC测定得到的聚合物Z3的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为300000,数均分子量(Mn)为100000。聚合物Z3的吸收端波长为950nm。
实施例99
(聚合物Z4的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物55(344.9mg、0.200mmol)、以及四氢呋喃(12mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(3.66mg、0.004mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(4.64mg、0.016mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.0g、2.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物8(77.6mg、0.200mmol)溶于四氢呋喃(10mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(20.0mg、0.164mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(1.0g)以及纯水(9.0mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水10ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)10mL清洗2次,进而用水10mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了236mg的聚合物Z4。
关于用GPC测定得到的聚合物Z4的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为101000,数均分子量(Mn)为32000。聚合物Z4的吸收端波长为940nm。
实施例100
(聚合物Z5的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物57(455.3mg、0.300mmol)、以及四氢呋喃(30mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.50mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(7.0mg、0.024mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.5g、3.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加溶于四氢呋喃(10mL)中得到的化合物8(122.3mg、0.315mmol)的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(30.0mg、0.246mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(2.5g)以及纯水(22.5mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水30ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)30mL清洗2次,进而用水30mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了343.9mg的聚合物Z5。
关于用GPC测定得到的聚合物Z5的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为70000,数均分子量(Mn)为27000。聚合物Z5的吸收端波长为940nm。
实施例101
(聚合物Z6的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物59(912.0mg、0.600mmol)、以及四氢呋喃(42mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(5.49mg、0.006mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(6.96mg、0.024mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、3.0g、6.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物8(232.9mg、0.600mmol)溶于四氢呋喃(18mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(60.0mg、0.492mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(5.0g)以及纯水(45.0mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水60ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)60mL清洗2次,进而用水60mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了779.0mg的聚合物Z6。
关于用GPC测定得到的聚合物Z6的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为116000,数均分子量(Mn)为40000。聚合物Z6的吸收端波长为950nm。
实施例102
(聚合物Z7的合成)
使用四口烧瓶,添加化合物61(506.5mg、0.300mmol)、以及四氢呋喃(21mL),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,向反应液中添加三(二亚苄基丙酮)钯(2.75mg、0.003mmol)、[三(叔丁基)鏻]四氟硼酸盐(3.48mg、0.012mmol)、磷酸钾水溶液(2mol/L、1.5g、3.0mmol)。边在油浴温度40℃下搅拌反应液,边用10分钟滴加化合物8(116.4mg、0.300mmol)溶于四氢呋喃(9mL)中得到的溶液,搅拌30分钟。然后,向反应液中添加苯硼酸(30.0mg、0.246mmol),进而搅拌1小时之后,停止反应。需要说明的是,反应是在氩气氛下进行的。
然后,向反应液中添加二乙基二硫代氨基甲酸钠(2.5g)以及纯水(22.5mL),边回流3小时边进行搅拌。将反应液中的水层除去后,将有机层用水30ml清洗2次,用醋酸水溶液(3重量(wt)%)30mL清洗2次,进而用水30mL清洗2次,注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,将得到的聚合物溶于甲苯,使其通过氧化铝/硅胶柱,将得到的溶液注入到甲醇中而使聚合物析出。过滤聚合物后,进行干燥,得到了440.5mg的聚合物Z7。
关于用GPC测定得到的聚合物Z7的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为55000,数均分子量(Mn)为20000。聚合物Z7的吸收端波长为940nm。
实施例103
(有机晶体管的制作)
将具有厚度300nm的热氧化膜的高浓度掺杂的n-型硅基板,在丙酮中进行10分钟超声波清洗之后,照射20分钟臭氧UV。然后,旋涂在甲苯10ml中以5滴(用微量注射器采取并滴加)的比例而稀释的β-苯乙基三氯硅烷,由此对热氧化膜表面实施了硅烷处理。
接着,将聚合物X溶于邻二氯苯,制备聚合物X的浓度为0.5重量%的溶液,用薄膜滤器对该溶液进行过滤,制作了涂布液。利用旋涂法将该涂布液涂布到上述经表面处理的基板上,形成了聚合物X的涂布膜(厚度:约30nm)。进而将该涂布膜在氮气氛中以170℃热处理30分钟,由此形成了聚合物X的有机半导体薄膜。
进而,利用使用了金属掩模的真空蒸镀法,在有机半导体薄膜上,制作从有机半导体薄膜侧起具有三氧化钼以及金的层叠结构的源电极以及漏电极,由此制造了有机晶体管。
实施例104
(有机晶体管的评价)
使用有机晶体管的电特性、半导体参数分析仪4200(KEITHLEY公司制)进行了测定。其结果,发现使用了聚合物X的有机晶体管的漏电流(Id)相对于漏电压(Vd)的变化曲线良好,在使施加给栅电极的负的栅电压增加时,负的漏电流也增加,所以可以确认有机晶体管是p型有机晶体管。有机晶体管中的载流子的场效应迁移率μ,使用表示有机晶体管的电特性的饱和区域中的漏电流Id的下述式(a)算出。
Id=(W/2L)μCi(Vg-Vt)2 …(a)
(式中,L表示有机晶体管的沟道长,W表示有机晶体管的沟道宽度,Ci表示栅极绝缘膜的每单位面积的容量,Vg表示栅电压,Vt表示栅电压的阈值电压。)
其结果,发现载流子的场效应迁移率(载流子迁移率)为0.03cm2/Vs,接通/断开电流比为105。结果示于表5。
实施例105
除了使用聚合物Y代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.07cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例106
除了使用聚合物Z代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.06cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例107
除了使用聚合物Z2代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.13cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例108
除了使用聚合物Z3代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.25cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例109
除了使用聚合物Z4代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.12cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例110
除了使用聚合物Z5代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.04cm2/Vs,接通/断开电流比为105。结果示于表5。
实施例111
除了使用聚合物Z6代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.32cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
实施例112
除了使用聚合物K代替聚合物X之外,以与实施例103相同的方法制作有机晶体管元件,以与实施例104相同的方法对晶体管特性进行了评价。载流子迁移率为0.30cm2/Vs,接通/断开电流比为106。结果示于表5。
[表5]
表5.有机晶体管元件的评价结果
实施例113
(墨液以及有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
对带有利用溅射法形成的150nm的厚度ITO膜的玻璃基板实施臭氧UV处理,进行了表面处理。接着,将聚合物X以及富勒烯C60PCBM(苯基C61-丁酸甲酯)(phenyl C61-butyric acid methyl ester、FrontierCarbon公司制)按照C60PCBM的重量相对于聚合物X的重量的比为3的方式溶于邻二氯苯,制造了墨液。相对于墨液的重量,聚合物X和C60PCBM的总重量为2.0重量%。利用旋涂将该墨液涂布到玻璃基板上,制作了含有聚合物X的有机膜。膜厚为约100nm。如此制作的有机膜的光吸收端波长为940nm。然后,利用真空蒸镀机在有机膜上以2nm的膜厚蒸镀氟化锂,接着以100nm的膜厚蒸镀Al,制造了有机薄膜太阳能电池制造。得到的有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。使用太阳光模拟器(分光计器制、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5G滤器、放射照度100mW/cm2),向得到的有机薄膜太阳能电池照射一定的光,对发生的电流和电压进行测定,求出光电转换效率、短路电流密度、开放电压、填充因子。Jsc(短路电流密度)为11.20mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.62V,ff(填充因子(曲线因子))为0.67,光电转换效率(η)为4.63%。结果示于表6。
实施例114
除了使用聚合物Y代替聚合物W之外,以与实施例113相同的方法制作墨液以及有机薄膜太阳能电池,并进行评价。Jsc(短路电流密度)为5.00mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.69V,ff(填充因子(曲线因子))为0.56,光电转换效率(η)为1.96%。结果示于表6。
实施例115
除了使用聚合物Z2代替聚合物W之外,以与实施例113相同的方法制作墨液以及有机薄膜太阳能电池,并进行评价。Jsc(短路电流密度)为6.67mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.71V,ff(填充因子(曲线因子))为0.66,光电转换效率(η)为3.11%。结果示于表6。
实施例116
除了使用聚合物Z3代替聚合物W之外,以与实施例113相同的方法制作墨液以及有机薄膜太阳能电池,并进行评价。Jsc(短路电流密度)为10.73mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.58V,ff(填充因子(曲线因子))为0.65,光电转换效率(η)为4.02%。结果示于表6。
[表6]
表6光电转换元件评价结果
Claims (19)
1.一种具有式(1)所表示的结构单元的高分子化合物,
式中,Ar1和Ar2相同或不同,表示3价的杂环基,X1表示-O-、-S-、-C(=O)-、-S(=O)-、-SO2-、-Si(R3)(R4)-、-N(R5)-、-B(R6)-、-P(R7)-或-P(=O)(R8)-,R3、R4、R5、R6、R7和R8相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,R50表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,R51表示碳数6以上的烷基、碳数6以上的烷基氧基、碳数6以上的烷基硫基、碳数6以上的芳基、碳数6以上的芳基氧基、碳数6以上的芳基硫基、碳数7以上的芳基烷基、碳数7以上的芳基烷基氧基、碳数7以上的芳基烷基硫基、碳数6以上的酰基或碳数6以上的酰氧基,另外,关于X1和Ar2,与构成Ar1的环中相邻的原子键合,关于C(R50)(R51)和Ar1,与构成Ar2的环中相邻的原子键合。
3.如权利要求2所述的高分子化合物,
式(A-1)、式(B-1)、式(C-1)、式(D-1)或式(E-1)所表示的结构单元为式(A-2)、式(B-2)、式(C-2)、式(D-2)或式(E-2)所表示的结构单元,
式(A-2)~式(E-2)中,Q2~Q9相同或不同,表示硫原子、氧原子、硒原子、-N(R30)-或-CR31=CR32-,R30、R31和R32表示与前述相同的意思,R40~R49相同或不同,表示氢原子或取代基,R40与R41可以连接形成环状结构,R42与R43可以连接形成环状结构,Y1~Y4相同或不同,表示氮原子或=CH-。
4.如权利要求1所述的高分子化合物,
Ar1和Ar2中的至少一个为从噻吩环去除3个氢原子而残余的基团。
5.如权利要求1所述的高分子化合物,其中,
X1为-O-。
7.如权利要求1所述的高分子化合物,
聚苯乙烯换算的重均分子量为3000以上。
8.一种薄膜,其含有权利要求1所述的高分子化合物。
9.一种组合物,其含有权利要求1所述的高分子化合物和电子接受性化合物。
10.如权利要求9所述的组合物,其中,
电子接受性化合物为富勒烯衍生物。
11.一种薄膜,含有权利要求9所述的组合物。
12.一种墨液,含有权利要求9所述的组合物和溶剂。
14.一种式(4)所表示的化合物,
式中,R60、R61、R52和R53相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,W1和W2相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基,V1和V2相同或不同,表示氢原子、碱金属、烷基、芳基或芳基烷基。
16.一种式(8)所表示的化合物,
式中,R62~R65相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,Ar3~Ar6相同或不同,表示3价的杂环基,W3和W4相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基,Z表示亚芳基或2价的杂环基。
18.一种式(8-2)所表示的化合物,
式中,R62~R65相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,Ar3~Ar6相同或不同,表示3价的杂环基,W3和W4相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基磺酸酯基、芳基磺酸酯基、芳基烷基磺酸酯基、硼酸酯残基、锍甲基、鏻甲基、膦酸酯甲基、单卤代甲基、硼酸残基、甲酰基、乙烯基或有机锡残基,Z表示亚芳基或2价的杂环基。
19.如权利要求18所述的化合物,其为式(9-2)所表示的化合物,
式中,R54~R59相同或不同,表示氢原子、卤原子、烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、1价的杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基,R62~R65、W3和W4表示与前述相同的意思。
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