JP2013033868A - Novel compound, photoelectric conversion material and photoelectric conversion element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel compound suitable for a photoelectric conversion material, capable of improving photoelectric conversion efficiency without deteriorating conventional characteristics even when the compound is added as a third component or with a third or higher component to a material for a bulk-heterojunction organic thin film solar cell having both p-type and n-type organic semiconductor materials, (specifically P3HT/PCBM), and to provide a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element and an organic thin film solar cell produced using the novel compound.SOLUTION: A photoelectric conversion material is obtained by adding (A) a compound represented by the following general formula (1) to (B) a p-type organic semiconductor material and (C) an n-type organic semiconductor material. (In the formula, Arepresents a monovalent aromatic group, Arepresents a divalent aromatic group, a ring Brepresents a 5- to 7-membered ring, and n represents an integer of 0-2.)

Description

本発明は、新規化合物、光電変換材料、光電変換層、光電変換素子及び有機薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to a novel compound, a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element, and an organic thin film solar cell.

近年、持続的に利用でき、資源が枯渇せず、環境汚染が小さい太陽電池(太陽光発電)が盛んに検討されている。太陽電池は、Si系や非Si系の無機系太陽電池と、色素増感型や有機薄膜型の有機系太陽電池とに大別される。無機系太陽電池は、概して光電変換効率が高いが、高真空が必要であったり、高温熱処理が必要であったりするため製造コストが高くなるという欠点がある。一方、有機系太陽電池は、塗布法や印刷法等での製膜が可能であるため、製造コストは低く、大面積での製膜が可能である。また、有機系太陽電池は、無機系太陽電池に比べ素子を軽くすることも利点として挙げられる。特に、有機薄膜型の太陽電池は、印刷法に優れ、フィルム等への製膜も容易であるためフレキシブルな太陽電池も容易であるとされている。
しかし、有機系太陽電池の光電変換効率は低いものが多いため、高光電変換効率化が課題となっている。
In recent years, solar cells (solar power generation) that can be used continuously, do not deplete resources, and have low environmental pollution have been actively studied. Solar cells are roughly classified into Si-based and non-Si-based inorganic solar cells, and dye-sensitized and organic thin-film organic solar cells. Inorganic solar cells generally have high photoelectric conversion efficiency, but have a drawback of high manufacturing cost because high vacuum is required or high-temperature heat treatment is required. On the other hand, since the organic solar cell can be formed by a coating method, a printing method, or the like, the manufacturing cost is low and the film can be formed in a large area. In addition, organic solar cells can also be advantageous in that the elements are lighter than inorganic solar cells. In particular, organic thin-film solar cells are excellent in printing methods and can be easily formed into a film or the like, so that flexible solar cells are also easy.
However, since many organic solar cells have low photoelectric conversion efficiency, increasing the photoelectric conversion efficiency is a problem.

現在、有機薄膜型の太陽電池で高い光電変換効率が得られている材料として、p型有機半導体材料のP3HT〔ポリ(3−ヘキシルチオフェン)〕とn型有機半導体材料のPCBM〔[6,6]−フェニル−C61−ブチル酸メチルエステル〕との混合材料からなるバルクへテロ接合が挙げられる(非特許文献1等参照)。更に、該材料を用いて光電変換効率を高める検討が多くなされており、例えば、アニーリング処理により光電変換効率を向上させる(非特許文献2及び3等参照)、P3HT/PCBMに第3成分を加える(特許文献1等参照)、光電変換層内に無機ナノ粒子を含ませる(特許文献2等参照)、層構造を変更する(特許文献3等参照)こと等が試みられている。   Currently, P3HT [poly (3-hexylthiophene)], which is a p-type organic semiconductor material, and PCBM [[6, 6], which is an n-type organic semiconductor material, as materials having high photoelectric conversion efficiency in organic thin-film solar cells. ] -Phenyl-C61-butyric acid methyl ester] and a bulk heterojunction made of a mixed material (see Non-Patent Document 1, etc.). Further, many studies have been made to increase the photoelectric conversion efficiency using the material. For example, the photoelectric conversion efficiency is improved by annealing treatment (see Non-Patent Documents 2 and 3, etc.), and a third component is added to P3HT / PCBM. Attempts have been made to include inorganic nanoparticles in the photoelectric conversion layer (see Patent Document 2, etc.), change the layer structure (see Patent Document 3, etc.), and the like.

p型及びn型有機半導体材料に第3成分又はそれ以上の成分を添加することで光電変換効率が向上するのであれば、素子の作製上容易に実現可能であるため好ましいが、これまでは添加剤を加えることで、無添加の状態に比べ光電変換効率が低下してしまうという欠点があった。   If the photoelectric conversion efficiency is improved by adding a third component or higher component to the p-type and n-type organic semiconductor material, it is preferable because it can be easily realized in the production of the element. By adding the agent, there was a disadvantage that the photoelectric conversion efficiency was lowered as compared with the non-added state.

特開2007−335760号報JP 2007-335760 特開2009−158730号報JP 2009-158730 A 特開2009−206273号報JP 2009-206273 A

F. Padinger, et al., Adv. Funct. Mater., 13, 85 (2003)F. Padinger, et al., Adv. Funct. Mater., 13, 85 (2003) M. R-Reyes, et al., Appl. Phys. Lett., 87, 083506 (2005)M. R-Reyes, et al., Appl. Phys. Lett., 87, 083506 (2005) W. Ma, et al., Adv. Funct. Mater., 15, 1617 (2005)W. Ma, et al., Adv. Funct. Mater., 15, 1617 (2005)

従って、本発明の目的は、p型及びn型有機半導体材料(特にP3HT/PCBM)の両方を有するバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池用材料に、第3成分として、又はそれ以上の成分と共に添加しても、従来の特性を損なわずに光電変換効率を向上させ得る、光電変換材料に好適な新規化合物を提供することにある。
また本発明の別の目的は、上記新規化合物を用いた光電変換材料、光電変換層、光電変換素子及び有機薄膜太陽電池を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a bulk heterojunction organic thin-film solar cell material having both p-type and n-type organic semiconductor materials (particularly P3HT / PCBM) as a third component or more components. An object of the present invention is to provide a novel compound suitable for a photoelectric conversion material that can improve the photoelectric conversion efficiency without impairing the conventional properties even when added together.
Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element, and an organic thin film solar cell using the novel compound.

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有する化合物が、p型及びn型有機半導体材料(特にP3HT/PCBM)の両方を有するバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池用材料に、第3成分として、又はそれ以上の成分と共に添加しても、従来の特性を損なわずに光電変換効率を向上させ得ることを知見すると共に、上記特定の構造を有する化合物を、p型有機半導体材料及びn型有機半導体材料に添加した光電変換材料を製膜してなる光電変換層が、高い変換効率を示すことを知見し、これを用いて光電変換素子、更に有機薄膜太陽電池を製造することにより、上記目的を解決し得ることを知見した。   As a result of extensive studies, the present inventors have found that a compound having a specific structure is a bulk heterojunction type organic thin-film solar cell having both p-type and n-type organic semiconductor materials (particularly P3HT / PCBM). It is found that the photoelectric conversion efficiency can be improved without impairing the conventional characteristics even if it is added to the material as the third component or with more components, and the compound having the above specific structure is added to the p-type. Knowing that a photoelectric conversion layer formed by forming a photoelectric conversion material added to an organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material exhibits high conversion efficiency, and using this, a photoelectric conversion element and further an organic thin film solar cell It has been found that the above object can be solved by manufacturing.

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、下記一般式(1)で表される新規化合物を提供するものである。   The present invention has been made based on the above findings and provides a novel compound represented by the following general formula (1).

Figure 2013033868
(式中、A1は、1価の芳香族基を表し、A2は、2価の芳香族基を表し、環B1は、5〜7員環を表し、nは0〜2の整数を表す。)
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 represents a monovalent aromatic group, A 2 represents a divalent aromatic group, Ring B 1 represents a 5- to 7-membered ring, and n represents an integer of 0 to 2. Represents.)

また、本発明は、(A)上記一般式(1)で表される化合物、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料を含んでなる光電変換材料を提供するものである。   The present invention also provides a photoelectric conversion material comprising (A) a compound represented by the general formula (1), (B) a p-type organic semiconductor material, and (C) an n-type organic semiconductor material. is there.

また、本発明は、上記光電変換材料を製膜して得られる光電変換層を提供するものである。   Moreover, this invention provides the photoelectric converting layer obtained by forming into a film the said photoelectric converting material.

また、本発明は、上記光電変換層を有してなる光電変換素子を提供するものである。   Moreover, this invention provides the photoelectric conversion element which has the said photoelectric converting layer.

また、本発明は、上記光電変換素子を有してなる有機薄膜太陽電池を提供するものである。   Moreover, this invention provides the organic thin film solar cell which has the said photoelectric conversion element.

以上の構成を採ることによって、本発明の新規化合物は、p型及びn型有機半導体材料(特にP3HT/PCBM)の両方を有するバルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池用材料に、第3成分として、又はそれ以上の成分と共に添加しても、従来の特性を損なわず高い光電変換効率を実現できるため有用である。   By adopting the above configuration, the novel compound of the present invention is added to a bulk heterojunction organic thin film solar cell material having both p-type and n-type organic semiconductor materials (particularly P3HT / PCBM) as a third component. Even if it is added together with more components, it is useful because high photoelectric conversion efficiency can be realized without impairing conventional characteristics.

図1(a)は、本発明の光電変換素子の構成の一例を示す断面図であり、図1(b)は、本発明の光電変換素子の構成の別の一例を示す断面図であり、図1(c)は、本発明の光電変換素子の構成の別の一例を示す断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the photoelectric conversion element of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the photoelectric conversion element of the present invention, FIG.1 (c) is sectional drawing which shows another example of a structure of the photoelectric conversion element of this invention.

以下、本発明の新規化合物、光電変換材料、光電変換層、光電変換素子及び有機薄膜太陽電池について、好ましい実施形態に基づき詳細を説明する。   Hereinafter, the novel compound, photoelectric conversion material, photoelectric conversion layer, photoelectric conversion element, and organic thin-film solar cell of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.

<新規化合物>
本発明の新規化合物は、上記一般式(1)で表わされる。
上記一般式(1)におけるA1が表す1価の芳香族基としては、置換されてもよい炭素原子数6〜20の芳香族炭化水素環基又は置換されてもよい炭素原子数3〜20の芳香族ヘテロ環基が挙げられる。
上記芳香族炭化水素環基としては、無置換芳香族炭化水素環基又は脂肪族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素環基(但し、脂肪族炭化水素基を含めた炭素原子数が6〜20であるもの)が挙げられ、上記芳香族ヘテロ環基としては、無置換芳香族ヘテロ環基又は脂肪族炭化水素基で置換された芳香族ヘテロ環基(但し、脂肪族炭化水素基を含めた炭素原子数が3〜20であるもの)が挙げられる。
<New compound>
The novel compound of the present invention is represented by the above general formula (1).
Examples of the monovalent aromatic group which general formula A 1 in (1) represents an aromatic substituted carbon atoms which may 6-20 hydrocarbon ring group or a substituted carbon atoms which may 3-20 The aromatic heterocyclic group of these is mentioned.
Examples of the aromatic hydrocarbon ring group include an unsubstituted aromatic hydrocarbon ring group or an aromatic hydrocarbon ring group substituted with an aliphatic hydrocarbon group (provided that the number of carbon atoms including the aliphatic hydrocarbon group is 6). The aromatic heterocyclic group is an unsubstituted aromatic heterocyclic group or an aromatic heterocyclic group substituted with an aliphatic hydrocarbon group (provided that the aliphatic hydrocarbon group is And those having 3 to 20 carbon atoms).

上記無置換芳香族炭化水素環基としては、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ターフェニル、フルオレイル、ピレニル等が挙げられる。   Examples of the unsubstituted aromatic hydrocarbon ring group include phenyl, naphthyl, biphenyl, terphenyl, fluoryl, pyrenyl and the like.

上記の脂肪族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素環基としては、例えば上記無置換芳香族炭化水素環基が炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基で1〜3箇所置換されたものが挙げられ、該炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、s−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、t−アミル等の直鎖又は分岐のアルキル基が挙げられる。
上記炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基は、−O−、−COO−、−OCO−、−CO−、−S−、−SO−、−SO2−、−NR−又は−C=C−で中断されていてもよく、Rは炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基を表し、その例としては、上記芳香族炭化水素環基を置換してもよい炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基の説明で例示した基が挙げられ、該炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基を中断する基に炭素原子を含む場合、中断される基を含めた炭素原子数が1〜5である。
As the aromatic hydrocarbon ring group substituted with the above aliphatic hydrocarbon group, for example, the above-mentioned unsubstituted aromatic hydrocarbon ring group is substituted with 1 to 3 aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms. Examples of the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, s-butyl, t-butyl, isobutyl, amyl, isoamyl, t- Examples thereof include linear or branched alkyl groups such as amyl.
The aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms is —O—, —COO—, —OCO—, —CO—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —NR— or —C. ═C— may be interrupted, R represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and examples thereof include 1 carbon atom that may substitute for the aromatic hydrocarbon ring group. Groups exemplified in the description of the aliphatic hydrocarbon group of -5, and when the group interrupting the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms contains a carbon atom, carbon including the interrupted group The number of atoms is 1-5.

上記無置換芳香族ヘテロ環基としては、フラニル、チオフェニル、クロメニル、ベンゾチオフェニル、ビフラニル、ターフラニル、ビチオフェニル、ターチオフェニル、セレノフェニル、ビセレノフェニル、ターセレノフェニル等が挙げられる。   Examples of the unsubstituted aromatic heterocyclic group include furanyl, thiophenyl, chromenyl, benzothiophenyl, bifuranyl, terfuranyl, bithiophenyl, terthiophenyl, selenophenyl, bisenophenyl, terselenophenyl, and the like.

上記の脂肪族炭化水素基で置換された芳香族ヘテロ環基としては、例えば上記無置換芳香族ヘテロ環基が炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基で1〜3箇所置換されたものが挙げられ、上記炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基は、上記芳香族炭化水素環基を置換してもよい炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基と同様の基である。   Examples of the aromatic heterocyclic group substituted with the aliphatic hydrocarbon group include those in which the unsubstituted aromatic heterocyclic group is substituted with 1 to 3 aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms. The aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms is the same group as the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms that may replace the aromatic hydrocarbon ring group. .

以上に挙げた芳香族炭化水素環基又は芳香族ヘテロ環基は、更に置換されていてもよく、芳香族炭化水素環基及び芳香族ヘテロ環基を置換してもよい基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、水酸基、チオール基、−NRR’基等が挙げられ、R及びR’は上記A1が表す1価の芳香族基又は上記芳香族炭化水素環基を置換してもよい炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基と同様の基を表す。 The aromatic hydrocarbon ring group or aromatic heterocyclic group listed above may be further substituted, and the group that may substitute the aromatic hydrocarbon ring group and aromatic heterocyclic group is a fluorine atom. , A chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, a hydroxyl group, a thiol group, a —NRR ′ group and the like, and R and R ′ are a monovalent aromatic group represented by A 1 or the aromatic The same group as the C1-C5 aliphatic hydrocarbon group which may substitute a hydrocarbon ring group is represented.

上記例示したA1が表す1価の芳香族基の中でも、無置換の芳香族ヘテロ環基が好ましく、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、ビチオフェニル若しくターチオフェニル等の1価のチオフェン環、又はセレノフェニル、ビセレノフェニル、又はターセレノフェニル等の1価のセレノフェン環であることが、光電変換素子等に用いた場合の特性に優れる点で更に好ましく、チオフェニル、ビチオフェニル、又はターチオフェニルである場合、原料の入手が容易であるため特に好ましい。 Among the monovalent aromatic groups represented by A 1 exemplified above, an unsubstituted aromatic heterocyclic group is preferable, a monovalent thiophene ring such as thiophenyl, benzothiophenyl, bithiophenyl or terthiophenyl, or selenophenyl. It is more preferable that it is a monovalent selenophene ring such as biselenophenyl or terselenophenyl in terms of excellent characteristics when used in a photoelectric conversion element or the like, and when it is thiophenyl, bithiophenyl, or terthiophenyl, It is particularly preferable because the raw materials are easily available.

上記一般式(1)におけるA2が表す2価の芳香族基としては、上記A1が示す1価の芳香族基から水素原子が1つ脱離した基が挙げられ、中でも上記A1と同様の理由で、無置換の芳香族ヘテロ環基が好ましく、更に好ましくは、2価のチオフェン、ベンゾチオフェン、ビチオフェン若しくはターチオフェン等の2価のチオフェン環、又はセレノフェン等の2価のセレノフェン環である事が更に好ましく、2価のチオフェン、ビチオフェン、又はターチオフェンである事が特に好ましい。 Examples of the divalent aromatic group represented by A 2 in the general formula (1), a hydrogen atom from a monovalent aromatic group in which the A 1 is indicated include one desorbed groups, among them the A 1 and For the same reason, an unsubstituted aromatic heterocyclic group is preferred, more preferably a divalent thiophene ring such as divalent thiophene, benzothiophene, bithiophene or terthiophene, or a divalent selenophene ring such as selenophene. More preferably, it is more preferably divalent thiophene, bithiophene, or terthiophene.

上記一般式(1)における環B1が表す5〜7員環としては、脂肪族炭化水素環、即ち、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロへプチルが挙げられ、これらの環は、炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基で1〜4箇所置換されていてもよく、炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基は、上記芳香族炭化水素環基を置換してもよい炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基と同様の基であり、中でも、共平面性及び溶解性の点から、無置換のシクロペンチル又は炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基で1〜2箇所置換されたシクロペンチルが好ましい。 Examples of the 5- to 7-membered ring represented by the ring B 1 in the general formula (1) include aliphatic hydrocarbon rings, that is, cyclopentyl, cyclohexyl, and cycloheptyl. These rings have 1 to 5 carbon atoms. 1 to 4 positions may be substituted with an aliphatic hydrocarbon group, and the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms may have 1 to 5 carbon atoms which may replace the aromatic hydrocarbon ring group. 5 is the same group as the aliphatic hydrocarbon group, and in particular, from the viewpoint of coplanarity and solubility, it is substituted at 1 or 2 positions by unsubstituted cyclopentyl or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms. Cyclopentyl is preferred.

また、環B1が、炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基で置換される場合、溶解性及び共平面性の点から、下記一般式(1)−1で表わされるように、環中の炭素原子の一つ(X1)が、2箇所、炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基(R1及びR2)で置換されていることが好ましく、特に、炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基が同一の基であることが特に好ましい。 Further, when ring B 1 is substituted with an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, from the viewpoint of solubility and coplanarity, the ring is represented by the following general formula (1) -1. It is preferable that one (X 1 ) of carbon atoms therein is substituted with an aliphatic hydrocarbon group (R 1 and R 2 ) having 1 to 5 carbon atoms, particularly 1 carbon atom. It is particularly preferred that the aliphatic hydrocarbon groups of ˜5 are the same group.

Figure 2013033868
(式中、A1、A2及びnは、上記一般式(1)と同様であり、環B1'は、5〜7員環を表し、X1は炭素原子を表し、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基を表し、該炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基は、−O−、−COO−、−OCO−、−CO−、−S−、−SO−、−SO2−、−NR−又は−C=C−で中断されていてもよく、Rは炭素原子数1〜5の脂肪族炭化水素基を表す。)
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 , A 2 and n are the same as those in the general formula (1), ring B 1 ′ represents a 5- to 7-membered ring, X 1 represents a carbon atom, R 1 and R 2 independently represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms is represented by —O—, —COO—, —OCO—, — CO—, —S—, —SO—, —SO 2 —, —NR— or —C═C— may be interrupted, and R represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms. )

上記一般式(1)で表わされる新規化合物の中でも、光電変換素子等に用いた場合の特性に優れる点又は原料の入手が容易である点から、上記一般式(1)中のA1又はA2の少なくとも一つがチオフェン環を有する化合物、特に、A1及びA2の両方がチオフェン環を有する化合物が好ましい。 Among the novel compounds represented by the above general formula (1), A 1 or A in the above general formula (1) from the viewpoint of excellent characteristics when used in a photoelectric conversion element or the like, or easy acquisition of raw materials. A compound in which at least one of 2 has a thiophene ring, particularly a compound in which both A 1 and A 2 have a thiophene ring is preferable.

上記一般式(1)で表される本発明の新規化合物の具体例としては、下記化合物No.1〜No.24が挙げられるが、これらの化合物に限定されない。   Specific examples of the novel compound of the present invention represented by the general formula (1) include the following compound No. 1-No. 24, but is not limited to these compounds.

Figure 2013033868
Figure 2013033868

Figure 2013033868
Figure 2013033868

Figure 2013033868
Figure 2013033868

Figure 2013033868
Figure 2013033868

上記一般式(1)で表される化合物の製造方法は特に限定されないが、例えば下記反応式(ア)〜(ウ)に従って以下のように製造することができる。
即ち、反応式(ア)において、ビスアルキン体(11)と2当量のハロゲン化アリール(12)との薗頭−萩原クロスカップリングにて、中間体(2)が得られる。
また、ビスアルキン体(11)と当量のハロゲン化アリール(12)との同様の反応にて、中間体(13)にした後に、ジハロゲン化アリール(14)と2当量の中間体(13)を反応させることで、中間体(3)が得られる。
また、中間体(13)と当量のジハロゲン化アリール(14)とを反応させ、中間体(15)にした後に、ビスアルキン体(11)と2当量の中間体(15)を反応させることで中間体(4)が得られる。以下、中間体(2)〜(4)をまとめて、下記一般式(5)で表わす(以下、中間体(5)ともいう)。尚、中間体(5)は、n=0のとき、中間体(2)を表し、n=1のとき、中間体(3)を表し、n=2のとき、中間体(4)を表す。
次に反応式(イ)において、Cp2ZrCl2を2当量のn−BuLiにより還元し、そこへ中間体(5)を反応させることにより、ジルコナシクロペンタジエン誘導体(6)を得ることが出来る。
続いて反応式(ウ)において、ジルコナシクロペンタジエン誘導体(6)と塩化硫黄(S2Cl2)とを反応させることで、本発明の上記一般式(1)で表される新規化合物が得ることが出来る。
Although the manufacturing method of the compound represented by the said General formula (1) is not specifically limited, For example, it can manufacture as follows according to following Reaction Formula (A)-(U).
That is, in the reaction formula (a), the intermediate (2) is obtained by Sonogashira-Hagiwara cross coupling between the bisalkyne (11) and 2 equivalents of the aryl halide (12).
In addition, the same reaction between the bisalkyne body (11) and the equivalent amount of the aryl halide (12) was performed to obtain an intermediate (13), and then the dihalogenated aryl (14) and 2 equivalents of the intermediate (13) were reacted. By doing this, the intermediate (3) is obtained.
Further, the intermediate (13) is reacted with an equivalent amount of the dihalogenated aryl (14) to form an intermediate (15), and then the bisalkyne (11) is reacted with 2 equivalents of the intermediate (15) to obtain an intermediate. A body (4) is obtained. Hereinafter, intermediates (2) to (4) are collectively represented by the following general formula (5) (hereinafter also referred to as intermediate (5)). The intermediate (5) represents intermediate (2) when n = 0, represents intermediate (3) when n = 1, and represents intermediate (4) when n = 2. .
Next, in the reaction formula (a), Cp 2 ZrCl 2 is reduced with 2 equivalents of n-BuLi, and the intermediate (5) is reacted therewith to obtain the zirconacyclopentadiene derivative (6). .
Subsequently, in the reaction formula (c), the novel compound represented by the above general formula (1) of the present invention is obtained by reacting the zirconacyclopentadiene derivative (6) with sulfur chloride (S 2 Cl 2 ). I can do it.

Figure 2013033868
(式中、A1及びA2は、上記一般式(1)と同様の基であり、Z1は、置換基を有していてもよい炭素原子数3〜30の直鎖脂肪族炭化水素基を表し、Xは、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子を表す。)
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 and A 2 are the same groups as in the general formula (1), and Z 1 is a linear aliphatic hydrocarbon having 3 to 30 carbon atoms which may have a substituent. And X represents a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.)

Figure 2013033868
(式中、A1、A2、環B1及びnは、上記一般式(1)と同様の基を表し、Z1は、上記一般式(2)〜(4)と同様の基を表し、Cpはシクロペンタジエンを表す。)
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 , A 2 , ring B 1 and n represent the same groups as in the general formula (1), and Z 1 represents the same groups as in the general formulas (2) to (4). , Cp represents cyclopentadiene.)

Figure 2013033868
(式中、A1、A2、環B1及びnは、上記一般式(1)と同様の基を表し、Cpは上記一般式(6)と同様の基を表す。)
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 , A 2 , ring B 1 and n represent the same group as in the general formula (1), and Cp represents the same group as in the general formula (6).)

上記一般式(1)で表わされる、本発明の新規化合物は、以下に説明する光電変換材料として用いられる他、DVD−R等の光学記録層用色素;液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、陰極管表示装置(CRT)、蛍光表示管、又は電界放射型ディスプレイ等の画像表示装置に用いられる光学フィルタ用色素;カラートナー、インクジェット用インキ、塗料用色素等の着色剤;LED照明、エレクトロルミネッセンスデバイス;光反応用増感剤、電子写真感光体、カラーフィルタ材料、レーザー色素、非線形光学材料、医療検査薬用色素として用いてもよく、単独で光電変換材料としてもよい。   The novel compound of the present invention represented by the above general formula (1) is used as a photoelectric conversion material to be described below, as well as a dye for an optical recording layer such as DVD-R; a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel Dyes for optical filters used in image display devices such as (PDP), cathode ray tube display devices (CRT), fluorescent display tubes, or field emission displays; colorants such as color toners, inkjet inks, paint pigments; LEDs Illumination, electroluminescence device; sensitizer for photoreaction, electrophotographic photosensitive member, color filter material, laser dye, nonlinear optical material, dye for medical examination medicine, or may be used alone as a photoelectric conversion material.

<光電変換材料>
本発明の光電変換材料は、(A)本発明の上記一般式(1)で表わされる化合物を、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料に含有させたものである。
<Photoelectric conversion material>
The photoelectric conversion material of the present invention comprises (A) the compound represented by the general formula (1) of the present invention contained in (B) p-type organic semiconductor material and (C) n-type organic semiconductor material. .

(B)p型有機半導体材料としては、例えば、フタロシアニン系顔料、インジゴ又はチオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、オキサゾール誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体〔例えば、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシロキシ)−1,4−フェニレンビニレン]:MEH−PPV、ポリ[2−メトキシ−5−(3’,7’−ジメチルオクチロキシ)−1,4−フェニレンビニレン]〕、ポリチオフェン及びその誘導体[例えば、ポリ(3−ドデシルチオフェン)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン):P3HT、ポリ(3−オクチルチオフェン)]、ポリ−N−ビニルカルバゾール誘導体等が挙げられ、これらの(B)p型有機半導体材料の中でも、p型材料として高いキャリヤ移動度を有する点から、ポリチオフェン及びその誘導体が好ましく、中でも、ポリ(3−ヘキシルチオフェン):P3HTが特に好ましい。尚、p型有機半導体材料として例に挙げた化合物は、単独で使用してもよく、或いは複数併用してもよい。   (B) Examples of p-type organic semiconductor materials include phthalocyanine pigments, indigo or thioindigo pigments, quinacridone pigments, triarylmethane derivatives, triarylamine derivatives, oxazole derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, pyrazoline derivatives, polysilanes Derivatives, polyphenylene vinylene and its derivatives [eg, poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene]: MEH-PPV, poly [2-methoxy-5- (3 ′, 7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene]], polythiophene and its derivatives [eg, poly (3-dodecylthiophene), poly (3-hexylthiophene): P3HT, poly (3-octylthiophene)] Poly-N-vinylcarbazo Among these (B) p-type organic semiconductor materials, polythiophene and its derivatives are preferable from the viewpoint of having high carrier mobility as the p-type material, and among them, poly (3-hexylthiophene) : P3HT is particularly preferred. In addition, the compound quoted as an example as a p-type organic-semiconductor material may be used independently, or may be used together.

(C)n型有機半導体材料としては、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、多環キノン系顔料、アゾ系顔料、C60フラーレンやC70フラーレン及びその誘導体等を用いることができ、また、有機金属錯体〔例えば、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(10−ベンゾ[h]キノリノラート)ベリリウム、5−ヒドロキシフラボンのベリリウム塩、5−ヒドロキシフラボンのアルミニウム塩〕、オキサジアゾール誘導体〔例えば、1,3−ビス[5'−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2'−イル]ベンゼン〕、トリアゾール誘導体〔例えば、3−(4'−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4''−ビフェニル)−1,2,4−トリアゾール〕、フェナントロリン誘導体[例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(バソクプロイン、BCP)]、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体等が挙げられ、これらの(C)n型有機半導体材料の中でも、n型材料として高いキャリヤ移動度を有し、及び/又は電荷分離効率が高い点から、C60フラーレン、C70フラーレン及びその誘導体が好ましい。尚、n型有機半導体材料として例に挙げた化合物は、単独で使用してもよく、或いは複数併用してもよい。   (C) As an n-type organic semiconductor material, a perylene pigment, a perinone pigment, a polycyclic quinone pigment, an azo pigment, C60 fullerene, C70 fullerene, and a derivative thereof can be used. For example, tris (8-quinolinolato) aluminum, bis (10-benzo [h] quinolinolato) beryllium, beryllium salt of 5-hydroxyflavone, aluminum salt of 5-hydroxyflavone], oxadiazole derivative [for example, 1,3- Bis [5 ′-(p-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2′-yl] benzene], triazole derivatives [eg 3- (4′-tert-butylphenyl) -4 -Phenyl-5- (4 ''-biphenyl) -1,2,4-triazole], phenanthroline derivatives [e.g. 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (basocuproin, BCP)], triazine derivatives, quinoline derivatives, quinoxaline derivatives, diphenylquinone derivatives, nitro-substituted fluorenone derivatives, thiopyrandioxide derivatives, etc. Among these (C) n-type organic semiconductor materials, C60 fullerene, C70 fullerene and derivatives thereof are preferable from the viewpoint of having high carrier mobility and / or high charge separation efficiency as an n-type material. In addition, the compound quoted as an example as an n-type organic-semiconductor material may be used independently, or may be used together.

上記のC60フラーレン、C70フラーレン及びその誘導体としては、以下のC1〜C6の化合物が例に挙げられ、中でも、電子準位の整合性に優れ、入手が容易である点から、C1のPCBM(フェニル−C61−ブチル酸メチルエステル)が好ましく用いられる。   Examples of the C60 fullerene, C70 fullerene, and derivatives thereof include the following C1 to C6 compounds. Among them, C1 PCBM (phenyl) is preferable because it has excellent electronic level matching and is easily available. -C61-butyric acid methyl ester) is preferably used.

Figure 2013033868
Figure 2013033868

p型有機半導体材料とn型有機半導体材料が混在する本発明の光電変換材料には電荷分離効率が高く、上記一般式(1)で現れる化合物との電子準位の整合性が良好であることから、P3HT(p型)とPCBM(n型)の組み合わせが特に好ましい。   The photoelectric conversion material of the present invention in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material are mixed has high charge separation efficiency and good match of the electron level with the compound appearing in the general formula (1). Therefore, a combination of P3HT (p-type) and PCBM (n-type) is particularly preferable.

本発明の光電変換材料において、(A)上記一般式(1)で表される化合物の重量比率は(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料の合計を100重量部としたとき、0.1〜10重量部であり、好ましくは0.5〜5重量部であり、更に好ましくは1〜3重量部である。(A)上記一般式(1)で表される化合物の重量比率が0.1重量部より小さい場合、光電変換効率向上の効果が小さく、10重量部を超える場合、光電変換効率が低下するため好ましくない。また、(B)p型有機半導体材料と(C)n型有機半導体材料の重量比率は、好ましくは30:70〜70:30(前者:後者)であり、更に好ましくは40:60〜60:40である。   In the photoelectric conversion material of the present invention, (A) the weight ratio of the compound represented by the general formula (1) is 100 parts by weight of the total of (B) p-type organic semiconductor material and (C) n-type organic semiconductor material. 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, and more preferably 1 to 3 parts by weight. (A) When the weight ratio of the compound represented by the general formula (1) is smaller than 0.1 parts by weight, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency is small, and when it exceeds 10 parts by weight, the photoelectric conversion efficiency is lowered. It is not preferable. The weight ratio of (B) p-type organic semiconductor material to (C) n-type organic semiconductor material is preferably 30:70 to 70:30 (the former: the latter), and more preferably 40:60 to 60: 40.

また、本発明の光電変換材料中の各(A)〜(C)成分の含有量は、以下の通りである。
(A)上記一般式(1)で表される化合物:好ましくは0.5〜5重量%、更に好ましくは1〜3重量%
(B)p型有機半導体材料:好ましくは25〜70重量%、更に好ましくは35〜60重量%
(C)n型有機半導体材料::好ましくは25〜70重量%、更に好ましくは35〜60重量%
Moreover, content of each (A)-(C) component in the photoelectric conversion material of this invention is as follows.
(A) Compound represented by the above general formula (1): preferably 0.5 to 5% by weight, more preferably 1 to 3% by weight
(B) p-type organic semiconductor material: preferably 25 to 70% by weight, more preferably 35 to 60% by weight
(C) n-type organic semiconductor material :: preferably 25 to 70% by weight, more preferably 35 to 60% by weight

本発明の光電変換材料は、(A)上記一般式(1)で表される化合物、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料を少なくとも一種ずつ含有していればよい。また、必要に応じて一種又は二種以上の溶媒等を含有してもよい。   The photoelectric conversion material of this invention should just contain at least 1 type each of (A) the compound represented by the said General formula (1), (B) p-type organic-semiconductor material, and (C) n-type organic-semiconductor material. . Moreover, you may contain 1 type, or 2 or more types of solvent etc. as needed.

上記溶媒としては、(A)〜(C)の各成分を溶解又は分散可能なものであれば特に制限されないが、例えば、水、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、シアノ基を有する炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素系溶剤、その他の溶剤等が挙げられる。溶媒を用いた光電変換材料は、塗布液として用いることができる。   The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the components (A) to (C). For example, water, alcohol solvent, diol solvent, ketone solvent, ester solvent, Examples include ether solvents, aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, hydrocarbon solvents having a cyano group, halogenated hydrocarbon solvents, and other solvents. A photoelectric conversion material using a solvent can be used as a coating solution.

上記アルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、第3ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、2−ペンタノール、ネオペンタノール、第3ペンタノール、ヘキサノール、2−ヘキサノール、ヘプタノール、2−ヘプタノール、オクタノール、2―エチルヘキサノール、2−オクタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘプタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングルコールモノエチルエーテル、ジエチレングルコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、2−(N,N−ジメチルアミノ)エタノール、3(N,N−ジメチルアミノ)プロパノール等が挙げられる。   Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, isobutanol, 2-butanol, tertiary butanol, pentanol, isopentanol, 2-pentanol, neopentanol, and third. Pentanol, hexanol, 2-hexanol, heptanol, 2-heptanol, octanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, methylcyclopentanol, methylcyclohexanol, methylcycloheptanol , Benzyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl Ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, 2- (N, N-dimethylamino) ethanol, 3 (N, N-dimethylamino) propanol, etc. Can be mentioned.

上記ジオール系溶剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、イソプレングリコール(3−メチル−1,3−ブタンジオール)、1,2−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−オクタンジオール、オクタンジオール(2−エチル−1,3−ヘキサンジオール)、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。   Examples of the diol solvent include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, isoprene glycol ( 3-methyl-1,3-butanediol), 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,2-octanediol, octanediol (2-ethyl) -1,3-hexanediol), 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol 1,4-cyclohexanedimethanol and the like.

上記ケトン系溶剤としては、例えば、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルヘキシルケトン、エチルブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等が挙げられる。   Examples of the ketone solvent include acetone, ethyl methyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, methyl hexyl ketone, ethyl butyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, and methyl. Examples include amyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone.

上記エステル系溶剤としては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸第2ブチル、酢酸第3ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸第3アミル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸第2ブチル、プロピオン酸第3ブチル、プロピオン酸アミル、プロピオン酸イソアミル、プロピオン酸第3アミル、プロピオン酸フェニル、2−エチルヘキサン酸メチル、2−エチルヘキサン酸エチル、2−エチルヘキサン酸プロピル、2−エチルヘキサン酸イソプロピル、2−エチルヘキサン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸メチル、メトキシプロピオン酸エチル、エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、オキソブタン酸メチル、オキソブタン酸エチル、γ−ラクトン、マロン酸ジメチル、コハク酸ジメチル、プロピレングリコールジアセテート、δ−ラクトン等が挙げられる。   Examples of the ester solvent include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, second butyl acetate, third butyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, and third amyl acetate. , Phenyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, isopropyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, sec-butyl propionate, tert-butyl propionate, amyl propionate, isoamyl propionate, amyl propionate, Phenyl propionate, methyl 2-ethylhexanoate, ethyl 2-ethylhexanoate, propyl 2-ethylhexanoate, isopropyl 2-ethylhexanoate, butyl 2-ethylhexanoate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate Methyl ethoxypropionate, ethyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monoisopropyl ether acetate, ethylene glycol mono Butyl ether acetate, ethylene glycol mono secondary butyl ether acetate, ethylene glycol mono isobutyl ether acetate, ethylene glycol mono tertiary butyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl Pyrether acetate, Propylene glycol monoisopropyl ether acetate, Propylene glycol monobutyl ether acetate, Propylene glycol mono secondary butyl ether acetate, Propylene glycol monoisobutyl ether acetate, Propylene glycol mono tertiary butyl ether acetate, Butylene glycol monomethyl ether acetate, Butylene glycol monoethyl Ether acetate, butylene glycol monopropyl ether acetate, butylene glycol monoisopropyl ether acetate, butylene glycol monobutyl ether acetate, butylene glycol mono sec-butyl ether acetate, butylene glycol monoisobutyl ether acetate, butylene glycol mono Examples include tertiary butyl ether acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, methyl oxobutanoate, ethyl oxobutanoate, γ-lactone, dimethyl malonate, dimethyl succinate, propylene glycol diacetate, and δ-lactone.

上記エーテル系溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、モルホリン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。   Examples of the ether solvent include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, morpholine, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether, diethyl ether, and dioxane.

上記脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカリン、ソルベントナフサ、テレピン油、D−リモネン、ピネン、ミネラルスピリット、スワゾール#310(コスモ松山石油(株)、ソルベッソ#100(エクソン化学(株))等が挙げられる。   Examples of the aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents include pentane, hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, decalin, solvent naphtha, turpentine oil, D-limonene, pinene, and minerals. Spirit, Swazol # 310 (Cosmo Matsuyama Oil Co., Ltd., Solvesso # 100 (Exxon Chemical Co., Ltd.)) and the like.

上記芳香族炭化水素系溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ジエチルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、シメン、テトラリン等が挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, diethylbenzene, cumene, isobutylbenzene, cymene, and tetralin.

上記シアノ基を有する炭化水素溶剤としては、例えば、アセトニトリル、1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon solvent having a cyano group include acetonitrile, 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexane, cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, , 6-dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene and the like.

上記ハロゲン化炭化水素系溶媒としては、例えば、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等が挙げられる。   Examples of the halogenated hydrocarbon solvent include carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, trichloroethylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene.

上記その他の有機溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アニリン、トリエチルアミン、ピリジン、二硫化炭素等が挙げられる。   Examples of the other organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, aniline, triethylamine, pyridine, and carbon disulfide.

これらの中でも、好ましい溶媒としては、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等が挙げられる。   Among these, preferable solvents include chloroform, dichloromethane, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and the like.

本発明の光電変換材料に上記溶媒を含有させる場合、その含有量は、該光電変換材料を用いた光電変換層の形成に支障が生じない限り特に制限されるものではないが、例えば、溶媒を100重量部としたときに(A)上記一般式(1)で表される化合物、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料の総量が0.1〜20重量部となる範囲から適宜選択することが好ましく、更に好ましくは1〜10重量部であり、特に好ましくは3〜7重量部の範囲から選択することが望ましい。   When the above-described solvent is contained in the photoelectric conversion material of the present invention, the content is not particularly limited as long as it does not hinder the formation of a photoelectric conversion layer using the photoelectric conversion material. When 100 parts by weight, the total amount of (A) the compound represented by the general formula (1), (B) p-type organic semiconductor material and (C) n-type organic semiconductor material is 0.1 to 20 parts by weight. Is preferably selected from the range, more preferably 1 to 10 parts by weight, and particularly preferably 3 to 7 parts by weight.

<光電変換層>
次に、本発明の光電変換層について説明する。本発明の光電変換層は、本発明の光電変換材料を製膜して得られる。製膜方法に関しては特に限定するものではないが、例えば、蒸着法、物理気相成長法(PVD)、化学気相成長法(CVD)、原子層堆積法(ALD)、原子層エピタキシー法(ALE)、分子線エピタキシー法(MBE)、気相エピタキシー法(VPE)、スパッタ法、プラズマ重合法等のドライプロセス;ディップコート法、キャスト法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スピンコート法、LB法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、インクジェット法、エクストルージョンコート法等のウェットプロセスによって支持体上に塗膜形成する方法が挙げられる。
<Photoelectric conversion layer>
Next, the photoelectric conversion layer of the present invention will be described. The photoelectric conversion layer of the present invention is obtained by forming the photoelectric conversion material of the present invention into a film. The film forming method is not particularly limited. For example, vapor deposition method, physical vapor deposition method (PVD), chemical vapor deposition method (CVD), atomic layer deposition method (ALD), atomic layer epitaxy method (ALE). ), Dry processes such as molecular beam epitaxy (MBE), vapor phase epitaxy (VPE), sputtering, plasma polymerization, etc .; dip coating, casting, air knife coating, curtain coating, roller coating, wire Forming a coating on a support by wet processes such as bar coating, gravure coating, spin coating, LB, offset printing, screen printing, flexographic printing, dispenser printing, ink jet, and extrusion coating The method of doing is mentioned.

上記光電変換層の膜厚は、特に限定するものではないが、一般に、5nm〜5μm程度に設定することが好ましく、アニーリング等の加熱処理をしてもよい。   Although the film thickness of the said photoelectric converting layer is not specifically limited, Generally, it is preferable to set to about 5 nm-5 micrometers, and heat processing, such as annealing, may be performed.

上記光電変換層は、p型とn型の有機半導体材料を混在させる素子に用いられ、好ましい実施形態である有機バルクヘテロ接合素子の他、超階層ナノ構造接合素子、ハイブリッドヘテロ接合型、p−i−n接合型素子におけるi層等に用いられる。   The photoelectric conversion layer is used for an element in which p-type and n-type organic semiconductor materials are mixed. In addition to the organic bulk heterojunction element which is a preferred embodiment, a super hierarchical nanostructure junction element, a hybrid heterojunction type, pi Used for the i layer and the like in an -n junction type element.

<光電変換素子及び有機薄膜太陽電池>
本発明の光電変換素子は、本発明の光電変換層を少なくとも一つ有する以外は、従来公知の光電変換素子と同様に構成される。例えば、図1(a)を例にとって示すと、支持体1、電極2、電荷移動層3、光電変換層4、及び電極5が順次積層された構造を有する。また、図1(b)に示すように電荷移動層3を除いた構造であってもよく、図1(c)に示すように電荷移動層6を更に有する構造であってもよい。
<Photoelectric conversion element and organic thin film solar cell>
The photoelectric conversion element of this invention is comprised similarly to a conventionally well-known photoelectric conversion element except having at least one photoelectric conversion layer of this invention. For example, taking FIG. 1A as an example, the support 1, the electrode 2, the charge transfer layer 3, the photoelectric conversion layer 4, and the electrode 5 are sequentially stacked. Further, a structure excluding the charge transfer layer 3 as shown in FIG. 1B or a structure further having a charge transfer layer 6 as shown in FIG. 1C may be used.

本発明の光電変換素子においては、支持体1から光電変換層4へ光が到達する必要がある。支持体1、電極2及び電荷移動層3から光電変換層4へ照射光を到達させるためには、支持体1、電極2及び電荷移動層3を光透過性の材料で形成し、光透過率が70%以上となるように設定することが好ましい。   In the photoelectric conversion element of the present invention, light needs to reach the photoelectric conversion layer 4 from the support 1. In order to allow irradiation light to reach the photoelectric conversion layer 4 from the support 1, the electrode 2 and the charge transfer layer 3, the support 1, the electrode 2 and the charge transfer layer 3 are formed of a light transmissive material, and the light transmittance Is preferably set to be 70% or more.

支持体1は電極2を表面に安定して保持することが可能であれば、材質や厚みには制限されないが透明性を有する必要が有る。そのため、支持体の形状は板状でもフィルム状でもよい。透明性とは、光電変換素子において使用される所定波長領域、例えば可視光領域の光を高率で透過する性質をいう。支持体1には、例えば、ガラス、透明ポリマーフィルム(ポリエチレンテレフタレート(PET)、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルスルフォン、シンジオタクチックポリスチレン)等が使用できる。尚、本発明の光電変換素子は、支持体1の表面に形成されることが好ましいが、電極2自体にある程度の硬度があり、自立性を有する場合は、電極2が支持体1を兼ねる構造としてもよく、この場合、支持体1は省略されてもよい。   As long as the support 1 can stably hold the electrode 2 on the surface, the support 1 is not limited by the material and thickness, but needs to have transparency. Therefore, the shape of the support may be plate or film. Transparency refers to the property of transmitting light in a predetermined wavelength region used in a photoelectric conversion element, for example, visible light region at a high rate. For the support 1, for example, glass, transparent polymer film (polyethylene terephthalate (PET), tetraacetyl cellulose (TAC), polycarbonate, polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyester sulfone, syndiotactic polystyrene) or the like can be used. The photoelectric conversion element of the present invention is preferably formed on the surface of the support 1. However, when the electrode 2 itself has a certain degree of hardness and is self-supporting, the structure in which the electrode 2 also serves as the support 1. In this case, the support 1 may be omitted.

本発明において、対向配置される一対の電極(電極2及び電極5)の仕事関数は、相互に相対的に大小関係を有する(即ち互いに仕事関数の異なる)ものとすればよい。従って、電極2の仕事関数が電極5よりも相対的に大きければよい。この場合、両電極間の仕事関数の差は0.5V以上であることが好ましい。尚、各電極と半導体層の間にバッファー層を設置し、電極上のバッファー層の化合物と電極とが化学結合している場合は、これらの制約が緩和されることがある。   In the present invention, the work functions of a pair of electrodes (electrode 2 and electrode 5) arranged opposite to each other may have a relatively large relationship with each other (that is, the work functions are different from each other). Therefore, it is sufficient that the work function of the electrode 2 is relatively larger than that of the electrode 5. In this case, the work function difference between the two electrodes is preferably 0.5 V or more. In addition, when a buffer layer is provided between each electrode and the semiconductor layer and the compound of the buffer layer on the electrode and the electrode are chemically bonded, these restrictions may be relaxed.

電極2及び電極5としては、例えば、金、白金、銀等の貴金属類、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫(NESA)、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)等の金属酸化物、リチウム、リチウム−インジウム合金、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、カルシウム、マグネシウム、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−カルシウム合金、アルミニウム−マグネシウム合金、クロミウム、グラファイト薄膜の他PEDOT−PSS等の有機導電性化合物等を適宜用いることができる。これらの電極物質は、単独で使用してもよく、或いは複数併用してもよい。但し、電極2は、透明性を有する必要が有るため、上記の電極物質の中でも、特に酸化亜鉛、NESA、ITO、FTO及びPEDOT−PSS等の透明性を有する材料が用いられる。電極2及び電極5は、これらの電極物質を用いて、上記光電変換層4同様にドライプロセス又はウェットプロセスの方法により形成することができる。また、ゾルゲル法等により焼成して形成してもよい。また、電極の厚みは、使用する電極物質の材料にもよるが、電極2及び電極5とも、一般的に5〜1000nm程度、更に好ましくは10〜500nm程度に設定する。   Examples of the electrodes 2 and 5 include noble metals such as gold, platinum, and silver, metals such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide (NESA), tin-doped indium oxide (ITO), and fluorine-doped tin oxide (FTO). Oxide, lithium, lithium-indium alloy, sodium, sodium-potassium alloy, calcium, magnesium, magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, indium, ruthenium, titanium, manganese, yttrium, aluminum, aluminum-lithium alloy, aluminum- In addition to calcium alloys, aluminum-magnesium alloys, chromium, graphite thin films, organic conductive compounds such as PEDOT-PSS can be used as appropriate. These electrode materials may be used alone or in combination. However, since the electrode 2 needs to have transparency, materials having transparency such as zinc oxide, NESA, ITO, FTO, and PEDOT-PSS are particularly used among the above electrode materials. The electrode 2 and the electrode 5 can be formed by using a dry process or a wet process using these electrode materials in the same manner as the photoelectric conversion layer 4. Further, it may be formed by firing by a sol-gel method or the like. Moreover, although the thickness of an electrode is based also on the material of the electrode substance to be used, both the electrode 2 and the electrode 5 are generally set to about 5-1000 nm, More preferably, about 10-500 nm.

電荷移動層3及び6は、電極材料が光電変換層へ侵入・反応するのを防止したり、光電変換層で分離された電荷の再結合を防止し効率的に電極2及び5へ電荷を移動させる等の役割がある。材料としては、PEDOT:PSS、PEO、V25、酸化亜鉛、フッ化リチウム、TiOx、ナフタレンテトラカルボン酸無水物等の電荷移動物質が挙げられる。電荷移動層3は、透明性を有する必要が有る。光電変換層4がP3HT:PCBMのバルクヘテロ型である場合、電荷移動層3はPEDOT:PSSがよく用いられ、電荷移動層6はLiFがよく用いられる。電荷移動層3及び6は、これらの電荷移動物質を用いて、上記光電変換層4同様にドライプロセス又はウェットプロセスの方法により形成することができる。また、電荷移動層3及び6の厚みは、一般的に0.01〜100nm、更に好ましくは0.1〜50nm程度に設定する。 The charge transfer layers 3 and 6 prevent the electrode material from entering and reacting with the photoelectric conversion layer, and prevent recombination of charges separated by the photoelectric conversion layer, thereby efficiently transferring the charge to the electrodes 2 and 5. There is a role such as letting. Examples of the material include charge transfer materials such as PEDOT: PSS, PEO, V 2 O 5 , zinc oxide, lithium fluoride, TiOx, and naphthalenetetracarboxylic acid anhydride. The charge transfer layer 3 needs to have transparency. When the photoelectric conversion layer 4 is a P3HT: PCBM bulk hetero type, PEDOT: PSS is often used for the charge transfer layer 3, and LiF is often used for the charge transfer layer 6. The charge transfer layers 3 and 6 can be formed using these charge transfer materials by a dry process method or a wet process method in the same manner as the photoelectric conversion layer 4. The thickness of the charge transfer layers 3 and 6 is generally set to 0.01 to 100 nm, more preferably about 0.1 to 50 nm.

本発明の光電変換素子は、本発明の有機薄膜太陽電池の他、フォトダイオード、光検出器等に用いることができる。   The photoelectric conversion element of this invention can be used for a photodiode, a photodetector, etc. other than the organic thin-film solar cell of this invention.

以下、合成例、実施例及び比較例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例によって何ら制限を受けるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to synthesis examples, examples and comparative examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

合成例1及び2は上記一般式(1)で表される、本発明の新規化合物の合成例である。実施例1及び2では、合成例で得られた新規化合物を用いて本発明の光電変換材料を調製し、該光電変換材料を用いて光電変換層及び光電変換素子を作製し、該光電変換素子の評価を行った。また、比較例1では、上記新規化合物を用いない以外は実施例1と同様にして、比較の光電変換材料を調製し、該光電変換材料を用いて比較の光電変換層及び比較の光電変換素子を作製し、該光電変換素子の評価を行った。   Synthesis Examples 1 and 2 are synthesis examples of the novel compound of the present invention represented by the above general formula (1). In Examples 1 and 2, the photoelectric conversion material of the present invention was prepared using the novel compound obtained in the synthesis example, a photoelectric conversion layer and a photoelectric conversion element were prepared using the photoelectric conversion material, and the photoelectric conversion element Was evaluated. In Comparative Example 1, a comparative photoelectric conversion material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above-described novel compound was not used, and a comparative photoelectric conversion layer and a comparative photoelectric conversion element were prepared using the photoelectric conversion material. The photoelectric conversion element was evaluated.

〔合成例1〕化合物No.1
<ステップ1>1,7−ビス(2,2’−ビチオフェン)−4,4−ビス(ブトキシメチル)−1,6−ヘプタジイン(下記〔化9〕に示される中間体1)の製造
4,4−ビス(ブトキシメチル)−1,6−ヘプタジイン(3.36g、12.7mmol)、2−ブロモ−5−(2’−チエニル)チオフェン(7.47g、30.5mmol)、Pd(PPh34(352mg、0.305mmol)、CuI(116mg、0.61mmol)及びトリエチルアミン(10ml)を、テトラヒドロフラン(30ml)中で混合し、45℃にて攪拌させながら12時間反応させた。得られた反応溶液を、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(ヘキサン:酢酸エチル=25:1の移動相溶媒)で精製することにより、無色透明液体(6.3g、単離収率83%)を得た。目的物であることは、1H−NMR、13C−NMR、及び高分解能質量分析スペクトル(HRMS)にて確認した。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):δ=7.21(dd、J=1.2,5.5Hz、2H)、7.15(dd、J=0.8,3.6Hz、2H)、6.99−7.03(m、6H)、3.45−3.49(m、8H)、2.65(s、4H)、1.52−1.62(m、4H)、1.35−1.46(m、4H)、0.94(t、J=7.5Hz、6H)
13C−NMR(100MHz、CDCl3):δ=137.6、136.9、131.9、127.8、124.7、123.9、123.2、122.8、92.3、75.6、71.8、71.3、43.1、31.7、23.7、19.4、13.9
HRMS(EI):592.1598(計算値);592.1589(測定値)
[Synthesis Example 1] Compound No. 1 1
<Step 1> Production of 1,7-bis (2,2′-bithiophene) -4,4-bis (butoxymethyl) -1,6-heptadiyne (intermediate 1 shown in the following [Chemical 9]) 4, 4-bis (butoxymethyl) -1,6-heptadiyne (3.36 g, 12.7 mmol), 2-bromo-5- (2′-thienyl) thiophene (7.47 g, 30.5 mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (352 mg, 0.305 mmol), CuI (116 mg, 0.61 mmol) and triethylamine (10 ml) were mixed in tetrahydrofuran (30 ml) and reacted at 45 ° C. with stirring for 12 hours. The resulting reaction solution was purified by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 25: 1 mobile phase solvent) to give a colorless transparent liquid (6.3 g, isolated yield 83%). . It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and high-resolution mass spectrometry spectrum (HRMS) that it was the desired product.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.21 (dd, J = 1.2, 5.5 Hz, 2H), 7.15 (dd, J = 0.8, 3.6 Hz, 2H) , 6.99-7.03 (m, 6H), 3.45-3.49 (m, 8H), 2.65 (s, 4H), 1.52-1.62 (m, 4H), 1 .35-1.46 (m, 4H), 0.94 (t, J = 7.5 Hz, 6H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ = 137.6, 136.9, 131.9, 127.8, 124.7, 123.9, 123.2, 122.8, 92.3, 75 .6, 71.8, 71.3, 43.1, 31.7, 23.7, 19.4, 13.9
HRMS (EI): 592.1598 (calculated value); 592.1589 (measured value)

Figure 2013033868
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<ステップ2>化合物No.1の製造
Cp2ZrCl2(729mg、2.5mmol)のテトラヒドロフラン溶液を−78℃に冷却し、n−BuLi(1.62M/ヘキサン溶液、5.0mmol)を滴下し、同温のまま1時間反応させた。次に、ステップ1で得られた中間体1(1.25mg、2.1mmol)のテトラヒドロフラン溶液を混合し、30〜35℃にて5時間反応させた。その後、塩化硫黄(338mg、2.5mmol)を加え反応させた。得られた反応溶液を、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(ヘキサン:クロロホルム=1:1の移動相溶媒)で精製することにより橙色粉体(948mg、単離収率72%)を得た。目的物であることは、1H−NMR、13C−NMR、及び高分解能質量分析スペクトル(HRMS)にて確認した。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):δ=7.22(dd、J=0.8,5.1Hz、2H)、7.17(dd、J=1.2,3.6Hz、2H)、7.09(d、J=4.0Hz、2H)、7.02(dd、J=3.6,5.1Hz、2H)、6.99(d、J=3.6Hz、2H)、3.42−3.49(m、8H)、2.78(s、4H)、1.52−1.59(m、4H)、1.33−1.43(m、4H)、0.92(t、J=7.1Hz、6H)
13C−NMR(100MHz、CDCl3):δ=144.1、137.2、136.1、136.0、127.9、125.0、124.3、124.2、123.9、123.5、73.9、71.2、55.4、34.5、31.6、19.3、13.9
HRMS(EI):624.1318(計算値);624.1301(測定値)
<Step 2> Compound No. Preparation of 1 A tetrahydrofuran solution of Cp 2 ZrCl 2 (729 mg, 2.5 mmol) was cooled to −78 ° C., n-BuLi (1.62 M / hexane solution, 5.0 mmol) was added dropwise, and the same temperature was maintained for 1 hour. Reacted. Next, the tetrahydrofuran solution of the intermediate 1 (1.25 mg, 2.1 mmol) obtained in Step 1 was mixed and reacted at 30 to 35 ° C. for 5 hours. Then, sulfur chloride (338 mg, 2.5 mmol) was added and reacted. The obtained reaction solution was purified by silica gel column chromatography (hexane: chloroform = 1: 1 mobile phase solvent) to give an orange powder (948 mg, isolated yield 72%). It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and high-resolution mass spectrometry spectrum (HRMS) that it was the desired product.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.22 (dd, J = 0.8, 5.1 Hz, 2H), 7.17 (dd, J = 1.2, 3.6 Hz, 2H) 7.09 (d, J = 4.0 Hz, 2H), 7.02 (dd, J = 3.6, 5.1 Hz, 2H), 6.99 (d, J = 3.6 Hz, 2H), 3.42-3.49 (m, 8H), 2.78 (s, 4H), 1.52-1.59 (m, 4H), 1.33-1.43 (m, 4H),. 92 (t, J = 7.1 Hz, 6H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ = 144.1, 137.2, 136.1, 136.0, 127.9, 125.0, 124.3, 124.2, 123.9, 123 .5, 73.9, 71.2, 55.4, 34.5, 31.6, 19.3, 13.9
HRMS (EI): 624.1318 (calculated value); 624.1301 (measured value)

〔合成例2〕化合物No.4の製造
<ステップ1>1−(2,2’−ビチオフェン)−4,4−ビス(ブトキシメチル)−1,6−ヘプタジイン(下記〔化10〕に示される中間体2)の製造
4,4−ビス(ブトキシメチル)−1,6−ヘプタジイン(3.36g、12.7mmol)、2−ブロモ−5−(2’−チエニル)チオフェン(3.11g、12.7mmol)、Pd(PPh34(147mg、0.127mmol)、CuI(48mg、0.254mmol)及びトリエチルアミン(5ml)を、テトラヒドロフラン(40ml)中で混合し、室温にて攪拌させながら12時間反応させた。得られた反応溶液を、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(ヘキサン:酢酸エチル=25:1の移動相溶媒)で精製することにより、無色透明液体(3.7g、単離収率68%)を得た。目的物であることは、1H−NMR、13C−NMR、及び高分解能質量分析スペクトル(HRMS)にて確認した。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):δ=7.21(dd、J=0.8,5.1Hz、1H)、7.15(dd、J=0.8,3.9Hz、1H)、6.99−7.03(m、3H)、3.42−3.47(m、8H)、2.62(s、2H)、2.42(d、J=2.8Hz、1H)、2.00(t、J=2.8Hz、1H)、1.52−1.58(m、4H)、1.36−1.43(m、4H)、0.93(t、J=7.5Hz、6H)
13C−NMR(100MHz、CDCl3):δ=137.5、136.9、131.8、127.8、124.7、123.9、123.2、122.8、92.3、81.1、77.2、75.5、71.5、71.2、70.3、42.4、31.7、23.3、22.2、19.3
HRMS(EI):428.1843(計算値);428.1843(測定値)
[Synthesis Example 2] Compound No. 2 Production of 4 <Step 1> Production of 1- (2,2′-bithiophene) -4,4-bis (butoxymethyl) -1,6-heptadiyne (intermediate 2 shown in the following [Chemical Formula 10]) 4, 4-bis (butoxymethyl) -1,6-heptadiyne (3.36 g, 12.7 mmol), 2-bromo-5- (2′-thienyl) thiophene (3.11 g, 12.7 mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (147 mg, 0.127 mmol), CuI (48 mg, 0.254 mmol) and triethylamine (5 ml) were mixed in tetrahydrofuran (40 ml) and reacted at room temperature with stirring for 12 hours. The obtained reaction solution was purified by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 25: 1 mobile phase solvent) to obtain a colorless transparent liquid (3.7 g, isolated yield 68%). . It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and high-resolution mass spectrometry spectrum (HRMS) that it was the desired product.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.21 (dd, J = 0.8, 5.1 Hz, 1H), 7.15 (dd, J = 0.8, 3.9 Hz, 1H) , 6.9-7.03 (m, 3H), 3.42-3.47 (m, 8H), 2.62 (s, 2H), 2.42 (d, J = 2.8 Hz, 1H) 2.00 (t, J = 2.8 Hz, 1H), 1.52-1.58 (m, 4H), 1.36-1.43 (m, 4H), 0.93 (t, J = 7.5Hz, 6H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ = 137.5, 136.9, 131.8, 127.8, 124.7, 123.9, 123.2, 122.8, 92.3, 81 .1, 77.2, 75.5, 71.5, 71.2, 70.3, 42.4, 31.7, 23.3, 22.2, 19.3
HRMS (EI): 428.1843 (calculated value); 428.1843 (measured value)

Figure 2013033868
Figure 2013033868

<ステップ2>1−(2,2’−ビチオフェン)−4,4−ビス(ブトキシメチル)−1,6−ヘプタジイン(下記〔化11〕に示される中間体3)の製造
ステップ1で得られた中間体2(1.89g、4.4mmol)、5,5’−ジブロモ−(2,2’−ビチオフェン)(583mg、1.8mmol)、Pd(PPh34(42mg、0.036mmol)、CuI(14mg、0.072mmol)及びトリエチルアミン(1.7ml)をテトラヒドロフラン(10ml)中で混合し、45℃にて攪拌させながら12時間反応させた。得られた反応溶液を、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(ヘキサン:酢酸エチル=15:1の移動相溶媒)で精製することにより淡黄色液体(1.56g、単離収率85%)を得た。目的物であることは、1H−NMR、13C−NMR、及び高分解能質量分析スペクトル(HRMS)にて確認した。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):δ=7.22(dd、J=0.8,4.8Hz、2H)、7.16(dd、J=0.8,3.6Hz、2H)、7.00−7.05(m、8H)、6.97−6.99(dd、J=0.8,3.6Hz、2H)、3.46−3.51(m、16H)、2.68(s、8H)、1.55−1.62(m、8H)、1.39−1.47(m、8H)、0.96(dt、J=7.2,7.6Hz、12H)
13C−NMR(100MHz、CDCl3):δ=137.6、136.9、136.8、131.9、131.8、127.8、124.6、123.9、123.4、123.2、123.1、122.7、92.7、92.3、75.63、75.56、71.8、71.3、43.0、31.7、23.7、19.4、13.9
HRMS(EI):1018.3285(計算値);1018.3280(測定値)
<Step 2> Production of 1- (2,2′-bithiophene) -4,4-bis (butoxymethyl) -1,6-heptadiyne (Intermediate 3 shown in the following [Chemical Formula 11]) Intermediate 2 (1.89 g, 4.4 mmol), 5,5′-dibromo- (2,2′-bithiophene) (583 mg, 1.8 mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (42 mg, 0.036 mmol) , CuI (14 mg, 0.072 mmol) and triethylamine (1.7 ml) were mixed in tetrahydrofuran (10 ml) and reacted at 45 ° C. with stirring for 12 hours. The resulting reaction solution was purified by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 15: 1 mobile phase solvent) to give a pale yellow liquid (1.56 g, isolated yield 85%). It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and high-resolution mass spectrometry spectrum (HRMS) that it was the desired product.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.22 (dd, J = 0.8, 4.8 Hz, 2H), 7.16 (dd, J = 0.8, 3.6 Hz, 2H) 7.00-7.05 (m, 8H), 6.97-6.99 (dd, J = 0.8, 3.6 Hz, 2H), 3.46-3.51 (m, 16H), 2.68 (s, 8H), 1.55-1.62 (m, 8H), 1.39-1.47 (m, 8H), 0.96 (dt, J = 7.2, 7.6 Hz) , 12H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ = 137.6, 136.9, 136.8, 131.9, 131.8, 127.8, 124.6, 123.9, 123.4, 123 .2, 123.1, 122.7, 92.7, 92.3, 75.63, 75.56, 71.8, 71.3, 43.0, 31.7, 23.7, 19.4 , 13.9
HRMS (EI): 1018.3285 (calculated value); 1018.3280 (measured value)

Figure 2013033868
Figure 2013033868

<ステップ3>化合物No.4の製造
Cp2ZrCl2(371mg、1.27mmol)のテトラヒドロフラン溶液を−78℃に冷却し、n−BuLi(1.62M/ヘキサン溶液、2.54mmol)を滴下し、同温のまま1時間反応させた。次に、ステップ2で得られた中間体3(507mg、0.49mmol)のテトラヒドロフラン溶液を混合し、30〜35℃にて5時間反応させた。その後、塩化硫黄(199mg、1.47mmol)を加え反応させた。得られた反応溶液を、シリカゲルカラムクロマトグラフ法(ヘキサン:クロロホルム=1:2の移動相溶媒)で精製することにより赤色粉体(248mg、単離収率46%)を得た。目的物であることは、1H−NMR、13C−NMR、及び高分解能質量分析スペクトル(HRMS)にて確認した。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):δ=7.22(dd、J=0.8,5.1Hz、2H)、7.17(dd、J=1.2,3.6Hz、2H)、7.08(d、J=4.0Hz、4H)、7.02(dd、J=3.6,5.1Hz、2H)、7.00(d、J=4.0Hz、4H)、3.42−3.49(m、16H)、2.78(s、8H)、1.52−1.59(m、8H)、1.33−1.43(m、8H)、0.92(t、J=7.1Hz、12H)
13C−NMR(100MHz、CDCl3):δ=144.2、144.1、137.2、136.1、136.05、136.03、135.9、127.9、125.09、125.06、124.3、124.2、124.0、124.0、123.98、123.91、123.5、73.9、71.2、55.4、34.5、31.6、19.3、13.9
HRMS(EI):1082.2726(計算値);1082.2738(測定値)
<Step 3> Compound No. Preparation of 4 A solution of Cp 2 ZrCl 2 (371 mg, 1.27 mmol) in tetrahydrofuran was cooled to −78 ° C., n-BuLi (1.62 M / hexane solution, 2.54 mmol) was added dropwise, and the same temperature was maintained for 1 hour. Reacted. Next, a tetrahydrofuran solution of the intermediate 3 (507 mg, 0.49 mmol) obtained in Step 2 was mixed and reacted at 30 to 35 ° C. for 5 hours. Then, sulfur chloride (199 mg, 1.47 mmol) was added and reacted. The obtained reaction solution was purified by silica gel column chromatography (hexane: chloroform = 1: 2 mobile phase solvent) to obtain a red powder (248 mg, isolated yield 46%). It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and high-resolution mass spectrometry spectrum (HRMS) that it was the desired product.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.22 (dd, J = 0.8, 5.1 Hz, 2H), 7.17 (dd, J = 1.2, 3.6 Hz, 2H) 7.08 (d, J = 4.0 Hz, 4H), 7.02 (dd, J = 3.6, 5.1 Hz, 2H), 7.00 (d, J = 4.0 Hz, 4H), 3.42-3.49 (m, 16H), 2.78 (s, 8H), 1.52-1.59 (m, 8H), 1.33-1.43 (m, 8H),. 92 (t, J = 7.1 Hz, 12H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ): δ = 144.2, 144.1, 137.2, 136.1, 136.05, 136.03, 135.9, 127.9, 125.09, 125 .06, 124.3, 124.2, 124.0, 124.0, 123.98, 123.91, 123.5, 73.9, 71.2, 55.4, 34.5, 31.6 , 19.3, 13.9
HRMS (EI): 1082.2726 (calculated value); 1082.2738 (measured value)

〔実施例1〕
図1(c)に示す層構成を有する光電変換素子を、以下の手順で作製した。
電極2としてITOが150nm成膜してあるガラス基板(支持体1)をIPA煮沸洗浄及びUV−オゾン洗浄した後、電極2上に、PEDOT:PSS(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)を20nmスピンコート法により成膜し、100℃、10分の条件で減圧乾燥して、電荷移動層3とした。これとは別に、1,2−ジクロロベンゼン2mLに(A)上記一般式(1)で表される化合物として化合物No.1を5mg、(B)p型有機半導体としてP3HTを50mg、及び(C)n型有機半導体としてPCBMを50mg溶解させて、実施例1の光電変換材料を調製した。電荷移動層3上に、調製した光電変換材料を、スピンコート法により成膜し、100℃、30分の条件で減圧乾燥して光電変換層4とした。こうして得られた有機薄膜層である光電変換層4上に、メタルマスクを用いてLiF0.5nm(電荷移動層6)、及びアルミニウム100nm(電極5)を逐次真空蒸着成膜して、実施例1の光電変換素子を作製した。
こうして得られた光電変換素子に対し、エアマス1.5G、100mW/cm2の擬似太陽光をITO電極側から照射して光電変換特性(効率(%))を測定した。結果を[表1]に示す。
[Example 1]
A photoelectric conversion element having the layer structure shown in FIG. 1C was produced by the following procedure.
A glass substrate (support 1) having an ITO film of 150 nm formed as an electrode 2 was subjected to IPA boiling cleaning and UV-ozone cleaning, and then PEDOT: PSS (3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrene sulfone) on the electrode 2. Acid) was formed by a 20 nm spin coating method and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 10 minutes to form a charge transfer layer 3. Separately from this, 2 mL of 1,2-dichlorobenzene was added to (A) compound No. 1 as a compound represented by the above general formula (1). 1 was dissolved in 5 mg, (B) 50 mg of P3HT as a p-type organic semiconductor, and (C) 50 mg of PCBM as an n-type organic semiconductor were dissolved to prepare a photoelectric conversion material of Example 1. The prepared photoelectric conversion material was formed on the charge transfer layer 3 by a spin coating method and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a photoelectric conversion layer 4. On the photoelectric conversion layer 4 which is the organic thin film layer thus obtained, LiF 0.5 nm (charge transfer layer 6) and aluminum 100 nm (electrode 5) were sequentially deposited by vacuum deposition using a metal mask. A photoelectric conversion element was prepared.
The photoelectric conversion element thus obtained was irradiated with pseudo sunlight having an air mass of 1.5 G and 100 mW / cm 2 from the ITO electrode side, and the photoelectric conversion characteristics (efficiency (%)) were measured. The results are shown in [Table 1].

〔実施例2〕
上記実施例1の光電変換素子の作製において、(A)〜(C)成分及び組成比を〔表1〕に示すように変更する以外は、実施例1と同様にして、実施例2の光電変換素子を作製した。また、実施例1と同様の操作で、実施例2の光電変換素子の光電変換特性(効率(%))を測定した。結果を[表1]に示す。
[Example 2]
In the production of the photoelectric conversion element of Example 1, the photoelectric conversion of Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that the components (A) to (C) and the composition ratio were changed as shown in [Table 1]. A conversion element was produced. Moreover, the photoelectric conversion characteristic (efficiency (%)) of the photoelectric conversion element of Example 2 was measured by the same operation as that of Example 1. The results are shown in [Table 1].

〔比較例1〕
上記実施例1の光電変換素子の作製において、(A)成分を用いない以外は実施例1と同様の操作で、比較例1の光電変換素子を作製し、実施例1と同様の操作で、比較例1の光電変換素子の光電変換特性(効率(%))を測定した。結果を[表1]に示す。
[Comparative Example 1]
In the production of the photoelectric conversion element of Example 1, the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the component (A) was not used, and the same operation as in Example 1 was performed. The photoelectric conversion characteristics (efficiency (%)) of the photoelectric conversion element of Comparative Example 1 were measured. The results are shown in [Table 1].

Figure 2013033868
Figure 2013033868

上記結果より、(A)成分として上記一般式(1)で表わされる、本発明の化合物を、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料に添加すると、光電変換効率が向上することが確認できた。
従って、上記一般式(1)で表わされる、本発明の新規化合物を添加した光電変換材料は、光電変換素子に有用である。
From the above results, when the compound of the present invention represented by the general formula (1) as the component (A) is added to the (B) p-type organic semiconductor material and the (C) n-type organic semiconductor material, the photoelectric conversion efficiency is increased. It was confirmed that it improved.
Therefore, the photoelectric conversion material to which the novel compound of the present invention represented by the general formula (1) is added is useful for a photoelectric conversion element.

1 支持体
2 電極
3 電荷移動層
4 光電変換層
5 電極
6 電荷移動層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support body 2 Electrode 3 Charge transfer layer 4 Photoelectric conversion layer 5 Electrode 6 Charge transfer layer

Claims (8)

下記一般式(1)で表される化合物。
Figure 2013033868
(式中、A1は、1価の芳香族基を表し、A2は、2価の芳香族基を表し、環B1は、5〜7員環を表し、nは0〜2の整数を表す。)
A compound represented by the following general formula (1).
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 represents a monovalent aromatic group, A 2 represents a divalent aromatic group, Ring B 1 represents a 5- to 7-membered ring, and n represents an integer of 0 to 2. Represents.)
上記一般式(1)中のA1又はA2の少なくとも一つがチオフェン環を有することを特徴とする請求項1に記載の化合物。 The compound according to claim 1, wherein at least one of A 1 and A 2 in the general formula (1) has a thiophene ring. (A)下記一般式(1)で表される化合物、(B)p型有機半導体材料及び(C)n型有機半導体材料を含んでなる光電変換材料。
Figure 2013033868
(式中、A1は、1価の芳香族基を表し、A2は、2価の芳香族基を表し、環B1は、5〜7員環を表し、nは0〜2の整数を表す。)
(A) A photoelectric conversion material comprising a compound represented by the following general formula (1), (B) a p-type organic semiconductor material, and (C) an n-type organic semiconductor material.
Figure 2013033868
(In the formula, A 1 represents a monovalent aromatic group, A 2 represents a divalent aromatic group, Ring B 1 represents a 5- to 7-membered ring, and n represents an integer of 0 to 2. Represents.)
上記一般式(1)中のA1又はA2の少なくとも一つがチオフェン環を有することを特徴とする請求項3に記載の光電変換材料。 The photoelectric conversion material according to claim 3, wherein at least one of A 1 or A 2 in the general formula (1) has a thiophene ring. 上記(B)p型有機半導体材料がポリ(3−ヘキシルチオフェン)であり、上記(C)n型有機半導体材料がフラーレン誘導体である請求項3又は4に記載の光電変換材料。   The photoelectric conversion material according to claim 3 or 4, wherein the (B) p-type organic semiconductor material is poly (3-hexylthiophene) and the (C) n-type organic semiconductor material is a fullerene derivative. 請求項3〜5の何れか1項に記載の光電変換材料を製膜して得られる光電変換層。   The photoelectric conversion layer obtained by forming into a film the photoelectric conversion material of any one of Claims 3-5. 請求項6に記載の光電変換層を有してなる光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion layer according to claim 6. 請求項7に記載の光電変換素子を有してなる有機薄膜太陽電池。   An organic thin film solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 7.
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