JP2013237813A - π-ELECTRON CONJUGATED POLYMER, AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME - Google Patents

π-ELECTRON CONJUGATED POLYMER, AND ORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME Download PDF

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Joji Oshita
浄治 大下
Yutaka Harima
裕 播磨
Yasushi Morihara
靖 森原
Akeshi Fujita
明士 藤田
Hiromasa Shibuya
寛政 澁谷
Takashi Fukumoto
隆司 福本
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    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a π-electron conjugated polymer which is excellent in heat stability and is small in band gap.SOLUTION: A π-electron conjugated polymer is represented by formula (1), wherein U is Si or Ge; Yis N and Yis CH or CF, or Yis CH or CF and Yis N; Z is one selected from the group consisting of S, Se and N-R; R, Rand Rare each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a 1-20C alkyl group which may have a substituent, a 6-20C aryl group which may have a substituent; and n is a positive number of ≥2.

Description

本発明は、π電子共役重合体及びそれを用いた有機半導体デバイスに関する。   The present invention relates to a π-electron conjugated polymer and an organic semiconductor device using the same.

太陽電池は現在深刻さを増すエネルギー問題に対して有力なエネルギー源として着目されている。太陽電池における光起電力素子用の半導体材料としては、化合物半導体、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどの無機半導体が使用されている。しかし、太陽電池発電は、その無機半導体の製造コストが高いために、現在主流となっている火力発電や原子力発電と比較して高コストとなる。製造コストが高くなる主要因としては薄膜作製時に高温・真空条件での蒸着工程を含むという点が挙げられる。一方で共役高分子などの有機材料を半導体材料として用いた場合、蒸着工程が不要となり製造プロセスが簡略化できるといった利点がある。そのため、有機半導体や有機色素を用いた有機太陽電池の検討が進められている。   Solar cells are currently attracting attention as an effective energy source for increasing energy problems. As semiconductor materials for photovoltaic elements in solar cells, inorganic semiconductors such as compound semiconductors, amorphous silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon are used. However, solar cell power generation is expensive compared to thermal power generation and nuclear power generation, which are currently mainstream, due to the high manufacturing cost of the inorganic semiconductor. A main factor that increases the manufacturing cost is that a thin film is formed by a vapor deposition process under high temperature and vacuum conditions. On the other hand, when an organic material such as a conjugated polymer is used as a semiconductor material, there is an advantage that a vapor deposition process is unnecessary and the manufacturing process can be simplified. For this reason, studies on organic solar cells using organic semiconductors and organic dyes have been underway.

太陽電池の性能を決める要素としては、主に短絡電流密度(JSC)、開放電圧(VOC)、フィルファクター(FF)が挙げられる。中でも、短絡電流密度は半導体材料の光吸収特性に大きく依存していることから、材料の光吸収領域が広い材料の方がより多くの光を電気へと変換することが可能となる。有機材料において、広い光吸収領域を有する化合物の条件としては最高被占軌道(HOMO)準位と最低空軌道(LUMO)準位とのエネルギー差(バンドギャップ)が小さいことが必要となる。また、素子作製時における化合物の加工性の観点から、低分子よりも高分子の研究が盛んに進められている。 Factors that determine the performance of the solar cell mainly include short-circuit current density (J SC ), open-circuit voltage (V OC ), and fill factor (FF). In particular, since the short-circuit current density greatly depends on the light absorption characteristics of the semiconductor material, a material having a wide light absorption region of the material can convert more light into electricity. In an organic material, a compound having a wide light absorption region requires a small energy difference (band gap) between the highest occupied orbital (HOMO) level and the lowest unoccupied orbital (LUMO) level. In addition, from the viewpoint of the processability of compounds at the time of device fabrication, research on polymers rather than small molecules has been actively promoted.

これらの特徴を有する化合物として狭バンドギャップポリマー(LBGP)が挙げられる。例えば、非特許文献1にはLBGPの例としてドナー分子であるシクロペンタジチオフェンとアクセプター分子であるベンゾチアジアゾールの交互共重合体の例が開示されている。さらに広い光吸収領域を持たせるべくドナー分子としてジチエノシロールを用いたベンゾチアジアゾールとの交互共重合体の例が特許文献1及び非特許文献2に開示されている。また、非特許文献3にはアクセプター分子としてピリジノチアジアゾールを用いたシクロペンタジチオフェンとの交互共重合体が開示されている。   A narrow band gap polymer (LBGP) is mentioned as a compound having these characteristics. For example, Non-Patent Document 1 discloses an example of an alternating copolymer of cyclopentadithiophene as a donor molecule and benzothiadiazole as an acceptor molecule as an example of LBGP. Examples of alternating copolymers with benzothiadiazole using dithienosilol as a donor molecule so as to have a wider light absorption region are disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. Non-Patent Document 3 discloses an alternating copolymer with cyclopentadithiophene using pyridinothiadiazole as an acceptor molecule.

しかし、特許文献1及び非特許文献1〜3に開示されているLBGPを用いて製造した有機太陽電池の変換効率は5%程度に止まっており、さらなる高性能化のためにはHOMOとLUMOのバンドギャップがより小さい材料の開発が必要とされている。また、非特許文献3に開示されているシクロペンタジチオフェンとピリジノチアジアゾールの交互共重合体は熱安定性が悪く、有機太陽電池の耐久性が低いという問題があり改善が望まれていた。   However, the conversion efficiency of the organic solar cell manufactured using LBGP disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 to 3 is only about 5%. For further performance enhancement, HOMO and LUMO There is a need to develop materials with smaller band gaps. Further, the alternating copolymer of cyclopentadithiophene and pyridinothiadiazole disclosed in Non-Patent Document 3 has a problem that the thermal stability is poor and the durability of the organic solar cell is low, and improvement has been desired.

特開2010−507233号公報JP 2010-507233 A

J.Peet et al., Nature Materials,2007年、第6巻、497−500頁J. et al. Peet et al. , Nature Materials, 2007, Vol. 6, 497-500. Jianhui Hou et al., Journal of the American Chemical Society,2008年、第130巻、16144−16145頁Jianhui Hou et al. , Journal of the American Chemical Society, 2008, 130, 16144-16145. Lei Ying et al., Journal of the American Chemical Society,2011年、第133巻、18538−18541頁Lei Ying et al. , Journal of the American Chemical Society, 2011, 133, 18538-18541.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、熱安定性に優れ、かつバンドギャップが小さいπ電子共役重合体を提供することを目的とする。またこのようなπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a π-electron conjugated polymer having excellent thermal stability and a small band gap. Moreover, it aims at providing the organic-semiconductor device containing such a pi-electron conjugated polymer.

上記課題は、下記一般式(1):

Figure 2013237813
[式中、UはSi又はGeであり、YがNでYがCH若しくはCFであるか、又はYがCH若しくはCFでYがNであり、ZはS、Se及びN-Rからなる群から選択される1種であり、R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基であり、nは2以上の正数である。]
で示されるπ電子共役重合体を提供することによって解決される。このとき、上記π電子共役重合体の数平均分子量が1,000〜1,000,000g/モルであることが好適である。 The above problem is solved by the following general formula (1):
Figure 2013237813
[Wherein U is Si or Ge and Y 1 is N and Y 2 is CH or CF, or Y 1 is CH or CF and Y 2 is N, Z is S, Se and N − R 1 is selected from the group consisting of R 3 , R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a C 1-20 alkyl group which may have a substituent, It is a C6-C20 aryl group which may have a substituent, or a C4-C20 heteroaryl group which may have a substituent, and n is a positive number of 2 or more. ]
This is solved by providing a π-electron conjugated polymer represented by: At this time, it is preferable that the number average molecular weight of the π-electron conjugated polymer is 1,000 to 1,000,000 g / mol.

また、上記π電子共役重合体を含む有機半導体組成物であることが好適であり、上記π電子共役重合体を含む有機半導体デバイスであることが好適である。また、有機半導体デバイスが有機トランジスタであることが本発明の好適な実施態様であり、有機半導体デバイスが光電変換素子であることも本発明の好適な実施態様である。   Moreover, it is suitable that it is an organic-semiconductor composition containing the said (pi) electron conjugated polymer, and it is suitable that it is an organic semiconductor device containing the said (pi) electron conjugated polymer. Moreover, it is a suitable embodiment of this invention that an organic-semiconductor device is an organic transistor, and it is also a suitable embodiment of this invention that an organic-semiconductor device is a photoelectric conversion element.

本発明により、熱安定性に優れ、かつバンドギャップが小さいπ電子共役重合体を提供することができる。また、高い性能と安定性を両立した有機半導体デバイスを製造することが可能となる。   According to the present invention, a π-electron conjugated polymer having excellent thermal stability and a small band gap can be provided. In addition, it is possible to manufacture an organic semiconductor device having both high performance and stability.

本発明のπ電子共役重合体が有機半導体層に含有された電界効果トランジスタの模式断面図である。It is a schematic cross section of a field effect transistor in which the π-electron conjugated polymer of the present invention is contained in an organic semiconductor layer. 本発明のπ電子共役重合体が光活性層に含有された光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element with which the pi-electron conjugated polymer of this invention contained in the photoactive layer.

以下、本発明を実施するための好ましい形態について詳細に説明するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the preferable form for implementing this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these forms.

Figure 2013237813
Figure 2013237813

本発明のπ電子共役重合体は上記一般式(1)で示される。上記一般式(1)で示されるπ電子共役重合体において、UはSi又はGeである。UがSi又はGeであることにより熱安定性に優れるという利点を有する。また、上記一般式(1)で示されるπ電子共役重合体において、YがNでYがCH若しくはCFであるか、又はYがCH若しくはCFでYがNである。中でも合成の容易さ、製造コストの観点から、YがNでYがCHであるか、又はYがCHでYがNであることが好ましい。ZはS、Se及びN-Rからなる群から選択される1種である。中でも狭バンドギャップ化の観点から、ZはS又はSeであることが好ましい。R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基である。合成の容易さ、製造コストの観点からは、R及びRは置換基を有してもよいアルキル基であることが好ましい。また、本発明のπ電子共役重合体のπ共役系をより拡大するという観点からは、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基であることが好ましい。R、R及びRが有してもよい置換基は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。上記一般式(1)で示される重合体において、nは2以上の正数である。 The π-electron conjugated polymer of the present invention is represented by the general formula (1). In the π-electron conjugated polymer represented by the general formula (1), U is Si or Ge. Since U is Si or Ge, it has an advantage of excellent thermal stability. In the π-electron conjugated polymer represented by the general formula (1), Y 1 is N and Y 2 is CH or CF, or Y 1 is CH or CF and Y 2 is N. Among these, from the viewpoint of ease of synthesis and production cost, it is preferable that Y 1 is N and Y 2 is CH, or Y 1 is CH and Y 2 is N. Z is one selected from the group consisting of S, Se and N—R 3 . Among these, Z is preferably S or Se from the viewpoint of narrowing the band gap. R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, or an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent. It is a C4-C20 heteroaryl group which may have an aryl group or a substituent. From the viewpoint of ease of synthesis and production cost, R 1 and R 2 are preferably alkyl groups that may have a substituent. From the viewpoint of further expanding the π-conjugated system of the π-electron conjugated polymer of the present invention, the aryl group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent or the number of carbons which may have a substituent. It is preferably a 4-20 heteroaryl group. The substituents that R 1 , R 2 and R 3 may have may be the same or different. In the polymer represented by the general formula (1), n is a positive number of 2 or more.

上記一般式(1)中のR、R及びRで用いられるアルキル基は、直鎖や分岐鎖のアルキル基であってもよいし、環状のシクロアルキル基であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、ドデシル基等の直鎖や分岐鎖のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。 The alkyl group used for R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) may be a linear or branched alkyl group or a cyclic cycloalkyl group. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, linear or branched alkyl groups such as n-hexyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, dodecyl group; cyclopropyl group, Examples thereof include cycloalkyl groups such as a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a cyclononyl group, a cyclodecyl group, a cycloundecyl group, and a cyclododecyl group.

上記R、R及びR中のアルキル基は置換基を有してもよく、かかる置換基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などのアリール基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラジニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基などのヘテロアリール基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基などのアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基などのアルキルチオ基;フェニルチオ基、ナフチルチオ基などのアリールチオ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基;メチルスルフォキシド基、エチルスルフォキシド基などのアルキルスルフェニル基;フェニルスルフォキシド基などのアリールスルフォキシド基;メチルスルフォニルオキシ基、エチルスルフォニルオキシ基、フェニルスルフォニルオキシ基、メトキシスルフォニル基、エトキシスルフォニル基、フェニルオキシスルフォニル基などのスルフォン酸エステル基;ジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、メチルフェニルアミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基などの1級又は2級のアミノ基;アセチル基、ベンゾイル基、ベンゼンスルホニル基、tert−ブトキシカルボニル基などで置換された、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、フェニル基などのアルキル基又はアリール基などで置換されていてもよいアミノ基;シアノ基;ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;などが挙げられる。 The alkyl group in R 1 , R 2 and R 3 may have a substituent. Examples of the substituent include aryl groups such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group; a pyridyl group, Heteroaryl groups such as thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, pyrazinyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, pyrazolyl group, benzothiazolyl group, benzoimidazolyl group; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropoxy group , N-butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, isopentyloxy group, neopentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyloxy group, n-octyl Oxy group, nonyloxy group, n-decyloxy Group, alkoxy group such as n-dodecyloxy group; alkylthio group such as methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group; arylthio group such as phenylthio group, naphthylthio group; methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, Alkoxy such as isopropoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, isobutoxycarbonyl group, sec-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonyl group, pentyloxycarbonyl group, hexyloxycarbonyl group, heptyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group Carbonyl group; alkyl sulfenyl group such as methyl sulfoxide group and ethyl sulfoxide group; aryl sulfoxide group such as phenyl sulfoxide group; Sulphonic acid ester groups such as onyloxy group, ethylsulfonyloxy group, phenylsulfonyloxy group, methoxysulfonyl group, ethoxysulfonyl group, phenyloxysulfonyl group; dimethylamino group, diphenylamino group, methylphenylamino group, methylamino group, ethyl Primary or secondary amino group such as amino group; methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl substituted with acetyl group, benzoyl group, benzenesulfonyl group, tert-butoxycarbonyl group, etc. Group, an amino group optionally substituted with an alkyl group such as a tert-butyl group or a phenyl group or an aryl group; a cyano group; a nitro group; a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom; Can be mentioned

上記一般式(1)中のR、R及びRで用いられるアリール基は、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などが挙げられる。これらアリール基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、アルキル基の説明のところで例示されたアリール基以外の置換基や、上述のアルキル基などを用いることができる。 Examples of the aryl group used in R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group. These aryl groups may have a substituent, and as such a substituent, a substituent other than the aryl group exemplified in the description of the alkyl group, the above-described alkyl group, and the like can be used.

上記一般式(1)中のR、R及びRで用いられるヘテロアリール基は、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基などが挙げられる。これらヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、アルキル基の説明のところで例示されたヘテロアリール基以外の置換基や、上述のアルキル基などを用いることができる。 Examples of the heteroaryl group used in R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) include a pyridyl group, a thienyl group, a furyl group, and a pyrrolyl group. These heteroaryl groups may have a substituent, and as such a substituent, a substituent other than the heteroaryl group exemplified in the description of the alkyl group, the above-described alkyl group, and the like can be used.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体に含まれる単量体単位は、上記R、R及びRの構造を含めて同一の単量体だけを用いてもよいし、本発明の効果を損なわない限り、別の単量体が含まれていてもよい。 As the monomer unit contained in the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1), only the same monomer including the structures of R 1 , R 2 and R 3 may be used. And unless the effect of this invention is impaired, another monomer may be contained.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は、触媒の存在下で下記一般式(2)で示されるドナー分子の単量体と、下記一般式(3)で示されるアクセプター分子の単量体とをいわゆるカップリング反応によって重合させることで製造することができる。   The π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) includes a donor molecule monomer represented by the following general formula (2) and an acceptor represented by the following general formula (3) in the presence of a catalyst. It can be produced by polymerizing a molecular monomer by a so-called coupling reaction.

Figure 2013237813
Figure 2013237813

Figure 2013237813
Figure 2013237813

上記一般式(2)及び(3)において、U、R、R、Y、Y及びZは上記一般式(1)と同義である。Mp1とMp2は同一でなくそれぞれ独立してハロゲン原子、ボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX及び−SnRa(ただしRaは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xはハロゲン原子)からなる群から選択される1種である。つまりMp1がハロゲン原子の場合、Mp2はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX及び−SnRa(ただしX及びRaは前記同様)からなる群から選択される1種である。逆にMp2がハロゲン原子の場合、Mp1はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX及び−SnRa(ただしX及びRaは前記同様)からなる群から選択される1種である。Xに用いられるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素が挙げられる。 In the general formulas (2) and (3), U, R 1 , R 2 , Y 1 , Y 2 and Z have the same meanings as the general formula (1). M p1 and M p2 are not the same and are each independently a halogen atom, boronic acid, boronic ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 and -SnRa 3 (where Ra is a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) , X is one selected from the group consisting of halogen atoms. That is, when M p1 is a halogen atom, M p2 is one selected from the group consisting of boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 and —SnRa 3 (wherein X and Ra are the same as above). It is. Conversely, when M p2 is a halogen atom, M p1 is selected from the group consisting of boronic acid, boronic ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 and —SnRa 3 (wherein X and Ra are the same as above) It is a seed. Examples of the halogen atom used for X include fluorine, chlorine, bromine and iodine.

また、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は上記一般式(2)、(3)及び式Ar−Mで示される化合物(以下、末端封止剤と略称することがある)を用いてカップリング反応を行うことにより製造することも可能である。ただしArはアリール基である。MはM又はハロゲン原子である。Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX及び−SnRa(ただしX及びRaは前記同様)からなる群から選択される1種である。 In addition, the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is a compound represented by the above general formulas (2), (3) and the formula Ar- Mq (hereinafter abbreviated as a terminal blocking agent). It is also possible to produce by carrying out a coupling reaction using However, Ar is an aryl group. M q is M r or a halogen atom. M r is one boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SiX 3 and -SnRa 3 (wherein X and Ra are said similar) is selected from the group consisting of.

触媒としては遷移金属の錯体を用いることが好ましい。通常、周期表(18族長周期型周期表)の3〜10族、中でも8〜10族に属する遷移金属の錯体が挙がられる。具体的には、公知のNi,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Fe等の錯体が挙げられる。中でも、Ni錯体やPd錯体が好ましい。また、使用する錯体の配位子としては、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリt−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(2−メチルフェニル)ホスフィンなどの単座ホスフィン配位子;ジフェニルホスフィノメタン(dppm)、1,2−ジフェニルホスフィノエタン(dppe)、1,3−ジフェニルホスフィノプロパン(dppp)、1,4−ジフェニルホスフノブタン(pddb)、1,3−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)プロパン(dcpp)、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf)、2,2−ジメチル−1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン等の二座ホスフィン配位子;テトラメチルエチレンジアミン、ビピリジン、アセトニトリル等の含窒素系配位子などを好適に使用することができる。   It is preferable to use a transition metal complex as the catalyst. Usually, transition metal complexes belonging to groups 3 to 10 of the periodic table (Group 18 long-period type periodic table), especially 8 to 10 are listed. Specifically, known complexes such as Ni, Pd, Ti, Zr, V, Cr, Co, and Fe can be used. Of these, Ni complexes and Pd complexes are preferable. Moreover, as a ligand of the complex to be used, tridentate phosphine coordination such as trimethylphosphine, triethylphosphine, triisopropylphosphine, tri-t-butylphosphine, tricyclohexylphosphine, triphenylphosphine, tris (2-methylphenyl) phosphine Diphenylphosphinomethane (dppm), 1,2-diphenylphosphinoethane (dppe), 1,3-diphenylphosphinopropane (dppp), 1,4-diphenylphosphnobutane (pdbb), 1,3- Bidentate phosphine compounds such as bis (dicyclohexylphosphino) propane (dcpp), 1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene (dppf), 2,2-dimethyl-1,3-bis (diphenylphosphino) propane Lico; tetramethyl ester Diamine, bipyridine, such as a nitrogen-containing ligands such as acetonitrile can be preferably used.

なお、錯体の使用量は製造する上記一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体によって異なるが、単量体に対して、0.001〜0.1モルが好ましい。触媒が多すぎると、得られる重合体の分子量低下の原因となる。また経済的にも不利である。一方、触媒が少なすぎると、反応速度が遅くなり、安定した生産が困難になる。   In addition, although the usage-amount of a complex changes with pi electron conjugated polymers of this invention shown by the said General formula (1) to manufacture, 0.001-0.1 mol is preferable with respect to a monomer. When there are too many catalysts, it will cause the molecular weight fall of the polymer obtained. It is also economically disadvantageous. On the other hand, when there are too few catalysts, reaction rate will become slow and stable production will become difficult.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は溶媒の存在下で製造することが好ましい。製造に用いることができる溶媒は、製造する上記一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体の種類によって使い分ける必要があるが、一般的に市販されている溶媒を選択することができる。ここで用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジフェニルエーテルなどのエーテル系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族又は脂環式飽和炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化アルキル系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン化アリール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;水ならびにこれらの混合物などが挙げられる。かかる溶媒の使用量としては製造する上記一般式(1)で示されるπ電子共役重合体の単量体に対して1〜1000質量倍の範囲であることが好ましい。中でも、得られる上記一般式(1)で示されるπ電子共役重合体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10質量倍以上であることがより好ましく、反応速度の観点からは100質量倍以下であることがより好ましい。   The π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is preferably produced in the presence of a solvent. The solvent that can be used for the production needs to be properly selected depending on the kind of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the above general formula (1) to be produced. it can. Examples of the solvent used here include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, butyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl. Ether solvents such as methyl ether and diphenyl ether; aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane and cyclohexane; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; Alkyl halide solvents; aromatic aryl halide solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene; solvents such as dimethylformamide, diethylformamide and N-methylpyrrolidone De solvents; such as water and mixtures thereof. The amount of the solvent used is preferably in the range of 1 to 1000 times the mass of the monomer of the π-electron conjugated polymer represented by the general formula (1) to be produced. Among these, from the viewpoint of the solubility of the obtained π-electron conjugated polymer represented by the above general formula (1) and the stirring efficiency of the reaction solution, it is more preferably 10 mass times or more, and from the viewpoint of the reaction rate, 100 mass. It is more preferable that the ratio is not more than twice.

本発明において、重合温度は、製造する上記一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体の種類によって異なるが、通常−80℃〜200℃の範囲である。本発明において、反応系の圧力は特に限定されないが、0.1〜10気圧が好ましく、1気圧前後で反応を行うことがより好ましい。また、反応時間は、20分〜150時間であることが好ましい。   In the present invention, the polymerization temperature varies depending on the kind of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) to be produced, but is usually in the range of −80 ° C. to 200 ° C. In the present invention, the pressure of the reaction system is not particularly limited, but is preferably from 0.1 to 10 atm, and more preferably at about 1 atm. The reaction time is preferably 20 minutes to 150 hours.

上記一般式(1)で示されるπ電子共役重合体は、例えば、再沈殿、加熱下での溶媒除去、減圧下での溶媒除去、水蒸気による溶媒の除去(スチームストリッピング)等の通常の操作によって反応溶液から単離、取得することができる。こうして得られた粗生成物は、ソックスレー抽出器を用いて一般的に市販されている溶媒を用いて洗浄又は抽出することで精製することができる。ここで用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテルなどのエーテル系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族又は脂環式飽和炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化アルキル系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン化アリール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;水ならびにこれらの混合物などが挙げられる。   The π-electron conjugated polymer represented by the general formula (1) can be used for normal operations such as reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, and solvent removal with steam (steam stripping). Can be isolated and obtained from the reaction solution. The crude product thus obtained can be purified by washing or extraction using a commercially available solvent using a Soxhlet extractor. Examples of the solvent used here include ether solvents such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, and ethyl methyl ether; aliphatic or alicyclic saturation such as pentane, hexane, heptane, and cyclohexane. Hydrocarbon solvents; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ketone solvents such as acetone, ethyl methyl ketone and diethyl ketone; alkyl halide solvents such as dichloromethane and chloroform; chlorobenzene and dichlorobenzene Aromatic aryl halide solvents; amide solvents such as dimethylformamide, diethylformamide, N-methylpyrrolidone; water and mixtures thereof.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は、末端基としてMp1及びMp2(ただしMp1及びMp2は上記一般式(2)及び(3)と同義である)、又はこれらが脱離した水素原子を有していてもよい。更にこれらの末端基がアリール基などの末端封止剤で置換された末端構造であってもよい。 The π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) has M p1 and M p2 as end groups (where M p1 and M p2 are as defined in the general formulas (2) and (3)), Alternatively, they may have a detached hydrogen atom. Further, a terminal structure in which these terminal groups are substituted with an end-capping agent such as an aryl group may be used.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体の数平均分子量は、加工性、結晶性、溶解性、光電変換特性などの観点から1,000〜1,000,000g/モルが好ましく、5,000〜200,000g/モルであることがより好ましい。数平均分子量が高すぎると溶解性が低下し、薄膜などの加工性が低下するおそれがある。一方、数平均分子量が低すぎると結晶性、膜の安定性、光電変換特性などが低下するおそれがある。ここで、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと称することがある)によるポリスチレン換算の分子量を意味する。一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体の数平均分子量はテトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミド(DMF)などの溶媒を用いた通常のGPCにより数平均分子量を求めることができる。しかし、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は室温付近の溶解性が低いものもあり、このような場合はジクロロベンゼンやトリクロロベンゼンなどを溶媒とする高温GPCクロマトグラフィーにより数平均分子量を求めてもよい。   The number average molecular weight of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is 1,000 to 1,000,000 g / mol from the viewpoint of processability, crystallinity, solubility, photoelectric conversion characteristics, and the like. Preferably, it is 5,000-200,000 g / mol. If the number average molecular weight is too high, the solubility is lowered, and the workability of a thin film or the like may be lowered. On the other hand, if the number average molecular weight is too low, the crystallinity, film stability, photoelectric conversion characteristics and the like may be deteriorated. Here, the number average molecular weight means a molecular weight in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (hereinafter sometimes referred to as GPC). The number average molecular weight of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) can be obtained by ordinary GPC using a solvent such as tetrahydrofuran (THF), chloroform, dimethylformamide (DMF) or the like. it can. However, some of the π-electron conjugated polymers of the present invention represented by the general formula (1) have low solubility around room temperature. In such a case, the high temperature GPC chromatography using dichlorobenzene, trichlorobenzene or the like as a solvent. You may obtain | require a number average molecular weight.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体の分解温度は、耐久性の良好な有機半導体デバイスを製造することができる観点から400℃以上であることが好ましい。ここで、分解温度は上記重合体の重量が10%減少する温度のことである。   The decomposition temperature of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is preferably 400 ° C. or higher from the viewpoint of producing an organic semiconductor device having good durability. Here, the decomposition temperature is a temperature at which the weight of the polymer is reduced by 10%.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体のバンドギャップ(Eg)は、より長波長側の光を電気エネルギーに変換し、高い電流を得るという観点から1.45eV以下であることが好ましく、1.40eV以下であることがより好ましく、1.35eV以下であることがさらに好ましい。また、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体のバンドギャップ(Eg)は、通常、1.10eV以上である。   The band gap (Eg) of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is 1.45 eV or less from the viewpoint of converting light on a longer wavelength side into electric energy and obtaining a high current. Preferably, it is 1.40 eV or less, and more preferably 1.35 eV or less. Moreover, the band gap (Eg) of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) is usually 1.10 eV or more.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は、有機半導体材料として好適に用いることができる。中でも電界効果トランジスタ等の有機トランジスタ、有機薄膜太陽電池等の光電変換素子などの有機半導体デバイスに用いることができる。   The π electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) can be suitably used as an organic semiconductor material. Among these, it can be used for organic semiconductor devices such as organic transistors such as field effect transistors and photoelectric conversion elements such as organic thin film solar cells.

本発明におけるπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物とは、本発明のπ電子共役重合体を含有している限り特に限定されず、本発明以外の有機半導体材料、溶媒、結晶化剤、酸化防止剤、各種形態の金属材料、無機結晶などあらゆるものとの組成物を含む。本発明のπ電子共役重合体を塗布プロセスにより製膜する場合は、本発明のπ電子共役重合体を溶解し得る溶媒を少なくとも一成分以上含む溶液の形態であっても良い。また、本発明のπ電子共役重合体をデバイスとして用いる場合に、重合体の結晶性を向上させるために貧溶媒を添加した溶液であっても良く、本発明のπ電子共役重合体の安定性を向上させる目的で酸化防止剤等の安定化剤を含んでいても良い。上記の溶液を種々の塗布法によって製膜し、溶媒を留去した後の薄膜も本発明の組成物に含まれる。また、本発明のπ電子共役重合体を有機光電変換素子として用いる場合には、電子受容性の半導体を含んでいても良い。   The organic semiconductor composition containing the π-electron conjugated polymer in the present invention is not particularly limited as long as it contains the π-electron conjugated polymer of the present invention, organic semiconductor materials other than the present invention, solvents, crystallization agents, It includes compositions with antioxidants, various forms of metal materials, inorganic crystals and so on. When the π-electron conjugated polymer of the present invention is formed into a film by a coating process, it may be in the form of a solution containing at least one component that can dissolve the π-electron conjugated polymer of the present invention. Further, when the π-electron conjugated polymer of the present invention is used as a device, it may be a solution to which a poor solvent is added in order to improve the crystallinity of the polymer, and the stability of the π-electron conjugated polymer of the present invention. Stabilizers such as antioxidants may be included for the purpose of improving the resistance. A thin film after the above solution is formed by various coating methods and the solvent is distilled off is also included in the composition of the present invention. In addition, when the π-electron conjugated polymer of the present invention is used as an organic photoelectric conversion element, an electron-accepting semiconductor may be included.

次に、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスの例として有機電界効果トランジスタについて図面を参照しながら説明する。   Next, an organic field effect transistor will be described with reference to the drawings as an example of an organic semiconductor device including the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1).

有機電界効果トランジスタは、基板上で、電圧が印加されるゲート電極層と、絶縁体層と、電流路となるソース−ドレイン電極層と、有機半導体層とが、積層されているものである。それらの各層の積層配置の違いにより、ボトムゲート・トップコンタクト型、ボトムゲート・ボトムコンタクト型、トップゲート・ボトムコンタクト型及びトップゲート・トップコンタクト型がある。この有機半導体層1を形成する有機半導体材料として本発明の一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体が用いられる。   In an organic field effect transistor, a gate electrode layer to which a voltage is applied, an insulator layer, a source-drain electrode layer serving as a current path, and an organic semiconductor layer are stacked on a substrate. There are a bottom gate / top contact type, a bottom gate / bottom contact type, a top gate / bottom contact type, and a top gate / top contact type, depending on the stacking arrangement of each layer. As the organic semiconductor material forming the organic semiconductor layer 1, the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) of the present invention is used.

有機電界効果トランジスタの好ましい一形態について、図1に示す。   A preferred embodiment of the organic field effect transistor is shown in FIG.

有機電界効果トランジスタ10は、図1(a)に示されるように、基板である絶縁性支持基板6上に、ゲート電極5からなるゲート電極層、絶縁体層4、ソース電極2とドレイン電極3とからなるソース−ドレイン電極層、及び本発明の一般式(1)で示される重合体を含有している有機半導体層1が、順次積層されているボトムゲート・ボトムコンタクト型である。ゲート電極5は、電流路に流れる電流を制御しており、絶縁体層4によって有機半導体層1及びソース−ドレイン電極層から隔離されている。ソース−ドレイン電極層は、有機半導体層1に蒸着されており、ソース電極2及びドレイン電極3の間の電流路となるチャネル領域を形成している。   As shown in FIG. 1A, the organic field effect transistor 10 includes a gate electrode layer composed of a gate electrode 5, an insulator layer 4, a source electrode 2, and a drain electrode 3 on an insulating support substrate 6 that is a substrate. The bottom-gate / bottom-contact type is an organic semiconductor layer 1 containing a source-drain electrode layer and a polymer represented by the general formula (1) of the present invention. The gate electrode 5 controls the current flowing in the current path, and is isolated from the organic semiconductor layer 1 and the source-drain electrode layer by the insulator layer 4. The source-drain electrode layer is deposited on the organic semiconductor layer 1 and forms a channel region that becomes a current path between the source electrode 2 and the drain electrode 3.

これらの各層や電極の配置は、電子デバイスの用途により適宜選択することができる。有機電界効果トランジスタ10は、図1(b)に示されるように、基板である絶縁体性基板6上に、ゲート電極5、絶縁体層4、有機半導体層1、及びソース電極2とドレイン電極3とからなるソース−ドレイン電極層が、順次積層されて形成されているボトムゲート・トップコンタクト型であってもよい。有機電界効果トランジスタ10の構造は、特に限定されず、例えば、有機半導体層1が露出している場合、有機半導体層1への外気の影響を最小限するための保護膜がその有機半導体層1の上に形成されているものであってもよい。   The arrangement of these layers and electrodes can be appropriately selected depending on the use of the electronic device. As shown in FIG. 1B, the organic field effect transistor 10 includes a gate electrode 5, an insulator layer 4, an organic semiconductor layer 1, and a source electrode 2 and a drain electrode on an insulating substrate 6 that is a substrate. 3 may be a bottom-gate / top-contact type in which source-drain electrode layers composed of 3 are sequentially stacked. The structure of the organic field effect transistor 10 is not particularly limited. For example, when the organic semiconductor layer 1 is exposed, a protective film for minimizing the influence of outside air on the organic semiconductor layer 1 is the organic semiconductor layer 1. It may be formed on the top.

有機電界効果トランジスタ10は、ゲート電極5に電圧を印加すると電界が生じ、ソース−ドレイン電極層において、ソース電極2とドレイン電極3との間で電流路となるチャネル領域Lを形成する。そのソース−ドレイン電極層と有機半導体層1とにおいて、ソース電極2から有機半導体層1へ電子の供給が行われ、また有機半導体層1からドレイン電極3へ電子の排出が行われ、電流が流れる。有機半導体層1と絶縁体層4のキャリア密度を変化させ、ソース電極2及びドレイン電極3の間に流れる電流量を変化させることで、トランジスタ動作が行われる。   The organic field effect transistor 10 generates an electric field when a voltage is applied to the gate electrode 5, and forms a channel region L serving as a current path between the source electrode 2 and the drain electrode 3 in the source-drain electrode layer. In the source-drain electrode layer and the organic semiconductor layer 1, electrons are supplied from the source electrode 2 to the organic semiconductor layer 1, electrons are discharged from the organic semiconductor layer 1 to the drain electrode 3, and a current flows. . The transistor operation is performed by changing the carrier density of the organic semiconductor layer 1 and the insulator layer 4 and changing the amount of current flowing between the source electrode 2 and the drain electrode 3.

有機半導体層1の材料は、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体である。有機半導体層1の膜厚は、1nm〜10μm程度であることが好ましく、10〜500nm程度であることがより好ましい。有機半導体層1は、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体を溶媒に溶解して、キャスト、ディップ、スピンコート法などにより塗布する方法や、真空蒸着法などにより製膜することができる。有機半導体層1には、本発明の目的を阻害しない範囲において、界面活性剤やバインダー樹脂、フィラー等の他の成分を含んでいてもよい。   The material of the organic semiconductor layer 1 is the π electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1). The thickness of the organic semiconductor layer 1 is preferably about 1 nm to 10 μm, and more preferably about 10 to 500 nm. The organic semiconductor layer 1 is formed by dissolving the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) in a solvent and applying it by a cast, dip, spin coating method, or by vacuum deposition can do. The organic semiconductor layer 1 may contain other components such as a surfactant, a binder resin, and a filler as long as the object of the present invention is not impaired.

また、本発明の一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスの例として光電変換素子が好適に例示される。以下、図面を参照しながら説明する。   Moreover, a photoelectric conversion element is illustrated suitably as an example of the organic-semiconductor device containing the (pi) electron conjugated polymer of this invention shown by General formula (1) of this invention. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

光電変換素子の好ましい一形態について、図2に示す。   A preferable embodiment of the photoelectric conversion element is shown in FIG.

光電変換素子20は、図2に示されるように、基板26上に、透明電極である正極25、任意の平滑層である正孔輸送層24、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体を含有する光電変換活性層23、任意の平滑層である電子輸送層22、及び負極(電極)21が、順次積層されているものである。光電変換素子20の構造は、これらに限定されるものではなく、材料の特性に応じて正極と負極、正孔輸送材料と電子輸送材料が入れ替わっていても良い。   As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion element 20 includes a positive electrode 25 that is a transparent electrode, a hole transport layer 24 that is an arbitrary smooth layer, a π of the present invention represented by the general formula (1), on a substrate 26. A photoelectric conversion active layer 23 containing an electron conjugated polymer, an electron transport layer 22 which is an arbitrary smooth layer, and a negative electrode (electrode) 21 are sequentially laminated. The structure of the photoelectric conversion element 20 is not limited to these, and the positive electrode and the negative electrode, the hole transport material, and the electron transport material may be interchanged depending on the characteristics of the material.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体は、電子受容性材料との有機半導体組成物とすることにより光電変換素子20の光電変換活性層23に用いることができる。該組成物を構成する電子受容性材料は、n型半導体特性を示す有機材料であれば特に限定されないが、例えば1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(NTCDI−C8H)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールや2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール等のオキサゾール誘導体;3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体;フェナントロリン誘導体、C60またはC70等のフラーレン誘導体;カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。これらはそれぞれ単体で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、安定且つキャリア移動度に優れるn型半導体という観点からフラーレン誘導体が好ましく用いられる。   The π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) can be used for the photoelectric conversion active layer 23 of the photoelectric conversion element 20 by forming an organic semiconductor composition with an electron accepting material. The electron-accepting material constituting the composition is not particularly limited as long as it is an organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), 3,4 , 9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (NTCDI-C8H), 2- (4-biphenylyl) -5 Oxazole derivatives such as (4-t-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole and 2,5-di (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole; 3- (4-biphenylyl) ) -4-azole-5- (4-tert-butylphenyl) -1,2,4-triazole and other triazole derivatives; phenanthroline derivatives , C60, C70 and the like fullerene derivatives; carbon nanotubes (CNT), poly-p-phenylene vinylene-based polymers introduced with a cyano group (CN-PPV), and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, fullerene derivatives are preferably used from the viewpoint of an n-type semiconductor that is stable and excellent in carrier mobility.

上記フラーレン誘導体は、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94をはじめとする無置換のものと、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C61−PCBM)、[5,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドn−ブチルエステル、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドi−ブチルエステル、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドヘキシルエステル、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドドデシルエステル、[6,6]−ジフェニル C62ビス(ブチリックアシッドメチルエステル)([6,6]−C62−bis−PCBM)、[6,6]−フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C71−PCBM)をはじめとする置換誘導体などが挙げられる。   The fullerene derivatives include unsubstituted ones such as C60, C70, C76, C78, C82, C84, C90, and C94, and [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([6,6]- C61-PCBM), [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid n-butyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid i-butyl ester [6,6] -phenyl C61 butyric acid hexyl ester, [6,6] -phenyl C61 butyric acid dodecyl ester, [6,6] -diphenyl C62 bis (butyric acid methyl ester) ([6,6 ] -C62-bis-PCBM), [6,6] -phenyl C71 And substituted derivatives, including Ji butyric acid methyl ester ([6,6] -C71-PCBM) and the like.

本発明では、上記フラーレン誘導体を単独或いはそれらの混合物として用いることができるが、有機溶媒に対する溶解性の観点から、[6,6]−C61−PCBM、[6,6]−C62−bis−PCBM)、[6,6]−C71−PCBMが好適に用いられる。   In the present invention, the above fullerene derivatives can be used alone or as a mixture thereof. From the viewpoint of solubility in organic solvents, [6,6] -C61-PCBM, [6,6] -C62-bis-PCBM ), [6,6] -C71-PCBM is preferably used.

上記組成物中の電子受容性材料の割合は、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜500質量部であることがより好ましい。   The ratio of the electron-accepting material in the composition is preferably 10 to 1000 parts by mass, and 50 to 500 parts per 100 parts by mass of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1). More preferably, it is part by mass.

上記組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲において、界面活性剤やバインダー樹脂、金属、フィラー等の他の成分を含んでいてもよい。   The composition may contain other components such as a surfactant, a binder resin, a metal, and a filler as long as the object of the present invention is not impaired.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料の混合方法としては特に限定されるものではないが、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、攪拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解させ、溶液とする方法が挙げられる。   The mixing method of the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) and the electron-accepting material is not particularly limited, but after adding the solvent in a desired ratio, heating, stirring, Examples thereof include a method in which one or more methods such as sonication are combined and dissolved in a solvent to form a solution.

溶媒としては特に限定されないが、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料のそれぞれについて20℃における溶解度が1mg/mL以上の溶媒を用いることが有機薄膜製膜上の観点より好ましい。1mg/mL以下の溶解度である場合には、均質な有機薄膜を作製することが困難であり、本発明の組成物を得ることができない。さらに、有機薄膜の膜厚を任意に制御する観点からは、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料のそれぞれについて、20℃における溶解度が3mg/mL以上の溶媒を用いることがより好ましい。また、これら溶媒の沸点は、室温から200℃の範囲にあるものが製膜性及び後述する製造プロセスの観点より好ましい。   Although it does not specifically limit as a solvent, For each of the pi-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention represented by the general formula (1), it is preferable to use a solvent having a solubility at 20 ° C. of 1 mg / mL or more. It is preferable from the viewpoint on the film. When the solubility is 1 mg / mL or less, it is difficult to produce a homogeneous organic thin film, and the composition of the present invention cannot be obtained. Furthermore, from the viewpoint of arbitrarily controlling the film thickness of the organic thin film, the solubility at 20 ° C. is 3 mg / mL or more for each of the π electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) and the electron accepting material. It is more preferable to use the solvent. Further, the boiling point of these solvents is preferably in the range of room temperature to 200 ° C. from the viewpoint of film forming properties and the manufacturing process described later.

上記溶媒としては、テトラヒドロフラン、1,2−ジクロロエタン、シクロヘキサン、クロロホルム、ブロモホルム、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベンゼン、アニソール、メトキシベンゼン、トリクロロベンゼン、ピリジンなどが挙げられる。これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよいが、特に一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料の溶解度が高いo−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、クロロホルム及びこれらの混合物が好ましい。より好ましくはo−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン及びこれらの混合物が用いられる。   Examples of the solvent include tetrahydrofuran, 1,2-dichloroethane, cyclohexane, chloroform, bromoform, benzene, toluene, o-xylene, chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, o-dichlorobenzene, anisole, methoxybenzene, trichlorobenzene, pyridine, and the like. Is mentioned. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, the solubility of the π electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) and the electron accepting material is particularly high. -Dichlorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, chloroform and mixtures thereof are preferred. More preferably, o-dichlorobenzene, chlorobenzene and a mixture thereof are used.

上記溶液には一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料以外に沸点が溶媒より高い添加物を含んでもよい。添加物を含有させることによって有機薄膜を製膜する過程において、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料の微細且つ連続した相分離構造が形成されるため、光電変換効率に優れる光電変換活性層23を得ることが可能となる。添加物としては、オクタンジチオール(沸点:270℃)、ジブロモオクタン(沸点:272℃)、ジヨードオクタン(沸点:327℃)等が例示される。   The solution may contain an additive having a boiling point higher than that of the solvent in addition to the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) and the electron-accepting material. In the process of forming an organic thin film by containing an additive, a fine and continuous phase separation structure of the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention represented by the general formula (1) is formed. It becomes possible to obtain the photoelectric conversion active layer 23 excellent in photoelectric conversion efficiency. Examples of the additive include octanedithiol (boiling point: 270 ° C.), dibromooctane (boiling point: 272 ° C.), diiodooctane (boiling point: 327 ° C.) and the like.

上記添加物の添加量は、一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料が析出せず、均一な溶液を与えるものであれば特に限定されないが、溶媒に対して体積分率で0.1%〜20%であることが好ましい。添加物の添加量が0.1%よりも少ない場合は微細且つ連続した相分離構造が形成されるに十分な効果を得ることができず、20%よりも多い場合は、溶媒及び添加物の乾燥速度が遅くなり、均質な有機薄膜を得ることが困難となる。より好ましくは0.5%〜10%の範囲である。   The addition amount of the additive is not particularly limited as long as the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention represented by the general formula (1) do not precipitate and give a uniform solution. On the other hand, the volume fraction is preferably 0.1% to 20%. When the additive amount is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained to form a fine and continuous phase separation structure. When the additive amount is more than 20%, The drying speed becomes slow and it becomes difficult to obtain a homogeneous organic thin film. More preferably, it is in the range of 0.5% to 10%.

有機光電変換層23の膜厚は、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜1000nmであり、より好ましくは5nm〜500nmであり、さらに好ましくは20nm〜300nmである。膜厚が薄すぎると光が十分に吸収されず、逆に厚すぎるとキャリアが電極へ到達し難くなる。   The film thickness of the organic photoelectric conversion layer 23 is usually 1 nm to 1 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 300 nm. If the film thickness is too thin, the light is not sufficiently absorbed, and conversely if it is too thick, the carriers are difficult to reach the electrode.

一般式(1)で示される本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料を含有する溶液を基板または支持体へ塗工する場合の方法は特に制限されず、液状の塗工材料を用いる従来から知られている塗工方法のいずれもが採用できる。例えば、浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、インクジェット法、エアロゾルジェット法、スピンコーティング法、ビードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、カーテンコーティング法、スリットダイコーター法、グラビアコーター法、スリットリバースコーター法、マイクログラビア法、コンマコーター法などの塗工方法を採用することができ、塗膜厚さ制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択すればよい。   The method for coating the substrate or the support containing the π-electron conjugated polymer of the present invention represented by the general formula (1) and the electron-accepting material is not particularly limited, and a liquid coating material is used. Any conventionally known coating method can be employed. For example, dip coating method, spray coating method, ink jet method, aerosol jet method, spin coating method, bead coating method, wire bar coating method, blade coating method, roller coating method, curtain coating method, slit die coater method, gravure coater method , Slit reverse coater method, micro gravure method, comma coater method, etc. can be adopted, and the coating method can be selected according to the coating film properties to be obtained, such as coating thickness control and orientation control. That's fine.

有機光電変換層23は、さらに必要に応じて熱アニールを行ってもよい。熱アニールは、有機薄膜を製膜した基板を所望の温度で保持して行う。熱アニールは減圧下または不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましくは70℃〜200℃である。温度が低いと十分な効果が得られず、温度が高すぎると有機薄膜が酸化及び/又は分解し、十分な光電変換特性を得ることができない。   The organic photoelectric conversion layer 23 may be further subjected to thermal annealing as necessary. Thermal annealing is performed by holding the substrate on which the organic thin film is formed at a desired temperature. Thermal annealing may be performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere, and a preferable temperature is 40 ° C to 300 ° C, more preferably 70 ° C to 200 ° C. If the temperature is low, a sufficient effect cannot be obtained. If the temperature is too high, the organic thin film is oxidized and / or decomposed, and sufficient photoelectric conversion characteristics cannot be obtained.

上記光電変換素子20を形成する基板26は、電極や有機光電変換層23を形成する際に変化しないものであればよい。例えば、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機材料、アルミニウム等の金属フィルム、またポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂などの有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。透明な基板を用いる場合には、基板側の電極が透明又は半透明であることが好ましい。基板26の膜厚は特に限定されないが、通常1μm〜10mmの範囲である。   The substrate 26 on which the photoelectric conversion element 20 is formed may be any substrate that does not change when the electrode or the organic photoelectric conversion layer 23 is formed. For example, inorganic materials such as alkali-free glass and quartz glass, metal films such as aluminum, and any organic material such as polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, epoxy resin and fluorine resin Films and plates produced by the method can be used. When a transparent substrate is used, the substrate-side electrode is preferably transparent or translucent. Although the film thickness of the board | substrate 26 is not specifically limited, Usually, it is the range of 1 micrometer-10 mm.

上記光電変換素子20においては、正極25及び負極21のいずれか一方の電極が光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、有機光電変換層23に入射光が到達して起電力が発生する程度であれば、特に限定されるものではない。電極の厚さは光透過性と導電性とを有する範囲であればよく、電極素材によって異なるが20nm〜300nmが好ましい。   In the said photoelectric conversion element 20, it is preferable that any one electrode of the positive electrode 25 and the negative electrode 21 has a light transmittance. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the organic photoelectric conversion layer 23 and an electromotive force is generated. The thickness of the electrode may be in a range having light transparency and conductivity, and is preferably 20 nm to 300 nm, although it varies depending on the electrode material.

上記の光透過性を有する電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜などが挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、フッ素・スズ・オキサイド(FTO)、アンチモン・スズ・オキサイド、インジウム・亜鉛・オキサイド(IZO)、ガリウム・亜鉛・オキサイド、アルミニウム・亜鉛・オキサイド、アンチモン・亜鉛・オキサイドからなる導電性材料を用いて作製された膜や、金、白金、銀、銅の極薄膜が用いられる。中でも、ITO、FTO、IZO、酸化スズが好ましい。電極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などが挙げられる。また、透明電極材料として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。   Examples of the electrode material having optical transparency include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and their composites, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide, indium zinc oxide A film made using a conductive material made of (IZO), gallium / zinc / oxide, aluminum / zinc / oxide, antimony / zinc / oxide, or an ultrathin film of gold, platinum, silver, or copper is used. Of these, ITO, FTO, IZO, and tin oxide are preferable. Examples of the method for producing the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a plating method. Moreover, you may use organic transparent conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as a transparent electrode material.

対向電極材料としては、公知の金属、導電性高分子などを用いることができ、光透過性を有さなくてもよく、透明または半透明であってもよい。好ましくは一対の電極のうち、一方の電極は仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、及びそれらのうち2つ以上の合金、またはそれらのうち1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金、グラファイトまたはグラファイト層間化合物などが用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。   As the counter electrode material, a known metal, a conductive polymer, or the like can be used, and it may not have optical transparency, and may be transparent or translucent. Preferably, one of the pair of electrodes is preferably made of a material having a low work function. For example, metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and two of them One or more alloys, or one or more of them, and an alloy of one or more of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, tin, graphite, or a graphite intercalation compound are used. It is done. Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, calcium-aluminum alloy, and the like.

本発明の光電変換素子に用いる電極は、一方に仕事関数の大きな導電性素材、もう一方に仕事関数の小さな導電性素材を使用することが好ましい。このとき、仕事関数の大きな導電性素材を用いた電極は正極となり、仕事関数の小さな導電性素材を用いた電極は負極となる。なお、図2に示される光電変換素子20においては、基板側が透明電極である正極25であり、基板と遠い側が対抗電極である負極21である。   The electrode used for the photoelectric conversion element of the present invention preferably uses a conductive material having a high work function on one side and a conductive material having a low work function on the other side. At this time, an electrode using a conductive material having a high work function is a positive electrode, and an electrode using a conductive material having a low work function is a negative electrode. In the photoelectric conversion element 20 shown in FIG. 2, the substrate side is a positive electrode 25 that is a transparent electrode, and the side far from the substrate is a negative electrode 21 that is a counter electrode.

上記光電変換素子20は、必要に応じて正極25と有機光電変換層23の間に正孔輸送層24を設けてもよい。正孔輸送層24を形成する材料としては、p型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、ポリチオフェン系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(H2Pc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化バナジウム等の金属酸化物が好ましく用いられる。正孔輸送層24は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは20nmから300nmである。   In the photoelectric conversion element 20, a hole transport layer 24 may be provided between the positive electrode 25 and the organic photoelectric conversion layer 23 as necessary. The material for forming the hole transport layer 24 is not particularly limited as long as it has p-type semiconductor characteristics. However, the polythiophene polymer, the polyaniline polymer, the poly-p-phenylene vinylene polymer, and the polyfluorene polymer are not particularly limited. Conductive polymers such as polymers, low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as phthalocyanine derivatives (H2Pc, CuPc, ZnPc, etc.), porphyrin derivatives, metal oxides such as molybdenum oxide, zinc oxide, and vanadium oxide. Preferably used. The thickness of the hole transport layer 24 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 20 nm to 300 nm.

正極25と有機光電変換層23との間に正孔輸送層24を作製する場合、例えば溶媒に可溶な導電性高分子の場合には浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、インクジェット法、エアロゾルジェット法、スピンコーティング法、ビードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、カーテンコーティング法、スリットダイコーター法、グラビアコーター法、スリットリバースコーター法、マイクログラビア法、コンマコーター法等で塗布することができる。フタロシアニン誘導体やポルフィリン誘導体などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた蒸着法を適用することが好ましい。また、以下に説明する電子輸送層22についても同様にして作製することができる。   When the hole transport layer 24 is formed between the positive electrode 25 and the organic photoelectric conversion layer 23, for example, in the case of a conductive polymer soluble in a solvent, a dip coating method, a spray coating method, an ink jet method, an aerosol jet method. , Spin coating method, bead coating method, wire bar coating method, blade coating method, roller coating method, curtain coating method, slit die coater method, gravure coater method, slit reverse coater method, micro gravure method, comma coater method, etc. can do. When using a low molecular weight organic material such as a phthalocyanine derivative or a porphyrin derivative, it is preferable to apply a vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine. Further, the electron transport layer 22 described below can be similarly produced.

上記光電変換素子20は、必要に応じて負極21と有機光電変換層23の間に電子輸送層22を設けてもよい。電子輸送層22を形成する材料としては、n型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、上述の電子受容性材料(NTCDA、PTCDA、NTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、フラーレン誘導体、CNT、CN−PPVなど)などが好ましく用いられる。電子輸送層22は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは5nmから100nmである。   In the photoelectric conversion element 20, an electron transport layer 22 may be provided between the negative electrode 21 and the organic photoelectric conversion layer 23 as necessary. The material for forming the electron transport layer 22 is not particularly limited as long as it has n-type semiconductor characteristics, but the above-described electron-accepting materials (NTCDA, PTCDA, NTCDI-C8H, oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, Fullerene derivatives, CNT, CN-PPV, etc.) are preferably used. The thickness of the electron transport layer 22 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.

上記光電変換素子20は、負極21と有機光電変換層23との間にさらに電荷移動を円滑にするバッファー層として金属フッ化物を設けてもよい。金属フッ化物としては、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化セシウムなどが挙げられ、特に好ましくはフッ化リチウム、フッ化セシウムである。バッファー層は0.05nmから50nmの厚さが好ましく、0.5nmから20nmがより好ましい。バッファー層は前述した電子輸送層22と併用して用いてもよく、併用する場合は、電極側にバッファー層を形成するのが好ましい。   In the photoelectric conversion element 20, a metal fluoride may be provided as a buffer layer that further facilitates charge transfer between the negative electrode 21 and the organic photoelectric conversion layer 23. Examples of the metal fluoride include lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, cesium fluoride, and particularly preferably lithium fluoride and cesium fluoride. The buffer layer preferably has a thickness of 0.05 nm to 50 nm, more preferably 0.5 nm to 20 nm. The buffer layer may be used in combination with the electron transport layer 22 described above, and when used in combination, the buffer layer is preferably formed on the electrode side.

上記光電変換素子20は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)などに有用である。   The photoelectric conversion element 20 can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells (such as solar cells), electronic elements (such as optical sensors, optical switches, and phototransistors), optical recording materials (such as optical memories), and the like.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、上記各工程及び下記工程で製造される本発明のπ電子共役重合体の物性測定及び精製は、以下の如くして行った。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the physical-property measurement and refinement | purification of the (pi) electron conjugated polymer of this invention manufactured at each said process and the following process were performed as follows.

(重量平均分子量(Mw)・数平均分子量(Mn))
数平均分子量及び重量平均分子量は、何れも、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求められたものである。ここでは、GPC装置として、東ソー(株)製のHLC−8020(品番)を用い、カラムとして、東ソー(株)製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。
(Weight average molecular weight (Mw) / Number average molecular weight (Mn))
The number average molecular weight and the weight average molecular weight are both determined in terms of polystyrene based on measurement by gel permeation chromatography (GPC). Here, HLC-8020 (product number) manufactured by Tosoh Corporation was used as the GPC apparatus, and two TSKgel Multipore HZs manufactured by Tosoh Corporation were connected in series as the column.

(熱分解温度の測定)
熱分解温度の測定は、(株)リガク製の示差熱−熱重量同時測定装置(TG−DTA;Thermo Plus 8120)を用いて行った。具体的には、昇温速度10℃/分で室温から600℃まで昇温過程において、各重合体の重量が10%減少する温度を熱分解温度として評価した。
(Measurement of thermal decomposition temperature)
The pyrolysis temperature was measured using a differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement device (TG-DTA; Thermo Plus 8120) manufactured by Rigaku Corporation. Specifically, the temperature at which the weight of each polymer was reduced by 10% during the temperature rising process from room temperature to 600 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min was evaluated as the thermal decomposition temperature.

(バンドギャップ(Eg)の測定)
バンドギャップの測定は、(株)島津製作所製の紫外―可視―近赤外分光光度計(Solid Spec 3700)を用いて行った。具体的には、吸収スペクトルの吸収端の波長を、以下に示す光子エネルギーの式
E=hν=h(c/λ)
に代入することで、光学的バンドギャップとして求めた。
h:プランク定数(J・s)、 E:エネルギー(eV)、 ν:振動数(Hz)、 c:光速(m/s)、 λ:波長(nm)
(Measurement of band gap (Eg))
The measurement of the band gap was performed using an ultraviolet-visible-near infrared spectrophotometer (Solid Spec 3700) manufactured by Shimadzu Corporation. Specifically, the wavelength of the absorption edge of the absorption spectrum is expressed by the following photon energy equation: E = hν = h (c / λ)
Was obtained as an optical band gap.
h: Planck constant (J · s), E: energy (eV), ν: frequency (Hz), c: speed of light (m / s), λ: wavelength (nm)

(合成例1)[式(3a)で示される4,7−ジブロモ[1,2,5]セレナジアゾロ[3,4−c]ピリジンの合成]

Figure 2013237813
Synthesis Example 1 [Synthesis of 4,7-dibromo [1,2,5] selenadiazolo [3,4-c] pyridine represented by Formula (3a)]
Figure 2013237813

三口フラスコをアルゴンガスで満たし、式(4)で示される3,4−ジアミノ1,5−ジブロモピリジンを1.33g(4.99mmol)、エタノールを27ml加え、還流させた。還流させた状態で温水11mlに溶解させた二酸化セレン0.573g(5.16mmol)を滴下した。3時間還流させた後、濾別し、得られた黄色固体を酢酸エチルで再結晶し、式(3a)で示される4,7−ジブロモ[1,2,5]セレナジアゾロ[3,4−c]ピリジン(PSeAと略称することがある)を得た(1.13g、3.31mmol,収率66.5%)。   The three-necked flask was filled with argon gas, 1.33 g (4.99 mmol) of 3,4-diamino 1,5-dibromopyridine represented by the formula (4) and 27 ml of ethanol were added and refluxed. In a refluxed state, 0.573 g (5.16 mmol) of selenium dioxide dissolved in 11 ml of warm water was added dropwise. After refluxing for 3 hours, the mixture was filtered off, and the resulting yellow solid was recrystallized from ethyl acetate. ] Pyridine (sometimes abbreviated as PSeA) was obtained (1.13 g, 3.31 mmol, 66.5% yield).

式(3a)で示されるPSeAのNMRデータ及び質量分析結果は以下のとおりであった。
H−NMR(CDCl,400MHz):δ=8.396(s,1H)
13C−NMR(CDCl,400MHz):δ=158.38、 154.37、 144.21、 139.64、 114.26
MS:m/z=343
The NMR data and mass spectrometry result of PSeA represented by the formula (3a) were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 8.396 (s, 1H)
13 C-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 158.38, 154.37, 144.21, 139.64, 114.26
MS: m / z = 343

(実施例1)[式(1a)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Example 1) [Synthesis of polymer represented by formula (1a)]
Figure 2013237813

二口フラスコにドナー分子の単量体として式(2a)で示される1,1−ビス(2−エチルヘキシル)−3,6−ビス(トリメチルスタンニル)ジチエノ[3,2−b:2‘,3’−d]ゲルモール(DTGSn2と略称することがある、DTGSn2はOrganometallics,2007年、第6巻、497−500頁に記載された方法により合成)を0.296g(0.375mmol)を入れ、アルゴンガスで満たした。その後、アクセプター分子の単量体として式(3b)で示される4,7−ジブロモ[1,2,5]チアジアゾロ[3,4−c]ピリジン(PTAと略称することがある、PTAは、Journal of Materials Chemistry,2011年,第21巻,13247−13255頁に記載された方法により合成)を0.1187g(0.402mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(Pd(dba)と略称することがある)を7.4mg(8.08μmol)、トリ(o-トリル)ホスフィン(P(o−Tol)と略称することがある)を12.4mg(40.7μmol)及びクロロベンゼン10mlを加えた。脱気した後、反応溶液を還流させた。5日反応させ、室温まで戻し、析出した固体を濾別した。 1,1-bis (2-ethylhexyl) -3,6-bis (trimethylstannyl) dithieno [3,2-b: 2 ′, represented by the formula (2a) as a donor molecule monomer in a two-necked flask 3′-d] germole (which may be abbreviated as DTGSn2, DTGSn2 is synthesized by the method described in Organometallics, 2007, Vol. 6, 497-500), 0.296 g (0.375 mmol) Filled with argon gas. Thereafter, 4,7-dibromo [1,2,5] thiadiazolo [3,4-c] pyridine represented by the formula (3b) as a monomer of the acceptor molecule (sometimes abbreviated as PTA, PTA is Journal) of Materials Chemistry, 2011, Vol. 21, pp. 13247-13255) 0.1187 g (0.402 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (Pd 2 (dba) 3 7.4 mg (8.08 μmol), tri (o-tolyl) phosphine (sometimes abbreviated as P (o-Tol) 3 ) 12.4 mg (40.7 μmol) and 10 ml of chlorobenzene. added. After degassing, the reaction solution was refluxed. The mixture was allowed to react for 5 days, returned to room temperature, and the precipitated solid was filtered off.

3.1gのN,N−ジエチルカルバミン酸ナトリウム3水和物を溶解させた水溶液30mLをろ液に加え、2時間、80℃で撹拌、加熱した。室温まで戻し、有機層を水で2回、3%酢酸水溶液で2回、さらに水で2回洗浄した。有機層を取り、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、エバポレーターで溶媒を留去した。最少量のクロロホルムに溶解させ、メタノールで再沈殿を行い、円筒濾紙で沈殿物をろ過した。その後、沈殿物をメタノール、ヘキサン、アセトン、酢酸エチルの順でソックスレー洗浄を行った。円筒濾紙に残った沈殿物をクロロホルムでソックスレーを行い回収した。エバポレーターで溶媒を留去し、クロロホルムに溶かし、酢酸エチルで再沈殿した。沈殿物をろ過で回収し、減圧下で乾燥したところ、式(1a)で示される黒色の重合体を得た(95.3mg、0.159mmol、収率40%)。   30 mL of an aqueous solution in which 3.1 g of sodium N, N-diethylcarbamate trihydrate was dissolved was added to the filtrate, and the mixture was stirred and heated at 80 ° C. for 2 hours. The temperature was returned to room temperature, and the organic layer was washed twice with water, twice with a 3% aqueous acetic acid solution, and further twice with water. The organic layer was taken and dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off with an evaporator. It was dissolved in a minimum amount of chloroform, reprecipitated with methanol, and the precipitate was filtered with a cylindrical filter paper. Thereafter, the precipitate was subjected to Soxhlet washing in the order of methanol, hexane, acetone, and ethyl acetate. The precipitate remaining on the cylindrical filter paper was recovered by Soxhlet with chloroform. The solvent was distilled off with an evaporator, dissolved in chloroform, and reprecipitated with ethyl acetate. The precipitate was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a black polymer represented by the formula (1a) (95.3 mg, 0.159 mmol, yield 40%).

式(1a)で示される重合体のNMRデータ、数平均分子量、重量平均分子量及び多分散度は以下のとおりであった。
H−NMR(CDCl,400MHz):δ=8.8−8.6(m,2H)、8.2(s,1H)、2−1.1(m,22H)、1.1−0.7(m,12H)
GPC:Mn=4600、Mw=7200、多分散度(Mw/Mn)=1.57
The NMR data, number average molecular weight, weight average molecular weight and polydispersity of the polymer represented by the formula (1a) were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 8.8-8.6 (m, 2H), 8.2 (s, 1H), 2-1.1 (m, 22H), 1.1- 0.7 (m, 12H)
GPC: Mn = 4600, Mw = 7200, polydispersity (Mw / Mn) = 1.57

(実施例2)[式(1b)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Example 2) [Synthesis of polymer represented by formula (1b)]
Figure 2013237813

二口フラスコにドナー分子の単量体として式(2b)で示される1,1−ビス(2−エチルヘキシル)−3,6−ビス(トリメチルスタンニル)ジチエノ[3,2−b:2‘,3’−d]シロール(DTSSn2と略称することがある、DTSSn2はJournal of the American Chemical Society,2008年、第130巻、16144−16145頁(非特許文献2)に記載された方法により合成)を98.8mg(0.133mmol)を入れ、アルゴンガスで満たした。その後、式(3b)で示されるPTAを39.3mg(0.133mmol)、Pd(dba)を2.5mg(2.73μmol)、P(o−Tol)を4.1mg(13.5μmol)及びクロロベンゼン10mlを加え実施例1と同様にして式(1b)で示される重合体を得た(32.2mg、0.0581mmol、収率44%)。 1,1-bis (2-ethylhexyl) -3,6-bis (trimethylstannyl) dithieno [3,2-b: 2 ′, represented by the formula (2b) as a donor molecule monomer in a two-necked flask 3′-d] silole (sometimes abbreviated as DTSSn2, DTSSn2 is synthesized by the method described in Journal of the American Chemical Society, 2008, Vol. 130, pages 16144-16145). 98.8 mg (0.133 mmol) was added and filled with argon gas. Thereafter, 39.3 mg of the PTA of the formula (3b) (0.133mmol), Pd 2 (dba) 3 and 2.5mg (2.73μmol), P (o -Tol) 3 and 4.1 mg (13. 5 μmol) and 10 ml of chlorobenzene were added to obtain a polymer represented by the formula (1b) in the same manner as in Example 1 (32.2 mg, 0.0581 mmol, yield 44%).

式(1b)で示される重合体のNMRデータ、数平均分子量、重量平均分子量及び多分散度は以下のとおりであった。
H−NMR(CDCl,400MHz):δ=8.8−8.7(m,2H)、8.2(s,1H)、1.5(Br,2H)、1.2(m,20H)、0.9(m,12H)
GPC:Mn=7400、Mw=12500、多分散度(Mw/Mn)=1.69
The NMR data, number average molecular weight, weight average molecular weight and polydispersity of the polymer represented by the formula (1b) were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 8.8-8.7 (m, 2H), 8.2 (s, 1H), 1.5 (Br, 2H), 1.2 (m, 20H), 0.9 (m, 12H)
GPC: Mn = 7400, Mw = 1500, polydispersity (Mw / Mn) = 1.69

(実施例3)[式(1c)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Example 3) [Synthesis of polymer represented by formula (1c)]
Figure 2013237813

二口フラスコにドナー分子の単量体として式(2a)で示されるDTGSn2を0.359g(0.455mmol)を入れ、アルゴンガスで満たした。その後、式(3a)で示されるPSeAを0.155g(0.453mmol)、Pd(dba)を8.4mg(9.17μmol)、P(o−Tol)を14.0mg(46.0μmol)及びクロロベンゼン15mlを加え実施例1と同様にして式(1c)で示される重合体を得た(144.5mg、0.224mmol、収率49%)。 As a donor molecule monomer, 0.359 g (0.455 mmol) of DTGSn2 represented by the formula (2a) was placed in a two-necked flask and filled with argon gas. Then, equation PSeA represented by (3a) 0.155g (0.453mmol), Pd 2 (dba) 3 and 8.4mg (9.17μmol), P (o -Tol) 3 and 14.0 mg (46. 0 μmol) and 15 ml of chlorobenzene were added to obtain a polymer represented by the formula (1c) in the same manner as in Example 1 (144.5 mg, 0.224 mmol, yield 49%).

式(1c)で示される重合体のNMRデータ、数平均分子量、重量平均分子量及び多分散度は以下のとおりであった。
H−NMR(CDCl,400MHz):δ=8.7−8.4(m,2H)、8.1(s,1H)、1.6−1.2(m,22H)、0.856(s,12H)
GPC:Mn=3900、Mw=6100、多分散度(Mw/Mn)=1.56
The NMR data, number average molecular weight, weight average molecular weight and polydispersity of the polymer represented by the formula (1c) were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 8.7-8.4 (m, 2H), 8.1 (s, 1H), 1.6-1.2 (m, 22H), 0. 856 (s, 12H)
GPC: Mn = 3900, Mw = 6100, polydispersity (Mw / Mn) = 1.56

(実施例4)[式(1d)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Example 4) [Synthesis of polymer represented by formula (1d)]
Figure 2013237813

二口フラスコにドナー分子の単量体として式(2b)で示されるDTSSn2を176.3mg(0.237mmmol)を入れ、アルゴンガスで満たした。その後、式(3a)で示されるPSeAを81.0mg(0.237mmol)、Pd(dba)を4.4mg(4.80μmol)、P(o−Tol)を7.2mg(23.7μmol)、クロロベンゼン10mlを加え実施例1と同様にして式(1d)で示される重合体を得た(14.9mg、0.0248mmol、収率10%)。 In a two-necked flask, 176.3 mg (0.237 mmol) of DTSSn2 represented by the formula (2b) as a monomer of a donor molecule was placed and filled with argon gas. Then, 81.0 mg (0.237 mmol) of PSeA represented by the formula (3a), 4.4 mg (4.80 μmol) of Pd 2 (dba) 3 , and 7.2 mg (23.23 of P (o-Tol) 3 ). 7 μmol) and 10 ml of chlorobenzene were added to obtain a polymer represented by the formula (1d) in the same manner as in Example 1 (14.9 mg, 0.0248 mmol, yield 10%).

式(1d)で示される重合体のNMRデータ、数平均分子量、重量平均分子量及び多分散度は以下のとおりであった。
H−NMR(CDCl,400MHz):δ=8.8−8.4(m,3H)、8.1(s,1H)、1.5(Br,2H)、1.3−1.1(m, 20H)、0.8(m,12H)
GPC:Mn=2500、Mw=3700、多分散度(Mw/Mn)=1.48
The NMR data, number average molecular weight, weight average molecular weight and polydispersity of the polymer represented by the formula (1d) were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 , 400 MHz): δ = 8.8-8.4 (m, 3H), 8.1 (s, 1H), 1.5 (Br, 2H), 1.3-1. 1 (m, 20H), 0.8 (m, 12H)
GPC: Mn = 2500, Mw = 3700, polydispersity (Mw / Mn) = 1.48

(比較例1)[式(5)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Comparative Example 1) [Synthesis of polymer represented by formula (5)]
Figure 2013237813

上記式(5)で示されるシクロペンタジチオフェンとピリジノチアジアゾールの交互共重合体を合成した。上記式(5)で示される重合体の合成の詳細な手順はAdvanced Functional Materials,2011年,第133巻,4632−4644頁に記載されている。   An alternating copolymer of cyclopentadithiophene and pyridinothiadiazole represented by the above formula (5) was synthesized. Detailed procedures for the synthesis of the polymer represented by the above formula (5) are described in Advanced Functional Materials, 2011, Vol. 133, pages 4632-4644.

(比較例2)[式(6)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Comparative Example 2) [Synthesis of polymer represented by formula (6)]
Figure 2013237813

上記式(6)で示されるジチエノゲルモールとベンゾチアジアゾールの交互共重合体を合成した。上記式(6)で示される重合体の合成の詳細な手順はOrganometallics,2007年、第6巻、497−500頁に記載されている。   An alternating copolymer of dithienogermol and benzothiadiazole represented by the above formula (6) was synthesized. Detailed procedures for the synthesis of the polymer represented by the above formula (6) are described in Organometallics, 2007, Vol. 6, pp. 497-500.

(比較例3)[式(7)で示される重合体の合成]

Figure 2013237813
(Comparative Example 3) [Synthesis of polymer represented by formula (7)]
Figure 2013237813

上記式(7)で示されるジチエノシロールとベンゾチアジアゾールの交互共重合体を合成した。上記式(7)で示される重合体の合成の詳細な手順はJournal of the American Chemical Society,2008年、第130巻、16144−16145頁(非特許文献2)に記載されている。   An alternating copolymer of dithienosilol and benzothiadiazole represented by the above formula (7) was synthesized. The detailed procedure for synthesizing the polymer represented by the above formula (7) is described in Journal of the American Chemical Society, 2008, Vol. 130, pages 16144-16145 (Non-patent Document 2).

実施例1及び2と比較例1にて得られた各重合体の分解温度の測定を示差熱−熱重量同時測定装置(TG−DTA)を用いて行った。各重合体の重量が10%減少する温度(分解温度)を表1に示す。   The measurement of the decomposition temperature of each polymer obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was performed using a differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement apparatus (TG-DTA). Table 1 shows the temperature (decomposition temperature) at which the weight of each polymer decreases by 10%.

Figure 2013237813
Figure 2013237813

表1に示すように、実施例1及び2にて得られた本発明の重合体は、比較例1にて得られた重合体に比べて分解温度が高く、優れた熱安定性を有するものであった。   As shown in Table 1, the polymer of the present invention obtained in Examples 1 and 2 has a higher decomposition temperature than the polymer obtained in Comparative Example 1, and has excellent thermal stability. Met.

実施例1〜4と比較例2、3にて得られた各重合体のクロロホルム溶液の吸収スペクトルにおける吸収端から計算したバンドギャップ(Eg)を表2に示す。   Table 2 shows the band gap (Eg) calculated from the absorption edge in the absorption spectrum of the chloroform solution of each polymer obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3.

Figure 2013237813
Figure 2013237813

表2に示されるように、実施例1〜4にて得られた本発明の重合体は、比較例2、3にて得られた重合体と比較してバンドギャップ(Eg)が小さく、優れた吸光特性を有するものであった。   As shown in Table 2, the polymers of the present invention obtained in Examples 1 to 4 have a small band gap (Eg) compared to the polymers obtained in Comparative Examples 2 and 3, and are excellent. It had a light absorption characteristic.

実施例1〜4と比較例2、3にて得られた各重合体を用いて光電変換素子を作製し、光電変換素子の光電変換波長帯を測定した。光電変換素子は以下の方法により作製した。   The photoelectric conversion element was produced using each polymer obtained in Examples 1-4 and Comparative Examples 2 and 3, and the photoelectric conversion wavelength band of the photoelectric conversion element was measured. The photoelectric conversion element was produced by the following method.

実施例1〜4により得られた本発明のπ電子共役重合体(1a)〜(1d)を3.0mgと電子受容性材料としてPC71BM(フロンティアカーボン社製E110)を10.8mgと溶媒として2.5vol%の1,8−ジヨードオクタンを含むクロロベンゼン0.3mLとを100℃にて6時間かけて混合した。その後、室温20℃に冷却し、孔径1.0μmのPTFEフィルターで濾過して本発明のπ電子共役重合体とPC71BMを含む組成物溶液を製造した。比較例2、3により得られたπ電子共役重合体(6)、(7)についても同じ方法により、PC71BMを含む組成物溶液を製造した。   3.0 mg of the π-electron conjugated polymers (1a) to (1d) of the present invention obtained in Examples 1 to 4 and 10.8 mg of PC71BM (E110 manufactured by Frontier Carbon Co.) as an electron-accepting material and 2 as a solvent 0.3 mL of chlorobenzene containing 5 vol% 1,8-diiodooctane was mixed at 100 ° C. for 6 hours. Thereafter, the mixture was cooled to 20 ° C. and filtered through a PTFE filter having a pore size of 1.0 μm to prepare a composition solution containing the π-electron conjugated polymer of the present invention and PC71BM. A composition solution containing PC71BM was produced by the same method for the π-electron conjugated polymers (6) and (7) obtained in Comparative Examples 2 and 3.

スパッタリング法により150nmの厚みでITO膜(抵抗値10Ω/□)を付けたガラス基板を15分間オゾンUV処理して表面処理を行った。基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(H.C.Starck社製:CLEVIOS PH500)をスピンコート法により40nmの厚さに成膜し、ホットプレートにより140℃で20分間加熱乾燥した。次にスピンコート法により上記の組成物溶液を塗布し、3時間真空乾燥させ、薄膜である光電変換層(膜厚約100nm)を形成した。次に、真空蒸着法によりフッ化リチウムを膜厚0.5nmで蒸着し、次いでAlを膜厚100nmで蒸着した。これにより、実施例1〜4または比較例2、3にて得られた各重合体を含む各光電変換素子を作成した。光電変換素子の受光面形状は5×5mmの正四角形であった。   A glass substrate provided with an ITO film (resistance value 10Ω / □) with a thickness of 150 nm by sputtering was subjected to surface treatment by ozone UV treatment for 15 minutes. A PEDOT: PSS aqueous solution (manufactured by HC Starck Co., Ltd .: CLEVIOS PH500) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 40 nm by a spin coating method, and dried by heating at 140 ° C. for 20 minutes using a hot plate . Next, the composition solution was applied by spin coating and vacuum dried for 3 hours to form a photoelectric conversion layer (film thickness of about 100 nm) as a thin film. Next, lithium fluoride was vapor-deposited with a film thickness of 0.5 nm by a vacuum vapor deposition method, and then Al was vapor-deposited with a film thickness of 100 nm. Thereby, each photoelectric conversion element containing each polymer obtained in Examples 1 to 4 or Comparative Examples 2 and 3 was created. The light receiving surface shape of the photoelectric conversion element was a regular square of 5 × 5 mm.

上記により作製した光電変換素子の光電変換波長帯を、分光感度測定装置を用いて下記測定条件により測定した。測定時の特定波長における照射強度は、フォトダイオード(S1337−66BQ、浜松フォトニクス社製)を用いて校正した。測定時には、光電変換素子の受光面積と同じ面積の照射光マスクを着用し、余剰な光の入射を排除した。作製した光電変換素子の測定結果を表3に示す。   The photoelectric conversion wavelength band of the photoelectric conversion element produced as described above was measured under the following measurement conditions using a spectral sensitivity measuring device. The irradiation intensity at a specific wavelength at the time of measurement was calibrated using a photodiode (S1337-66BQ, manufactured by Hamamatsu Photonics). At the time of measurement, an irradiation light mask having the same area as the light receiving area of the photoelectric conversion element was worn to eliminate excessive light incidence. Table 3 shows the measurement results of the produced photoelectric conversion element.

(測定条件)
装置:分光感度測定装置 SM−250型(分光計器社製)
受光面積:0.25cm
ソースメーター:ケースレー2400(KEITHLEY社製)
(Measurement condition)
Apparatus: Spectral sensitivity measuring device SM-250 (manufactured by Spectrometer Co., Ltd.)
Light receiving area: 0.25 cm 2
Source meter: Keithley 2400 (manufactured by KEITHLEY)

Figure 2013237813
Figure 2013237813

表3に示されるように、実施例1〜4にて得られた本発明のπ電子共役重合体を含む光電変換素子は、比較例2、3により得られたπ電子共役重合体を含む光電変換素子よりも長波長側まで光を吸収することができ、広い光電変換波長帯域を示した。このことは、本発明のπ電子共役重合体を用いると、光吸収領域が広いためより多くの光を吸収して電気へと変換することが可能となり、光電変換素子等の有機デバイスに有用であることを示している。   As shown in Table 3, the photoelectric conversion element including the π-electron conjugated polymer of the present invention obtained in Examples 1 to 4 is the photoelectric conversion element including the π-electron conjugated polymer obtained in Comparative Examples 2 and 3. Light can be absorbed to a longer wavelength side than the conversion element, and a wide photoelectric conversion wavelength band was shown. This is because when the π-electron conjugated polymer of the present invention is used, the light absorption region is wide, so that more light can be absorbed and converted into electricity, which is useful for organic devices such as photoelectric conversion elements. It shows that there is.

1 有機半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 絶縁性支持基板
7 ゲート電極基板
8 ゲートコンタクト
10 有機電界効果トランジスタ
10a 有機薄膜トランジスタ
20 光電変換素子
21 負極
22 電子輸送層
23 光電変換活性層
24 正孔輸送層
25 正極
26 基板
L チャネル領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic-semiconductor layer 2 Source electrode 3 Drain electrode 4 Insulator layer 5 Gate electrode 6 Insulating support substrate 7 Gate electrode substrate 8 Gate contact 10 Organic field effect transistor 10a Organic thin-film transistor 20 Photoelectric conversion element 21 Negative electrode 22 Electron transport layer 23 Photoelectric conversion Active layer 24 Hole transport layer 25 Positive electrode 26 Substrate L Channel region

Claims (6)

下記一般式(1):
Figure 2013237813
[式中、UはSi又はGeであり、YがNでYがCH若しくはCFであるか、又はYがCH若しくはCFでYがNであり、ZはS、Se及びN-Rからなる群から選択される1種であり、R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数6〜20のアリール基又は置換基を有してもよい炭素数4〜20のヘテロアリール基であり、nは2以上の正数である。]
で示されるπ電子共役重合体。
The following general formula (1):
Figure 2013237813
[Wherein U is Si or Ge and Y 1 is N and Y 2 is CH or CF, or Y 1 is CH or CF and Y 2 is N, Z is S, Se and N − R 1 is selected from the group consisting of R 3 , R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a C 1-20 alkyl group which may have a substituent, It is a C6-C20 aryl group which may have a substituent, or a C4-C20 heteroaryl group which may have a substituent, and n is a positive number of 2 or more. ]
A π-electron conjugated polymer represented by
数平均分子量が1,000〜1,000,000g/モルであることを特徴とする請求項1に記載のπ電子共役重合体。   The π-electron conjugated polymer according to claim 1, wherein the number average molecular weight is 1,000 to 1,000,000 g / mol. 請求項1または2に記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物。   An organic semiconductor composition comprising the π electron conjugated polymer according to claim 1. 請求項1または2に記載のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイス。   An organic semiconductor device comprising the π-electron conjugated polymer according to claim 1. 有機トランジスタであることを特徴とする請求項4に記載の有機半導体デバイス。   The organic semiconductor device according to claim 4, wherein the organic semiconductor device is an organic transistor. 光電変換素子であることを特徴とする請求項4に記載の有機半導体デバイス。   It is a photoelectric conversion element, The organic-semiconductor device of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
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