JP2004277736A - Conductive polymer, its producing method and organic solar cell using it - Google Patents

Conductive polymer, its producing method and organic solar cell using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive resin with enhanced conductivity and charge separation ability and good mechanical properties and light resistance, and to provide an organic solar cell superior in electronic properties by using the conductive resin with such excellent properties. <P>SOLUTION: This conductive polymer is a polymer with a sequence of thiophene rings, the side chain of which is coupled with a cyano-fullerene group or a methylated fullerene group in which a cyano group or a methyl group is coupled to a fullerene skeleton. The thiophene rings may be an oligomer of a 2-5 polymerization degree. An additive of one thiophene ring oligomer may be used. A hetero-junctional material composed of the conductive polymer and an electron donor layer is held between a transparent electrode and a counter electrode to provide the organic solar cell. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、導電性重合体材料及びその製造方法、並びにそれを用いた有機太陽電池に関するものである。   The present invention relates to a conductive polymer material, a method for producing the same, and an organic solar cell using the same.

近年、地球温暖化が懸念されるようになり、従来の化石燃料によるエネルギーに代わって自然エネルギーの重要性が認識されるようになってきた。有力な自然エネルギーの一つとして太陽光発電の研究が盛んに行われている。
従来より、太陽光発電装置として光変換素子を使用した太陽電池が知られている。現在実用化されている太陽電池の例では、シリコンの単結晶体、多結晶体、アモルファス状物質を用いた光電変換素子が用いられている。
しかし、これら従来の光電変換素子においては高純度シリコンを原料としており、その製造工程が複雑でコストが非常に高くなり、また素子の大面積化はその製造法から困難である等の難点が存在する。
In recent years, global warming has become a concern, and the importance of renewable energy has been recognized in place of conventional fossil fuel-based energy. Research on photovoltaic power generation is being actively conducted as one of the leading natural energies.
BACKGROUND ART Conventionally, a solar cell using a light conversion element has been known as a solar power generation device. In an example of a solar cell currently in practical use, a photoelectric conversion element using a single crystal, polycrystal, or amorphous substance of silicon is used.
However, in these conventional photoelectric conversion elements, high-purity silicon is used as a raw material, the manufacturing process is complicated, the cost is extremely high, and there is a problem that it is difficult to increase the area of the element due to its manufacturing method. I do.

一方、有機系物質を用いた光電変換素子も提案されているが、有機系物質を用いた光電変換素子は製造が容易で経済性にも優れている反面、シリコン等の無機系物質と異なり、光誘起により生成する電子−正孔対の解離確率は低く、キャリア数が低い。また、電気伝導性が低いためにキャリアを効率的に取り出すことが困難である等の難点を持っている。 有機系物質として導電性ポリマーを用いた従来の光電変換素子においては、アクセプターとしてヨウ素(I)をチオフェン環ポリマーに分散させる等の手法を用いているが、ヨウ素を均一に分散させねばならず、ヨウ素は昇華性があるため、均一に分散させることが困難である。また、ヨウ素に濃度むらなどが生じると導電性が不安定となる等の欠点があった。また、導電性ポリマーとした後でもヨウ素の昇華性のために導電性が変化するという欠点もあった。   On the other hand, a photoelectric conversion element using an organic substance has also been proposed, but a photoelectric conversion element using an organic substance is easy to manufacture and excellent in economical efficiency, but unlike inorganic substances such as silicon, The probability of dissociation of electron-hole pairs generated by light induction is low, and the number of carriers is low. In addition, it has a drawback that it is difficult to efficiently extract carriers due to low electric conductivity. In a conventional photoelectric conversion element using a conductive polymer as an organic substance, a method of dispersing iodine (I) in a thiophene ring polymer is used as an acceptor, but iodine must be uniformly dispersed. Since iodine has sublimability, it is difficult to uniformly disperse it. In addition, there is a drawback that when iodine has uneven concentration, the conductivity becomes unstable. In addition, there is a disadvantage that even after the conductive polymer is formed, the conductivity changes due to the sublimability of iodine.

ところで、最近グラファイトのアーク放電やカーボンブラックの高周波プラズマ処理等によって閉殻構造を持った炭素クラスター(C60、C70、C84)等のフラーレン類が生成され、これらの特異な構造に由来する物性が明かにされつつある。光変換素子の素材としても、シリコン以外にこれら炭素化合物の一つであるフラーレンが注目されるようになってきた。 By the way, fullerenes such as carbon clusters (C 60 , C 70 , C 84 ) having a closed shell structure are recently generated by the arc discharge of graphite, the high-frequency plasma treatment of carbon black, and the like, and the physical properties derived from these unique structures Is being revealed. As a material for the light conversion element, fullerene, which is one of these carbon compounds, in addition to silicon, has been attracting attention.

フラーレンはダイヤモンドや黒鉛と同様に炭素原子のみからなる一連の炭素化合物のことである。フラーレンは、60個以上の偶数個の炭素原子が球状に結合して分子集合体を構成した球状炭素Cn(n=60、70、76、78、80、82・・・など)である。中でも特に代表的なものは、炭素数が60のC60と70のC70である。このうちC60フラーレンは正二十面体の頂点を全て切り落として正五角形を出した切頭二十面体と呼ばれる多面体構造を有し、その60個の頂点が全て炭素原子で占められた言わばサッカーボール型の分子構造を有する。それに対して、C70はラグビーボール型の分子構造を有する。 Fullerene is a series of carbon compounds consisting of only carbon atoms, like diamond and graphite. Fullerene is spherical carbon Cn (n = 60, 70, 76, 78, 80, 82, etc.) in which an even number of 60 or more carbon atoms are bonded spherically to form a molecular assembly. Among others typical is a C 70 to C 60 and 70 of the carbon atoms 60. Among C 60 fullerene has a polyhedral structure called truncated icosahedron that issued the pentagon cut off all the vertices of the regular icosahedron, as it were footballs its 60 vertices were all occupied by carbon atoms It has a molecular structure of the type. In contrast, C 70 has a rugby ball type molecular structure.

60の結晶はC60分子が面心立方構造に配置され、バンドギャップが約1.6eVであって半導体とみなせる。純粋な状態では約1014Ω/cmの電気抵抗を有する。そして、500℃で約1mmTorrの蒸気圧があり、昇華によって薄膜を蒸着することができる。C60に限らずフラーレン分子は真空又は減圧下において容易に気化できることから、蒸着膜を形成し易い素材であると言える。 Crystals C 60 is C 60 molecules are arranged in a face-centered cubic structure, regarded as the semiconductor bandgap be about 1.6 eV. In a pure state, it has an electrical resistance of about 10 14 Ω / cm. At 500 ° C., there is a vapor pressure of about 1 mmTorr, and a thin film can be deposited by sublimation. The fullerene molecules not limited to C 60 said because it can easily vaporize in a vacuum or under reduced pressure, to be easily material to form a deposited film.

しかしながら、最も量産性に富むC60やC70等のフラーレン分子は双極子モーメントがゼロであることから、それから得られる蒸着膜は分子間にファン・デル・ワールス力しか働かず、強度的に脆弱である。そのため、この蒸着膜を空気中にさらすとフラーレン分子間の隙間に酸素や水分子等が拡散進入し易く、その結果構造的に劣化するだけでなくその電子物性に悪影響を及ぼすことがある。このようなフラーレン蒸着薄膜の脆弱さは、フラーレンを薄膜電子デバイスの製作に適用するときにデバイスの安定性の面で問題となる。さらにフラーレン分子間へ拡散進入した酸素分子により常磁性中心が発現するので、その薄膜特性の安定性の面からも問題があった。 However, most fullerene molecules C 60 or C 70 or the like rich in mass production since a dipole moment is zero, the deposition film obtained therefrom does not work only van der Waals forces between the molecules, the intensity fragile It is. Therefore, when this deposited film is exposed to the air, oxygen and water molecules and the like easily diffuse into gaps between the fullerene molecules, and as a result, not only structural deterioration but also adversely affect the electronic properties thereof. Such fragility of the fullerene-deposited thin film becomes a problem in terms of device stability when fullerene is applied to manufacture of a thin-film electronic device. In addition, since a paramagnetic center is developed by oxygen molecules diffused between the fullerene molecules, there is a problem in terms of stability of thin film characteristics.

このような問題点を克服するため、近年フラーレン分子同士を重合させる、いわゆるフラーレン重合体膜の製造方法が提唱されている。その代表例として光誘起によるフラーレン重合体の製膜方法を挙げることができる。この方法はあらかじめ製膜したフラーレン蒸着膜に対し、蒸着後に光照射を行うものであるが、重合時に生じる体積収縮のため膜の表面に無数のヒビがはいり易く、強度の面で問題がある。しかもこの方法では面積の広い均一な薄膜を成膜することは極めて困難である。その外にも、フラーレン分子に圧力や熱を加えるか、あるいはフラーレン分子同士を衝突させることによってフラーレン重合体膜を製膜できることが知られているが、これらの方法では製膜はできても薄膜を得ることは困難である。   In order to overcome such problems, in recent years, a method for producing a so-called fullerene polymer film in which fullerene molecules are polymerized has been proposed. A typical example thereof is a method for forming a fullerene polymer film by light induction. In this method, a fullerene vapor-deposited film formed in advance is irradiated with light after vapor deposition. However, due to volume shrinkage generated during polymerization, countless cracks are easily formed on the surface of the film, and there is a problem in strength. Moreover, it is extremely difficult to form a uniform thin film having a large area by this method. It is also known that fullerene polymer films can be formed by applying pressure or heat to the fullerene molecules or by colliding the fullerene molecules with each other. It is difficult to get.

これら従来法に代わるフラーレン重合法として注目されるのが、プラズマ重合法やマイクロ波重合法である。このような方法で得られるフラーレン重合体の膜は、フラーレン分子が電子励起状態を経て重合してできた薄膜であり、フラーレン蒸着薄膜に比較して強度が格段に増加し、緻密にしてかつ柔軟性に富む。そして真空中でも大気中でもその電子物性がほとんど変化しないことから、その緻密な薄膜構造が酸素分子等による膜内部への拡散進入を効果的に抑制しているのだと考えられる。事実、このような方法で薄膜を構成するフラーレンの多量体が生成されることは、レーザアブレーション法による飛行時間型質量分析によって知ることができる。   Attention has been paid to plasma polymerization and microwave polymerization as fullerene polymerization alternatives to these conventional methods. The fullerene polymer film obtained by such a method is a thin film formed by polymerization of fullerene molecules through an electronically excited state, and has a remarkably increased strength as compared with a fullerene vapor-deposited thin film, and is dense and flexible. Rich in nature. Since the electronic properties hardly change even in vacuum or air, it is considered that the dense thin film structure effectively suppresses the diffusion of oxygen molecules into the inside of the film. In fact, generation of multimers of fullerenes constituting a thin film by such a method can be known by time-of-flight mass spectrometry by a laser ablation method.

一方、フラーレンの特異な構造に起因する物性も明らかにされつつあり、その物性の一つとして導電性重合体とC60フラーレンの混合物に対し光を照射すると光照射下で導電性重合体からC60へ電子移動が起こることが見い出された。
例えば、MEH−PPV( ポリ[2−メトキシ、5−( 2’−エチル−ヘキシロキシ)−パラ−フェニレンビニレン] )や、ポリ(3−オクチルチオフェン)とC60の質量比1:1混合物に対する光誘起ESR測定の結果、g値がほぼ2と2よりも小さい2本のESRシグナルが観測されている。g値が2以下のシグナルはC60一価アニオンのシグナルであることが確認されており、このことから光照射下で導電性重合体からC60への電子移動が起きていることが示唆されている(例えば、非特許文献1参照。)。
Meanwhile, the physical properties due to the unique structure of the fullerene is also being revealed, a conductive polymer when irradiated with light to conductive polymer and C 60 mixture of fullerenes as one of its properties under light irradiation C It has been found that electron transfer to 60 occurs.
For example, MEH-PPV (poly [2-methoxy, 5- (2'-ethyl - hexyloxy) - p - phenylene vinylene]) and the weight ratio of poly (3-octyl thiophene) and C 60 1: light on 1 mixture As a result of the induced ESR measurement, two ESR signals having g values of approximately 2 and smaller than 2 are observed. g value is the 2 following signals are is confirmed that the signal of C 60 monovalent anions, that are occurring electron transfer to C 60 of a conductive polymer under illumination from this it is suggested (For example, see Non-Patent Document 1).

このC60が持つ物性の応用として、光電変換素子の研究が行われている。例えば、ITO膜電極上にMEH−PPVをスピンコート法により厚さ100nmに製膜し、この上に厚さ100nmのC60層を真空蒸着により積層、さらにAuを真空蒸着により積層して光電変換素子を作成している。照射光源としてアルゴンイオンレーザーを用い、波長514.5nm、照射光強度約1mW/cm の光をITO膜電極側から照射し順方向バイアスとしてITO膜電極に正電位、C60層側に負電位を印加することにより短絡電流2.08μA/cm 、開放電圧0.44V、変換効率0.02%が得られている(例えば、非特許文献2参照。)。 As an application of the physical properties which the C 60 has the study of the photoelectric conversion element is performed. For example, the MEH-PPV on the ITO film electrode to form a film to a thickness of 100nm by spin coating, a C 60 layer thick 100nm on the laminate by vacuum evaporation, further photoelectric conversion laminated by vacuum deposition of Au The device is being created. The argon ion laser is used as the irradiation light source, wavelength 514.5 nm, a negative potential with light of the irradiation light intensity of about 1 mW / cm 2 positive potential to the irradiated ITO film electrode as a forward bias of an ITO film electrode side, the C 60-layer side , A short circuit current of 2.08 μA / cm 2 , an open circuit voltage of 0.44 V, and a conversion efficiency of 0.02% are obtained (for example, see Non-Patent Document 2).

これらの知見に基づきヘテロ接合型の有機太陽電池が提案されている。一例を挙げれば、電極補強材である透明導電性基材上に有機電子供与体とフラーレンを含有する層と、n型半導体層が接合されてなるヘテロ接合型太陽電池がある(例えば、特許文献1参照。)。この太陽電池においては、有機電子供与体として例えばポリチオフェンにアルキル基置換を施したポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリパラフェニレンビニレンにアルコキシル基置換を施したポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレンにアルコキシル基置換を施したポリパラチエニレンビニレン誘導体等の、トルエン等の有機溶媒に可溶な物質からなる導電性重合体や、テトラチアフルバレン(TTF)、テトラセレナテトラセン(TST)などの有機π共役分子錯体を形成する低分子量の有機電導体等が挙げられる。これら電子供与体とフラーレンを溶媒中に混合溶解したものをスピンコートした薄膜が使用されている。
また、n型半導体としては、ナトリウム等のドナーをドープしたポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体及びリン等をドープしたシリコン等を挙げることができる。
Based on these findings, heterojunction type organic solar cells have been proposed. As an example, there is a heterojunction solar cell in which a layer containing an organic electron donor and fullerene and an n-type semiconductor layer are joined on a transparent conductive substrate as an electrode reinforcing material (for example, see Patent Document 1). 1). In this solar cell, as an organic electron donor, for example, poly (3-alkylthiophene) obtained by subjecting polythiophene to alkyl group substitution, polyparaphenylene vinylene derivative obtained by subjecting polyparaphenylene vinylene to alkoxyl group substitution, and polythienylene vinylene are used. A conductive polymer made of a substance soluble in an organic solvent such as toluene, such as an alkoxyl-substituted polyparathienylenevinylene derivative, or an organic π such as tetrathiafulvalene (TTF) or tetraselenatetracene (TST). Examples thereof include a low molecular weight organic conductor that forms a conjugated molecular complex. A thin film obtained by spin coating a solution obtained by mixing and dissolving the electron donor and fullerene in a solvent is used.
Examples of the n-type semiconductor include a polythiophene derivative doped with a donor such as sodium, a polyparaphenylene vinylene derivative, and silicon doped with phosphorus or the like.

また、活性層としてMDMO−PPV( ポリ[2−メチル,5-(3,7 ジメチルオクチロキシ)]-パラ−フェニレン ビニレン)とPCBM( [6,6] -フェニルC61ブチル酸メチルエステル)との1:4(重量比)の混合液をスピンコートした膜を使用し、有機電子供与体としてはPEDOT(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン) - ポリ(スチレンスルフォネート) )を使用したヘテロ接合型太陽電池が報告されている(例えば、非特許文献3参照。)。
これらの太陽電池では、いずれも有機電子供与体とフラーレンを溶媒中に混合溶解させたものを、スピンコートした薄膜を使用している。
フラーレンを混合した導電性重合体等の有機電子供与体を電極に用いた場合、電子供与体層で形成されるバンド曲がりによる光誘起電子−ホール対の解離確率の増加に加えて、励起状態でフラーレンに電荷移動が起こることにより更にキャリア消失を抑制する、すなわちキャリア生成が増加するとされている。
L.Smilowitz ら著 「Physical Review B47」,13385 (1993) N.S.Sariciftciら著 「Appl.Phys.Lett.」, Vol.62, No.6, p.585-p.587, 8 Feb.1993 S.E.Shaheenら著 「Appl.Phys.Lett.」, Vol.78, No.6, p.841-p.843, 5 Feb.2001 特開平8−222281号公報 (第5頁、図4)
In addition, as an active layer, MDMO-PPV (poly [2-methyl, 5- (3,7 dimethyloctyloxy)]-para-phenylene vinylene) and PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) were used. A film spin-coated with a 1: 4 (weight ratio) mixture was used, and PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate)) was used as an organic electron donor. A heterojunction solar cell has been reported (for example, see Non-Patent Document 3).
Each of these solar cells uses a thin film obtained by spin-coating a mixture of an organic electron donor and fullerene dissolved in a solvent.
When an organic electron donor such as a conductive polymer mixed with fullerene is used for the electrode, in addition to an increase in the probability of dissociation of a photoinduced electron-hole pair due to band bending formed in the electron donor layer, the It is said that the charge transfer to fullerene further suppresses carrier loss, that is, increases carrier generation.
L. Smilowitz et al., Physical Review B47, 13385 (1993) NSSariciftci et al., Appl.Phys.Lett., Vol.62, No.6, p.585-p.587, 8 Feb.1993 SEShaheen et al., `` Appl.Phys.Lett. '', Vol.78, No.6, p.841-p.843, 5 Feb. 2001 JP-A-8-222281 (page 5, FIG. 4)

しかしながら、従来のフラーレンを混合した導電性重合体では厚さの制御が難しく、素子として利用するのに十分な機械的強度や耐光性が得られず、また、変換効率等の光電変換特性においても充分な性能のものは得られていない。したがって、光変換素子においても実用性に即したものは得られていない。
本発明の目的は、導電性や電荷分離能を向上させ、機械的強度や耐光性に富んだ導電性重合体を得ることを目的とする。また、このように特性の優れた導電性重合体を使用して電子物性に優れた有機太陽電池を得ることを目的とする。
However, in conventional conductive polymers mixed with fullerenes, it is difficult to control the thickness, and it is not possible to obtain sufficient mechanical strength and light resistance for use as an element, and also in terms of photoelectric conversion characteristics such as conversion efficiency. No satisfactory performance has been obtained. Accordingly, no practical light conversion element has been obtained.
An object of the present invention is to improve conductivity and charge separation ability, and to obtain a conductive polymer having excellent mechanical strength and light resistance. Another object of the present invention is to obtain an organic solar cell having excellent electronic properties by using a conductive polymer having such excellent characteristics.

上記の課題を解決するため、本発明の導電性重合体の一つは、チオフェン環が連結してなる高分子重合体であって、シアノ化フラーレン基を側鎖に連結してなる導電性重合体とした。
他の一つは、チオフェン環が連結してなる高分子重合体であって、メチル化フラーレン基を側鎖に連結してなる導電性重合体とした。
本発明の導電性重合体においては、主鎖にはドナー性が高いπ共役性のチオフェン環を使用し、側鎖には高電子受容性が高いシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基を使用している。従って、分子内の所定の位置にシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基が共有結合しており、その高い電子受容性のために主鎖のチオフェン環の電子はシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンの方へいつも引っ張られていることとなる。従って主鎖のチオフェン環はドナー性がさらに強くなり、その結果、高い導電性を有する高分子単量体となるとともに、光による電荷分離が起き易くなる。
In order to solve the above-mentioned problems, one of the conductive polymers of the present invention is a high-molecular polymer in which thiophene rings are linked, and a conductive polymer in which a cyanated fullerene group is linked to a side chain. Combined.
The other is a high molecular polymer in which thiophene rings are connected, and is a conductive polymer in which a methylated fullerene group is connected to a side chain.
In the conductive polymer of the present invention, a π-conjugated thiophene ring having a high donor property is used for a main chain, and a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group having a high electron accepting property is used for a side chain. ing. Therefore, a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group is covalently bonded at a predetermined position in the molecule, and the electron of the thiophene ring in the main chain is more strongly linked to the cyanated fullerene or methylated fullerene because of its high electron accepting property. Will always be pulled. Accordingly, the thiophene ring in the main chain has a stronger donor property. As a result, the thiophene ring becomes a polymer monomer having high conductivity, and charge separation by light easily occurs.

本発明の導電性重合体は、前記チオフェン環がチオフェンオリゴマーであっても良い。その場合、チオフェンオリゴマーの重合度は2から5であることが好ましく、例えば重合度3のオリゴマーが好んで用いられる。
また、本発明の導電性重合体は、チオフェンオリゴマーの1付加体であってもあるいはチオフェンオリゴマーの2付加体であっても良い。
これらの分子構造を有する導電性重合体はいずれも高い導電性を有し、光による電荷分離が起き易い性質を具備した導電性重合体となる。
In the conductive polymer of the present invention, the thiophene ring may be a thiophene oligomer. In this case, the degree of polymerization of the thiophene oligomer is preferably from 2 to 5, and for example, an oligomer having a degree of polymerization of 3 is preferably used.
Further, the conductive polymer of the present invention may be a monoadduct of a thiophene oligomer or a diadduct of a thiophene oligomer.
Each of the conductive polymers having these molecular structures has high conductivity and is a conductive polymer having a property that charge separation by light easily occurs.

さらに具体例を示せば、本発明の導電性重合体は、重合度が3のチオフェンオリゴマーの側鎖に、シアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基が3重結合してなる単量体の重合体からなる導電性重合体を挙げることができる。
このような構造の重合体とすることにより、高い導電性を有し、光による電荷分離が起き易い性質を具備した導電性重合体とすることができる。
More specifically, the conductive polymer of the present invention is a polymer of a monomer in which a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group is triple-bonded to a side chain of a thiophene oligomer having a degree of polymerization of 3. A conductive polymer consisting of
By using a polymer having such a structure, a conductive polymer having high conductivity and having a property of easily causing charge separation by light can be obtained.

本発明の導電性重合体の製造方法は、チオフェン誘導体を2,3,5-トリブロモチオフェンとカップリングさせてブロモタ−チオフェン誘導体を合成する工程と、該ブロモタ−チオフェン誘導体にトリメチルシリルアセチレンをカップリングさせてアセチレン誘導体を合成する工程と、該アセチレン誘導体をテトラブチルアンモニウムフルオライドにより脱保護の後にリチオ化する工程と、該リチオ化した誘導体をフラーレンを加えたオルトシクロベンゼン中に溶解させてフラーレンアニオンを形成させる工程と、該フラーレンアニオンにトシルシアニドもしくはメチル基を反応させることによりターチオフェン−フラーレン連結化合物からなる単量体を形成する工程と、該単量体を重合反応させて高分子重合体を得る工程とを有する製造方法を採用した。
この方法によれば、高い導電性を有し電荷分離が起き易い導電性重合体を任意の厚さ、任意の面積で容易に得ることができる。
The method for producing a conductive polymer of the present invention comprises the steps of coupling a thiophene derivative with 2,3,5-tribromothiophene to synthesize a bromota-thiophene derivative, and coupling trimethylsilylacetylene to the bromota-thiophene derivative. To synthesize an acetylene derivative, deprotection of the acetylene derivative with tetrabutylammonium fluoride, and then lithiation, and dissolving the lithiation derivative in orthocyclobenzene to which fullerene is added to form a fullerene anion. Forming a monomer comprising a terthiophene-fullerene linking compound by reacting the fullerene anion with tosyl cyanide or a methyl group, and polymerizing the monomer to form a polymer. And a manufacturing method It was.
According to this method, a conductive polymer having high conductivity and easily causing charge separation can be easily obtained with an arbitrary thickness and an arbitrary area.

本発明の有機太陽電池は、導電性重合体からなる電子供与体層と、前記本発明の導電性重合体からなる活性層が接合されている有機太陽電池とした。
本発明の有機太陽電池では、透明電極とその対向電極との間に、導電性重合体からなる電子供与体層と前記本発明の導電性重合体からなる活性層を積層した構造とすることができる。
また、本発明の有機太陽電池では、透明基板上に透明電極を介して導電性重合体からなる電子供与体層と、前記本発明の導電性重合体からなる活性層を接合した構造とすることもできる。
これら本発明の有機太陽電池は、活性層として導電性が高く電荷分離が起き易く、しかも機械的強度や耐光性に優れた導電性重合体を使用しているので、変換効率が高く、寿命の長い有機太陽電池を得ることができる。
The organic solar cell of the present invention is an organic solar cell in which an electron donor layer made of a conductive polymer and an active layer made of the conductive polymer of the present invention are joined.
The organic solar cell of the present invention may have a structure in which an electron donor layer made of a conductive polymer and an active layer made of the conductive polymer of the present invention are laminated between a transparent electrode and its counter electrode. it can.
Further, the organic solar cell of the present invention has a structure in which an electron donor layer made of a conductive polymer is joined to an active layer made of the conductive polymer of the present invention on a transparent substrate via a transparent electrode. You can also.
These organic solar cells of the present invention have a high conversion efficiency and a long service life because the active layer has a high conductivity and is likely to cause charge separation, and uses a conductive polymer excellent in mechanical strength and light resistance. Long organic solar cells can be obtained.

本発明によれば、主鎖にはドナー性が高いπ共役性のチオフェン環を使用し、側鎖には高電子受容性が高いシアノ化フラーレンを使用しているので、分子内の所定の位置にシアノ化フラーレンが共有結合しており、その高い電子受容性のために主鎖のチオフェン環の電子はシアノ化フラーレンの方へいつも引っ張られていることとなる。従って主鎖のチオフェン環はドナー性がさらに強くなり、その結果、高い導電性を有する高分子となるとともに、光による電荷分離が起き易くなる。
また、本発明の導電性共重合高分子においては、3次元的に架橋するので機械的強度や耐光性に優れた導電性重合体となるものがある。
これらの本発明の導電性重合体を使用して有機太陽電池とすれば、機械的強度や耐光性に優れ、しかも光変換効率の高い有機太陽電池を提供することが可能となる。
According to the present invention, a π-conjugated thiophene ring having a high donor property is used for the main chain, and a cyanated fullerene having a high electron-accepting property is used for the side chain. Has a covalent bond to the cyanofullerene, and because of its high electron accepting property, the electrons of the thiophene ring in the main chain are always pulled toward the cyanofullerene. Therefore, the thiophene ring in the main chain has a stronger donor property, and as a result, it becomes a polymer having high conductivity, and charge separation by light easily occurs.
In addition, some of the conductive copolymers of the present invention are crosslinked three-dimensionally, resulting in conductive polymers having excellent mechanical strength and light resistance.
When an organic solar cell is formed using the conductive polymer of the present invention, an organic solar cell having excellent mechanical strength and light resistance and high light conversion efficiency can be provided.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態として、主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマーの側鎖に、シアノ化フラーレン基が3重結合してなる単量体の重合体からなる導電性重合体をあげる。この導電性重合体の基となる単量体の構造式を化1に示す。
(1st Embodiment)
As a first embodiment of the present invention, a conductive polymer composed of a monomer polymer in which a main chain is a thiophene oligomer having a degree of polymerization (repetition number) of 3 and a cyanated fullerene group is triple-bonded to a side chain thereof. I will combine. The structural formula of the monomer that forms the basis of the conductive polymer is shown in Chemical Formula 1.

Figure 2004277736
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化1に示すように、この導電性重合体は主鎖がドナー性が高いπ共役性のチオフェン環であり、側鎖には高電子受容性が高いシアノ化フラーレン基を使用している。
この導電性重合体では、分子内の所定の位置にシアノ化フラーレンが共有結合しており、その高い電子受容性のために主鎖のチオフェン環の電子はシアノ化フラーレンの方へいつも引っ張られていることとなる。従って主鎖のチオフェン環はドナー性がさらに強くなり、その結果、高い導電性を有する高分子となるとともに、光による電荷分離が起き易くなる。
As shown in Chemical formula 1, the main chain of this conductive polymer is a π-conjugated thiophene ring having a high donor property, and a cyanated fullerene group having a high electron accepting property is used for a side chain.
In this conductive polymer, a cyanated fullerene is covalently bonded at a predetermined position in the molecule, and the electrons of the thiophene ring in the main chain are always pulled toward the cyanated fullerene due to its high electron accepting property. Will be. Therefore, the thiophene ring in the main chain has a stronger donor property, and as a result, it becomes a polymer having high conductivity, and charge separation by light easily occurs.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態として、主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマーの側鎖に、メチル化フラーレン基が3重結合してなる単量体の重合体からなる導電性重合体をあげる。この導電性重合体の基となる単量体の構造式を化2に示す。
(Second embodiment)
As a second embodiment of the present invention, a conductive polymer consisting of a monomer polymer in which a methylated fullerene group is triple-bonded to a side chain of a thiophene oligomer having a polymerization degree (repetition number) of 3 as a main chain. I will combine. The structural formula of the monomer serving as the group of the conductive polymer is shown in Chemical formula 2.

Figure 2004277736
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この導電性重合体では、分子内の所定の位置にメチル化フラーレンが共有結合しており、その高い電子受容性のために主鎖のチオフェン環の電子はメチル化フラーレンの方へいつも引っ張られていることとなる。従って主鎖のチオフェン環はドナー性がさらに強くなり、その結果、高い導電性を有する重合体となるとともに、光による電荷分離が起き易くなる。   In this conductive polymer, methylated fullerene is covalently bonded to a predetermined position in the molecule, and the electrons of the main chain thiophene ring are always pulled toward the methylated fullerene due to its high electron accepting property. Will be. Therefore, the thiophene ring in the main chain has a stronger donor property. As a result, the polymer becomes a polymer having high conductivity, and charge separation by light easily occurs.

次に、この第1の実施形態および第2に実施形態に係わる導電性重合体の製造方法について説明する。
先ず、化3に示すチオフェン誘導体をパラジウム触媒存在下で2,3,5-トリブロモチオフェンとカップリングさせることにより、化4に示すブロモターチオフェン誘導体を合成する。
Next, a method for producing a conductive polymer according to the first embodiment and the second embodiment will be described.
First, a bromoterthiophene derivative represented by Chemical Formula 4 is synthesized by coupling a thiophene derivative represented by Chemical Formula 3 with 2,3,5-tribromothiophene in the presence of a palladium catalyst.

Figure 2004277736
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Figure 2004277736
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次に、得られたブロモターチオフェン誘導体にトリメチルシリアルアセチレンをパラジウムと銅の触媒下でカップリングさせ、化5に示すアセチレン誘導体を合成する。   Next, trimethyl serial acetylene is coupled to the obtained bromoterthiophene derivative under the catalyst of palladium and copper to synthesize an acetylene derivative represented by Chemical Formula 5.

Figure 2004277736
Figure 2004277736

次に、得られたアセチレン誘導体にテトラブチルアンモニウムフロライドを作用させることによって脱トリメチルシリル化を行い、化6に示すエチニルタ−チオフェンを合成する。   Next, the obtained acetylene derivative is detrimethylsilylated by reacting with tetrabutylammonium fluoride to synthesize ethynylta-thiophene shown in Chemical formula 6.

Figure 2004277736
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次に、得られたエチニルターチオフェンをn−ブチルリチウムによってリチオ化して、化7に示すリチウムアセチリドとする。   Next, the obtained ethynyl terthiophene is lithiated with n-butyllithium to give lithium acetylide shown in Chemical formula 7.

Figure 2004277736
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さらに、オルトジクロロベンゼン中にC60を溶解させた溶液中に、化6に示すエチニルターチオフェンから発生させた化7に示すリチウムアセチリドを求核付加させて、化8に示す黒緑色のフラーレンアニオンを形成した後、求電子剤としてトシルシアニドを作用させることにより、化9に示すターチオフェン−C60連結化合物を合成する。
ここでトシルシアニドに替えて求電子剤としてヨウ化メチルを作用させると、化10に示すターチオフェン−C60連結化合物が得られる。
このようなC60連結化合物の構造は、 H及び 13C NMR(核磁気共鳴)、UV−vis(紫外−可視吸収スペクトル)、MS(質量分析)等の各種スペクトルを解析することにより決定することができる。
Further, ortho-dichlorobenzene in a solution prepared by dissolving C 60, of 6 lithium acetylide shown in Chemical formula 7 was generated from ethynyl Terthiophene shown in by nucleophilic addition, blackish green fullerene anions represented by the formula 8 after forming the, by the action of Toshirushianido as electrophile, to synthesize terthiophene -C 60 linking compound shown in chemical Formula 9.
Here, if the action of methyl iodide as electrophile instead of Toshirushianido, terthiophene -C 60 linking compound shown in Chemical formula 10 is obtained.
The structure of such a C60- linked compound is determined by analyzing various spectra such as 1 H and 13 C NMR (nuclear magnetic resonance), UV-vis (ultraviolet-visible absorption spectrum), and MS (mass spectrometry). be able to.

Figure 2004277736
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このようにして得られたターチオフェン−C60連結化合物からなる単量体を重合反応させて、目的とする導電性重合体とする。重合方法としては、単量体に各種の方法でエネルギーを付与して重合反応を促進する方法が利用できる。具体的には電気化学的プロセスを利用した電解重合法、光照射を行う光重合法の他、プラズマ重合法やマイクロ波重合法などが利用できる。 Thus a monomer consisting resulting Terthiophene -C 60 linking compound by polymerization, a conductive polymer of interest. As the polymerization method, a method of applying energy to the monomer by various methods to accelerate the polymerization reaction can be used. Specifically, in addition to an electrolytic polymerization method using an electrochemical process, a photopolymerization method using light irradiation, a plasma polymerization method, a microwave polymerization method, and the like can be used.

次に、上記のようにして得られた導電性重合体を活性層として使用する有機太陽電池について説明する。
本発明の有機太陽電池は、本発明により得られたチオフェン環とシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基からなる導電性重合体を活性層として使用し、電子供与体層とヘテロ接合させたものを基本とする。本発明の有機太陽電池8の断面構造の一例を図1に示す。
透明基板1は石英やガラス等の透明体でできたものが利用できる。透明基板1の上にITO(Indium Tin Oxide: インジウム酸化物にスズをドープしたもの)など光透過性の透明電極2と、電子供与体層3となるポリチオフェンなどの導電性膜と、この導電性膜とヘテロ接合を形成する本発明の導電性重合体からなる活性層4と、LiF層5とAl電極6などからなる対向電極とが、この順に積層されていることが望ましい。
透明電極2は有機太陽電池全体を支持する透明基板1と共に、光を電子供与体層3まで透過させるためのものであり、透明でかつ発生した電流を外部に取り出すための導電体をなすものである。透明電極2としては、前記ITOの他に金属酸化物の薄膜又は金、銀、白金、ニッケルなどの金属の薄膜からなっていてもよい。透明電極の形成工程では、それを基板上に形成するのが一般的であり、前述したITOなどの電極材料を基板上に蒸着やスパッタリング等の手法を用いて製膜する。
Next, an organic solar cell using the conductive polymer obtained as described above as an active layer will be described.
The organic solar cell of the present invention uses a conductive polymer comprising a thiophene ring and a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group obtained according to the present invention as an active layer, and a heterojunction with an electron donor layer. Basic. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional structure of the organic solar cell 8 of the present invention.
As the transparent substrate 1, a transparent substrate such as quartz or glass can be used. On a transparent substrate 1, a transparent electrode 2 such as ITO (Indium Tin Oxide: indium oxide doped with tin), a conductive film such as polythiophene to be an electron donor layer 3, and a conductive film It is desirable that the active layer 4 made of the conductive polymer of the present invention, which forms a heterojunction with the film, and the counter electrode made of the LiF layer 5 and the Al electrode 6 are laminated in this order.
The transparent electrode 2 is for transmitting light to the electron donor layer 3 together with the transparent substrate 1 for supporting the whole organic solar cell, and is transparent and forms a conductor for taking out the generated current to the outside. is there. The transparent electrode 2 may be made of a thin film of a metal oxide or a thin film of a metal such as gold, silver, platinum, and nickel, in addition to the ITO. In the process of forming a transparent electrode, it is general to form it on a substrate, and the above-mentioned electrode material such as ITO is formed on the substrate by a method such as vapor deposition or sputtering.

電子供与体層3は電子供与性を有しており、さらには共役π電子系を含むP型の導電性重合体から形成されていることが望ましい。その好ましい具体例を幾つか挙げると、先のポリチオフェンの他に、ポリビニルカルバゾール、ポリ(p−フェニレン)−ビニレン、ポリアニリン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピリジン、ポリビニルアルコール、ポリフルオレン、ポリパラフェニレン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリ〔2−メトキシ−5−(2’−エチルヘクソキシ)−p−フェニレン〕−ビニレン、ポリ〔2−メトキシ−5−(2’−エチルヘクソキシ)−1,4−パラフェニレンビニレン〕、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)、ポリパラフェニレン、ポリ(2,5−ジヘプチロキシ−1,4−フェニレン)、ポリフェニレン、ポリ(p−フェニレン)、ポリエチレンオキシド、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(ビニルアルコール)などから選ばれた少なくとも1種、或いはこれらの少なくとも1種の構成単量体の誘導体からなるポリマーがある。なお、この導電性重合体には、その導電性を制御するために硫酸根等をはじめ公知のドーパントが添加されていてもよい。   The electron donor layer 3 has an electron donating property, and is preferably formed of a P-type conductive polymer containing a conjugated π-electron system. Some preferred specific examples thereof include polyvinyl carbazole, poly (p-phenylene) -vinylene, polyaniline, polyethylene oxide, polyvinyl pyridine, polyvinyl alcohol, polyfluorene, polyparaphenylene, poly (3 -Alkylthiophene), poly [2-methoxy-5- (2'-ethylhexoxy) -p-phenylene] -vinylene, poly [2-methoxy-5- (2'-ethylhexoxy) -1,4-paraphenylenevinylene] Poly (3-alkylthiophene), poly (9,9-dialkylfluorene), polyparaphenylene, poly (2,5-diheptyloxy-1,4-phenylene), polyphenylene, poly (p-phenylene), polyethylene oxide, Poly (2-vinylpyridine), At least one selected from such re (vinyl alcohol), or there are those polymers consisting of a derivative of at least one constituent monomer. In addition, a known dopant such as a sulfate group may be added to the conductive polymer in order to control the conductivity.

活性層4には本発明になる主鎖にドナー性が高いπ共役性のチオフェン環を配し、側鎖にはアクセプタ性が高い高電子受容性のシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基を使用した単量体の重合体からなる導電性重合体を使用する。重合体に含まれるフラーレン類としては、C60,C70,C84等いずれでもかまわない。
電子供与体層3及び活性層4の厚さはいずれも1〜50nm、好ましくは5〜20nmあればよい。
In the active layer 4, a π-conjugated thiophene ring having a high donor property is disposed in the main chain according to the present invention, and a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group having a high acceptor property and a high electron accepting property is used in a side chain. A conductive polymer composed of a polymer of the above-mentioned monomer is used. The fullerenes contained in the polymer may be any of C 60 , C 70 , C 84 and the like.
The thickness of each of the electron donor layer 3 and the active layer 4 may be 1 to 50 nm, preferably 5 to 20 nm.

本発明の有機太陽電池8では、電子供与体層3と活性層4とがヘテロ接合したものを、透明電極2と対向電極とで挟んだ構造とする。対向電極は導電性重合体と完全なオーミック接合を得るためのLiF層5と外部リードの接続が容易なAl電極6とから構成するのが好ましい。
この対向電極は、LiF/Alの他に、たとえばITOなどの酸化物やマグネシウム、インジウムなどの金属、またはこれらの2種以上の金属からなる合金で構成され、蒸着やスパッタリング、電子銃、電解メッキなどの手法を用いて前記活性層4上に薄膜として形成することができる。
The organic solar cell 8 of the present invention has a structure in which the electron donor layer 3 and the active layer 4 are heterojunction sandwiched between the transparent electrode 2 and the counter electrode. The counter electrode is preferably composed of a LiF layer 5 for obtaining a complete ohmic junction with the conductive polymer, and an Al electrode 6 for easy connection of external leads.
The counter electrode is made of, for example, an oxide such as ITO, a metal such as magnesium or indium, or an alloy composed of two or more of these metals, in addition to LiF / Al. A thin film can be formed on the active layer 4 by using such a technique.

なお、活性層として使用できる導電性重合体として、チオフェン環が主鎖として連結しシアノ化フラーレン基を側鎖に連結した重合体と、チオフェン環が主鎖として連結しメチル化フラーレン基を側鎖に連結した重合体を示したが、その他にも化11から化14に示す構造式の単量体の重合体、あるいはこれら化11から化14の単量体に化1および化2の単量体を含む単量体の共重合体も使用することもできる。   In addition, as a conductive polymer that can be used as an active layer, a polymer in which a thiophene ring is connected as a main chain and a cyanated fullerene group is connected to a side chain, and a thiophene ring is connected as a main chain and a methylated fullerene group is connected to a side chain Is a polymer of a monomer of the structural formula shown in Chemical formula 11 to Chemical formula 14, or a monomer of Chemical formula 1 or Chemical formula 2 It is also possible to use copolymers of monomers containing the polymer.

Figure 2004277736
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化11に示す単量体は、主鎖が重合度(繰返し数)5のチオフェンオリゴマーの側鎖に、シアノ化フラーレン基が3重結合してなる単量体の重合体である。この単量体を重合して導電性重合体とする。
なお、シアノ基に替えてメチル基を付加したものであっても良い。
The monomer shown in Chemical formula 11 is a polymer of a monomer having a main chain in which a cyanated fullerene group is triple-bonded to a side chain of a thiophene oligomer having a degree of polymerization (repetition number) of 5. This monomer is polymerized into a conductive polymer.
It should be noted that a methyl group may be added in place of the cyano group.

次に化12に示す単量体は、主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマーの側鎖に、シアノ化フラーレン基が単重結合してなる単量体である。この単量体を重合して導電性重合体とする。シアノ基に替えてメチル基を付加したものであっても良い。   Next, the monomer shown in Chemical formula 12 is a monomer having a main chain in which a cyanated fullerene group is single-bonded to a side chain of a thiophene oligomer having a degree of polymerization (repetition number) of 3. This monomer is polymerized into a conductive polymer. What added a methyl group instead of a cyano group may be used.

化13に示す単量体は、主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマー2個の側鎖に、2個のシアン基もしくはメチル基を有するシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基1個が3重結合してなる単量体である。この単量体を重合して導電性重合体とする。
この導電性重合体においては、主鎖が2本あるので3次元的に架橋できる利点があり、機械的強度の向上や光照射に耐えうるほどの耐候性の向上等の効果を発揮するものとなる。
The monomer shown in Chemical formula 13 has a cyanofullerene group or a methylated fullerene group having two cyano or methyl groups on two side chains of two thiophene oligomers having a main chain of polymerization degree (repetition number) 3. Is a monomer having a triple bond. This monomer is polymerized into a conductive polymer.
This conductive polymer has an advantage that it can be cross-linked three-dimensionally because it has two main chains, and exhibits effects such as improvement of mechanical strength and improvement of weather resistance enough to withstand light irradiation. Become.

化14に示す単量体は、主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマー2個の側鎖に、2個のシアノ基もしくはメチル基を有するシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基1個が単重結合してなる単量体である。この単量体を重合して導電性重合体とする。
この導電性重合体においても、主鎖が2本あるので3次元的に架橋できる利点があり、機械的強度の向上や光照射に耐えうるほどの耐候性の向上等の効果を発揮するものとなる。
The monomer shown in Chemical formula 14 has a cyanofullerene group or a methylated fullerene group having two cyano groups or methyl groups on two side chains of two thiophene oligomers having a main chain of a degree of polymerization (repetition number) of 3. Is a monomer formed by a single bond. This monomer is polymerized into a conductive polymer.
This conductive polymer also has an advantage that it can crosslink three-dimensionally because it has two main chains, and exhibits effects such as improvement in mechanical strength and improvement in weather resistance enough to withstand light irradiation. Become.

本発明の有機太陽電池においては、先に掲げた化1、化2,および化11から化14の6種類の単量体のうち、少なくとも2種類の単量体を共重合して得られる共重合体も利用することができる。これらの共重合体も主鎖にドナー性が高いパイ共役性のチオフェン環を配し、側鎖にはアクセプタ性が高い高電子受容性のシアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基を使用している。その結果、高い導電性を有する重合体となるとともに、光による電荷分離が起き易くなる。
例えば、化1に示す主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマーで、その側鎖にシアノ化フラーレン基が3重結合してなる単量体と、化13に示す主鎖が重合度(繰返し数)3のチオフェンオリゴマー2個で、その側鎖にシアン基2個を有するシアノ化フラーレン基1個が3重結合してなる単量体を共重合させて得た導電性共重合体を挙げることができる。
特に、1付加体の単量体を主原料とし、これに2付加体の単量体を加えて共重合させた導電性共重合体は、主鎖が3次元的に架橋するため機械的強度が一段と向上する利点を有する。
In the organic solar cell of the present invention, a copolymer obtained by copolymerizing at least two types of monomers among the six types of monomers represented by the chemical formulas 1, 2, and 11 to 14 above. Polymers can also be used. These copolymers also have a pi-conjugated thiophene ring with a high donor property in the main chain, and a highly electron accepting cyanated fullerene group or methylated fullerene group with a high acceptor property in the side chain. . As a result, a polymer having high conductivity is obtained, and charge separation by light is easily caused.
For example, the main chain shown in Chemical Formula 1 is a thiophene oligomer having a degree of polymerization (repetition number) of 3, and a monomer in which a cyanated fullerene group is triple-bonded to the side chain, and the main chain shown in Chemical Formula 13 is (Repeated number) Conductive copolymer obtained by copolymerizing a monomer comprising two thiophene oligomers each having 3 and one triple bond of a cyanated fullerene group having two cyano groups in its side chain. Can be mentioned.
In particular, a conductive copolymer obtained by copolymerizing a monoadduct monomer as a main material and adding a diadduct monomer to the main material has a mechanical strength because the main chain is three-dimensionally crosslinked. Has the advantage of being further improved.

本発明の導電性重合体は、その高性能な導電性や電化分離能等の特性を生かして、有機太陽電池の他に、有機トランジスタ(TR)、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子や有機固体電解コンデンサ等に利用することができる。
次に、本発明の導電性重合体を有機トランジスタの活性層に利用した例を示す。
図2は有機トランジスタ10−1の構造を示す断面図の一例である。ITO( Indium Thin Oxide ) 等の電極12を形成したガラス基板11上にシリコン酸化膜やアルミニウム酸化膜等の絶縁膜13を熱酸化法やCVD又はスパッタ法を用いて形成する。次いで金や白金等のソース電極14とドレイン電極15を形成し、次いで本発明の導電性重合体である、例えばシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体16を、スピンコート及び電解重合法を利用して形成する。
また、逆にシリコンやガラスの基板上に先のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体を形成し、金や白金のソース電極とドレイン電極を形成し、次いでシリコン酸化膜やシリコン窒化膜又は酸化アルミニウム等のゲート絶縁膜を形成し、次いでゲート電極を形成して有機トランジスタとすることもできる。
これらの有機トランジスタは、その高い導電性から大きな電子移動度を得ることができ、トランジスタとしての動作スピードを向上させることができる。
The conductive polymer of the present invention makes use of its properties such as high-performance conductivity and electrification separation ability, in addition to organic solar cells, organic transistors (TR), organic electroluminescent (EL) elements, and organic solid electrolytes. It can be used for capacitors and the like.
Next, an example in which the conductive polymer of the present invention is used for an active layer of an organic transistor will be described.
FIG. 2 is an example of a cross-sectional view illustrating the structure of the organic transistor 10-1. An insulating film 13 such as a silicon oxide film or an aluminum oxide film is formed on a glass substrate 11 on which an electrode 12 such as ITO (Indium Thin Oxide) is formed by using a thermal oxidation method, a CVD method, or a sputtering method. Next, a source electrode 14 and a drain electrode 15 made of gold, platinum or the like are formed, and then a conductive polymer of the present invention, for example, a thiophene ring polymer 16 containing cyanated fullerene or methylated fullerene is spin-coated and electrolytically coated. Formed using a legal method.
Conversely, a thiophene ring polymer containing the aforementioned cyanated fullerene or methylated fullerene is formed on a silicon or glass substrate, a source electrode and a drain electrode of gold or platinum are formed, and then a silicon oxide film or silicon nitride film is formed. An organic transistor can be formed by forming a film or a gate insulating film such as aluminum oxide and then forming a gate electrode.
In these organic transistors, high electron mobility can be obtained due to their high conductivity, and the operation speed of the transistor can be improved.

図3から図5に有機トランジスタの他の構造例を断面図で示す。
図3に示す有機トランジスタ10−2は本発明の導電性重合体を活性層に使用した有機トランジスタの他の構造例を示す断面図であって、本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体16とチオフェン重合体17とのヘテロ接合構造としたものである。
3 to 5 show other structural examples of the organic transistor in cross-sectional views.
The organic transistor 10-2 shown in FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the organic transistor using the conductive polymer of the present invention for the active layer, and includes the cyanated fullerene or the methylated fullerene of the present invention. The thiophene ring polymer 16 and the thiophene polymer 17 have a heterojunction structure.

図4に示す有機トランジスタ10−3は本発明の導電性重合体を活性層に使用した有機トランジスタの他の構造例を示す断面図であって、ガラス基板11上にシリコン酸化膜やアルミニウム酸化膜等の絶縁膜13を形成し、該絶縁膜13上に本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体16を積層し、その上にソース電極14とドレイン電極15を形成したものである。
さらに、図5に示す有機トランジスタ10−4は本発明の導電性重合体を活性層に使用した有機トランジスタの別の構造例を示す断面図であって、図4において絶縁膜13上に直接本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体16を載置したのに替えて、絶縁膜13上に本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体16とチオフェン重合体17とのヘテロ接合構造を載置した構造としたものである。
An organic transistor 10-3 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the organic transistor using the conductive polymer of the present invention for an active layer, and a silicon oxide film or an aluminum oxide film on a glass substrate 11. And the like, a thiophene ring polymer 16 containing a cyanated fullerene or a methylated fullerene of the present invention is laminated on the insulating film 13, and a source electrode 14 and a drain electrode 15 are formed thereon. It is.
Further, an organic transistor 10-4 shown in FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the organic transistor using the conductive polymer of the present invention for the active layer. Instead of mounting the thiophene ring polymer 16 containing a cyanated fullerene or methylated fullerene of the present invention, the thiophene ring polymer 16 containing a cyanated fullerene or methylated fullerene of the present invention and the thiophene This is a structure in which a heterojunction structure with the union 17 is mounted.

次に、本発明の導電性重合体を利用した有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子の構造例を示す。
図6は本発明の導電性重合体をホール注入層に利用した有機EL素子の一例を示す断面図である。ITOなどの透明電極22を形成したガラス基板21の上に、ホール注入層26として本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体を電解重合法等により形成し、次いで電子輸送層27としてアルミキノリノール錯体(Alq)を積層した後、仕事関数の低いMgAg合金層24やLiF層を形成し、接続用のAl等の金属からなる対向電極25を形成して有機EL素子20−1としたものである。
Next, a structural example of an organic electroluminescence (EL) device using the conductive polymer of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of an organic EL device using the conductive polymer of the present invention for a hole injection layer. On a glass substrate 21 on which a transparent electrode 22 such as ITO is formed, a thiophene ring polymer containing a cyanated fullerene or a methylated fullerene of the present invention is formed as a hole injection layer 26 by an electrolytic polymerization method or the like, and then an electron transport layer is formed. After laminating an aluminum quinolinol complex (Alq) as 27, a MgAg alloy layer 24 or a LiF layer having a low work function is formed, and a counter electrode 25 made of a metal such as Al for connection is formed to form an organic EL element 20-1. It is what it was.

図7は、本発明の導電性重合体を利用した有機EL素子の他の構造例を示す断面図である。図7に示す有機EL素子20−2の例では、図6において絶縁膜13上に直接ホール注入層26を形成するのに替えて、絶縁膜13上にチオフェン重合体28を介してホール注入層26を形成し、チオフェン重合体と本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体とのヘテロ接合構造としたものである。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the organic EL device using the conductive polymer of the present invention. In the example of the organic EL element 20-2 shown in FIG. 7, the hole injection layer 26 is formed on the insulating film 13 via the thiophene polymer 28 instead of forming the hole injection layer 26 directly on the insulating film 13 in FIG. 26 to form a heterojunction structure of a thiophene polymer and a thiophene ring polymer containing a cyanated fullerene or a methylated fullerene of the present invention.

次に、本発明の導電性重合体を利用した有機固体電解コンデンサの構造例を示す。
図8は、陰極導電層として本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体を利用した有機固体電解コンデンサの構造例を示す断面図である。
陽極としてはタンタル(Ta)の多孔質焼結体31を使用し、Taの多孔質焼結体31を酸化処理して表面に誘電体層となるタンタル酸化膜(Ta)32を形成する。Taの多孔質焼結体31中に陽極リードを埋設し、陰極導電層33として本発明のシアノ化フラーレンもしくはメチル化フラーレンを含むチオフェン環重合体を充填した後、カーボン層34及び銀ペーストを使用したAg電極35を形成し、陰極リードを取り付けて有機固体電解コンデンサ30とする。
なお、陽極金属としてタンタル(Ta)の代わりにニオブ(Nb)を用いても良い。
Next, a structural example of an organic solid electrolytic capacitor using the conductive polymer of the present invention will be described.
FIG. 8 is a sectional view showing a structural example of an organic solid electrolytic capacitor using a thiophene ring polymer containing a cyanated fullerene or a methylated fullerene of the present invention as a cathode conductive layer.
A porous sintered body 31 of tantalum (Ta) is used as an anode, and the porous sintered body 31 of Ta is oxidized to form a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) 32 serving as a dielectric layer on the surface. I do. An anode lead is embedded in a porous sintered body 31 of Ta, and a thiophene ring polymer containing a cyanated fullerene or a methylated fullerene of the present invention is filled as a cathode conductive layer 33, and then a carbon layer 34 and a silver paste are used. The formed Ag electrode 35 is formed, and a cathode lead is attached to the organic solid electrolytic capacitor 30.
Note that niobium (Nb) may be used instead of tantalum (Ta) as the anode metal.

(実施例1)
先ず、化3に示すチオフェン誘導体をパラジウム触媒存在下で2,3,5-トリブロモチオフェンとカップリングさせることにより、ブロモターチオフェン誘導体を合成した。
(Example 1)
First, a bromoterthiophene derivative was synthesized by coupling the thiophene derivative shown in Chemical formula 3 with 2,3,5-tribromothiophene in the presence of a palladium catalyst.

次に、得られたブロモタ−チオフェン誘導体にトリメチルシリアルアセチレンをパラジウムと銅の触媒下でカップリングさせ、アセチレン誘導体を合成した。
次に、得られたアセチレン誘導体にテトラブチルアンモニウムフルオライドを作用させることによって脱トリメチルシリル化を行い、エチニルタ−チオフェンを合成した。
Next, trimethyl serial acetylene was coupled to the obtained bromota-thiophene derivative under the catalyst of palladium and copper to synthesize an acetylene derivative.
Next, the resulting acetylene derivative was detrimethylsilylated by reacting with tetrabutylammonium fluoride to synthesize ethynylta-thiophene.

次に、得られたエチニルタ−チオフェンをn−ブチルリチウムによってリチオ化して、リチウムアセチリドとした。
さらに、オルトジクロロベンゼン中にC60を溶解させた溶液中に、前記エチニルタ−チオフェンから発生させたリチウムアセチリドを求核付加させて、フラーレンアニオンを形成した後、求電子剤としてトシルシアニドを作用させることにより、ターチオフェン−C60連結化合物を合成した。
このようにして得られたC60連結化合物につき、 H−NMR、MS、IR及びUV−visを測定した。 H−NMRのスペクトル図を図9に、MSのスペクトル図を図10に、IRのスペクトル図を図11に、さらにUV−visの吸収スペクトル図を図12に示す。
図9と図13においてピークの同定は類似化合物との比較、化学シフト、ピークの相対的な高さを参考にして同定した。
図9において、3.98,4.10(δ/ppm)のピークは、エチレンジオキシ基のCH によるピークである。6.05,6.06(δ/ppm)のピークは、エチレンジオキシチオフェンのα−位のプロトンによるピークである。また、7.49(δ/ppm)のピークは、真ん中のチオフェンのβ−位のプロトンによるピークである。
図10においては、1133(m/z)にC7911NOのピークが認められる。
図11において、2219(cm−1)のピークは、シアノ基による吸収である。
図12において、10倍に拡大した曲線を見ると697(nm)の位置にピークが認められる。
これらの結果から、得られたC60連結化合物は重合度が3のチオフェンオリゴマーの側鎖に1個のシアノ基を付加したシアノ化フラーレンが3重結合した構造の単量体であると同定することができた。
さらに、このようにして得られたターチオフェン−C60連結化合物単量体を電解重合して導電性重合体を得た。
Next, the obtained ethynylta-thiophene was lithiated with n-butyllithium to obtain lithium acetylide.
Further, in a solution prepared by dissolving C 60 in ortho-dichlorobenzene, the Echiniruta - that by the lithium acetylide was generated from thiophene to nucleophilic addition, after forming a fullerene anion, exerting Toshirushianido as electrophile the was synthesized terthiophene -C 60 linking compound.
Thus per C 60 linking compound obtained was 1 H-NMR, MS, IR and UV-vis measured. FIG. 9 shows the 1 H-NMR spectrum, FIG. 10 shows the MS spectrum, FIG. 11 shows the IR spectrum, and FIG. 12 shows the UV-vis absorption spectrum.
In FIGS. 9 and 13, peaks were identified by reference to comparison with similar compounds, chemical shifts, and relative heights of peaks.
In FIG. 9, the peaks at 3.98 and 4.10 (δ / ppm) are peaks due to CH 2 of the ethylenedioxy group. The peaks at 6.05 and 6.06 (δ / ppm) are peaks due to protons at the α-position of ethylenedioxythiophene. The peak at 7.49 (δ / ppm) is a peak due to the proton at the β-position of thiophene in the middle.
In FIG. 10, a peak of C 79 H 11 NO 4 S 3 is observed at 1133 (m / z).
In FIG. 11, the peak at 2219 (cm −1 ) is the absorption due to the cyano group.
In FIG. 12, when a curve magnified 10 times is observed, a peak is recognized at a position of 697 (nm).
From these results, the obtained C60- linked compound is identified as a monomer having a structure in which a cyanated fullerene in which one cyano group is added to the side chain of a thiophene oligomer having a degree of polymerization of 3 is triple-bonded. I was able to.
Furthermore, to obtain a thus obtained Terthiophene -C 60 linking compound monomer electropolymerization to electrically conductive polymers.

(実施例2)
実施例1において求電子剤としてトシルシアニドを作用させる替わりに、ヨウ化メチルを作用させてターチオフェン−C60連結化合物の単量体を合成した。
このようにして得られたC60連結化合物の単量体につき、 H−NMR、13C−NMR、MS、IR、UV−vis及びサイクリックボルタンメトリーを測定した。サイクリックボルタンメトリーは、オルトジクロロベンゼン中でサイクリックボルタンメトリーにより酸化還元電位(CV)を測定した。
この化合物の H−NMRのスペクトル図を図13に、13C−NMRのスペクトル図を図14に、MSのスペクトル図を図15に、IRのスペクトル図を図16に、UV−visの吸収スペクトル図を図17に、さらにサイクリックボルタンメトリーのチャートを図18に示す。
図14においてもピークの同定は類似化合物との比較、化学シフト、ピークの相対的な高さを参考にして同定した。
図13において、3.34(δ/ppm)のピークはメチル基のピークである。3.92,4.03(δ/ppm)のピークはエチレンジオキシ基のCH によるピークである。また、6.03,6.13(δ/ppm)のピークは、エチレンジオキシチオフェンのα−位のプロトンによるピークである。また、7.35(δ/ppm)のピークは、真ん中のチオフェンのβ−位のプロトンによるピークである。
図14において、炭素の三重結合を示す93.22と82.83(δ/ppm)のピークが認められる。
図15においては、1122(m/z)にC7914のピークが認められる。
図16において、2328(cm−1)のピークは、アセチレン結合による吸収である。
図17において、10倍に拡大した曲線を見ると704(nm)の位置にピークが認められる。
図18において、−1.14,−1.53,−2.08V に可逆的な還元波と、+0.49Vに非可逆的な酸化波を示している。
これらの結果から、得られたC60連結化合物は重合度が3のチオフェンオリゴマーの側鎖に1個のアミノ基を付加したメチル化フラーレンが3重結合した構造の単量体であると同定することができた。
(Example 2)
Instead of exerting Toshirushianido as electrophile in Example 1, it was synthesized monomers terthiophene -C 60 linking compound is reacted with methyl iodide.
In this way, every monomer of the obtained C 60 linking compound was 1 H-NMR, 13 C- NMR, MS, IR, and UV-vis and cyclic voltammetry was measured. In the cyclic voltammetry, a redox potential (CV) was measured by a cyclic voltammetry in orthodichlorobenzene.
The 1 H-NMR spectrum of this compound is shown in FIG. 13, the 13 C-NMR spectrum is shown in FIG. 14, the MS spectrum is shown in FIG. 15, the IR spectrum is shown in FIG. FIG. 17 shows a spectrum diagram, and FIG. 18 shows a chart of cyclic voltammetry.
In FIG. 14 as well, the peak was identified with reference to the comparison with the similar compound, the chemical shift, and the relative height of the peak.
In FIG. 13, the peak at 3.34 (δ / ppm) is the peak of the methyl group. The peaks at 3.92 and 4.03 (δ / ppm) are peaks due to CH 2 of the ethylenedioxy group. The peaks at 6.03, 6.13 (δ / ppm) are peaks due to the α-position proton of ethylenedioxythiophene. The peak at 7.35 (δ / ppm) is a peak due to the proton at the β-position of thiophene in the middle.
In FIG. 14, peaks at 93.22 and 82.83 (δ / ppm) indicating a carbon triple bond are observed.
In FIG. 15, a peak of C 79 H 14 O 4 S 3 is observed at 1122 (m / z).
In FIG. 16, the peak at 2328 (cm −1 ) is absorption due to acetylene bonds.
In FIG. 17, when a curve magnified 10 times is observed, a peak is recognized at a position of 704 (nm).
FIG. 18 shows a reversible reduction wave at −1.14, −1.53, −2.08 V, and an irreversible oxidation wave at +0.49 V.
From these results, the obtained C60- linked compound is identified as a monomer having a structure in which a methylated fullerene having one amino group added to the side chain of a thiophene oligomer having a degree of polymerization of 3 is triple-bonded. I was able to.

さらに上記ターチオフェン−C60連結化合物単量体を電解重合法を用いて重合した。この重合体についてもサイクリックボルタンメトリーを測定した。結果を図19及び図20に示す。図19に示すように−0.98,−1.44、−1.94Vに可逆な還元波と、+0.20Vに非可逆な酸化波を示した。掃引測定を繰り返したところ、図20に示すように酸化側及びC60部分の還元波ともに電流量が増加した。これは電極上で電解重合が起こっていることを示している。 It was further polymerized using electrolytic polymerization method the terthiophene -C 60 linking compound monomer. The cyclic voltammetry of this polymer was also measured. The results are shown in FIGS. As shown in FIG. 19, a reversible reduction wave was shown at −0.98, −1.44, and −1.94 V, and an irreversible oxidation wave was shown at +0.20 V. It was repeated sweep measurement, the current amount is increased to reduction wave both the oxidation side and C 60 moiety as shown in FIG. 20. This indicates that electropolymerization has occurred on the electrode.

(実施例3)
実施例1で得られた本発明の導電性重合体を使用した有機太陽電池を作成した。
先ず、ITOからなる透明電極2を形成したガラス製の透明基板1上に電子供与体層3としてPEDOT( ポリ(3,4- エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルフォネート))をスピンコートした。次いで、化1に示す単量体をアセトニトリルに溶解し、該溶液中に上記PEDOT膜を形成した基板と白金対向電極及び飽和カロメル参考電極を浸漬した。各電極及び基板をポテンシオスタットに接続し、1Vの電位を10秒間印加することにより透明基板のITO透明電極表面のPEDOT膜上で電解重合を起こさせて、シアノ化フラーレン基を含むチオフェン環重合体からなる導電性重合体の薄膜を形成して活性層4とし、その上にLiF層5とAl電極6からなる対向電極を形成して、図1に示す断面構造を有する素子を形成した。
透明電極側から光を照射すると、Al電極と透明電極との間に電流が高効率で流れ、有機太陽電池が構成されていることが判った。
(Example 3)
An organic solar cell using the conductive polymer of the present invention obtained in Example 1 was produced.
First, PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate)) is spin-coated as an electron donor layer 3 on a glass transparent substrate 1 on which a transparent electrode 2 made of ITO is formed. did. Next, the monomer shown in Chemical formula 1 was dissolved in acetonitrile, and the substrate on which the PEDOT film was formed, the platinum counter electrode and the saturated calomel reference electrode were immersed in the solution. Each electrode and the substrate were connected to a potentiostat, and a potential of 1 V was applied for 10 seconds to cause electropolymerization on the PEDOT film on the surface of the ITO transparent electrode of the transparent substrate, whereby the thiophene ring containing a cyanated fullerene group was produced. An active layer 4 was formed by forming a thin film of a conductive polymer composed of a united body, and a counter electrode composed of a LiF layer 5 and an Al electrode 6 was formed thereon to form an element having a cross-sectional structure shown in FIG.
When light was irradiated from the transparent electrode side, current flowed between the Al electrode and the transparent electrode with high efficiency, and it was found that an organic solar cell was configured.

本発明では、シアノ化フラーレン基もしくはメチル化フラーレン基を含むチオフェン環誘導体を用いるが、これら二つの誘導体を比較すると、電子受容性の強さからシアノ化フラーレン基を側鎖に有するチオフェン環誘導体を用いる方が、メチル化フラーレン基を側鎖に有するチオフェン環誘導体よりも電荷分離性が高く、高い導電性を有する重合体となるとともに、光による電荷分離能も高い値を示す。   In the present invention, a thiophene ring derivative containing a cyanated fullerene group or a methylated fullerene group is used.Comparing these two derivatives, a thiophene ring derivative having a cyanated fullerene group in the side chain is considered to have an electron-accepting strength. When used, a polymer having higher charge separation property and higher conductivity than a thiophene ring derivative having a methylated fullerene group in a side chain is obtained, and also has a high value of charge separation ability by light.

(実施例4)
実施例1で得られたフラーレン60が結合したターチオフェン−C60連結化合物を使用して図21に示す構造の有機太陽電池を作成した。
先ず、実施例1で得られたターチオフェン−C60連結化合物を、テトラブチルアンモニウムパークロレートが0.1Mの濃度で溶解しているオルトジクロロベンゼンに、濃度が0.1mMとなるように溶解させた。次いで当該溶液を電気化学セルに注ぎ、ガラス基板41上にITO膜41を成膜して得たITO電極を作用電極とし、白金線を対向電極とし、銀/塩化銀電極を参照電極として、電位1Vで1時間、ターチオフェン誘導体を電解重合して、ITO膜上に重合体の薄膜43を得た。このITO膜41と重合体の薄膜43とからなる電極をITO電極と呼ぶ。
当該ITO電極にO(オー)リング47を介して表面に白金45をスパッタしたガラス基板(以降、単に白金電極と呼ぶ)を載せ、ITO電極と白金電極との間に濃度1MのKCl溶液46を満たし、図21に示す構造の有機太陽電池を形成した。ITO電極と白金電極を電流計(ケイスレー製;リモートソースメーター 6430)48に接続し、光源(ホヤショット製;HLS100UM)によりITO電極を通して光を照射したところ、100nAの電流が観測された。光の照射をやめると電流は流れなくなった。この電流測定結果を図22に示す。
(Example 4)
Created the organic solar cell of the structure shown in FIG. 21 by using the terthiophene -C 60 linking compound fullerene 60 obtained is bound in Example 1.
First, terthiophene -C 60 linking compound obtained in Example 1, ortho-dichlorobenzene tetrabutylammonium perchlorate is dissolved at a concentration of 0.1 M, was dissolved to a concentration of 0.1mM Was. Then, the solution was poured into an electrochemical cell, and an ITO electrode 41 obtained by forming an ITO film 41 on a glass substrate 41 was used as a working electrode, a platinum wire was used as a counter electrode, and a silver / silver chloride electrode was used as a reference electrode. The terthiophene derivative was electrolytically polymerized at 1 V for 1 hour to obtain a polymer thin film 43 on the ITO film. The electrode composed of the ITO film 41 and the polymer thin film 43 is called an ITO electrode.
A glass substrate (hereinafter, simply referred to as a platinum electrode) on which platinum 45 is sputtered is placed on the ITO electrode via an O (o) ring 47, and a 1M KCl solution 46 is placed between the ITO electrode and the platinum electrode. Thus, an organic solar cell having the structure shown in FIG. 21 was formed. When the ITO electrode and the platinum electrode were connected to an ammeter (manufactured by Keithley; remote source meter 6430) 48, and light was irradiated from the light source (manufactured by Hoyashot; HLS100UM) through the ITO electrode, a current of 100 nA was observed. The current stopped flowing when the light irradiation was stopped. FIG. 22 shows the result of the current measurement.

本発明の有機太陽電池の断面構造の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the section structure of the organic solar cell of the present invention. 有機トランジスタの構造の一例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of an organic transistor. 有機トランジスタの他の構造の例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another example of the structure of the organic transistor. 有機トランジスタの別の構造の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of another structure of an organic transistor. 有機トランジスタのさらに別の構造の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of another structure of an organic transistor. 有機エレクトロルミネッセンスの構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of organic electroluminescence. 有機エレクトロルミネッセンスの他の構造の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of another structure of organic electroluminescence. 有機電解固体コンデンサの構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of an organic electrolytic solid capacitor. 第1の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体の H−NMRのスペクトル図である。FIG. 2 is a 1 H-NMR spectrum diagram of a monomer constituting the conductive polymer according to the first embodiment. 第1の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のMSスペクトル図である。FIG. 3 is an MS spectrum diagram of a monomer constituting the conductive polymer according to the first embodiment. 第1の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のIRスペクトル図である。FIG. 2 is an IR spectrum diagram of a monomer constituting the conductive polymer according to the first embodiment. 第1の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のUV−visスペクトル図である。FIG. 3 is a UV-vis spectrum diagram of a monomer constituting the conductive polymer according to the first embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のH−NMRのスペクトル図である。FIG. 5 is a 1 H-NMR spectrum diagram of a monomer constituting a conductive polymer according to a second embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体の13C−NMRのスペクトル図である。FIG. 13 is a 13 C-NMR spectrum diagram of a monomer constituting a conductive polymer according to a second embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のMSスペクトル図である。FIG. 7 is an MS spectrum diagram of a monomer constituting a conductive polymer according to a second embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のIRスペクトル図である。It is an IR spectrum figure of the monomer which comprises the conductive polymer concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のUV−visスペクトル図である。It is a UV-vis spectrum figure of the monomer which comprises the conductive polymer concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体を構成する単量体のサイクリックボルタンメトリーを示す図である。It is a figure showing cyclic voltammetry of a monomer which constitutes a conductive polymer concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体のサイクリックボルタンメトリーを示す別の図である。It is another figure which shows the cyclic voltammetry of the conductive polymer concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係わる導電性重合体のサイクリックボルタンメトリーを示す別の図である。It is another figure which shows the cyclic voltammetry of the conductive polymer concerning 2nd Embodiment. 第4の実施例に係わる有機太陽電池の断面構造を示す図である。It is a figure showing the section structure of the organic solar cell concerning a 4th example. 第4の実施例に係わる有機太陽電池の電流測定結果を示す図である。It is a figure showing the current measurement result of the organic solar cell concerning a 4th example.

符号の説明Explanation of reference numerals

1・・・・・・透明基板、2・・・・・・透明電極、3・・・・・・電子供与体層、4・・・・・・活性層、5・・・・・・LiF層、6・・・・・・Al電極、8・・・・・・有機太陽電池、10−1,10−2,10−3,10−4・・・・・・有機トランジスタ、13・・・・・・絶縁膜、16・・・・・・チオフェン環重合体、17・・・・・・チオフェン重合体、20−1,20−2・・・・・有機エレクトロルミネッセンス素子、22・・・・・・透明電極、26・・・・・・ホール注入層、27・・・・・・電子輸送層、28・・・・・・チオフェン重合体、30・・・・・・有機固体電解コンデンサ、31・・・・・・タンタル多孔質焼結体、32・・・・・・タンタル酸化膜、33・・・・・・陰極導電層
1 ... Transparent substrate, 2 ... Transparent electrode, 3 ... Electron donor layer, 4 ... Active layer, 5 ... LiF Layer, 6 ... Al electrode, 8 ... Organic solar cell, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 ... Organic transistor, 13 ... ... insulating film, 16 ... thiophene ring polymer, 17 ... thiophene polymer, 20-1, 20-2 ... organic electroluminescent element, 22 ... ····· Transparent electrode, 26 ···· Hole injection layer, 27 ···· Electron transport layer, 28 ···· Thiophene polymer, 30 ···· Organic solid electrolysis Capacitor, 31: tantalum porous sintered body, 32: tantalum oxide film, 33: cathode conductive layer

Claims (9)

チオフェン環が連結してなる高分子重合体であって、シアノ化フラーレン基を側鎖に連結してなることを特徴とする導電性重合体。   What is claimed is: 1. A conductive polymer comprising a thiophene ring linked, wherein a cyanated fullerene group is linked to a side chain. チオフェン環が連結してなる高分子重合体であって、メチル化フラーレン基を側鎖に連結してなることを特徴とする導電性重合体。   What is claimed is: 1. A conductive polymer comprising a thiophene ring and a methylated fullerene group connected to a side chain. 前記チオフェン環がチオフェンオリゴマーであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導電性重合体。   3. The conductive polymer according to claim 1, wherein the thiophene ring is a thiophene oligomer. 前記チオフェンオリゴマーの重合度が3であることを特徴とする請求項3に記載の導電性重合体。   The conductive polymer according to claim 3, wherein the thiophene oligomer has a degree of polymerization of 3. 前記導電性重合体がチオフェンオリゴマーの1付加体であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性重合体。   The conductive polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive polymer is an adduct of a thiophene oligomer. チオフェン誘導体を2,3,5-トリブロモチオフェンとカップリングさせてブロモターチオフェン誘導体を合成する工程と、該ブロモターチオフェン誘導体にトリメチルシリルアセチレンをカップリングさせてアセチレン誘導体を合成する工程と、該アセチレン誘導体をテトラブチルアンモニウムフロライドによりリチオ化する工程と、該リチオ化した誘導体をフラーレンを加えたオルトシクロベンゼン中に溶解させてフラーレンアニオンを形成する工程と、該フラーレンアニオンにトシルシアノもしくはメチル基を反応させることにより、ターチオフェン‐フラーレン連結化合物からなる単量体を形成する工程と、該単量体を重合反応させて重合高分子を得る工程とを有することを特徴とする導電性重合体の製造方法。   Coupling a thiophene derivative with 2,3,5-tribromothiophene to synthesize a bromoterthiophene derivative; coupling the tribromosilylacetylene to the bromoterthiophene derivative to synthesize an acetylene derivative; Lithiating the derivative with tetrabutylammonium fluoride, dissolving the lithiated derivative in orthocyclobenzene to which fullerene has been added to form a fullerene anion, and reacting the fullerene anion with a tosyl cyano or methyl group. A step of forming a monomer comprising a terthiophene-fullerene linking compound, and a step of polymerizing the monomer to obtain a polymer, thereby producing a conductive polymer. Method. 導電性重合体からなる電子供与体層と請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の導電性重合体からなる活性層が接合されてなることを特徴とする有機太陽電池。   An organic solar cell, comprising an electron donor layer made of a conductive polymer and an active layer made of the conductive polymer according to any one of claims 1 to 5. 透明電極とその対向電極との間に導電性重合体からなる電子供与体層と請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の導電性重合体からなる活性層とが積層されてなることを特徴とする有機太陽電池。   An electron donor layer made of a conductive polymer and an active layer made of the conductive polymer according to any one of claims 1 to 5, which are laminated between a transparent electrode and its counter electrode. An organic solar cell, comprising: 透明基板上に透明電極を介して導電性重合体からなる電子供与体層と請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の導電性重合体からなる活性層が接合されてなることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の有機太陽電池。
An electron donor layer made of a conductive polymer and an active layer made of the conductive polymer according to any one of claims 1 to 5 are bonded on a transparent substrate via a transparent electrode. An organic solar cell according to claim 7 or claim 8, wherein
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