JP2011168747A - Conjugated polymer, and organic thin film solar cell using the same - Google Patents

Conjugated polymer, and organic thin film solar cell using the same Download PDF

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Arikazu Umeyama
有和 梅山
Hiroshi Imahori
博 今堀
Hitoshi Yoshikawa
整 吉川
Takashi Sagawa
尚 佐川
Susumu Yoshikawa
暹 吉川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conjugated polymer which is excellent in film-forming properties and also excellent in the light absorption characteristics in a region of long wavelengths and which is capable of achieving a high open voltage value between this polymer and fullerenes; and an organic thin film solar cell provided with the photoelectric conversion layer using this conjugated polymer. <P>SOLUTION: The conjugated polymer comprises a repeating unit expressed by formula (1) and a repeating unit expressed by formula (2). In formula (1), R is a hydrogen atom or a univalent organic group. In formula (2), X is a divalent conjugated linkage group which is different from the repeating unit expressed by formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、共役系高分子、および該共役系高分子を用いた有機薄膜太陽電池に関する。より具体的には、本発明は、イミド環を有するチオフェン基と二価の共役構造を有する連結基とを含む共役系高分子と、該共役系高分子を用いて得られる有機薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to a conjugated polymer and an organic thin film solar cell using the conjugated polymer. More specifically, the present invention relates to a conjugated polymer including a thiophene group having an imide ring and a linking group having a divalent conjugated structure, and an organic thin-film solar cell obtained using the conjugated polymer. .

有機薄膜太陽電池は、p型(電子ドナー性)の有機半導体材料とn型(電子アクセプター性)の有機半導体材料とを組み合わせた簡便な素子構造を有する。この電池は、色素増感型太陽電池に代表される湿式太陽電池とは異なり、電解液を用いないため加工性に優れ、望みの形状に成形可能である。また、該電池は、シリコン太陽電池や色素増感型太陽電池よりもはるかに軽量化できるため、様々な設置場所に適用することができる。さらに、高純度シリコンや貴金属の使用といった資源的制約もないため、市場シェアの拡大と共に大幅に低コスト化できると見積もられている。   The organic thin film solar cell has a simple element structure in which a p-type (electron donor property) organic semiconductor material and an n-type (electron acceptor property) organic semiconductor material are combined. Unlike a wet solar cell typified by a dye-sensitized solar cell, this battery is excellent in workability because it does not use an electrolyte and can be formed into a desired shape. In addition, since the battery can be much lighter than a silicon solar battery or a dye-sensitized solar battery, it can be applied to various installation locations. Furthermore, since there are no resource restrictions such as the use of high-purity silicon or precious metals, it is estimated that the cost can be significantly reduced as the market share increases.

有機薄膜太陽電池の課題の一つとして、エネルギー変換効率(光電変換効率)の向上が挙げられる。この光電変換効率の向上のためには、開放電圧値の改善が重要である。有機薄膜太陽電池の開放電圧値は、電子供与性材料および電子受容性材料の組み合わせに大きく依存し、用いる材料の最適化にブレークスルーが必要である。   One of the problems of organic thin film solar cells is improvement of energy conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency). In order to improve the photoelectric conversion efficiency, it is important to improve the open-circuit voltage value. The open-circuit voltage value of the organic thin film solar cell greatly depends on the combination of the electron donating material and the electron accepting material, and a breakthrough is necessary for optimization of the material used.

現在、世界中で進められている一連の有機薄膜太陽電池研究において、n型半導体材料としてはフラーレン類(例えば、PCBMなどのフラーレン誘導体)が最適であるとされている。PCBMのHOMO(最高占有分子軌道)は6.0eV、LUMO(最低非占有分子軌道)は4.2eVであることが知られている(非特許文献1)。   Currently, in a series of organic thin film solar cell researches that are being promoted around the world, fullerenes (for example, fullerene derivatives such as PCBM) are considered to be optimal as n-type semiconductor materials. It is known that HOMO (maximum occupied molecular orbital) of PCBM is 6.0 eV and LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) is 4.2 eV (Non-patent Document 1).

一方、現在最も一般的に用いられているp型半導体材料としては、ポリチオフェン誘導体の共役高分子化合物(例えば、P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)が挙げられる。このP3HTのHOMO(最高占有分子軌道)は3.2eV、LUMO(最低非占有分子軌道)は5.2eVであることが知られている。   On the other hand, a p-type semiconductor material currently most commonly used includes a conjugated polymer compound of a polythiophene derivative (for example, P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl). It is known that the HOMO (maximum occupied molecular orbital) of this P3HT is 3.2 eV and the LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) is 5.2 eV.

Barry C. Thompson他一名、Angewandte Chemie International Edition, 2008, Vol.47, pp.58-77.Barry C. Thompson and one other, Angewandte Chemie International Edition, 2008, Vol. 47, pp. 58-77.

一方、非特許文献1に示されるように、P3HTは、n型半導体材料であるフラーレン類に対して、必ずしも理想的なHOMO準位およびLUMO準位を示していなかった(図17 参照)。実際、P3HTとPCBMとを含む光電変換層を備える有機薄膜太陽電池においては、その開放電圧値は実用上の観点からは必ずしも満足できるものではなく、さらなる改良が必要であった。
開放電圧値を改良する方法として、p型半導体材料のHOMO準位を下げる手段が考えられるが、この場合、p型半導体材料のバンドギャップ(LUMO準位とHOMO準位の差)が広がり、長波長領域の光を吸収することができなくなる。つまり、可視光領域の長波長側における光の吸収効率が減少し、入射した光を有効利用できなくなり、結果としてエネルギー変換効率が上がらないという欠点がある。
このように開放電圧値と長波長領域の光吸収とはトレード・オフの関係にあることが多く、両者をより高いレベルで両立させることは困難とされていた。
On the other hand, as shown in Non-Patent Document 1, P3HT did not necessarily show ideal HOMO levels and LUMO levels with respect to fullerenes which are n-type semiconductor materials (see FIG. 17). Actually, in an organic thin-film solar cell including a photoelectric conversion layer containing P3HT and PCBM, the open-circuit voltage value is not always satisfactory from a practical viewpoint, and further improvement is necessary.
As a method for improving the open-circuit voltage value, a means for lowering the HOMO level of the p-type semiconductor material is conceivable. In this case, the band gap (difference between the LUMO level and the HOMO level) of the p-type semiconductor material is widened and long It becomes impossible to absorb light in the wavelength region. That is, there is a drawback in that the light absorption efficiency on the long wavelength side in the visible light region is reduced, the incident light cannot be used effectively, and as a result, the energy conversion efficiency does not increase.
As described above, the open-circuit voltage value and the light absorption in the long wavelength region often have a trade-off relationship, and it has been difficult to achieve both at a higher level.

本発明は、上記実情に鑑みて、成膜性に優れると共に、長波長領域における光吸収特性に優れ、フラーレン類との間で高い開放電圧値を実現することができる共役系高分子、および該共役系高分子を用いた光電変換層を備える有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides a conjugated polymer that is excellent in film formability, excellent in light absorption characteristics in a long wavelength region, and capable of realizing a high open-circuit voltage value with fullerenes, and An object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell including a photoelectric conversion layer using a conjugated polymer.

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、所定のイミド環を有するチオフェン構造とπ共役系の連結基とを有する共役系高分子を使用することにより、上記課題を解決できることを見出した。
つまり、本発明者らは、上記課題が下記の構成により解決されることを見出した。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem can be solved by using a conjugated polymer having a thiophene structure having a predetermined imide ring and a π-conjugated linking group.
That is, the present inventors have found that the above problem is solved by the following configuration.

<1> 後述する一般式(1)で表される繰り返し単位と、後述する一般式(2)で表される繰り返し単位とを有する共役系高分子。
<2> 一般式(1)中のXが、二価の芳香族炭化水素基、二価の芳香族複素環基、−(CH=CH)−、−(C≡C)−、またはそれらを組み合わせた基である、<1>に記載の共役系高分子。
<3> 第1電極層と、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを備え、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に、少なくとも<1>または<2>に記載の共役系高分子およびフラーレン類を含む光電変換層を備える有機薄膜太陽電池。
<1> A conjugated polymer having a repeating unit represented by the following general formula (1) and a repeating unit represented by the following general formula (2).
<2> X in the general formula (1) is a divalent aromatic hydrocarbon group, a divalent aromatic heterocyclic group, — (CH═CH) —, — (C≡C) —, or The conjugated polymer according to <1>, which is a combined group.
<3> A first electrode layer and a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer,
An organic thin-film solar cell comprising a photoelectric conversion layer containing at least a conjugated polymer and a fullerene according to <1> or <2> between the first electrode layer and the second electrode layer.

本発明によれば、成膜性に優れると共に、長波長領域における光吸収特性に優れ、フラーレン類との間で高い開放電圧値を実現することができる共役系高分子、および該共役系高分子を用いた光電変換層を備える有機薄膜太陽電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in film forming property, is excellent in the light absorption characteristic in a long wavelength region, and can provide a high open circuit voltage value with fullerenes, and this conjugated polymer An organic thin-film solar cell provided with a photoelectric conversion layer using can be provided.

本発明の有機薄膜太陽電池の第1の実施形態の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of 1st Embodiment of the organic thin-film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の第2の実施形態の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of 2nd Embodiment of the organic thin-film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の第3の実施形態の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of 3rd Embodiment of the organic thin-film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の第4の実施形態の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of 4th Embodiment of the organic thin-film solar cell of this invention. 図5AはPDTの1H NMR測定結果を、図5BはIR測定結果を、図5CはUV測定および蛍光測定結果を示す。FIG. 5A shows 1 H NMR measurement results of PDT, FIG. 5B shows IR measurement results, and FIG. 5C shows UV measurement and fluorescence measurement results. 図6AはPOTの1H NMR測定結果を、図6BはIR測定結果を、図6CはUV測定および蛍光測定結果を示す。6A shows the 1 H NMR measurement results of POT, FIG. 6B shows the IR measurement results, and FIG. 6C shows the UV measurement and fluorescence measurement results. 図7AはPHOTの1H NMR測定結果を、図7BはIR測定結果を、図7CはUV測定結果を示す。7A shows the results of 1 H NMR measurement of PHOT, FIG. 7B shows the results of IR measurement, and FIG. 7C shows the results of UV measurement. 図8AはPHHTの1H NMR測定結果を、図8BはIR測定結果を、図8CはUV測定および蛍光測定結果を示す。FIG. 8A shows PHHT 1 H NMR measurement results, FIG. 8B shows IR measurement results, and FIG. 8C shows UV measurement and fluorescence measurement results. 図9AはPPHTの1H NMR測定結果を、図9BはIR測定結果を、図9CはUV測定および蛍光測定結果を示す。9A shows the results of 1 H NMR measurement of PPHT, FIG. 9B shows the results of IR measurement, and FIG. 9C shows the results of UV measurement and fluorescence measurement. 図10はPTPFの1H NMR測定結果を示す。FIG. 10 shows the 1 H NMR measurement result of PTPF. 図11はPTPBのUV測定および蛍光測定結果を示す。FIG. 11 shows the results of UV measurement and fluorescence measurement of PTPB. PDTとP3HTのクロロホルム溶液の吸収スペクトル図である。It is an absorption spectrum figure of the chloroform solution of PDT and P3HT. 本発明の共役系高分子のエネルギー準位図である。It is an energy level diagram of the conjugated polymer of the present invention. 図14Aは、実施例で使用された有機薄膜太陽電池の上面図であり、図14Bは模式的断面図である。FIG. 14A is a top view of an organic thin-film solar cell used in Examples, and FIG. 14B is a schematic cross-sectional view. PDT:PCBM膜とP3HT:PCBM膜の吸収スペクトル図である。It is an absorption spectrum figure of a PDT: PCBM film | membrane and a P3HT: PCBM film | membrane. 実施例3の有機薄膜太陽電池の光電流アクションスペクトル図である。It is a photocurrent action spectrum figure of the organic thin film solar cell of Example 3. 非特許文献1に記載のP3HTとPCMBのエネルギー準位図である。2 is an energy level diagram of P3HT and PCMB described in Non-Patent Document 1. FIG.

以下に、本発明に係る一般式(1)で表される繰り返し単位と一般式(2)で表される繰り返し単位とを有する共役系高分子、および、該共役系高分子を用いる光電変換層を備える有機薄膜太陽電池について詳述する。
まず、共役系高分子の構成およびその製造方法について詳述する。
Below, the conjugated polymer which has the repeating unit represented by General formula (1) based on this invention and the repeating unit represented by General formula (2), and the photoelectric converting layer using this conjugated polymer An organic thin film solar cell comprising:
First, the configuration of the conjugated polymer and the production method thereof will be described in detail.

<共役系高分子>
本発明の共役系高分子は、以下の一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位とを主鎖中に有する高分子である。
一般式(1)で表される繰り返し単位中のイミド環部分が電子吸引性の機能を有しており、該部分を共役系高分子に含有させることにより、フラーレン類に対してより好ましい電子状態が実現されたと推測される。通常、チオフェン骨格中の2つのβ位に電子吸引性基を導入した化合物を用いて重合をおこなうと、得られる高分子の分子量が伸びず所望の成膜性が得られない場合が多いが、本発明の共役系高分子は実用的な観点からも満足できる成膜性を有している。
なお、公知文献に記載される一般式(1)で表される繰り返し単位のみから得られるポリマーでは、分子量が伸びず、有機薄膜太陽電池へ応用できる程度の十分な成膜性を有していない。また、そのエネルギー準位もLUMO準位が約6evと計算され、フラーレン類と共に有機薄膜太陽電池に応用するには不適切なエネルギー準位といえる。
<Conjugated polymer>
The conjugated polymer of the present invention is a polymer having a repeating unit represented by the following general formula (1) and a repeating unit represented by the following general formula (2) in the main chain.
The imide ring part in the repeating unit represented by the general formula (1) has an electron-withdrawing function, and by containing this part in a conjugated polymer, a more preferable electronic state for fullerenes Is presumed to be realized. Usually, when polymerization is performed using a compound in which an electron-withdrawing group is introduced at two β-positions in the thiophene skeleton, the molecular weight of the resulting polymer does not increase, and the desired film formability is often not obtained. The conjugated polymer of the present invention has satisfactory film forming properties from a practical viewpoint.
In addition, in the polymer obtained only from the repeating unit represented by the general formula (1) described in the publicly known literature, the molecular weight does not increase and does not have sufficient film formability to be applicable to an organic thin film solar cell. . Moreover, the LUMO level is calculated to be about 6 ev, and it can be said that the energy level is inappropriate for application to organic thin-film solar cells together with fullerenes.

(一般式(1)で表される繰り返し単位)
一般式(1)中、Rは水素原子または一価の有機基を表す。
一価の有機基としては特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはこれらを組み合わせた基などが挙げられる。
これら例示の基は置換基を有していてもよい。この置換基の種類は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。例えば、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、スルホン酸基、カルボニルオキシ基、カルボキシル基、アミノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルボン酸エステル、スルホン酸エステル基、アミド基などが挙げられる。
また、該有機基は、本発明の効果を損なわない範囲において、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−NH−などの二価の連結基部位を含んでいてもよい。
(Repeating unit represented by general formula (1))
In general formula (1), R represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
Although it does not specifically limit as a monovalent organic group, For example, the group etc. which combined the alkyl group, the alkenyl group, the alkynyl group, the aryl group, the heterocyclic group, the alkoxy group, the aryloxy group, etc. are mentioned.
These exemplified groups may have a substituent. The type of the substituent is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired. For example, halogen atom, nitro group, cyano group, sulfonic acid group, carbonyloxy group, carboxyl group, amino group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group, carboxylic acid Examples include esters, sulfonic acid ester groups, and amide groups.
Further, the organic group may contain a divalent linking group moiety such as —O—, —S—, —SO 2 —, —CO—, —NH—, etc., as long as the effects of the present invention are not impaired. Good.

上記有機基としては、成膜性により優れる点から、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基などの脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
脂肪族炭化水素基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、炭素数6〜30が好ましく、炭素数8〜20がより好ましい。
なお、アルキル基の具体例としては、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。
The organic group is preferably an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group, more preferably an alkyl group, from the viewpoint of excellent film forming properties.
The aliphatic hydrocarbon group may be linear, branched or cyclic, preferably has 6 to 30 carbon atoms, and more preferably has 8 to 20 carbon atoms.
Specific examples of the alkyl group include hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group and the like.

なお、共役系高分子中に複数の一般式(1)で表される繰り返し単位が含まれる場合、Rは各繰り返し単位中で同一であっても異なっていてもよい。   In addition, when the repeating unit represented by several general formula (1) is contained in a conjugated polymer, R may be the same or different in each repeating unit.

(一般式(2)で表される繰り返し単位)
一般式(2)中、Xは、一般式(1)で表される繰り返し単位構造(連結基)とは異なる二価の共役系連結基を表す。共役系連結基とは、π共役構造を有する連結基を意味する。高分子中にこのようなπ共役構造を有する連結基が存在することによって、高分子全体にπ共役平面が広がり、p型半導体材料としての特性がより向上する。
なお、共役系高分子中に複数の一般式(2)で表される繰り返し単位が含まれる場合、複数のXは同一であっても異なっていてもよい。
(Repeating unit represented by general formula (2))
In the general formula (2), X represents a divalent conjugated linking group different from the repeating unit structure (linking group) represented by the general formula (1). The conjugated linking group means a linking group having a π-conjugated structure. By the presence of a linking group having such a π-conjugated structure in the polymer, the π-conjugated plane spreads throughout the polymer, and the properties as a p-type semiconductor material are further improved.
In addition, when the repeating unit represented by several general formula (2) is contained in a conjugated polymer, several X may be same or different.

Xは、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の共役構造からなる二価の連結基であれば特に限定されない。なかでも、合成が簡便であり、成膜性など本発明の効果がより優れる点で、二価の芳香族炭化水素基、二価の芳香族複素環基、−(CH=CH)−、−(C≡C)−、または、これらから選択された2種以上の基を組み合わせてできる連結基であることが好ましい。なかでも、本発明の効果がより優れる点より、二価の芳香族炭化水素基、二価の芳香族複素環基、およびそれらを組み合わせた基から選ばれる芳香族連結基が好ましく挙げられる。   X will not be specifically limited if it is a bivalent coupling group which consists of conjugated structures other than the repeating unit represented by General formula (1). Among them, a divalent aromatic hydrocarbon group, a divalent aromatic heterocyclic group, — (CH═CH) —, —, in which the synthesis is simple and the effects of the present invention such as film forming properties are more excellent. (C≡C) — or a linking group formed by combining two or more groups selected from these is preferable. Of these, an aromatic linking group selected from a divalent aromatic hydrocarbon group, a divalent aromatic heterocyclic group, and a group obtained by combining them is preferable because the effects of the present invention are more excellent.

芳香族炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、合成上の観点から、炭素数5〜40が好ましく、炭素数6〜20がより好ましく、アリーレン基などが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基、アントラセン環基、テトラリン環基、フェナントレン環基、フルオレン環基、アズレン環基、ピレン環基、クリセン環基、トリフェニレン環基、ペリレン環基、ペンタレン環基、インダセン環基、フェナレン環基、フルオランテン環基、アセフェナントリレン環基、アセアントリレン環基、ナフタセン環基、プレイアデン環基、ペンタフェン環基、ペンタセン環基、テトラフェニレン環基、ヘキサフェン環基、ヘキサセン環基などが挙げられる。なかでも、フルオレン環基、ベンゼン環基、ナフタレン環基が好ましい。なお、上記基中の結合可能な部分のいずれかに、結合が形成される。
Although carbon number of an aromatic hydrocarbon group is not specifically limited, From a synthetic viewpoint, C5-C40 is preferable, C6-C20 is more preferable, An arylene group etc. are mentioned.
As the aromatic hydrocarbon group, for example, benzene ring group, naphthalene ring group, anthracene ring group, tetralin ring group, phenanthrene ring group, fluorene ring group, azulene ring group, pyrene ring group, chrysene ring group, triphenylene ring group, Perylene ring group, pentalene ring group, indacene ring group, phenalene ring group, fluoranthene ring group, acephenanthrylene ring group, asanthrylene ring group, naphthacene ring group, preaden ring group, pentaphen ring group, pentacene ring group, Examples include a tetraphenylene ring group, a hexaphen ring group, and a hexacene ring group. Of these, a fluorene ring group, a benzene ring group, and a naphthalene ring group are preferable. In addition, a bond is formed in any of the bondable portions in the group.

芳香族複素環基の炭素数は特に限定されないが、合成上の観点から、炭素数5〜40が好ましく、炭素数6〜20がより好ましく、含窒素又は含硫黄芳香族複素環などが挙げられる。
芳香族複素環基としては、例えば、ピロール環基、インドール環基、イソインドール環基、カルバゾール環基、フラン環基、クマロン環基、イソベンゾフラン環基、チオフェン環基、ベンゾチオフェン環基、ジベンゾチオフェン環基、ピラゾール環基、インダゾール環基、イミダゾール環基、ベンゾイミダゾール環基、オキサゾール環基、ベンゾオキサゾール環基、ベンゾオキサゾリン環基、イソオキサゾール環基、ベンゾイソオキサゾール環基、チアゾール環基、ベンゾチアゾール環基、ベンゾチアゾリン環基、イソチアゾール環基、ベンゾイソチアゾール環基、トリアゾール環基、ベンゾトリアゾール環基、オキサジアゾール環基、チアジアゾール環基、ベンゾオキサジアゾール環基、ベンゾチアジアゾール環基、テトラゾール環基、プリン環基、ピリジン環基、キノリン環基、イソキノリン環基、アクリジン環基、フェナントリジン環基、ベンゾキノリン環基、ベンゾイソキノリン環基、ナフチリジン環基、フェナントロリン環基、ピリダジン環基、ピリミジン環基、ピラジン環基、フタラジン環基、キノキサリン環基、キナゾリン環基、シンノリン環基、フェナジン環基、ペリミジン環基、トリアジン環基、テトラジン環基、プテリジン環基、ベンゾオキサジン環基、フェノキサジン環基、ベンゾチアジン環基、フェノチアジン環基、オキサジアジン環基、チアジアジン環基、ベンゾジオキソール環基、ベンゾジオキサン環基、ピラン環基、クロメン環基、キサンテン環基、クロマン環基、イソクロマン環基などが挙げられる。なかでも、チオフェン環基、ベンゾチアジアゾール環基などが好ましい。なお、上記基中の結合可能な部分のいずれかに、結合が形成される。
Although carbon number of an aromatic heterocyclic group is not specifically limited, From a synthetic viewpoint, C5-C40 is preferable, C6-C20 is more preferable, Nitrogen-containing or a sulfur-containing aromatic heterocyclic ring etc. are mentioned. .
Examples of the aromatic heterocyclic group include pyrrole ring group, indole ring group, isoindole ring group, carbazole ring group, furan ring group, coumarone ring group, isobenzofuran ring group, thiophene ring group, benzothiophene ring group, dibenzo Thiophene ring group, pyrazole ring group, indazole ring group, imidazole ring group, benzimidazole ring group, oxazole ring group, benzoxazole ring group, benzoxazoline ring group, isoxazole ring group, benzoisoxazole ring group, thiazole ring group, Benzothiazole ring group, benzothiazoline ring group, isothiazole ring group, benzoisothiazole ring group, triazole ring group, benzotriazole ring group, oxadiazole ring group, thiadiazole ring group, benzooxadiazole ring group, benzothiadiazole ring Group, tetrazole ring group, Ring group, pyridine ring group, quinoline ring group, isoquinoline ring group, acridine ring group, phenanthridine ring group, benzoquinoline ring group, benzoisoquinoline ring group, naphthyridine ring group, phenanthroline ring group, pyridazine ring group, pyrimidine ring Group, pyrazine ring group, phthalazine ring group, quinoxaline ring group, quinazoline ring group, cinnoline ring group, phenazine ring group, perimidine ring group, triazine ring group, tetrazine ring group, pteridine ring group, benzoxazine ring group, phenoxazine ring Group, benzothiazine ring group, phenothiazine ring group, oxadiazine ring group, thiadiazine ring group, benzodioxole ring group, benzodioxane ring group, pyran ring group, chromene ring group, xanthene ring group, chroman ring group, isochroman ring group, etc. Is mentioned. Of these, a thiophene ring group, a benzothiadiazole ring group, and the like are preferable. In addition, a bond is formed in any of the bondable portions in the group.

Xで表される共役系連結基は置換基を有してもよく、置換基としては、例えば、上述したRで表される有機基が有していてもよい置換基などが挙げられる。   The conjugated linking group represented by X may have a substituent, and examples of the substituent include a substituent that the organic group represented by R described above may have.

共役系連結基は、上述した連結基を2種以上組み合わせてできる連結基であってもよく、上述した連結基を2または3つ組み合わせた基がより好ましい。例えば、−(芳香族炭化水素基)−(芳香族炭化水素基)−、−(芳香族炭化水素基)−(芳香族炭化水素基)−(芳香族炭化水素基)−などの芳香族炭化水素基が2以上連結した基、−(芳香族複素環基)−(芳香族複素環基)−、−(芳香族複素環基)−(芳香族複素環基)−(芳香族複素環基)−などの芳香族複素環基が2以上連結した基や、−(芳香族炭化水素基)−(芳香族複素環基)−、−(芳香族炭化水素基)−(CH=CH)−、−(芳香族複素環基)−(CH=CH)−、−(芳香族複素環基)−(芳香族炭化水素基)−(芳香族複素環基)−など異種の連結基が連結した基などが挙げられる。   The conjugated linking group may be a linking group formed by combining two or more of the above-described linking groups, and a group obtained by combining two or three of the linking groups described above is more preferable. For example, aromatic carbonization such as-(aromatic hydrocarbon group)-(aromatic hydrocarbon group)-,-(aromatic hydrocarbon group)-(aromatic hydrocarbon group)-(aromatic hydrocarbon group)- A group in which two or more hydrogen groups are linked,-(aromatic heterocyclic group)-(aromatic heterocyclic group)-,-(aromatic heterocyclic group)-(aromatic heterocyclic group)-(aromatic heterocyclic group) )-Or a group in which two or more aromatic heterocyclic groups are linked,-(aromatic hydrocarbon group)-(aromatic heterocyclic group)-,-(aromatic hydrocarbon group)-(CH = CH)- ,-(Aromatic heterocyclic group)-(CH = CH)-,-(aromatic heterocyclic group)-(aromatic hydrocarbon group)-(aromatic heterocyclic group)- Group and the like.

共役系高分子中における一般式(1)で表される繰り返し単位と一般式(2)で表される繰り返し単位との含有割合(モル比)は、発明の効果を損なわない限り特に制限されない。
なかでも、共役系高分子の光吸収特性、および、有機薄膜太陽電池における開放電圧値がより大きい点から、両繰り返し単位の含有割合(一般式(1)で表される繰り返し単位/一般式(2)で表される繰り返し単位)(モル比)は、0.2〜5が好ましく、0.5〜2がより好ましい。
The content ratio (molar ratio) between the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) in the conjugated polymer is not particularly limited as long as the effects of the invention are not impaired.
Among these, from the point that the light absorption characteristics of the conjugated polymer and the open circuit voltage value in the organic thin film solar cell are larger, the content ratio of both repeating units (repeating unit represented by the general formula (1) / general formula ( The repeating unit represented by 2)) (molar ratio) is preferably 0.2 to 5, and more preferably 0.5 to 2.

本発明の共役系高分子中において、一般式(1)で表される繰り返し単位の含有量は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、該繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位(100モル%)に対して、10〜90モル%が好ましく、30〜70モル%がより好ましい。
また、本発明の共役系高分子中において、一般式(2)で表される繰り返し単位の含有量は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、該繰り返し単位の含有量は、全繰り返し単位(100モル%)に対して、10〜90モル%が好ましく、30〜70モル%がより好ましい。
In the conjugated polymer of the present invention, the content of the repeating unit represented by the general formula (1) is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. Of these, the content of the repeating unit is preferably 10 to 90 mol%, more preferably 30 to 70 mol% with respect to the total repeating units (100 mol%) in that the effect of the present invention is more excellent.
In the conjugated polymer of the present invention, the content of the repeating unit represented by the general formula (2) is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. Of these, the content of the repeating unit is preferably 10 to 90 mol%, more preferably 30 to 70 mol% with respect to the total repeating units (100 mol%) in that the effect of the present invention is more excellent.

本発明の共役系高分子中において、一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位とが主成分であることが好ましい。
より具体的には、両繰り返し単位の合計量は、全繰り返し単位(100モル%)に対して、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。上限としては、100モル%である。
In the conjugated polymer of the present invention, the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) are preferably main components.
More specifically, the total amount of both repeating units is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, based on all repeating units (100 mol%). As an upper limit, it is 100 mol%.

本発明の共役系高分子中において、一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位との結合様式は特に制限されず、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体などが挙げられる。   In the conjugated polymer of the present invention, the bonding mode of the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) is not particularly limited, and a random copolymer, a block A copolymer, an alternating copolymer, etc. are mentioned.

(共役系高分子の好適実施態様)
本発明の共役系高分子の好適実施態様としては、一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位とが交互に結合した構造を有する共役系高分子(交互共重合体型共役系高分子)が好ましい。該共役系高分子であれば、一般式(1)で表される立体的にかさ高い各チオフェン骨格部が一般式(2)で表される繰り返し単位を介して離れて存在するため、高分子の平面性がより高くなり、膜中での高分子間のパッキングが向上することが予想される。
(Preferred embodiment of conjugated polymer)
A preferred embodiment of the conjugated polymer of the present invention is a conjugated polymer having a structure in which the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) are alternately bonded. Molecules (alternate copolymer type conjugated polymers) are preferred. In the case of the conjugated polymer, the sterically bulky thiophene skeleton represented by the general formula (1) is separated via the repeating unit represented by the general formula (2), and therefore the polymer It is expected that the flatness of the polymer becomes higher and the packing between the polymers in the film is improved.

本発明の共役系高分子中において、一般式(1)で表される繰り返し単位と一般式(2)で表される繰り返し単位とが交互に結合した構造の含有量は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。
なかでも、共役系高分子の光吸収特性、および、有機薄膜太陽電池における開放電圧値がより大きい点から、該構造が実質的に主成分として含まれていることが好ましい。より具体的には、該構造の含有量は、全繰り返し単位(100モル%)に対して、80モル%以上が好ましく、90モル%以上がより好ましい。上限としては、100モル%である。
In the conjugated polymer of the present invention, the content of the structure in which the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) are alternately bonded has the effect of the present invention. There is no particular limitation as long as it is not impaired.
Especially, it is preferable that this structure is substantially contained as a main component from the point which the light absorption characteristic of a conjugated polymer and the open circuit voltage value in an organic thin-film solar cell are larger. More specifically, the content of the structure is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, based on all repeating units (100 mol%). As an upper limit, it is 100 mol%.

なお、本発明の共役系高分子が上記交互共重合型の場合、本発明の効果を損なわない範囲で、上述した一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位とが交互に結合した構造以外の共役構造を有する繰り返し単位を有していてもよい。
例えば、一般式(2)で表される繰り返し単位が連結して得られる構造などを一部に含んでいてもよい。
In addition, when the conjugated polymer of the present invention is the above alternating copolymer type, the repeating unit represented by the general formula (1) and the general formula (2) are represented within the range not impairing the effects of the present invention. It may have a repeating unit having a conjugated structure other than the structure in which the repeating unit is alternately bonded.
For example, a structure obtained by connecting repeating units represented by the general formula (2) may be included in part.

本発明の共役系高分子の数平均分子量(M)は特に制限されないが、溶剤への溶解性や成膜性により優れる点から、2000〜150000が好ましく、2500〜100000がより好ましい。
また、共役系高分子の分子量分布(M/M)は特に制限されないが、溶剤への溶解性や成膜性により優れる点から、1〜8が好ましく、1〜5がより好ましい。
The number average molecular weight (M n ) of the conjugated polymer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 2000 to 150,000, and more preferably 2500 to 100,000, because it is more excellent in solubility in a solvent and film formability.
Further, the molecular weight distribution (M w / M n ) of the conjugated polymer is not particularly limited, but 1 to 8 is preferable and 1 to 5 is more preferable from the viewpoint of superior solubility in a solvent and film formability.

本発明の共役系高分子の合成方法は特に制限されず、公知の方法を組み合わせて合成することができる。例えば、上述したイミド環を有するチオフェン化合物と、Xで表される構造を有する化合物とをカップリング反応(例えば、Stilleカップリング反応)を介して重合させる方法が挙げられる。
具体的には、Nielsen, C. B.; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381などの文献を参照することにより合成することができる。
The method for synthesizing the conjugated polymer of the present invention is not particularly limited, and can be synthesized by combining known methods. For example, the method of polymerizing the thiophene compound which has the imide ring mentioned above and the compound which has a structure represented by X through a coupling reaction (for example, Stille coupling reaction) is mentioned.
Specifically, it can be synthesized by referring to documents such as Nielsen, CB; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381.

<有機薄膜太陽電池、およびその製造方法>
本発明の有機薄膜太陽電池は、第1電極層と、少なくとも上述した共役系高分子およびフラーレン類を含有する光電変換層と、第2電極層とを備える。
以下に、本発明の有機薄膜太陽電池の形態、および、その製造方法について詳述する。
<Organic thin film solar cell and manufacturing method thereof>
The organic thin film solar cell of the present invention includes a first electrode layer, a photoelectric conversion layer containing at least the conjugated polymer and fullerenes described above, and a second electrode layer.
Below, the form of the organic thin-film solar cell of this invention and its manufacturing method are explained in full detail.

<有機薄膜太陽電池(第1の実施形態)>
図1は、本発明の有機薄膜太陽電池の第1の実施形態の模式的断面図である。
同図に示す有機薄膜太陽電池10は、透明基板12、透明電極層14、正孔輸送層16、光電変換層18、電子輸送層20、および対向電極層22をこの順で積層した積層構造を有する。該太陽電池は、光電変換層18がp型有機半導体材料とn型有機半導体材料とが混合して存在する混合層である、いわゆるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池に該当する。各層の厚みは、該図によっては制限されない。
以下に、各層について詳述する。
<Organic thin film solar cell (first embodiment)>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the organic thin-film solar cell of the present invention.
The organic thin film solar cell 10 shown in the figure has a laminated structure in which a transparent substrate 12, a transparent electrode layer 14, a hole transport layer 16, a photoelectric conversion layer 18, an electron transport layer 20, and a counter electrode layer 22 are laminated in this order. Have. The solar cell corresponds to a so-called bulk heterojunction organic thin film solar cell in which the photoelectric conversion layer 18 is a mixed layer in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material are mixed. The thickness of each layer is not limited depending on the figure.
Below, each layer is explained in full detail.

<透明基板>
透明基板12は、後述する電極層、光電変換層などを支持し、補強するものであれば、任意の材料を使用することができる。なお、該基板は、後述する透明電極層14が十分な強度有していれば、本発明の有機薄膜太陽電池に含まれていなくてもよい。
透明基板12としては、例えば、ガラスや、ポリイミド、PET、PEN、PES、テフロン(登録商標)等の耐熱性の高分子フィルムや、セラミックなどが挙げられる。透明基板12は、高い透明性を有するものが好ましく、例えばガラスが挙げられる。なお、透明基板12の表面はフラットであってもよいし、凹凸を有していてもよい。
透明基板12の厚さは任意の厚さとすることができ、好ましくは0.05mm〜3mmである。
<Transparent substrate>
As the transparent substrate 12, any material can be used as long as it supports and reinforces an electrode layer, a photoelectric conversion layer, and the like described later. The substrate does not have to be included in the organic thin film solar cell of the present invention as long as the transparent electrode layer 14 described later has sufficient strength.
Examples of the transparent substrate 12 include glass, heat-resistant polymer films such as polyimide, PET, PEN, PES, and Teflon (registered trademark), and ceramics. The transparent substrate 12 preferably has high transparency, and examples thereof include glass. Note that the surface of the transparent substrate 12 may be flat or may have irregularities.
The thickness of the transparent substrate 12 can be any thickness, and is preferably 0.05 mm to 3 mm.

<透明電極層(第1電極層)>
透明電極層14は、後述する光電変換層18の一面側に設けられる第1電極層である。本実施形態では、透明電極層14は、正孔輸送層16を介して設けられているが、光電変換層18に接して設けられていてもよい。透明電極層14は、光電変換層18に対してオーミック接触の形成が可能であり、かつ照射光を透過させるものであれば任意の材料を使用することができる。
例えば、ITO、SnO2、ZnO、In23などの透明導電材料、または、フッ素ドープ酸化錫(SnO2:F)、アンチモンドープ酸化錫(SnO2:Sb)、錫ドープ酸化インジウム(In23:Sn)、Alドープ酸化亜鉛(ZnO:Al)、Gaドープ酸化亜鉛(ZnO:Ga)などの、上記透明導電材料に不純物がドープされたもので構成される。
透明電極層14は、上記材料からなる単独層で構成されていてもよく、複数の層を積層した積層体で構成されていてもよい。透明電極層14の層厚は、電極としての機能を果たすものであれば特に限定されるものではないが、通常は3nm〜10μmである。なお、透明電極層14は、表面がフラットなものでもよく、表面に凹凸を有しているものでもよい。
<Transparent electrode layer (first electrode layer)>
The transparent electrode layer 14 is a first electrode layer provided on one side of the photoelectric conversion layer 18 described later. In the present embodiment, the transparent electrode layer 14 is provided via the hole transport layer 16, but may be provided in contact with the photoelectric conversion layer 18. The transparent electrode layer 14 can be made of any material as long as it can form an ohmic contact with the photoelectric conversion layer 18 and transmits the irradiation light.
For example, a transparent conductive material such as ITO, SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 , or fluorine-doped tin oxide (SnO 2 : F), antimony-doped tin oxide (SnO 2 : Sb), tin-doped indium oxide (In 2) O 3 : Sn), Al-doped zinc oxide (ZnO: Al), Ga-doped zinc oxide (ZnO: Ga), and the like, which are formed by doping the transparent conductive material with impurities.
The transparent electrode layer 14 may be composed of a single layer made of the above material, or may be composed of a laminate in which a plurality of layers are laminated. The layer thickness of the transparent electrode layer 14 is not particularly limited as long as it functions as an electrode, but is usually 3 nm to 10 μm. In addition, the transparent electrode layer 14 may have a flat surface or may have irregularities on the surface.

<正孔輸送層>
正孔輸送層16は、透明電極層14と後述する光電変換層18との間に設置され、正孔の取り出し効率の向上に寄与する。また、正孔輸送層16は、光電変換層18から透明電極層14への電子の漏れを抑制する電子ブロッキング効果や、透明電極層14の凹凸を平滑にするバッファー層としても機能する。なお、この正孔輸送層16は、必要に応じて設置され、本発明の有機薄膜太陽電池に含まれていなくてもよい。
正孔輸送層16としては、ポリ−(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリエチレンスルフォン酸ナトリウム(通称PEDOT−PSS)など正孔輸送性のある物質であって、最高占有分子軌道(HOMO)のエネルギーレベルが真空準位から比較して透明電極層14よりも低いレベルであれば、特に制限はない。材料としては、例えば、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等の導電性有機化合物などが挙げられる。
正孔輸送層16の層厚については特に制限はないが、5〜500nm程度が好ましい。
<Hole transport layer>
The hole transport layer 16 is disposed between the transparent electrode layer 14 and a photoelectric conversion layer 18 described later, and contributes to improvement of hole extraction efficiency. The hole transport layer 16 also functions as an electron blocking effect that suppresses leakage of electrons from the photoelectric conversion layer 18 to the transparent electrode layer 14 and a buffer layer that smoothes the unevenness of the transparent electrode layer 14. In addition, this hole transport layer 16 is installed as needed, and does not need to be contained in the organic thin-film solar cell of this invention.
The hole transport layer 16 is a substance having a hole transport property such as poly- (3,4-ethylenedioxythiophene) / polyethylene sodium sulfonate (commonly known as PEDOT-PSS), and has the highest occupied molecular orbital (HOMO). If the energy level is lower than that of the transparent electrode layer 14 as compared with the vacuum level, there is no particular limitation. Examples of the material include conductive organic compounds such as doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene, and triphenyldiamine (TPD).
The layer thickness of the hole transport layer 16 is not particularly limited, but is preferably about 5 to 500 nm.

<光電変換層>
本実施形態の光電変換層18は、1層中にp型有機半導体材料(アクセプター)およびn型半導体材料(ドナー)が混在するバルクヘテロ型の光電変換層(バルクヘテロ型混合層)のことである。本実施形態においてはp型有機半導体材料として上述した一般式(1)で表される繰り返し単位および一般式(2)で表される繰り返し単位を有する共役系高分子が用いられ、n型有機半導体材料としてフラーレン類が主に用いられる。
以下に、使用される材料に関して詳述する。
<Photoelectric conversion layer>
The photoelectric conversion layer 18 of this embodiment is a bulk hetero type photoelectric conversion layer (bulk hetero type mixed layer) in which a p-type organic semiconductor material (acceptor) and an n-type semiconductor material (donor) are mixed in one layer. In this embodiment, a conjugated polymer having the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) is used as the p-type organic semiconductor material, and the n-type organic semiconductor is used. Fullerenes are mainly used as the material.
Hereinafter, the materials used will be described in detail.

p型有機半導体材料としては、上述した共役系高分子が使用されるが、それ以外の公知の他の材料を併用してもよい。
公知のp型有機半導体材料としては、N,N’−ビス(3−トリル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(mTPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、4,4’,4’’−トリス(フェニル−3−トリルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)などのアミン化合物;フタロシアニン(Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、チタニルフタロシアニン(TiOPc)などのフタロシアニン類;オクタエチルポルフィリン(OEP)、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)などのポルフィリン類;ポリヘキシルチオフェン(P3HT)、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン(MEHPPV)などの主鎖型共役高分子類やポリビニルカルバゾールなどの側鎖型高分子類などの高分子化合物などが挙げられる。
As the p-type organic semiconductor material, the conjugated polymer described above is used, but other known materials may be used in combination.
Known p-type organic semiconductor materials include N, N′-bis (3-tolyl) -N, N′-diphenylbenzidine (mTPD), N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenylbenzidine (NPD). , 4,4 ′, 4 ″ -tris (phenyl-3-tolylamino) triphenylamine (MTDATA) and the like; phthalocyanine (Pc), copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), titanyl phthalocyanine (TiOPc) ); Phthalocyanines such as octaethylporphyrin (OEP), platinum octaethylporphyrin (PtOEP), zinc tetraphenylporphyrin (ZnTPP); polyhexylthiophene (P3HT), methoxyethylhexyloxyphenylene vinylene (MEHPPV), etc. Lord of Examples thereof include polymer compounds such as chain-type conjugated polymers and side-chain polymers such as polyvinyl carbazole.

n型有機半導体材料としては、フラーレン類が用いられる。フラーレン類とは、フラーレン、その誘導体(フラーレン誘導体)、および、その金属内包物等を含む概念である。
フラーレンとしては、種々の立体構造を有するカーボンクラスター、例えば、C60、C70、C74、C76、C78、C82、C84、C720、C860などのフラーレンが挙げられる。フラーレンの形態は、例えば、サッカーボール状、バッキーボール状などが挙げられる。
Fullerenes are used as the n-type organic semiconductor material. The fullerene is a concept including fullerene, a derivative thereof (fullerene derivative), a metal inclusion thereof, and the like.
Examples of fullerenes include carbon clusters having various three-dimensional structures, for example, fullerenes such as C 60 , C 70 , C 74 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 720 , and C 860 . Examples of the form of fullerene include a soccer ball shape and a bucky ball shape.

フラーレン誘導体とは、フラーレン骨格に置換基を導入して表面修飾した化合物を意味する。修飾方法は、特に限定されず、例えば、フラーレンの反応性に富む炭素5員環部を化学的に修飾できる。置換基の種類は、特に限定されず、例えば、アルキル基(炭素数1〜10のメチル基、t−ブチル基などのアルキル基等)、アリール基(フェニル基等)、アラルキル基(ベンジル基等)、ジオキソラン単位、ハロゲン原子、または、酸素原子等が例示できる。また、液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシド等の導入により修飾されていてもよい。フラーレンの修飾により、溶媒、高分子への可溶化や親和性の改善、フラーレンの配列または配向を可能にする。   The fullerene derivative means a compound that is surface-modified by introducing a substituent into the fullerene skeleton. The modification method is not particularly limited, and for example, a carbon 5-membered ring portion rich in fullerene reactivity can be chemically modified. The type of the substituent is not particularly limited, and for example, an alkyl group (alkyl group such as a methyl group having 1 to 10 carbon atoms, a t-butyl group), an aryl group (phenyl group, etc.), an aralkyl group (benzyl group, etc.). ), A dioxolane unit, a halogen atom, or an oxygen atom. Moreover, it may be modified by introducing a liquid crystal polymer, pigments, polyethylene oxide or the like. The modification of fullerene enables solubilization in solvents and polymers, improved affinity, and alignment or orientation of fullerenes.

金属を内包したフラーレンとしては、種々の金属、例えば、周期表第1A族元素(K、Na、Rb等)、周期表第2A族元素、ランタノイド族元素(La等)等の金属がドープされたフラーレンが例示できる。   The metal-encapsulated fullerene is doped with various metals such as 1A group elements (K, Na, Rb, etc.), 2A group elements, lanthanoid elements (La, etc.) of the periodic table. An example is fullerene.

n型有機半導体材料としては、上記の中でも、[6,6]−フェニル−C61ブチルカルボン酸メチルエステル(PCBM)が好ましく挙げられる。 Among the above, as the n-type organic semiconductor material, [6,6] -phenyl-C 61 butylcarboxylic acid methyl ester (PCBM) is preferably exemplified.

なお、本発明の効果を損なわない限り、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドンなどの他の公知のn型有機半導体材料を併用してもよい。   As long as the effects of the present invention are not impaired, other known n-type organic semiconductor materials such as perylene derivatives, polycyclic quinones, and quinacridones may be used in combination.

p型有機半導体材料とn型有機半導体材料の混合割合は特に制限されないが、得られる有機薄膜太陽電池の性能がより優れる点から、両者の質量比(p型有機半導体材料/n型有機半導体材料)は、0.3〜1.8が好ましく、0.5〜1.5がより好ましい。   The mixing ratio of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material is not particularly limited, but the mass ratio of the two (p-type organic semiconductor material / n-type organic semiconductor material) from the point that the performance of the obtained organic thin film solar cell is more excellent ) Is preferably 0.3 to 1.8, more preferably 0.5 to 1.5.

光電変換層18の厚みは特に制限されないが、得られる有機薄膜太陽電池の性能がより優れる点から、100〜400nmが好ましく、150〜300nmがより好ましい。   Although the thickness in particular of the photoelectric converting layer 18 is not restrict | limited, 100-400 nm is preferable and 150-300 nm is more preferable from the point which the performance of the organic thin-film solar cell obtained is more excellent.

<電子輸送層>
電子輸送層20は、光電変換層18と対向電極層22との間に配置され、電子の取り出し効率の向上に寄与する。なお、この電子輸送層20は、必要に応じて設置され、本発明の有機薄膜太陽電池に含まれていなくてもよい。
電子輸送層20としては、例えば、フッ化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化物等を用いることができる。また、酸化チタンなどの無機半導体を用いることもできる。
電子輸送層20の層厚については特に制限はないが、5〜100nm程度が好ましい。
<Electron transport layer>
The electron transport layer 20 is disposed between the photoelectric conversion layer 18 and the counter electrode layer 22 and contributes to an improvement in electron extraction efficiency. In addition, this electron carrying layer 20 is installed as needed, and does not need to be contained in the organic thin film solar cell of this invention.
As the electron transport layer 20, for example, an alkali metal such as lithium fluoride, a halide of an alkaline earth metal, an oxide, or the like can be used. An inorganic semiconductor such as titanium oxide can also be used.
Although there is no restriction | limiting in particular about the layer thickness of the electron carrying layer 20, About 5-100 nm is preferable.

<対向電極層(第2電極層)>
対向電極層22は、光電変換層18の他面側に設けられる第2電極層である。他面側とは、光電変換層18に対し、透明電極層14の反対側をいう。本実施形態では、対向電極層22は、電子輸送層20を介して設けられているが、光電変換層18に接して設けられていてもよい。
対向電極層22を構成する材料は、光電変換層18の半導体からの電荷を有効に収集できる仕事関数を有することが望ましい。透明電極層14が、正孔を収集する場合は、対向電極層22としては電子を収集しやすいアルミニウム、マグネシウム、カルシウムなどが用いられる。
対向電極層22の層厚は、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できる程度のシート抵抗を得ることができる範囲であれば、特に限定されない。対向電極層22の層厚については特に制限はないが、1〜100nmが好ましい。
<Counter electrode layer (second electrode layer)>
The counter electrode layer 22 is a second electrode layer provided on the other surface side of the photoelectric conversion layer 18. The other side refers to the side opposite to the transparent electrode layer 14 with respect to the photoelectric conversion layer 18. In the present embodiment, the counter electrode layer 22 is provided via the electron transport layer 20, but may be provided in contact with the photoelectric conversion layer 18.
The material constituting the counter electrode layer 22 desirably has a work function capable of effectively collecting charges from the semiconductor of the photoelectric conversion layer 18. When the transparent electrode layer 14 collects holes, aluminum, magnesium, calcium, or the like that easily collects electrons is used as the counter electrode layer 22.
The thickness of the counter electrode layer 22 is not particularly limited as long as the sheet resistance that can sufficiently transmit the generated photocharge to the external circuit can be obtained. Although there is no restriction | limiting in particular about the layer thickness of the counter electrode layer 22, 1-100 nm is preferable.

<有機薄膜太陽電池の製造方法>
本発明の有機薄膜太陽電池の各層の形成方法は特に制限されず、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティングなどの乾式成膜法や、スピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェットなどの湿式成膜法を採用することができる。
より詳細には、まず、透明基板12を設置し、透明基板12上に透明電極層14を形成する。基板の形状および寸法に制限はなく、任意に設置することができる。透明電極層14は任意の方法により形成することができ、例えば、真空蒸着、スパッタなどのドライプロセス、ゾルゲル法などの湿式プロセスの方法が挙げられる。
次に、透明電極層14の表面上に正孔輸送層16を形成する。正孔輸送層16は、使用する材料を溶媒に溶かして、該溶液を使用してスピンコート、ディップコート、キャストコートなどの任意の方法を用いて形成することができる。
次に、上述した共役系高分子とn型有機半導体材料とを含む溶液を用いて、湿式成膜法により透明電極層14の表面上に光電変換層18を成膜する。
さらに、光電変換層18の表面上に、電子輸送層20を形成する。電子輸送層20は、真空蒸着などのドライプロセス、ゾルゲル法などの湿式プロセスなどの方法を用いて形成できる。
最後に、電子輸送層20の表面上に、対向電極層22を形成する。対向電極層22は、真空蒸着、レーザー転写法などの任意の方法で形成できる。
<Method for producing organic thin-film solar cell>
The method for forming each layer of the organic thin film solar cell of the present invention is not particularly limited, and is a dry film forming method such as vacuum deposition, sputtering, plasma, ion plating, spin coating, dip coating, casting, roll coating, flow coating, A wet film forming method such as an ink jet can be employed.
More specifically, first, the transparent substrate 12 is installed, and the transparent electrode layer 14 is formed on the transparent substrate 12. There is no restriction | limiting in the shape and dimension of a board | substrate, It can install arbitrarily. The transparent electrode layer 14 can be formed by any method, and examples thereof include a dry process such as vacuum deposition and sputtering, and a wet process such as a sol-gel method.
Next, the hole transport layer 16 is formed on the surface of the transparent electrode layer 14. The hole transport layer 16 can be formed by dissolving a material to be used in a solvent and using the solution to form an arbitrary method such as spin coating, dip coating, or cast coating.
Next, the photoelectric conversion layer 18 is formed on the surface of the transparent electrode layer 14 by a wet film forming method using the above-described solution containing the conjugated polymer and the n-type organic semiconductor material.
Further, the electron transport layer 20 is formed on the surface of the photoelectric conversion layer 18. The electron transport layer 20 can be formed using a method such as a dry process such as vacuum deposition or a wet process such as a sol-gel method.
Finally, the counter electrode layer 22 is formed on the surface of the electron transport layer 20. The counter electrode layer 22 can be formed by any method such as vacuum deposition or laser transfer.

乾式成膜法を採用する場合、抵抗加熱法を用いて材料を加熱蒸発させることが好ましい。また、混合層を形成する場合には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。成膜時には、基板温度を一定に制御することが好ましい。
湿式成膜法を適用する場合、材料を適切な溶媒に溶解または分散させて溶液を調製してから薄膜を形成する。かかる溶媒としては任意の溶媒を使用でき、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなどのハロゲン系炭化水素系溶媒;ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソールなどのエーテル系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコールなどのアルコール系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリンなどの炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル系溶媒などが挙げられる。また、これらの溶媒は、単独で使用しても複数混合して用いてもよい。
また、溶液中の材料濃度は、使用される材料に応じて適宜最適な濃度が選択される。
When the dry film forming method is employed, it is preferable to heat and evaporate the material using a resistance heating method. Moreover, when forming a mixed layer, the film-forming method by simultaneous vapor deposition from a several evaporation source is preferable, for example. During film formation, it is preferable to control the substrate temperature to be constant.
In the case of applying a wet film formation method, a thin film is formed after preparing a solution by dissolving or dispersing materials in an appropriate solvent. As such a solvent, any solvent can be used, for example, halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, tetrachloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene; dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane. , Ether solvents such as anisole; alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol; benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, hexane, octane, Examples thereof include hydrocarbon solvents such as decane and tetralin; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and amyl acetate. These solvents may be used alone or in combination.
The material concentration in the solution is appropriately selected according to the material used.

本発明においては、有機薄膜太陽電池のいずれの層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止などのため、適切な樹脂や添加剤を含有させてもよい。使用可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロースなどの絶縁性樹脂およびそれらの共重合体;ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシランなどの光導電性樹脂;ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性樹脂などが挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤などが挙げられる。
In the present invention, in any layer of the organic thin film solar cell, an appropriate resin or additive may be contained in order to improve the film formability and prevent pinholes in the film. Usable resins include polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyurethane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose and other insulating resins and copolymers thereof; poly-N-vinylcarbazole And photoconductive resins such as polysilane; and conductive resins such as polythiophene and polypyrrole.
Examples of the additive include an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer.

<有機薄膜太陽電池(第2の実施形態)>
図2は、本発明の有機薄膜太陽電池の第2の実施形態を示す概略図である。
図2に示す有機薄膜太陽電池110は、基板12A上に、対向電極層22、光電変換層18および透明電極層14が順次積層されて構成されている。この構成は、基板12Aからの積層の順を図1に示したのとは逆にした構成である。対向電極層22は基板12A上に設けられており、透明電極層14は有機薄膜太陽電池110の最表面に設けられている。
本実施形態においては、基板12Aは必ずしも透明である必要はなく、金属、セラミックス、プラスチックなどの様々な材料の基板を用いることができる。
本実施形態における各層の成分および塗布液の調製方法は、第一の実施形態と同様とすることができる。本実施形態の有機薄膜太陽電池の製造方法は、基板12A上に、対向電極層22、電子輸送層20、光電変換層18、正孔輸送層16、透明電極層14の順に積層する点において、第一の実施形態と異なる。かかる構成にすることにより、図1に示す構成と比較して、多くの場合に金属薄膜が用いられ、真空蒸着で形成される対抗電極層22を、有機膜形成前に形成できるので、真空蒸着による有機膜への損傷を抑制する事が可能という効果が得られる。
<Organic thin film solar cell (second embodiment)>
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the organic thin-film solar cell of the present invention.
The organic thin film solar cell 110 shown in FIG. 2 is configured by sequentially laminating a counter electrode layer 22, a photoelectric conversion layer 18, and a transparent electrode layer 14 on a substrate 12A. In this configuration, the order of stacking from the substrate 12A is reversed from that shown in FIG. The counter electrode layer 22 is provided on the substrate 12 </ b> A, and the transparent electrode layer 14 is provided on the outermost surface of the organic thin film solar cell 110.
In the present embodiment, the substrate 12A is not necessarily transparent, and substrates of various materials such as metal, ceramics, and plastic can be used.
The component of each layer in this embodiment and the preparation method of a coating liquid can be made the same as that of 1st embodiment. The manufacturing method of the organic thin film solar cell of this embodiment is the point which laminates | stacks in order of the counter electrode layer 22, the electron carrying layer 20, the photoelectric converting layer 18, the positive hole transport layer 16, and the transparent electrode layer 14 on the board | substrate 12A. Different from the first embodiment. With this configuration, compared to the configuration shown in FIG. 1, a metal thin film is used in many cases, and the counter electrode layer 22 formed by vacuum deposition can be formed before forming the organic film. The effect that it is possible to suppress the damage to the organic film due to is obtained.

<有機薄膜太陽電池(第3の実施形態)>
図3は、本発明の有機薄膜太陽電池の第3の実施形態を示す概略図である。
図3に示す有機薄膜太陽電池120は、透明基板12、透明電極層14、正孔輸送層16、光電変換層18A、電子輸送層20、および対向電極層22をこの順で積層した積層構造を有し、光電変換層18Aがp型有機半導体材料からなるp層24とn型有機半導体材料からなるn層26との二層構造(バイレイヤー構造)である。
本実施形態における各層の成分および塗布液の調製方法は、第一の実施形態と同様とすることができる。なお、光電変換層18Aを作製する方法としては、まず、p型有機半導体材料を含む溶液を用いて湿式成膜法によりp層24を作製した後、n型有機半導体材料を含む溶液を用いて湿式成膜法によりn層26を作製する方法が挙げられる。
<Organic thin-film solar cell (third embodiment)>
FIG. 3 is a schematic view showing a third embodiment of the organic thin film solar cell of the present invention.
The organic thin film solar cell 120 shown in FIG. 3 has a laminated structure in which a transparent substrate 12, a transparent electrode layer 14, a hole transport layer 16, a photoelectric conversion layer 18A, an electron transport layer 20, and a counter electrode layer 22 are laminated in this order. The photoelectric conversion layer 18A has a two-layer structure (bi-layer structure) of a p layer 24 made of a p-type organic semiconductor material and an n layer 26 made of an n-type organic semiconductor material.
The component of each layer in this embodiment and the preparation method of a coating liquid can be made the same as that of 1st embodiment. As a method for manufacturing the photoelectric conversion layer 18A, first, the p layer 24 is formed by a wet film formation method using a solution containing a p-type organic semiconductor material, and then a solution containing an n-type organic semiconductor material is used. A method of forming the n-layer 26 by a wet film forming method is included.

<有機薄膜太陽電池(第4の実施形態)>
図4は、本発明の有機薄膜太陽電池の第4の実施形態を示す概略図である。
図4に示す有機薄膜太陽電池130は、透明基板12、透明電極層14、正孔輸送層16、光電変換層18B、電子輸送層20、および対向電極層22をこの順で積層した積層構造を有し、光電変換層18Bがp型有機半導体材料からなるp層24と、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料との混合層28と、n型有機半導体材料からなるn層26との三層構造である。
本実施形態における各層の成分および塗布液の調製方法は、第一の実施形態と同様とすることができる。なお、光電変換層18Bを作製する方法としては、まず、p型有機半導体材料を含む溶液を用いて湿式成膜法によりp層24を作製した後、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを含む溶液を用いて湿式成膜法により混合層28を作製し、さらにn型有機半導体材料を含む溶液を用いて湿式成膜法によりn層26を作製する方法が挙げられる。
<Organic thin film solar cell (fourth embodiment)>
FIG. 4 is a schematic view showing a fourth embodiment of the organic thin film solar cell of the present invention.
The organic thin film solar cell 130 shown in FIG. 4 has a laminated structure in which the transparent substrate 12, the transparent electrode layer 14, the hole transport layer 16, the photoelectric conversion layer 18B, the electron transport layer 20, and the counter electrode layer 22 are laminated in this order. A photoelectric conversion layer 18B having a p layer 24 made of a p-type organic semiconductor material, a mixed layer 28 of a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material, and an n layer 26 made of an n-type organic semiconductor material. It has a three-layer structure.
The component of each layer in this embodiment and the preparation method of a coating liquid can be made the same as that of 1st embodiment. As a method of manufacturing the photoelectric conversion layer 18B, first, the p layer 24 is formed by a wet film formation method using a solution containing a p-type organic semiconductor material, and then the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material are used. And the n-layer 26 is formed by a wet film formation method using a solution containing an n-type organic semiconductor material.

本発明で得られる有機薄膜太陽電池材料を用いた有機薄膜太陽電池は、太陽電池モジュール、太陽光発電パネル、時計、携帯情報端末、パーソナルコンピューターなどの装置に有効に利用される。   The organic thin film solar cell using the organic thin film solar cell material obtained in the present invention is effectively used for devices such as a solar cell module, a photovoltaic power generation panel, a watch, a portable information terminal, and a personal computer.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

(測定条件等)
GPC測定は、SHIMADZU Prominenceを使用し、カラム温度25℃で、溶出溶媒としてクロロホルムを使用し、数平均分子量は標準ポリスチレンを用いて作製した検量線を用いて計算した。
核磁気共鳴(1H NMR)スペクトルは、JEOL JNM-EX400を用いて測定した。
赤外吸収(IR)スペクトルは、JASCO FT/IR-470 Plusを用いて測定した。
サイクリックボルタンメトリーは、測定装置としてALS 630aを使用し、作用電極として後述する共役系高分子がコートされたITO電極、対電極としてPt線、参照電極としてAg/AgNO3電極を用いて測定した。この測定時の掃引速度は10〜100mV/sec、走査電位領域は−2.0V〜1.6Vであった。還元電位および酸化電位は、後述する共役系高分子のフィルムを、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロフォスファート0.1mol/Lを溶解させたアセトニトリル溶液中に浸漬して測定した。
(Measurement conditions, etc.)
For GPC measurement, SHIMADZU Prominence was used, column temperature was 25 ° C., chloroform was used as an elution solvent, and the number average molecular weight was calculated using a calibration curve prepared using standard polystyrene.
Nuclear magnetic resonance ( 1 H NMR) spectra were measured using JEOL JNM-EX400.
Infrared absorption (IR) spectra were measured using JASCO FT / IR-470 Plus.
Cyclic voltammetry was measured using ALS 630a as a measuring device, an ITO electrode coated with a conjugated polymer described later as a working electrode, a Pt line as a counter electrode, and an Ag / AgNO 3 electrode as a reference electrode. The sweep rate during this measurement was 10 to 100 mV / sec, and the scanning potential region was −2.0 V to 1.6 V. The reduction potential and the oxidation potential were measured by immersing a conjugated polymer film described later in an acetonitrile solution in which 0.1 mol / L of tetrabutylammonium hexafluorophosphate was dissolved as a supporting electrolyte.

<合成例1>
N−ドデシルイミド縮環チオフェン(化合物5)を既報(Nielsen, C. B.; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381)の手法に従って合成した(Scheme 1)。
<Synthesis Example 1>
N-dodecylimide-fused thiophene (compound 5) was synthesized according to the method described previously (Nielsen, CB; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381) (Scheme 1).

(2,5−ジヨード(N−ドデシルジオキソピロロチオフェン))(化合物6)
上記化合物5(0.838g、2.70mmol)を、濃硫酸(4.2ml)とトリフルオロ酢酸(14ml)の混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ヨードコハク酸イミド(NIS)(2.44g、10.8mmol)を二回に分けて加え、反応液を室温で24時間攪拌した。得られた紫色の溶液を氷水(150ml)に加えて、ジクロロメタンで抽出を行った。得られた有機層を10%チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒をエバポレーターで除去して、茶色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてジクロロメタン/ヘキサン溶液(1:1)とを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製し、さらにエタノールで再結晶することにより、化合物6を得た(0.868g、1.51mmol、収率56%)。化合物6の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (300 Mhz, CDCl3):δ 3.59 (dd, 2H), 1.62 (quintet, 2H), 1.25 (m, 18H), 0.88 (t, 3H).
(2,5-Diiodo (N-dodecyldioxopyrrolothiophene)) (Compound 6)
The compound 5 (0.838 g, 2.70 mmol) was dissolved in a mixed solution of concentrated sulfuric acid (4.2 ml) and trifluoroacetic acid (14 ml). Next, N-iodosuccinimide (NIS) (2.44 g, 10.8 mmol) was added to the reaction solution in two portions, and the reaction solution was stirred at room temperature for 24 hours. The resulting purple solution was added to ice water (150 ml) and extracted with dichloromethane. The obtained organic layer was washed with a 10% aqueous sodium thiosulfate solution and dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed by an evaporator to obtain a brown crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and dichloromethane / hexane solution (1: 1) as an eluent, and further recrystallized with ethanol to obtain Compound 6 (0.868 g, 1.51 mmol, yield 56%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 6 were as follows.
1 H NMR (300 Mhz, CDCl 3 ): δ 3.59 (dd, 2H), 1.62 (quintet, 2H), 1.25 (m, 18H), 0.88 (t, 3H).

(2,5−ビス(トリブチルスタニル)チオフェン)(化合物7)
2,5−ビス(トリブチルスタニル)チオフェン(化合物7)を既報の手法(Hou, J.; Tan, Z.; Yan, Y.; He, Y.; Yang, C.; Li, Y. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4911)にしたがって合成した(Scheme 2)。
(2,5-Bis (tributylstannyl) thiophene) (Compound 7)
2,5-bis (tributylstannyl) thiophene (compound 7) was prepared by the previously reported method (Hou, J .; Tan, Z .; Yan, Y .; He, Y .; Yang, C .; Li, YJ Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4911) (Scheme 2).

(ポリ[(N−ドデシルジオキソピロロチオフェン)−alt−(チオフェン)])(PDT)
さらに、アルゴン置換した乾燥シュレンク管に、化合物6(30mg、0.052mmol)、化合物7(38mg、0.057mmol)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(3.7g、0.0053mmol)、および蒸留トルエン(1ml)を加えた(Scheme 3)。その後、反応混合液を120℃で72時間攪拌した。攪拌終了後、冷ました反応混合液をメタノールに加えて、生じた黒色沈殿をメンブレンフィルター(ADVANTEC)により回収した。この生成物をメタノールおよびヘキサンで洗浄した後、分取クロマトグラフィー(LC−908 JAi)を用いて精製し、黒色のPDT(8)を得た(5.6mg、収率27%)。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図5Aに、IR測定の結果を図5Bに、UV測定および蛍光測定の結果を図5Cに示す。なお、サイクリックボルタンメトリー測定により、酸化オンセット(EOX,ONSET、onset of the oxidation potential)は0.81Vで、還元オンセット(ERED,ONSET、onset of the reduction potential)は−1.11Vであった。
なお、PDT(8)の数平均分子量(M)は87,000で、分子量分布(PDI)は4.1であった。
(Poly [(N-dodecyldioxopyrrolothiophene) -alt- (thiophene)]) (PDT)
Furthermore, to a dry Schlenk tube purged with argon, compound 6 (30 mg, 0.052 mmol), compound 7 (38 mg, 0.057 mmol), dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (3.7 g, 0.0053 mmol), And distilled toluene (1 ml) was added (Scheme 3). The reaction mixture was then stirred at 120 ° C. for 72 hours. After completion of the stirring, the cooled reaction mixture was added to methanol, and the resulting black precipitate was recovered with a membrane filter (ADVANTEC). The product was washed with methanol and hexane, and then purified using preparative chromatography (LC-908 JAi) to obtain black PDT (8) (5.6 mg, 27% yield). FIG. 5A shows the results of 1 H NMR measurement of the obtained polymer, FIG. 5B shows the results of IR measurement, and FIG. 5C shows the results of UV measurement and fluorescence measurement. By cyclic voltammetry measurement, the oxidation onset (E OX, ONSET , onset of the oxidation potential) is 0.81V, and the reduction onset (E RED, ONSET , onset of the reduction potential) is −1.11V. there were.
The number average molecular weight (M n ) of PDT (8) was 87,000, and the molecular weight distribution (PDI) was 4.1.

<合成例2>
(4−オクタデシルカルバモイルチオフェン−3−カルボン酸)(化合物9)
Scheme 4に示すように、合成例1で合成したチオフェン−3,4−カルボン酸無水物(化合物3)(468mg、3.04mmol)とn−オクタデシルアミン(873mg、3.24mmol)とを蒸留トルエン(50m)に加え、反応液を24時間還流した。冷ました反応液から、ろ過により粗生成物を回収した。また、5%塩酸水溶液でろ液を洗浄して粗生成物を沈殿させ、クロロホルムで抽出を行った後、溶媒を除去することにより、ろ液からも粗生成物を回収した。次に、回収した粗生成物をトルエンで再結晶することにより、白色の結晶である化合物9を得た(1.21g、2.86mmol、収率94%)。化合物9の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ 8.40 (d, 1H), 7.73 (d, 1H), 6.46 (broad s, 1H), 3.41 (t, 2H), 1.58 (quintet, 2H), 1.46 - 0.76 (m, 33H).
<Synthesis Example 2>
(4-Octadecylcarbamoylthiophene-3-carboxylic acid) (Compound 9)
As shown in Scheme 4, the thiophene-3,4-carboxylic anhydride (Compound 3) (468 mg, 3.04 mmol) synthesized in Synthesis Example 1 and n-octadecylamine (873 mg, 3.24 mmol) were distilled from toluene. (50m) and the reaction was refluxed for 24 hours. The crude product was recovered from the cooled reaction solution by filtration. The filtrate was washed with a 5% aqueous hydrochloric acid solution to precipitate a crude product, extracted with chloroform, and then the solvent was removed to recover the crude product from the filtrate. Next, the recovered crude product was recrystallized from toluene to obtain Compound 9 as white crystals (1.21 g, 2.86 mmol, yield 94%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 9 were as follows.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 8.40 (d, 1H), 7.73 (d, 1H), 6.46 (broad s, 1H), 3.41 (t, 2H), 1.58 (quintet, 2H), 1.46- 0.76 (m, 33H).

(オクタデシルジオキソピロロチオフェン)(化合物10)
塩化チオニル(100ml)に化合物9(1.21g、2.86mmol)を加えて、反応液を3時間還流した。反応液を濃縮して薄い茶色のオイルを得た後、さらに乾燥して薄い黄色の結晶を得た。次に、結晶をヘキサン中で再結晶することにより、白い結晶として化合物10を得た(903mg、2.23mmol、収率78%)。化合物10の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ 7.80 (s, 2H), 3.60 (t, 2H), 1.63 (quintet, 2H), 1.54 - 0.86 (m, 33H).
(Octadecyldioxopyrrolothiophene) (Compound 10)
Compound 9 (1.21 g, 2.86 mmol) was added to thionyl chloride (100 ml), and the reaction solution was refluxed for 3 hours. The reaction solution was concentrated to obtain a light brown oil, which was further dried to obtain light yellow crystals. Next, the crystal was recrystallized in hexane to obtain Compound 10 as a white crystal (903 mg, 2.23 mmol, yield 78%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 10 were as follows.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 7.80 (s, 2H), 3.60 (t, 2H), 1.63 (quintet, 2H), 1.54-0.86 (m, 33H).

(1,3−ジブロモオクタデシルジオキソピロロチオフェン)(化合物11)
得られた化合物10(887mg、2.19mmol)を、濃硫酸(3.4ml)とトリフルオロ酢酸(11.3ml)の混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ブロモコハク酸イミド(NBS)(1.56g、4.67mmol)を二回に分けて加え、反応液を55℃で24時間攪拌した。得られた茶色の溶液を水(120ml)で希釈して、ジクロロメタン(150ml)で抽出を行った。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒をエバポレーターで除去して、オレンジ色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルムとを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製し、さらにエタノールで再結晶することにより、白い結晶として化合物11を得た(716mg、1.27mmol、収率58%)。化合物11の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 3.58 (t, 2H), 1.62 (quintet, 2H), 1.53 - 086 (m, 33H).
(1,3-Dibromooctadecyldioxopyrrolothiophene) (Compound 11)
The obtained compound 10 (887 mg, 2.19 mmol) was dissolved in a mixed solution of concentrated sulfuric acid (3.4 ml) and trifluoroacetic acid (11.3 ml). Next, N-bromosuccinimide (NBS) (1.56 g, 4.67 mmol) was added to the reaction solution in two portions, and the reaction solution was stirred at 55 ° C. for 24 hours. The resulting brown solution was diluted with water (120 ml) and extracted with dichloromethane (150 ml). The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed by an evaporator to obtain an orange crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and chloroform as the eluent, and further recrystallized with ethanol to obtain Compound 11 as white crystals (716 mg, 1.27 mmol, yield 58). %). The results of 1 H NMR measurement of Compound 11 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 3.58 (t, 2H), 1.62 (quintet, 2H), 1.53-086 (m, 33H).

(ポリ[(N−オクタデシルジオキソピロロチオフェン)−alt−(チオフェン)])(POT)
上記で合成した化合物11(200mg、0.355mmol)を、アルゴン雰囲気下、クロロホルム(5ml)に溶解させた(Scheme 5)。次に、化合物7(243mg、0.367mmol)とジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(12.5mg,0.018mmol)とを反応液に加えて、65℃で96時間攪拌した。冷ました反応液を500mlのメタノールに加えて、ろ過により沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄して、粗生成物POTを黒色固体として得た(160mg、収率93%)。溶離液としてクロロホルムを用いるクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製した後、クロロホルム/メタノールにより再沈殿して、POT(12)を得た(131mg、収率76%)。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図6Aに、IR測定の結果を図6Bに、UV測定および蛍光測定の結果を図6Cに示す。なお、サイクリックボルタンメトリー測定により、酸化オンセット(EOX,ONSET、onset of the oxidation potential)は0.57Vで、還元オンセット(ERED,ONSET、onset of the reduction potential)は−1.31Vであった。
なお、POT(12)の数平均分子量(M)は39,000であり、分子量分布(PDI)は1.5であった。
(Poly [(N-octadecyldioxopyrrolothiophene) -alt- (thiophene)]) (POT)
Compound 11 (200 mg, 0.355 mmol) synthesized above was dissolved in chloroform (5 ml) under an argon atmosphere (Scheme 5). Next, Compound 7 (243 mg, 0.367 mmol) and dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (12.5 mg, 0.018 mmol) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 65 ° C. for 96 hours. The cooled reaction solution was added to 500 ml of methanol, and the precipitate was collected by filtration. Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane to obtain a crude product POT as a black solid (160 mg, yield 93%). The crude product was purified by chromatography using chloroform as an eluent and then reprecipitated with chloroform / methanol to obtain POT (12) (131 mg, yield 76%). The result of 1 H NMR measurement of the obtained polymer is shown in FIG. 6A, the result of IR measurement is shown in FIG. 6B, and the results of UV measurement and fluorescence measurement are shown in FIG. 6C. By cyclic voltammetry measurement, the oxidation onset (E OX, ONSET , onset of the oxidation potential) is 0.57V, and the reduction onset (E RED, ONSET , onset of the reduction potential) is −1.31V. there were.
The number average molecular weight (M n ) of POT (12) was 39,000, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.5.

<合成例3>
(4−(2−ヘプチルオクチル)カルバモイルチオフェン−3−カルボン酸)(化合物13)
Scheme 6に示すように、合成例1で合成した化合物3(1.00g、6.49mmol)と2−ヘプチルオクチルアミン(1.57g、6.92mmol)とを蒸留トルエン(100ml)に加え、反応液を24時間還流した。冷ました反応液をろ過して、粗生成物を回収した。また、5%塩酸水溶液でろ液を洗浄して粗生成物を沈殿させ、クロロホルムで抽出を行った後、溶媒を除去することにより、ろ液からも粗生成物を回収した。さらに、回収した粗生成物を真空中で乾燥させた後、薄い黄色の液体として化合物13を得た(2.05g、5.39mmol、収率83%)。化合物13の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ8.49 (d, 1H), 7.97 (d, 1H), 6.70 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.57 (m, 4H), 1.26 (m, 20H), 0.87 (t, 6H).
<Synthesis Example 3>
(4- (2-Heptyloctyl) carbamoylthiophene-3-carboxylic acid) (Compound 13)
As shown in Scheme 6, compound 3 (1.00 g, 6.49 mmol) synthesized in Synthesis Example 1 and 2-heptyloctylamine (1.57 g, 6.92 mmol) were added to distilled toluene (100 ml), and the reaction was performed. The solution was refluxed for 24 hours. The cooled reaction solution was filtered to recover the crude product. The filtrate was washed with a 5% aqueous hydrochloric acid solution to precipitate a crude product, extracted with chloroform, and then the solvent was removed to recover the crude product from the filtrate. Further, the recovered crude product was dried in vacuum, and then compound 13 was obtained as a pale yellow liquid (2.05 g, 5.39 mmol, yield 83%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 13 were as follows.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 8.49 (d, 1H), 7.97 (d, 1H), 6.70 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.57 (m, 4H), 1.26 (m, 20H), 0.87 (t, 6H).

(2−ヘプチルオクチルジオキソピロロチオフェン)(化合物14)
塩化チオニル(150ml)に化合物13(1.51g、3.96mmol)を加えて、反応液を4時間還流した。反応液を濃縮して薄い茶色の液体を得た後、さらに乾燥して薄い黄色の結晶を得た。さらに、真空中で乾燥させた後、薄い茶色の液体として化合物14を得た(1.14g、3.13mmol、収率79%)。化合物14の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ 7.78 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.85 (m, 4H), 1.23 (m, 20H), 0.85 (t, 6H).
(2-Heptyloctyldioxopyrrolothiophene) (Compound 14)
Compound 13 (1.51 g, 3.96 mmol) was added to thionyl chloride (150 ml), and the reaction solution was refluxed for 4 hours. The reaction solution was concentrated to obtain a light brown liquid, which was further dried to obtain light yellow crystals. Furthermore, after drying in vacuo, compound 14 was obtained as a light brown liquid (1.14 g, 3.13 mmol, 79% yield). The results of 1 H NMR measurement of Compound 14 were as follows.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 7.78 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.85 (m, 4H), 1.23 (m, 20H), 0.85 (t, 6H).

(1,3−ジブロモ(2−ヘプチルオクチル)ジオキソピロロチオフェン)(化合物15)
得られた化合物14(1,00g、2.75mmol)を、濃硫酸(4.3ml)とトリフルオロ酢酸(14.2ml)の混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ブロモコハク酸イミド(NBS)(1.96g、5.86mmol)を二つに分けて加え、反応液を室温で24時間攪拌した。得られた茶色の溶液を水(150ml)で希釈して、ジクロロメタン(200ml)で抽出を行った。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒をエバポレーターで除去して、オレンジ色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルムとを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製して、茶色の液体として化合物15を得た(816mg、1.56mmol、収率57%)。化合物15の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 4.14 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.23 (m, 20H), 0.86 (t, 6H).
(1,3-Dibromo (2-heptyloctyl) dioxopyrrolothiophene) (Compound 15)
The obtained compound 14 (1,000 g, 2.75 mmol) was dissolved in a mixed solution of concentrated sulfuric acid (4.3 ml) and trifluoroacetic acid (14.2 ml). Next, N-bromosuccinimide (NBS) (1.96 g, 5.86 mmol) was added in two portions to the reaction solution, and the reaction solution was stirred at room temperature for 24 hours. The resulting brown solution was diluted with water (150 ml) and extracted with dichloromethane (200 ml). The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed by an evaporator to obtain an orange crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and chloroform as the eluent to give compound 15 as a brown liquid (816 mg, 1.56 mmol, 57% yield). The results of 1 H NMR measurement of Compound 15 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 4.14 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.23 (m, 20H), 0.86 (t, 6H).

(ポリ[(N−(2−ヘプチルオクチル)ジオキソピロロチオフェン)−alt−(チオフェン)])(PHOT)
上記で合成した化合物15(50mg、0.096mmol)を、アルゴン雰囲気下、クロロホルム(1ml)に溶解させた(Scheme 7)。次に、化合物7(67mg、0.10mmol)とジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(3.4mg、0.005mmol)とを反応液に加えて、65℃で48時間攪拌した。冷ました反応液を500mlのメタノールに加えて、ろ過により沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄して、PHOT(16)を黒色固体として得た(37mg、収率86%)。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図7Aに、IR測定の結果を図7Bに、UV測定の結果を図7Cに示す。
なお、PHOT(16)の数平均分子量(M)は3900であり、分子量分布は1.3であった。
(Poly [(N- (2-heptyloctyl) dioxopyrrolothiophene) -alt- (thiophene)]) (PHOT)
Compound 15 (50 mg, 0.096 mmol) synthesized above was dissolved in chloroform (1 ml) under an argon atmosphere (Scheme 7). Next, Compound 7 (67 mg, 0.10 mmol) and dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (3.4 mg, 0.005 mmol) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 65 ° C. for 48 hours. The cooled reaction solution was added to 500 ml of methanol, and the precipitate was collected by filtration. Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane to obtain PHOT (16) as a black solid (37 mg, yield 86%). The result of 1 H NMR measurement of the obtained polymer is shown in FIG. 7A, the result of IR measurement is shown in FIG. 7B, and the result of UV measurement is shown in FIG. 7C.
The number average molecular weight (M n ) of PHOT (16) was 3900, and the molecular weight distribution was 1.3.

<合成例4>
(4−(2−ヘキシルヘプチル)カルバモイルチオフェン−3−カルボン酸)(化合物17)
Scheme 8に示すように、合成例1で合成した化合物3(1.64g、10.6mmol)および2−ヘキシルヘプチルアミン(2.25g、11.3mmol)を蒸留トルエンに加えて、反応液を24時間還流した。冷ました反応液をろ過して、粗生成物を回収した。また、5%塩酸水溶液でろ液を洗浄して粗生成物を沈殿させ、クロロホルムで抽出を行った後、溶媒を除去することにより、ろ液からも粗生成物を回収した。さらに、回収した粗生成物を真空中で乾燥させた後、薄い黄色の液体として化合物17を得た(3.52g、収率94%)。化合物17の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ8.46 (d, 1H), 7.87 (d, 1H), 6.42 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.56 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.87 (t, 6H).
<Synthesis Example 4>
(4- (2-Hexylheptyl) carbamoylthiophene-3-carboxylic acid) (Compound 17)
As shown in Scheme 8, Compound 3 (1.64 g, 10.6 mmol) synthesized in Synthesis Example 1 and 2-hexylheptylamine (2.25 g, 11.3 mmol) were added to distilled toluene, and the reaction solution was converted to 24. Reflux for hours. The cooled reaction solution was filtered to recover the crude product. The filtrate was washed with a 5% aqueous hydrochloric acid solution to precipitate a crude product, extracted with chloroform, and then the solvent was removed to recover the crude product from the filtrate. Further, the recovered crude product was dried in vacuum, and then compound 17 was obtained as a pale yellow liquid (3.52 g, yield 94%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 17 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ8.46 (d, 1H), 7.87 (d, 1H), 6.42 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.56 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.87 (t, 6H).

(2−ヘキシルヘプチルジオキソピロロチオフェン)(化合物18)
塩化チオニル(200ml)に化合物17(3.52g、9.96mmol)を加えて、反応液を8時間還流した。反応液を濃縮して薄い茶色の液体を得た後、さらに乾燥して薄い黄色の結晶を得た。さらに、真空中で乾燥させた後、薄い黄色の固体として化合物18を得た(2.82g、8.41mmol、収率85%)。化合物18の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 7.84 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.60 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.86 (t, 6H).
(2-Hexylheptyldioxopyrrolothiophene) (Compound 18)
Compound 17 (3.52 g, 9.96 mmol) was added to thionyl chloride (200 ml) and the reaction was refluxed for 8 hours. The reaction solution was concentrated to obtain a light brown liquid, which was further dried to obtain light yellow crystals. Further, after drying in vacuo, compound 18 was obtained as a pale yellow solid (2.82 g, 8.41 mmol, 85% yield). The results of 1 H NMR measurement of Compound 18 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.84 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.60 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.86 (t, 6H).

(1,3−ジヨード(2−ヘキシルヘプチル)ジオキソピロロチオフェン)(化合物19)
得られた化合物18(3.15g、9.39mmol)を、濃硫酸(15ml)とトリフルオロ酢酸(50ml)の混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ヨードコハク酸イミド(NIS)(4.23g、18.7mmol)を二回に分けて加え、反応液を室温で12時間攪拌した。得られた茶色の溶液を水で希釈して、ジクロロメタンで抽出を行った。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒をエバポレーターで除去して、オレンジ色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルムとを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製して、白色の結晶として化合物19を得た(3.09g、5.26mmol、収率58%)。化合物19の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 4.09 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.24 (m, 12H), 0.86 (t, 6H).
(1,3-Diiodo (2-hexylheptyl) dioxopyrrolothiophene) (Compound 19)
The obtained compound 18 (3.15 g, 9.39 mmol) was dissolved in a mixed solution of concentrated sulfuric acid (15 ml) and trifluoroacetic acid (50 ml). Next, N-iodosuccinimide (NIS) (4.23 g, 18.7 mmol) was added to the reaction solution in two portions, and the reaction solution was stirred at room temperature for 12 hours. The resulting brown solution was diluted with water and extracted with dichloromethane. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed by an evaporator to obtain an orange crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and chloroform as the eluent to give compound 19 as white crystals (3.09 g, 5.26 mmol, 58% yield). The result of 1 H NMR measurement of Compound 19 was as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 4.09 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.24 (m, 12H), 0.86 (t, 6H).

(ポリ[(N−(2−ヘキシルヘプチル)ジオキソピロロチオフェン)−alt−(チオフェン)])(PHHT)
上記で合成した化合物19(58mg、0.10mmol)を、アルゴン雰囲気下、ジメチルホルムアミド(1ml)に溶解させた(Scheme 9)。次に、化合物7(66mg、0.10mmol)とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3mg,0.005mmol)とを反応液に加えて、110℃で48時間攪拌した。冷ました反応液を500mlのメタノールに加えて、ろ過により沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄して、PHHT(20)を黒色固体として得た(27mg、収率64%)。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図8Aに、IR測定の結果を図8Bに、UV測定および蛍光測定の結果を図8Cに示す。なお、サイクリックボルタンメトリー測定により、還元オンセット(ERED,ONSET、onset of the reduction potential)は−1.18Vであった。
なお、PHHT(20)の数平均分子量(M)は4300であり、分子量分布(PDI)は1.1であった。
(Poly [(N- (2-hexylheptyl) dioxopyrrolothiophene) -alt- (thiophene)]) (PHHT)
Compound 19 (58 mg, 0.10 mmol) synthesized above was dissolved in dimethylformamide (1 ml) under an argon atmosphere (Scheme 9). Next, Compound 7 (66 mg, 0.10 mmol) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3 mg, 0.005 mmol) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 48 hours. The cooled reaction solution was added to 500 ml of methanol, and the precipitate was collected by filtration. Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane to obtain PHHT (20) as a black solid (27 mg, yield 64%). FIG. 8A shows the results of 1 H NMR measurement of the obtained polymer, FIG. 8B shows the results of IR measurement, and FIG. 8C shows the results of UV measurement and fluorescence measurement. In addition, the reduction onset (ERED , ONSET , onset of the reduction potential) was -1.18V by cyclic voltammetry measurement.
The number average molecular weight (M n ) of PHHT (20) was 4300, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.1.

<合成例5>
(4−(2−ペンチルヘキシル)カルバモイルチオフェン−3−カルボン酸)(化合物21)
Scheme 10に示すように、合成例1で合成した化合物3(1.54g、11.3mmol)および2−ペンチルヘキシルアミン(1.83g、10.7mmol)を蒸留トルエン(100ml)に加えて、反応液を24時間還流した。冷ました反応液をろ過して、粗生成物を回収した。また、5%塩酸水溶液でろ液を洗浄して粗生成物を沈殿させ、クロロホルムで抽出を行った後、溶媒を除去することにより、ろ液からも粗生成物を回収した。さらに、回収した粗生成物を真空中で乾燥させた後、化合物21を得た(3.60g、11.1mmol、収率98%)。化合物21の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ8.43 (d, 1H), 8.07 (d, 1H), 6.95 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.56 (m, 4H), 1.30 (m, 12H), 0.87 (t, 6H).
<Synthesis Example 5>
(4- (2-Pentylhexyl) carbamoylthiophene-3-carboxylic acid) (Compound 21)
As shown in Scheme 10, compound 3 (1.54 g, 11.3 mmol) synthesized in Synthesis Example 1 and 2-pentylhexylamine (1.83 g, 10.7 mmol) were added to distilled toluene (100 ml), and the reaction was performed. The solution was refluxed for 24 hours. The cooled reaction solution was filtered to recover the crude product. The filtrate was washed with a 5% aqueous hydrochloric acid solution to precipitate a crude product, extracted with chloroform, and then the solvent was removed to recover the crude product from the filtrate. Furthermore, after the recovered crude product was dried in vacuum, compound 21 was obtained (3.60 g, 11.1 mmol, yield 98%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 21 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ8.43 (d, 1H), 8.07 (d, 1H), 6.95 (broad s, 1H), 4.11 (m, 1H), 1.56 (m, 4H), 1.30 (m, 12H), 0.87 (t, 6H).

(2−ペンチルヘキシルジオキソピロロチオフェン)(化合物22)
塩化チオニル(200ml)に化合物21(3.22g、9.90mmol)を加えて、反応液を8時間還流した。反応液を濃縮して薄い茶色の液体を得た後、さらに乾燥して薄い黄色の結晶を得た。さらに、真空中で乾燥させた後、薄い黄色の固体として化合物22を得た(2.80g、9.11mmol、収率92%)。化合物22の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 7.84 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.60 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.86 (t, 6H).
(2-Pentylhexyldioxopyrrolothiophene) (Compound 22)
Compound 21 (3.22 g, 9.90 mmol) was added to thionyl chloride (200 ml) and the reaction was refluxed for 8 hours. The reaction solution was concentrated to obtain a light brown liquid, which was further dried to obtain light yellow crystals. Further, after drying in vacuo, compound 22 was obtained as a pale yellow solid (2.80 g, 9.11 mmol, 92% yield). The results of 1 H NMR measurement of Compound 22 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.84 (s, 2H), 4.11 (m, 1H), 1.60 (m, 4H), 1.28 (m, 16H), 0.86 (t, 6H).

(1,3−ジヨード(2−ペンチルヘキシル)ジオキソピロロチオフェン)(化合物23)
得られた化合物22(2.80g、9.11mmol)を、濃硫酸(14ml)とトリフルオロ酢酸(47ml)の混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ヨードコハク酸イミド(NIS)(4.10g、18.2mmol)を二回に分けて加え、反応液を室温で12時間攪拌した。得られた茶色の溶液を水で希釈して、ジクロロメタンで抽出を行った。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒をエバポレーターで除去して、オレンジ色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルムとを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製して、白色の結晶として化合物23を得た(3.11g、5.56mmol、収率61%)。化合物23の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 4.09 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.24 (m, 12H), 0.86 (t, 6H).
(1,3-Diiodo (2-pentylhexyl) dioxopyrrolothiophene) (Compound 23)
The obtained compound 22 (2.80 g, 9.11 mmol) was dissolved in a mixed solution of concentrated sulfuric acid (14 ml) and trifluoroacetic acid (47 ml). Next, N-iodosuccinimide (NIS) (4.10 g, 18.2 mmol) was added in two portions to the reaction solution, and the reaction solution was stirred at room temperature for 12 hours. The resulting brown solution was diluted with water and extracted with dichloromethane. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed by an evaporator to obtain an orange crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and chloroform as the eluent to give compound 23 as white crystals (3.11 g, 5.56 mmol, 61% yield). The results of 1 H NMR measurement of Compound 23 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 4.09 (m, 1H), 1.83 (m, 4H), 1.24 (m, 12H), 0.86 (t, 6H).

(ポリ[(N−(2−ペンチルヘキシル)ジオキソピロロチオフェン)−alt−(チオフェン)])(PPHT)
上記で合成した化合物23(56mg、0.10mmol)を、アルゴン雰囲気下、ジメチルホルムアミド(1ml)に溶解させた(Scheme 11)。次に、化合物7(66mg、0.10mmol)とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3mg,0.005mmol)とを反応液に加えて、110℃で48時間攪拌した。冷ました反応液を500mlのメタノールに加えて、ろ過により沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄して、PPHT(24)を黒色固体として得た(28mg、収率71%)。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図9Aに、IR測定の結果を図9Bに、UV測定および蛍光測定の結果を図9Cに示す。なお、サイクリックボルタンメトリー測定により、還元オンセット(ERED,ONSET、onset of the reduction potential)は−1.20Vであった。
なお、PPHT(24)の数平均分子量(M)は2700であり、分子量分布(PDI)は1.3であった。
(Poly [(N- (2-pentylhexyl) dioxopyrrolothiophene) -alt- (thiophene)]) (PPHT)
Compound 23 (56 mg, 0.10 mmol) synthesized above was dissolved in dimethylformamide (1 ml) under an argon atmosphere (Scheme 11). Next, Compound 7 (66 mg, 0.10 mmol) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3 mg, 0.005 mmol) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 48 hours. The cooled reaction solution was added to 500 ml of methanol, and the precipitate was collected by filtration. Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane to obtain PPHT (24) as a black solid (28 mg, yield 71%). FIG. 9A shows the results of 1 H NMR measurement of the obtained polymer, FIG. 9B shows the results of IR measurement, and FIG. 9C shows the results of UV measurement and fluorescence measurement. In addition, the reduction onset (ERED , ONSET , onset of the reduction potential) was -1.20V by cyclic voltammetry measurement.
The number average molecular weight (M n ) of PPHT (24) was 2700, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.3.

<合成例6>
(2,5−ジチエノ(N−ペンタデシルジオキソピロロチオフェン))(化合物27)
Scheme 12に示すように、窒素雰囲気下、2,5−ジブロモ(N−ペンタデシルジオキソピロロチオフェン)(547mg、1.05mmol)(化合物25)、2−(トリブチルスタニル)チオフェン(783mg、2.10mmol)(化合物26)、およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(121mg)をジメチルホルムアミド(20ml)に溶解させ、反応液を110℃にて24時間攪拌した。冷ました反応液をメタノール中に加え、黄色の沈殿物を回収した。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルム/ヘキサン(1:1)溶液を使用したカラムクロマトグラフィーにより、沈殿物を精製して、黄色の固体として化合物27を得た(274mg、0.51mmol、収率50%)。化合物27の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 8.02 (d, 2H), 7.44 (d, 2H), 7.13 (t, 2H), 3.66 (dd, 2H), 1.68 (m, 2H), 1.24 (m, 24H), 0.88 (t, 3H).
<Synthesis Example 6>
(2,5-dithieno (N-pentadecyldioxopyrrolothiophene)) (Compound 27)
As shown in Scheme 12, 2,5-dibromo (N-pentadecyldioxopyrrolothiophene) (547 mg, 1.05 mmol) (Compound 25), 2- (tributylstannyl) thiophene (783 mg, 2 .10 mmol) (Compound 26) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (121 mg) were dissolved in dimethylformamide (20 ml), and the reaction solution was stirred at 110 ° C. for 24 hours. The cooled reaction solution was added to methanol, and a yellow precipitate was collected. The precipitate was purified by column chromatography using silica gel and a chloroform / hexane (1: 1) solution as the eluent to give compound 27 as a yellow solid (274 mg, 0.51 mmol, 50% yield). ). The result of 1 H NMR measurement of Compound 27 was as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 8.02 (d, 2H), 7.44 (d, 2H), 7.13 (t, 2H), 3.66 (dd, 2H), 1.68 (m, 2H), 1.24 (m , 24H), 0.88 (t, 3H).

(2,5−ビス(5−ブロモチオフェン−2−イル)(N−ペンタデシルジオキソピロロチオフェン))(化合物28)
化合物27(270mg、0.51mmol)をクロロホルム(4ml)と酢酸(4ml)との混合液に溶解させた。次に、反応液にN−ヨードコハク酸イミド(NIS)(191mg、1.07mmol)を加えて、室温で12時間攪拌した。得られた溶液を氷水(100ml)中に加え、クロロホルムで抽出を行った。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒をエバポレーターで除去して、黄色の粗生成物を得た。シリカゲルと、溶離液としてクロロホルム/ヘキサン(1:1)溶液とを使用したカラムクロマトグラフィーにより、粗生成物を精製して、黄色の結晶として化合物28を得た(224mg、0.33mmol、収率64%)。化合物28の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 7.65 (d, 2H), 7.07 (d, 2H), 3.65 (dd, 2H), 1.67 (m, 2H), 1.24 (m, 24H), 0.88 (t, 3H).
(2,5-Bis (5-bromothiophen-2-yl) (N-pentadecyldioxopyrrolothiophene)) (Compound 28)
Compound 27 (270 mg, 0.51 mmol) was dissolved in a mixture of chloroform (4 ml) and acetic acid (4 ml). Next, N-iodosuccinimide (NIS) (191 mg, 1.07 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. The resulting solution was added to ice water (100 ml) and extracted with chloroform. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was removed by an evaporator to obtain a yellow crude product. The crude product was purified by column chromatography using silica gel and chloroform / hexane (1: 1) solution as eluent to give compound 28 as yellow crystals (224 mg, 0.33 mmol, yield). 64%). The results of 1 H NMR measurement of Compound 28 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.65 (d, 2H), 7.07 (d, 2H), 3.65 (dd, 2H), 1.67 (m, 2H), 1.24 (m, 24H), 0.88 (t , 3H).

化合物30を既報の方法(Ranger, M.; Rondeau, D.; Leclerc, M. Macromolecules 1997, 30, 7686.)により合成した。   Compound 30 was synthesized by a previously reported method (Ranger, M .; Rondeau, D .; Leclerc, M. Macromolecules 1997, 30, 7686.).

Scheme 13に示すように、化合物28(36mg、0.05mmol)、化合物30(34mg、0.05mmol)、およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3mg、0.05eq)をトルエン(0.57ml)に溶解させた。さらに、炭酸ナトリウム水溶液(0.12ml)と、Aliquat 336(2Mの炭酸ナトリウム溶液1ml中にAliquat 336を17mg)とを反応液に加えて、100℃にて60時間攪拌した。冷ました溶液をメタノール中に加えて、1M塩酸水溶液で中和した。赤い沈殿物を回収し、メタノールおよびヘキサンで洗浄して、赤い固体としてPTPF(31)を得た。得られたポリマーの1H NMR測定の結果を図10に示す。
なお、PTPF(31)の数平均分子量(M)は13,000であり、分子量分布(PDI)は1.9であった。
As shown in Scheme 13, compound 28 (36 mg, 0.05 mmol), compound 30 (34 mg, 0.05 mmol), and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3 mg, 0.05 eq) were added to toluene (0. 57 ml). Further, an aqueous sodium carbonate solution (0.12 ml) and Aliquat 336 (17 mg of Aliquat 336 in 1 ml of 2M sodium carbonate solution) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 60 hours. The cooled solution was added to methanol and neutralized with 1M aqueous hydrochloric acid. The red precipitate was collected and washed with methanol and hexanes to give PTPF (31) as a red solid. The result of 1 H NMR measurement of the obtained polymer is shown in FIG.
The number average molecular weight (M n ) of PTPF (31) was 13,000, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.9.

<合成例7>
(2,5−ビス(5−トリブチルスタニルチオフェン−2−イル)(N−ペンタデシルジオキソピロロチオフェン))(化合物29)
Scheme 14に示すように、窒素雰囲気下、化合物27(181mg、0.34mmol)をヘキサン(5ml)中に溶解させた。次に、ブチルリチウム(0.54ml、0.86mmol、ヘキサン中1.6mol/l)を反応液に滴下して、反応液を1時間還流した。反応液を−78℃まで冷やし、トリブチルスズクロリド(57mg、0.21mmol)を加えた後、さらに室温で12時間攪拌した。攪拌終了後、反応液を水(20ml)に加えて、有機層を分離し、水層をヘキサン(20ml)で抽出を行った。集めた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去して、化合物29を得た。化合物29の1H NMR測定の結果は、以下の通りであった。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ 7.65 (d, 2H), 7.07 (d, 2H), 3.65 (dd, 2H), 1.68 -0.88 (m, 85H).
<Synthesis Example 7>
(2,5-Bis (5-tributylstannylthiophen-2-yl) (N-pentadecyldioxopyrrolothiophene)) (Compound 29)
As shown in Scheme 14, compound 27 (181 mg, 0.34 mmol) was dissolved in hexane (5 ml) under a nitrogen atmosphere. Next, butyl lithium (0.54 ml, 0.86 mmol, 1.6 mol / l in hexane) was added dropwise to the reaction solution, and the reaction solution was refluxed for 1 hour. The reaction solution was cooled to −78 ° C., tributyltin chloride (57 mg, 0.21 mmol) was added, and the mixture was further stirred at room temperature for 12 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was added to water (20 ml), the organic layer was separated, and the aqueous layer was extracted with hexane (20 ml). The collected organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was removed to obtain Compound 29. The results of 1 H NMR measurement of Compound 29 were as follows.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.65 (d, 2H), 7.07 (d, 2H), 3.65 (dd, 2H), 1.68 -0.88 (m, 85H).

Scheme 15に示すように、化合物29(54mg、0.048mmol)、化合物32(14mg、0.047mmol)、およびジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(2mg、0.05eq)をクロロホルム(1ml)に溶解させ、反応液を65℃で72時間加熱した。冷ました反応液をメタノール中に加え、沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄して、黒色固体としてPTPB(33)を得た(26mg、0.039mmol、収率83%)。得られたポリマーのUV測定および蛍光測定の結果を図11に示す。なお、サイクリックボルタンメトリー測定により、酸化オンセット(EOX,ONSET、onset of the oxidation potential)は0.57Vで、還元オンセット(ERED,ONSET、onset of the reduction potential)は−1.31Vであった。
なお、PTPB(33)の数平均分子量(M)は9,800であり、分子量分布(PDI)は1.4であった。
As shown in Scheme 15, Compound 29 (54 mg, 0.048 mmol), Compound 32 (14 mg, 0.047 mmol), and dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (2 mg, 0.05 eq) in chloroform (1 ml) The reaction solution was heated at 65 ° C. for 72 hours. The cooled reaction solution was added to methanol, and the precipitate was collected. Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane to obtain PTPB (33) as a black solid (26 mg, 0.039 mmol, yield 83%). The results of UV measurement and fluorescence measurement of the obtained polymer are shown in FIG. By cyclic voltammetry measurement, the oxidation onset (E OX, ONSET , onset of the oxidation potential) is 0.57V, and the reduction onset (E RED, ONSET , onset of the reduction potential) is −1.31V. there were.
The number average molecular weight (M n ) of PTPB (33) was 9,800, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.4.

<合成例8>
N−オクチルイミド縮環チオフェン(化合物34)を、既報の手法(Nielsen, C. B.; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381)に従って合成した。
<Synthesis Example 8>
N-octylimide-fused thiophene (compound 34) was synthesized according to a previously reported method (Nielsen, CB; Bjornholm, T. Org. Lett. 2004, 6, 3381).

Scheme 16に示すように、アルゴン雰囲気下、化合物34(42mg、0.10mmol)、化合物7(73mg、0.11mmol)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(0.1eq)、および蒸留トルエン(1ml)をシュレンク管に入れ、反応液を110℃で96時間攪拌した。冷ました反応液をメタノール中に加えて、メンブレンフィルター(ADVANTEC)にて黒色沈殿物を回収した。その後、メタノールおよびヘキサンで沈殿物を洗浄し、エバポレーターで溶媒を除去して黒色のP8T(35)を得た(18mg、収率38%)。   As shown in Scheme 16, under an argon atmosphere, compound 34 (42 mg, 0.10 mmol), compound 7 (73 mg, 0.11 mmol), dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (0.1 eq), and distilled toluene (1 ml) was put into a Schlenk tube, and the reaction solution was stirred at 110 ° C. for 96 hours. The cooled reaction solution was added to methanol, and a black precipitate was collected with a membrane filter (ADVANTEC). Thereafter, the precipitate was washed with methanol and hexane, and the solvent was removed with an evaporator to obtain black P8T (35) (18 mg, 38% yield).

<吸収スペクトル測定>
上記で合成したPDTと、公知の材料であるP3HT(ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))(Aldrich社製、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)、重量平均分子量60000)とをそれぞれクロロホルムに溶解させ、同じ濃度(27mg/L)の溶液を調整し、吸収スペクトル測定を実施した(図12)。
図12から、PDTのほうが、公知材料のP3HTよりも長波長領域における吸収特性に優れることが分かった。該図からも分かるように、550〜750nmの範囲において、PDTのほうが優れた光吸収特性を示した。例えば、波長650nmにおける吸収係数としては、PDTは29L g-1 cm-1であり、P3HTでは0.30L g-1cm-1であった。また、波長550nmにおける吸収係数としては、PDTは26L g-1 cm-1であり、P3HTでは3.1L g-1cm-1であった。
<Absorption spectrum measurement>
PDT synthesized above and P3HT (poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) (Aldrich, Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), weight average, which is a known material And a solution having the same concentration (27 mg / L) were prepared, and absorption spectrum measurement was performed (FIG. 12).
From FIG. 12, it was found that PDT is superior in absorption characteristics in the long wavelength region than P3HT, which is a known material. As can be seen from the figure, PDT showed better light absorption characteristics in the range of 550 to 750 nm. For example, the absorption coefficient at a wavelength of 650 nm, PDT is 29L g -1 cm -1, was 0.30 L g -1 cm -1 in P3HT. As the absorption coefficient at a wavelength of 550 nm, PDT is 26L g -1 cm -1, was 3.1 L g -1 cm -1 in P3HT.

<HOMO−LUMOエネルギー準位>
図13は、本発明の共役系高分子、公知材料のP3HT、およびPCBMの最高被占分子軌道(highest occupied molecular orbit, HOMO)および最低空分子軌道(lowest unoccupied molecular orbit, LUMO)のエネルギー準位図である。
該図より分かるように、公知材料のP3HTに比べて、本発明の共役系高分子(PDTおよびPTPB)のHOMOおよびLUMOはより低くなっていた。つまり、本発明の共役系高分子は、該図および図17から分かるように従来公知の材料と比較して、フラーレン類(PCBM)に対してより適切なエネルギー準位を有する材料であった。
なお、本発明の共役系高分子の該HOMOおよびLUMO準位は、上述したサイクリックボルタンメトリー測定、UV測定などの結果から換算した値である。また、P3HT、PCBMのエネルギー準位は、非特許文献1に記載の値を参照した。
<HOMO-LUMO energy level>
FIG. 13 shows the energy levels of the conjugated polymer of the present invention, the known material P3HT, and PCBM's highest occupied molecular orbit (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbit (LUMO). FIG.
As can be seen from the figure, HOMO and LUMO of the conjugated polymers (PDT and PTPB) of the present invention were lower than those of P3HT as a known material. That is, the conjugated polymer of the present invention was a material having a more appropriate energy level with respect to fullerenes (PCBM) as compared with the conventionally known materials as can be seen from FIG.
The HOMO and LUMO levels of the conjugated polymer of the present invention are values converted from the results of cyclic voltammetry measurement, UV measurement, etc. described above. Moreover, the energy level of P3HT and PCBM referred to the value described in Non-Patent Document 1.

<有機薄膜太陽電池の作製と評価>
PDTとPCBMとを光電変換層材料に用い、文献既報(Umeyama, T.; Takamatsu, T.; Tezuka, N.; Matano, Y.; Araki, Y.; Wada, T.; Yoshikawa, O.; Sagawa, T.; Yoshikawa, S.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10798-10806.)の手法により、有機薄膜太陽電池の作製と評価を行った。
より詳細には、まず、ITO(インジウム錫酸化物)(厚み:300nm)を塗布したガラス基板(Geomatec社製:表面抵抗は5Ω/□)を用意した。次に、ガラス基板をアセトンおよびエタノール中で連続して超音波洗浄した。基板をブロー乾燥して、UVオゾン処理した後、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸水溶液(PEDOT:PSS、BaytronP)を基板上に4000rpmでスピンコートし、ホットプレート上で200℃、10分間加熱乾燥した。さらに、窒素雰囲気下、上記で合成したPDTとPCBMとのクロロホルム溶液をPEDOT:PSS層上に1000rpmでスピンコートして、PDT:PCBM層(厚み:170nm)を作製した。その後、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業)のエタノール溶液をPDT:PCBM層上に2000rpmでスピンコートし、30分間放置して、チタンテトライソプロポキシドの加水分解を進行させ、TiOx層(厚み:5nm)を形成させた。最後に、真空下(5×10‐3Pa)にて、熱蒸着によりアルミニウム層(NilacoCorp製)(厚み:100nm)を堆積させ、ITO/PEDOT:PSS/共役系高分子:PCBM/TiOx/Alの構成をとる有機薄膜太陽電池を得た(図14)
AM1.5,擬似太陽光を100mW/m2の光強度にて照射して、I−V特性を測定し、開放電圧値(VOC)、短絡電流密度(JSC)、曲線因子(FF)、変換効率(η)を求めた。結果を表1に示す。
なお、表1中、PDTとPCBMの濃度(g/L)は、上述したクロロホルム溶液中の濃度を意味する。
<Production and evaluation of organic thin-film solar cells>
PDT and PCBM are used for the photoelectric conversion layer material, and literature has already been reported (Umeyama, T .; Takamatsu, T .; Tezuka, N .; Matano, Y .; Araki, Y .; Wada, T .; Yoshikawa, O .; Sagawa, T .; Yoshikawa, S .; Imahori, HJ Phys. Chem. C 2009, 113, 10798-10806.) Organic thin film solar cells were fabricated and evaluated.
More specifically, first, a glass substrate (manufactured by Geomatec: surface resistance is 5Ω / □) coated with ITO (indium tin oxide) (thickness: 300 nm) was prepared. Next, the glass substrate was ultrasonically washed successively in acetone and ethanol. After the substrate was blown dry and treated with UV ozone, an aqueous solution of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid (PEDOT: PSS, BaytronP) was spin-coated on the substrate at 4000 rpm, Heat drying at 200 ° C. for 10 minutes. Furthermore, the PDT: PCBM layer (thickness: 170 nm) was produced by spin-coating the chloroform solution of PDT and PCBM synthesized above at 1000 rpm on the PEDOT: PSS layer in a nitrogen atmosphere. Thereafter, an ethanol solution of titanium tetraisopropoxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was spin-coated on the PDT: PCBM layer at 2000 rpm and left for 30 minutes to allow hydrolysis of titanium tetraisopropoxide to proceed, and the TiOx layer ( (Thickness: 5 nm). Finally, under vacuum (5 × 10 −3 Pa), an aluminum layer (manufactured by NilacoCorp) (thickness: 100 nm) is deposited by thermal evaporation, and ITO / PEDOT: PSS / conjugated polymer: PCBM / TiOx / Al An organic thin film solar cell having the following structure was obtained (FIG. 14).
AM1.5, simulated sunlight is irradiated at a light intensity of 100 mW / m 2 , the IV characteristics are measured, the open circuit voltage value (V OC ), the short circuit current density (J SC ), the fill factor (FF) The conversion efficiency (η) was determined. The results are shown in Table 1.
In Table 1, the PDT and PCBM concentrations (g / L) mean the concentrations in the chloroform solution described above.

表1からわかるように、本発明の共役系高分子を用いた有機薄膜太陽電池においては、0.70V以上と高い開放電圧を実現できた。
一方、実施例1中のPDTの代わりにP3HT(Aldrich社製、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)、重量平均分子量60000)を用いて上記有機薄膜太陽電池を作製した場合、その開放電圧は0.6V程度であり、本発明のPDTを使用したほうがより高い開放電圧値を示すことが確認された。
As can be seen from Table 1, in the organic thin-film solar cell using the conjugated polymer of the present invention, a high open circuit voltage of 0.70 V or higher was realized.
On the other hand, when the above organic thin-film solar cell was produced using P3HT (manufactured by Aldrich, Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), weight average molecular weight 60000) instead of PDT in Example 1, its release. The voltage was about 0.6 V, and it was confirmed that the PDT of the present invention shows a higher open circuit voltage value.

また、図15は、PDT:PCBM膜とP3HT:PCBM膜の光吸収スペクトル図である。PDT:PCBM膜は、PDT/PCBM(1mLクロロホルム中、10mg/10mg)をガラス基板上に750rpmにてスピンコートして得られた膜である。また、P3HT:PCBM膜は、P3HT/PCBM(1mLクロロベンゼン中、15mg/7.5mg)をガラス基板上に750rpmにてスピンコートして、150℃で6分間アニーリング処理して得られた膜である。なお、P3HT(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))としては、重量平均分子量60000(Aldrich社製)のものを用いた。
該図からわかるように、本発明の共役系高分子を用いた光電変換層であるPDT:PCBM膜においては、P3HTを使用した場合に比べて、可視光の長波長領域における吸収特性に優れることが分かった。
FIG. 15 is a light absorption spectrum diagram of the PDT: PCBM film and the P3HT: PCBM film. The PDT: PCBM film is a film obtained by spin-coating PDT / PCBM (10 mg / 10 mg in 1 mL chloroform) on a glass substrate at 750 rpm. The P3HT: PCBM film is a film obtained by spin-coating P3HT / PCBM (15 mg / 7.5 mg in 1 mL chlorobenzene) on a glass substrate at 750 rpm and annealing at 150 ° C. for 6 minutes. . In addition, as P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl)), the thing of the weight average molecular weight 60000 (made by Aldrich) was used.
As can be seen from the figure, the PDT: PCBM film, which is a photoelectric conversion layer using the conjugated polymer of the present invention, is superior in absorption characteristics in the long wavelength region of visible light compared to the case of using P3HT. I understood.

また、図16は、実施例3の有機薄膜太陽電池の光電流アクションスペクトル図である。光電流アクションスペクトルは、入射単色光当たりの光電変換効率(IPCE;Incident Photon-to-Current Efficiency)を測定した結果である。該図からも分かるように、スペクトルの吸収端が長波長領域まで伸びており、幅広い波長の光を有効に利用して高効率の光電変換を実現できる可能性があることを示唆している。   FIG. 16 is a photocurrent action spectrum diagram of the organic thin-film solar cell of Example 3. The photocurrent action spectrum is the result of measuring the photoelectric conversion efficiency (IPCE; Incident Photon-to-Current Efficiency) per incident monochromatic light. As can be seen from the figure, the absorption edge of the spectrum extends to the long wavelength region, which suggests that there is a possibility that high-efficiency photoelectric conversion may be realized by effectively using light of a wide wavelength.

10、110、120、130 有機薄膜太陽電池
12 透明基板
12A 基板
14 透明電極層
16 正孔輸送層
18、18A、18B 光電変換層
20 電子輸送層
22 対向電極層
24 p層
26 n層
28 混合層
10, 110, 120, 130 Organic thin film solar cell 12 Transparent substrate 12A Substrate 14 Transparent electrode layer 16 Hole transport layer 18, 18A, 18B Photoelectric conversion layer 20 Electron transport layer 22 Counter electrode layer 24 p layer 26 n layer 28 Mixed layer

Claims (3)

一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)で表される繰り返し単位とを有する共役系高分子。

(一般式(1)中、Rは、水素原子または一価の有機基を表す。
一般式(2)中、Xは、一般式(1)で表される繰り返し単位とは異なる二価の共役系連結基を表す。)
A conjugated polymer having a repeating unit represented by the general formula (1) and a repeating unit represented by the general formula (2).

(In general formula (1), R represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.
In General Formula (2), X represents a divalent conjugated linking group different from the repeating unit represented by General Formula (1). )
一般式(1)中のXが、二価の芳香族炭化水素基、二価の芳香族複素環基、−(CH=CH)−、−(C≡C)−、またはそれらを組み合わせた基である、請求項1に記載の共役系高分子。   X in the general formula (1) is a divalent aromatic hydrocarbon group, a divalent aromatic heterocyclic group, — (CH═CH) —, — (C≡C) —, or a combination thereof. The conjugated polymer according to claim 1, wherein 第1電極層と、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを備え、
前記第1電極層と前記第2電極層との間に、少なくとも請求項1または2に記載の共役系高分子およびフラーレン類を含む光電変換層を備える有機薄膜太陽電池。
A first electrode layer, and a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer,
An organic thin-film solar cell comprising a photoelectric conversion layer containing at least the conjugated polymer and fullerenes according to claim 1 or 2 between the first electrode layer and the second electrode layer.
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