JP2013523931A - 縮合環系ジチオフェンコポリマー - Google Patents

縮合環系ジチオフェンコポリマー Download PDF

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Abstract

式(I)[ここで、v及びwは、それぞれ一般に4〜1000であり;Aは、式(II)又は(III)のベンゾジチオフェン反復単位であり、COMは、特定のアリーレン型反復単位及びこれらの組み合わせから選択され、更なる符号は請求項に定義されているとおりである]のコポリマーを含む有機半導体材料、層又は部品が開示される。本発明のコポリマー、並びにそれらの複合材料を、フォトダイオード、有機電界効果トランジスター、特に太陽電池等の有機光起電デバイス等の電子デバイスの製造に半導体として使用することができる。

Description

本発明は、ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン及び/又はベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェンの部類の1つ以上のベンゾジチオフェン(反復)単位を含むコポリマー、並びに有機デバイスにおける、特に有機光起電装置(太陽電池)及びフォトダイオードにおける又はダイオード及び/若しくは有機電界効果トランジスターを含有するデバイスにおける有機半導体としてのこれらの使用に関する。本発明のポリマーは、有機溶媒における優れた溶解性及び優れた皮膜形成特性を有する。加えて、本発明のポリマーを有機電界効果トランジスター、有機光起電装置(太陽電池)及びフォトダイオードに使用すると、高効率のエネルギー変換、優れた電界効果移動度、良好なオン/オフ電流比及び/又は優れた安定性が観察される。
有機電界効果トランジスターに使用されるベンゾ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン反復単位に基づく特定のコポリマーが近年もたらされている(Rieger et al.,Adv.Mater.2010,22,83;W010000669)。
有機半導体としての使用に現在利用可能な材料は、可能性を示すが、デバイスの製造における全ての要件を未だ満たしていない。実用的な観点から、共役ポリマーが大規模製造に非常に有望であることが分かってきた。これらは容易に溶液から均質な膜を形成し、インクジェット又はグラビア印刷等の印刷技術を可能にする。しかし、ポリマーは電界効果トランジスターにおいて比較的高い移動度を未だ示しておらず、多くの場合に炭化水素等の許容される溶媒に十分な溶解性を示さない。多くの場合、高秩序膜に詰め込まれる傾向の高いポリマーは、可溶性が乏しい。
新たなコポリマーが、良好な移動度を示し、依然として容易な溶液処理の利点を保持することが、現在見出されている。高い凝集傾向のベンゾチオフェンが、ポリマーを高秩序膜に導き、同時に曲率が、膜形成を促進する溶解性に寄与する。両方のモノマーは、それらの非線形幾何学的配置に起因して曲率を誘導する。
したがって本発明は、先ず、式
Figure 2013523931
に対応するコポリマーを含む、有機半導体材料、層又は部品に関し、
式中、
v及びwは、それぞれ、4〜1000、特に4〜200、とりわけ5〜100であり、v:wの質量比は好ましくは1:20〜20:1であり;
Aは、式II又はIII
Figure 2013523931
のベンゾジチオフェン反復単位であり
COMは、式
Figure 2013523931
及びこれらの組み合わせの反復単位から選択され、ここで、
1、G2、G3、G4及びG5は、同一又は異なってもよく、水素、F等のハロゲン、C1〜C25アルキル、Oで及び/若しくはSで中断されたC2〜C25アルキル、C1〜C25アルコキシ、C3〜C12シクロアルキル、C2〜C25アルケニル、C2〜C25アルキニル、C4〜C25アリール、C5〜C25アルキルアリール又はC5〜C25アラルキルから選択され、そのそれぞれは非置換であるか又は1つ以上のハロゲン、ヒドロキシ、ニトロ、−CN又はC6〜C18アリールで置換されており、2個以上の炭素原子を有する任意のアルキルは、−O−、−COO−、−OCO−、−S−で中断されていてもよく;
R1及びR2は、同一又は異なっていてもよく、水素、C1〜C100アルキル基、−COOR103、C1〜C100アルキル基(これは1つ以上のハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、−CN若しくはC6〜C18アリール基で置換されている及び/又は−O−、−COO−、−OCO−若しくは−S−で中断されている)、C7〜C100アリールアルキル基、カルバモイル基、C5〜C12シクロアルキル基(これはC1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)、C6〜C24アリール基、特にフェニル又は1−若しくは2ナフチル(これはC1〜C8アルキル、C1〜C8チオアルコキシ及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)又はペンタフルオロフェニルから選択され;
R103は、C1〜C50アルキル、特にC4〜C25アルキルであり;
X3及びX4の一方はNであり、他方はCR99であり、
R99、R104及びR104’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、特にF又はC1〜C25アルキル基、特にC4〜C25アルキル(これは、1個以上の酸素又は硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシ基であり、
R105及びR105’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C18アルコキシであり、
R107は、H;C6〜C18アリール;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで置換されているC6〜C18アリール;C1〜C18アルキル;又は−O−で中断されているC2〜C18アルキルであり、
並びに、前記半導体材料を基板上の薄膜として含む複合材料、対応する半導体デバイス、特にフォトダイオード、有機電界効果トランジスター、とりわけ有機光起電(PV)デバイス(太陽電池)に関し;
或いはCOMは、式
Figure 2013523931
の反復単位であり、
式中、
pは、0、1、2又は3であり;
3及びR3’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシであり;
4及びR4’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシであり;
1及びX2は、互いに独立して、−O−、−S−、−NR8−、−Si(R11)(R11’)−、−C(R7)(R7’)−、−C(=O)−、
Figure 2013523931
であり、
5は、−O−又は−NR8−であり;
5及びR5’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよいC1〜C25アルキル;C1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよいC6〜C24アリール;C7〜C25アリールアルキル、CN又はC1〜C25アルコキシであるか;或いは
5及びR5’は、一緒になって環を形成し、
6は、H、C1〜C18アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C1〜C18ペルフルオロアルキル、C6〜C24アリール(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよい);C2〜C20ヘテロアリール(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよい);又はCNであり、
7及びR7’は、互いに独立して、水素、C1〜C35アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);又はC7〜C25アリールアルキルであり、
8及びR8’は、互いに独立して、水素、C6〜C18アリール;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで置換されているC6〜C18アリール;又は1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよいC1〜C25アルキル、特にC4〜C25アルキル;又はC7〜C25アリールアルキルであり、
11及びR11’は、互いに独立して、C1〜C35アルキル基、C7〜C25アリールアルキル又はフェニル基であり、これはC1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されうる。
式Iの幾つかの好ましいコポリマーにおいて、G1、G2、G3、G4及びG5は、互いに独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキル、Oで及び/若しくはSで中断されたC2〜C25アルキル、C1〜25アルコキシ、C3〜C12シクロアルキル、C2〜C25アルケニル、C2〜C25アルキニル、フェニル、ナフチル、C1〜C12アルキルフェニル、フェニル−C1〜C12アルキルから選択され、そのそれぞれは非置換であるか又は1つ以上のフルオロ、−CN、フェニル、ナフチルで置換されており;
R1及び2は、同一又は異なっていてもよく、C1〜C100アルキル、C5〜C12シクロアルキル(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)、フェニル又は1−若しくは2−ナフチル(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)又は−CR101102−(CH2u−A3から選択され、ここでR101及びR102は、水素又はC1〜C4アルキルを表し、A3は、フェニル又は1−若しくは2−ナフチル(そのそれぞれはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)を表し、uは、0、1、2又は3を表す。式Iのコポリマーも好ましく、ここで、
R103は、C1〜C25アルキルであり;
X3及びX4の一方はNであり、他方はCR99であり、
R99、R104及びR104’は、互いに独立して、水素、F又はC1〜C25アルキル基、特にC4〜C25アルキル(これは、1個以上の酸素又は硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25フェニルアルキル又はC1〜C12アルコキシであり、
R105及びR105’は、互いに独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);C7〜C25フェニルアルキル又はC1〜C18アルコキシであり、
R107は、H;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで場合により置換されているフェニル若しくはナフチル;C1〜C18アルキル;又は−O−で中断されているC2〜C18アルキルであり;
特にG1、G2、G3、G4及びG5は、独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキルから選択され、特に水素であり;
1及びR2は、C1〜C35アルキル、特にC8〜C35アルキル基であり、
各R104及びR104’は、独立して、H、C1〜C25アルキルから選択される。
例として、式Iのコポリマーにおいて部分COMが式
Figure 2013523931
の反復単位及びその組み合わせ、例えば以下の構成単位:
Figure 2013523931
から選択される材料又はデバイスがあげられる。
幾つかのさらに特定の例は、式XII又はXIII
Figure 2013523931
[式中、nは4〜3000、特に10〜200である]に従うコポリマーである。
コポリマーは、好ましくは、最適な半導体特性と溶解特性を組み合わせた材料を得るために、5000〜約200000、特に約10000〜約120000、例えば50000〜100000の分子量範囲(GPCにより決定される質量平均;Mw)である(10000Mwは10000ダルトンを表し、これは10kg/molである)。
数平均分子量Mnは、好ましくは10,000〜100,000g/molである。
式Iのコポリマーは、新規の化合物であり、それらのうちの好ましい種及び部類が、上記に記載された本発明の材料及びデバイスのために定義される。
ポリマーは、従来技術に既知の幾つかの基で末端がキャップされうる。好ましい末端基は、H、置換若しくは非置換フェニル又は置換若しくは非置換チオフェンであるが、これらに限定されることはない。連鎖停止は、多くの場合、単官能モノマーにより実施され、すなわち、式Iは、両端を多くの場合に例えば水素、フェニル又はC1〜C25アルキルで停止している。式Iの単位A及びCOMは、統計的に又はブロックで分布されえ、規則的なコポリマー形の…A−COM−A−COM−A−COM…などが好ましく、同様に、1つのCOM単位を形成する幾つかの二価芳香族単位は、規則的な様式で分布されえ、好ましい部類のコポリマーは、チオフェニル(
Figure 2013523931
)で末端がキャップされているCOM単位を含有し、ここで更なるモノマー単位
Figure 2013523931
が存在する場合、1つ以上のチエニル単位(本文脈においてチオフェニル単位;
Figure 2013523931
とも呼ばれる)により分離されている。
1及びR2のC1〜C36アルキル基又はR104又はR104’のC1〜C25アルキルのような任意のアルキル基には、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec.−ブチル、イソブチル、tert.−ブチル、n−ペンチル、2−ペンチル、3−ペンチル、2,2−ジメチルプロピル、1,1,3,3−テトラメチルペンチル、n−ヘキシル、1−メチルヘキシル、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、1,1,3,3−テトラメチルブチル、1−メチルヘプチル、3−メチルヘプチル、n−オクチル、1,1,3,3−テトラメチルブチル及び2−エチルヘキシル、n−ノニル、デシル、ウンデシル、特にn−ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、2−エチル−ヘキシル、2−ブチル−ヘキシル、2−ブチル−オクチル、2−ヘキシルデシル、2−デシル−テトラデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、エイコシル、ヘネイコシル、ドコシル又はテトラコシルが含まれる。本発明の特に好ましい実施形態において、R1及びR2は、2−ヘキシルデシル又は2−デシル−テトラデシル基である。
有利には、基R1及びR2は、式
Figure 2013523931
[式中、m1=n1+4であり、m1+n1≦22である]により表すことができる。R1及びR2等のキラル側鎖は、ホモキラル若しくはラセミのいずれかでありえ又は反対のキラリティーを有しえ、これは固体状態の式Iの化合物の形態に影響を与えうる。
「アルケニル」は、1つ以上の炭素−炭素二重結合を有する直鎖又は分岐アルキル基を意味する。例として、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、ヘキサジエニル基があげられる。1つ以上の炭素−炭素二重結合は、内部的(例えば、2−ブテン)又は末端的(例えば、1−ブテン)でありうる。多様な実施形態において、アルケニル基は、2〜20個の炭素原子を有しょうる。幾つかの実施形態において、アルケニル基を本明細書に開示されているように置換することができる。アルケニル基は、一般に別のアルケニル基、アルキル基又はアルキニル基で置換されない。
「アルキニル」は、1つ以上の三重炭素−炭素結合を有する直鎖又は分岐アルキル基を意味する。例には、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニルが含まれる。1つ以上の三重炭素−炭素結合は、内部的(例えば、2−ブチン)又は末端的(例えば、1−ブチン)でありうる。多様な実施形態において、アルキニル基は、2〜20個の炭素原子を有しうる。幾つかの実施形態において、アルキニル基を本明細書に開示されているように置換することができる。アルキニル基は、一般に別のアルキニル基、アルキル基又はアルケニル基で置換されない。
「シクロアルキル」は、環化アルキル、アルケニル及びアルキニル基を含む非芳香族炭素環式基を意味する。好ましいシクロアルキル基は、3〜10個の炭素原子を有しうる。シクロアルキル基は、単環式(例えば、シクロヘキシル)又は多環式(例えば、縮合、架橋及び/又はスピロ環系を含有する)でありえ、ここで炭素原子は環系の内側又は外側に位置している。任意の適切な環位置のシクロアルキル基は、定義された化学構造と共有結合することができる。シクロアルキル基の例には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロヘキサジエニル、シクロヘプタトリエニル、ノルボルニル、ノルピニル、ノルカリル、アダマンチル及びスピロ[4.5]デカニル基、並びにこれらの相同体、異性体などが含まれる。シクロアルキル基を本明細書に開示されているように置換することができる。
「アリール」は、芳香族単環式炭化水素環系又は多環式環系を意味し、ここで2つ以上の芳香族炭化水素環は、一緒に縮合する(すなわち、共通の結合を有する)又は少なくとも1つの芳香族単環式炭化水素環は、1つ以上のシクロアルキル及び/若しくはシクロヘテロアルキル環と縮合する。アリール基は、6〜14個の炭素原子を環系に有しえ、これには複数の縮合環が含まれうる。芳香族炭素環のみを有する好ましいアリール基には、フェニル、1−ナフチル(二環式)、2−ナフチル(二環式)、アントラセニル(三環式)、フェナントレニル(三環式)が含まれる。少なくとも1つの芳香族炭素環が1つ以上のシクロアルキル及び/又はシクロヘテロアルキル環と縮合している好ましい多環式の環系には、とりわけ、シクロペンタン(すなわち、5,6−二環式シクロアルキル/芳香族環系であるインダニル基)、シクロヘキサン(すなわち、6,6−二環式シクロアルキル/芳香族環系であるテトラヒドロナフチル基)、イミダゾリン(すなわち、5,6−二環式シクロヘテロアルキル/芳香族環系であるベンゾイミダゾリニル基)及びピラン(すなわち、6,6−二環式シクロヘテロアルキル/芳香族環系であるクロメニル基)のベンゾ誘導体が含まれる。更に好ましいアリール基には、ベンゾジオキサニル、ベンゾジオキソリル、クロマニル、インドリニル基などが含まれる。幾つかの実施形態において、アリール基を本明細書に開示されているように置換することができる。幾つかの実施形態において、アリール基は、1つ以上のハロゲン置換基を有しえ、「ハロアリール」基と呼ぶことができる。ペルハロアリール基、すなわち、全ての水素原子がハロゲン原子に代わっているアリール基(例えば、−C6F5)が、「ハロアリール」の定義内に含まれる。特定の実施形態において、アリール基は、別のアリール基で置換されており、ビアリール基と呼ぶことができる。ビアリール基におけるそれぞれのアリール基は、置換又は非置換でありうる。
「ヘテロアリール」は、少なくとも1つの環ヘテロ原子を含有する芳香族単環式又は多環式の環系を意味する。ヘテロ原子は、好ましくは、酸素(O)、窒素(N)、硫黄(S)、ケイ素(Si)及びセレン(Se)又は多環式の環系から選択されるが、これらに限定されることはない。多環式ヘテロアリール基は、一緒に縮合したヘテロアリール環と、1つ以上の芳香族炭化水素環、非芳香族炭化水素環及び/又は非芳香族シクロヘテロアルキル環に縮合した単環式ヘテロアリール環とを2つ以上含む。ヘテロアリール基は、5〜14個の環原子を有する及び1〜5個の環ヘテロ原子を有しうる。
104又はR104’は、特に好ましくはHであるか又はとりわけR104又はR104’の一方は、好ましくは線状又は分岐C6〜C20アルキル、例えば、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシ、n−ヘプタデシル、n−オクタデシ、n−ノナデシル、n−イソシル、1−メチルペンチル、1−メチルヘキシル、2−メチルペンチル、2−エチルヘキシル及び2,7−ジメチルオクチルである。2,6−ジメチルオクチル、I−エチルヘキシル、I−メチルヘキシル、2−エチルペンチル、2−メチルヘキシル、n−デシル、n−ドデシル、n−テトラデシル及び2−エチルヘキシルが特に好ましく、n−ドデシルが最も好ましい。
「移動度」は、電場等の外部刺激により誘導された電荷担体、例えばp型半導体材料の場合は正孔(又は陽電荷の単位)及びn型半導体材料の場合は電子が、電場の影響下、材料中を動く速度の測定を意味する。

Figure 2013523931
により示されているように、基
Figure 2013523931
は、ポリマー鎖に、2つの方法で配列されうる
Figure 2013523931
表記
Figure 2013523931
は、両方の可能性を含むべきである。モノマー及び/又はポリマーに異なる方法で配列されうる他の基も同様である。
COMは、式
Figure 2013523931
の基から誘導される場合、好ましくは、式
Figure 2013523931
[式中、R3、R3’、R5、R5’、R7、R7’、R8、R8’、R11及びR11’は、上記に定義されたとおりであり、
9は、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C1〜C25ペルフルオロアルキル、C1〜C25アルコキシ又はCNである]の反復単位である。式Xd、Xe、Xf、Xg、Xh及びXkの基が好ましく、式Xd、Xe、Xh及びXkの基が最も好ましい。
したがって本発明は、上記に定義されたコポリマー(I)を含む半導体デバイスを含む。本発明のコポリマーは、通常、例えば有機光起電(PV)デバイス若しくは太陽電池、フォトダイオード又は有機電界効果トランジスターである、又はフォトダイオード及び/若しくは有機電界効果トランジスターを含有するデバイスである、前記デバイスの1つ以上の半導体層における主な活性構成要素を形成する。
本発明は、特に光学、電気光学又は電子部品における半導体又は電荷輸送材料として、特に平面視覚表示ユニットにおける又は無線自動識別タグ(RFIDタグ)のための又は有機発光ダイオード(OLED)の半導体部品における、例えばエレクトロルミネセンスディスプレー若しくは液晶ディスプレーのバックライトにおける、光起電性部品のための又はセンサーにおける薄膜トランジスターとして、電池の電極材料として、電子写真記録等の電子写真用途のための光導波路として、本発明のコポリマーの使用を更に提供する。
本発明は、更に、本発明のポリマーを含む光学、電気光学又は電子部品を提供する。そのような部品は、例えばFET、集積回路(IC)、TFT、OLED又は配向層でありうる。
本発明のコポリマーの導電性形態を、有機導電体、例えば、有機発光ダイオード(OLED)、フラットスクリーン及びタッチスクリーン、帯電防止膜、印刷回路、並びにコンデンサーにおける電荷注入層及びITO平坦化層として使用することができるが、これらに限定されることはない。
本発明のコポリマーを使用して、特に電界効果トランジスター(FET)における電荷輸送材料として、例えば集積回路(IC)、IDタグ又はTFTの部品として、光学、電子及び半導体材料を製造することができる。あるいは、これらをエレクトロルミネセンスディスプレーにおける又は例えば液晶ディスプレー(LDC)のバックライトとしての有機発光ダイオード(OLED)、光起電用途又はセンサー、電子写真記録及び他の半導体用途に使用することができる。
本発明のコポリマーは良好な溶解性を有するため、溶液として基板に適用することができる。したがって層を安価な方法、例えばスピン塗布で適用することができる。
適切な溶媒又は溶媒混合物は、例えば、アルカン、芳香族化合物、特にこれらのフッ素化誘導体を含む。
半導体材料を含むFET及び他の部品、例えばダイオードを、紙幣、クレジットカード等の有価品、IDカード若しくは運転免許証等の身分証明書又はゴム印、切手若しくは券等の金銭的利益を有する他の証明書等の真正性を示すため及び偽造を防ぐためにIDタグ又は保護ラベルに有利に使用することができる。
あるいは、本発明のポリマーを、例えばディスプレーにおける又は液晶ディスプレー(LCD)のバックライトとして有機発光ダイオード(OLED)に使用することができる。典型的には、OLEDは多層構造を有する。発光層は、一般に1つ以上の電子及び/又は正孔輸送層の間に埋め込まれている。電圧が印加されると、電子又は正孔は発光層の方向に移動することができ、そこで再結合して、発光層の発光団化合物を励起し、続いて発光させる。ポリマー、材料及び層には、これらの電気及び光学特性に従って、1つ以上の輸送層及び/又は発光層において使用することができる。化合物、材料又は層が電界発光性であるか又は電界発光基若しくは化合物を有する場合、これらは発光層に特に適している。
OLEDにおける使用に適したポリマーの加工と同様に、選択は常識であり、例えばSynthetic Materials,111−112(2000),3134又はJ.Appl.Phys.,88(2000)7124−7128に記載されている。
多様な溶液処理技術による堆積を含む多様な堆積技術が有機半導体で使用されてきた。例えば、印刷電子工学技術の多くはインクジェット印刷に焦点を合わせており、それは主にこの技術が造形位置及び多層位置合わせにおいて大きな制御をもたらすからである。インクジェット印刷は非接触法であり、これは(接触印刷技術と比較して)予め形成されたマスターを必要としないという利益、並びにインク射出のデジタル制御という利益をもたらし、それによってドロップオンデマンド印刷を提供する。微粉分散は別の非接触印刷法である。しかし、接触印刷技術は、非常に早いロールツーロール処理に好適であるという利点を有する。接触印刷技術の例には、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、リソグラフ印刷、パッド印刷及びミクロ接触印刷が含まれるが、これらに限定されない。本明細書で使用されるとき、「印刷」には、インクジェット印刷、微粉分散等の非接触法及びスクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、リソグラフ印刷、パッド印刷、ミクロ接触印刷等の接触法が含まれる。他の溶液処理技術には、例えば、スピン塗布、ドロップキャスティング(drop casting)、ゾーン流延、ディップ塗布、ブレード塗布又は吹き付けが含まれる。
本明細書に開示されている化合物を使用する、電界効果トランジスター(例えば、薄膜トランジスター)、光起電装置、有機発光ダイオード(OLED)、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)、相補型インバーター、D型フリップフロップ、整流器及びリング型発振機等の、電子デバイス、光学デバイス及び光電子デバイスを含む多様な製造物品も、本発明の教示の範囲内であり、それらを作製する方法も同様である。
本発明の教示は、したがって、半導体材料の製造方法を更に提供する。方法は、溶媒又は溶媒の混合物等の液体媒質に溶解又は分散した本明細書に開示されている1つ以上の化合物を含む組成物を製造すること、組成物を基板に堆積させて半導体材料前駆体を提供すること及び半導体材料前駆体を処理(例えば、加熱)して、本明細書に開示されている化合物を含む半導体材料(例えば、薄膜半導体)を提供することを含みうる。多様な実施形態において、液体媒質は、有機溶媒、水等の無機溶媒又はこれらの組み合わせである。幾つかの実施形態において、組成物は、洗剤、分散剤、結合剤、相溶化剤、硬化剤、開始剤、保湿剤、消泡剤、湿潤剤、pH調整剤、殺生剤及び静菌剤から独立して選択される1つ以上の添加剤を更に含むことができる。例えば、界面活性剤及び/又は他のポリマー(例えば、ポリスチレン、ポリエチレンポリ−アルファ−メチルスチレン、ポリイソブテン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレートなど)を、分散剤、結合剤、相溶化剤及び/又は消泡剤として含めることができる。幾つかの実施形態において、堆積工程は、インクジェット印刷及び多様な接触印刷技術(例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、パッド印刷、リソグラフ印刷、フレキソ印刷及びミクロ接触印刷)を含む印刷により実施することができる。他の実施形態において、堆積工程は、スピン塗布、ドロップ流延、ゾーン流延、ディップ塗布、ブレード塗布又は吹き付けにより実施することができる。
本発明の教示は、本発明の教示の半導体材料と、基板部品及び/又は誘電部品とを有する複合材料を含む、本明細書に記載されている多様なデバイス等の製造物品を更に提供する。基板部品は、ドープケイ素、インジウムスズ酸化物(ITO)、ITO被覆ガラス、ITO被覆ポリアミド又は他のプラスチック、アルミニウム又は他の金属の単体又はポリマー若しくは他の基板に被覆されたもの、ドープポリチオフェンなどから選択することができる。誘電部品は、多様な酸化物(例えば、SiO2、Al2O3、HfO2)等の無機誘電材料、多様なポリマー材料(例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリハロエチレン、ポリアクリレート)等の有機誘電材料、自己組織化超格子/自己組織化ナノ誘電(SAS/SAND)材料(例えば、Yoon,M−H.et al.,PNAS,102(13):4678−4682(2005)に記載されており、この開示内容全体が参考として本明細書で援用される)、並びにハイブリッド有機/無機誘電材料(例えば、米国特許出願第11/642,504号に記載されており、この開示内容全体が参考として本明細書で援用される)から製造することができる。幾つかの実施形態において、誘電部品は、米国特許出願第11/315,076号、同第60/816,952号及び同第60/861,308号(それぞれの開示内容全体が参考として本明細書で援用される)に記載されている架橋ポリマーブレンドを含みうる。複合材料も1つ以上の電気接点を含みうる。ソース、ドレイン及びゲート電極に適した材料には、金属(例えば、Au、Al、Ni、Cu)、透明導電性酸化物(例えば、ITO、IZO、ZITO、GZO、GIO、GITO)及び導電性ポリマー(例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)、ポリアニリン(PANI)、ポリピロール(PPy))が含まれる。本明細書に記載されている1つ以上の複合材料を、有機薄膜トランジスター(OTFT)、特に有機電界効果トランジスター(OFET)、並びにセンサー、コンデンサー、単極性回路、相補性回路(例えば、インバーター回路)等の多様な有機電子、光学及び光学電子デバイスの中に埋め込むことができる。
本発明の教示の材料が有用である他の製造物品は、光起電装置又は太陽電池である。本発明の教示の部品は、広い光吸収及び/又は極めて陽性にシフトした還元電位を示すことができ、そのような用途に望ましいものにする。したがって本明細書に記載されている物質を、pn接合を形成する隣接n型半導体材料を含む光起電装置の設計においてp型半導体として使用することができる。化合物は、薄膜半導体の形態でありえ、これを基板に堆積して複合材料を形成することができる。そのようなデバイスにおける本発明の教示の小型分子の利用は、当業者の知識の範囲内である。本発明の(コ)ポリマーが低エネルギーHOMO(最高被占分子軌道)を提供するため、本発明の材料は、多層セル等の複数接点ポリマー太陽電池の製造に特に貴重な特性を有する(複数接点太陽電池の一般的な設定及び機能、並びに溶液ポリマー処理によるこれらの製造については、Jan Gilot et al.,Appl.Phys.Lett.90,143512(2007)を参照すること)。
本発明の教示の別の態様は、本発明の教示の半導体材料を組み込む有機電界効果トランジスターを組み立てる方法に関する。本発明の教示の半導体材料を使用して、トップゲートトップコンタクト型コンデンサー構造、トップゲートボトムコンタクト型コンデンサー機構、ボトムゲートトップコンタクト型コンデンサー機構及びボトムゲートボトムコンタクト型コンデンサー機構を含む多様な種類の有機電界効果トランジスターを組み立てることができる。OFETは、誘電層、半導体層、ゲートコンタクト、基板、ソース及びドレインコンタクトを含みうる。
特定の実施形態において、OTFTデバイスを、誘電体としてSiO2を使用して本発明の化合物によりトップコンタクト配置でドープケイ素基板に組み立てることができる。特定の実施形態において、本発明の教示の少なくとも1つの材料を組み込む活性半導体層を、室温又は高温で堆積させることができる。他の実施形態において、本発明の教示の少なくとも1つの材料を組み込む活性半導体層を、本明細書に記載されているスピン塗布又は印刷により適用することができる。トップコンタクト型デバイスでは、金属接触を、シャドーマスクの使用により膜の上面にパターン化することができる。
ポリマー(I)、より詳細には式(I)のコポリマーとして上記に記載されるものは、新規化合物であり、本発明の別の実施形態である。この部類の好ましい実施形態は、本発明の有機半導体材料、層又は部品のために記載された(コ)ポリマーである。
一般的方法
モノマーは当該技術に既知の方法により得られる。
例えば、ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェンを光化学的に作製することができる。この目的のため、2−カルボニルチオフェンをマクマリー反応で還元的に結合し、E−ジチオエニルエテンが生じうる。この分子を、リチオ化及びテトラブロモメタンでの処理により二臭素化することができる。このようにして得たジブロモ中間体をアルゴン下、低温で保存することができる。ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェンは、トルエン等の適切な溶媒中及び酸素の存在下、例えば350nmでのUV照射により得られる。環化は、好ましくは触媒量のヨウ素の存在下で実施される。照射時間は、好ましくは、数時間(例えば、1又は2時間)から数日(例えば、1〜10日間)までである。手順を以下のスキームにまとめる:
Figure 2013523931
ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェンは、光化学脱水素環化を介して、必要とされるジチエニルエテンから同様の方法で得られる。必要な非対称ジチエニルエテンは、好ましくはプロトン酸(例えば、追加のHClガス飽和を伴う濃塩酸)の存在下、ホルムアルデヒド(i)でのクロロメチル化によりチオフェンから3工程で得られる。クロロメチル化中間体を蒸留により収集することができる。トリエチルホスファイトがそれと反応して(ii:アルブゾフ反応)ホスホネートを得、最高の結果は両方の試薬が好ましくは溶媒なしで例えば150℃に加熱されたときに得られる。生成物を精製せずに使用することができる。工程(iii):3−カルボニルチオフェンでのウィッティッヒホーナー反応を、アルコラート等の強塩基(例えば、塩基としてカリウムtert−ブチレート)の存在下で実施し、E−ジチエニルエテンが高い選択性で生じる。光化学脱水素環化は、異性体ベンゾジチオフェンについて上記に提示された手順の後で実施される。
手順を以下のスキームにまとめる:
Figure 2013523931
同様に、式II’又はIII’
Figure 2013523931
の類似置換モノマーの製造は、例えば、上記のスキームに示されたものと類似しているが、G1〜G5の少なくとも1つが水素と異なる構造の適切に置換された抽出物を使用して、上記に提示された定義又は本発明の請求項に従って実施することができる。
このようにして得られたモノマーを、そのまま共重合に付すことができる又はコポリマー鎖に変換する前に更なるコモノマーCOMと反応させることができる。
例えば、酸化重合のモノマーは、上記のジブロモベンゾジチオフェンからスティルカップリングにより得られる。コモノマーとして好ましいチオフェン単位及び/又はジケトピロロピロール(DPP)単位を含むコポリマー鎖では、ジブロモ化合物をモノスタン化化合物と反応させ、凝集単位が得られる。カップリング反応は当該技術に周知の方法に従い、例えば、ジブロモモノマーを2−トリアルキルスタンニルチオフェンと反応させることができ、これを、触媒の助けを借りて2−トリブチルスタンニル−3−ドデシルチオフェン等のR104で置換することができる。例として、例えば30〜120℃で加熱する、DMF等の溶媒中の触媒量のPd(PPh3)4の存在下での反応があげられる。スズ試薬を、混合物に添加する前に、THFに都合良く溶解することができる。得られた凝集体を、ポリマー鎖における欠陥を避けるために、重合反応前に例えばクロマトグラフィー及び/又は再結晶(酢酸エチル等の溶媒を使用する)により精製することができる。
コポリマー製造:コポリマーは、アリール二ハロゲン化物が有機錫化合物又はボロン酸ジエステル/ボロン酸と塩基及び少量の金属触媒の存在下で反応する、スティル又はスズキ反応等のクロスカップリング重合反応を介して合成することができる。典型的には、反応は溶媒又は溶媒の混合物において反応温度20℃〜150℃で実施される。
スティル重合による合成は、例えば対応するビススタンニル化ベンゾジチオフェン及びジアルキル−ジブロモ−ジチオフェン等の適切な二臭素化コモノマーBr−COM−Brにより、例えばPd2(dba)3及びトリフェニルホスフィンのような触媒を使用して、適切な溶媒中で進行する。好ましい溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレン、並びにモノ又はジクロロベンゼン等の芳香族及び/又はハロゲン化炭化水素である。あるいは酸化重合は、不活性溶媒(例えば(ジ)クロロベンゼン)中の特に高濃度(例えば、20mg/ml超、特に50mg/ml以上)のモノマーの溶液を、好ましくは、ゲル化を避けるために約60℃で加熱しながら塩化鉄(III)に加えることによって実施することができる。反応後、ポリマーを従来の方法により、例えば非溶媒(例えば、メタノールのようなアルコール)中での沈殿及び/又は抽出(例えば、アセトンでのソッスクレー押出)により回収することができる。重合過程は、クロマトグラフィー(例えば、ポリスチレン標準を参照したサイズ排除クロマトグラフィー)を介して試料を分析することにより有利にモニターされ、これは材料の溶解性を改善するために(例えば、記載されているように沈殿により)中断することができる。
したがって本発明は、式
Figure 2013523931
[式中、−COM1−はCOMで定義されたとおりであり、A及び−COM−は請求項1〜10のいずれか1項に定義されたとおりである]のポリマーの製造方法であって、
式X10−A−X10の二ハロゲン化物を、式
Figure 2013523931
に対応する実質的に等モル量のジボロン酸若しくはジボロネートと反応させること又は

Figure 2013523931
の二ハロゲン化物を、式:X11−A−X11に対応する実質的に等モル量のジボロン酸若しくはジボロネートと
溶媒中及び触媒の存在下で反応させることを含み
式中、X10は、ハロゲン、特にBrであり、
11は、それぞれの場合に独立して、−B(OH)2、−B(OY12
Figure 2013523931
であり、ここでY1は、それぞれの場合に独立して、C1〜C10アルキル基であり、Y2は、それぞれの場合に独立して、C2〜C10アルキレン基であり、例えば−CY34−CY56−又は−CY78−CY910−CY1112−であり、ここでY3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10、Y11及びY12は、互いに独立して、水素又はC1〜C10アルキルであるが、但し、アルキレン基−CY34−CY56−又は−CY78−CY910−CY1112−の炭素原子の数は10を超えず、特に好ましくは、Y2は−C(CH32C(CH32−、−C(CH32CH2C(CH32−、−CH2C(CH32CH2−であり;
13及びY14は、互いに独立して、水素又はC1〜C10アルキル基である
方法を含む。
更に、式
Figure 2013523931
のポリマーを製造する方法であって、この方法は、式:X10−A−X10の二ハロゲン化物を、式
Figure 2013523931
に対応する等モル量の有機スズ化合物と又は

Figure 2013523931
の二ハロゲン化物を、式X11’−A−X11’に対応する等モル量の有機スズ化合物と反応させることを含み、
式中、A及び−COM1−及びX10は、上記に定義されたとおりであり、
11’は、それぞれの場合に独立して、−SnR207208209であり、ここでR207、R208及びR209は、同一又は異なって、H又はC1〜C6アルキルであるか、或いはR207、R208及びR209のうちの2つは環を形成し、これらの基は場合により分岐されている、方法が含まれる。
高分子量ポリマーの合成には高純度であること、したがって、利用されるモノマーの適切な精製方法が必須である。モノマー(例えば、5,5’−ジハロ−2,2’−ジチオフェン及び5,5’−ビス(トリアルキル)ベンゾチオフェン)の純度は、一般に>99%である。高純度の5,5’−ビス(トリスタンニル)ベンゾ−2,2’−ジチオフェンは、アセトンから低温度での(好ましくは、少なくとも3回の)反復再結晶により得られる。この精製により、モノマーは無色の針の形態で生じる。
4,4’−アルキル−5,5’−ジブロモ−2,2’−ジチオフェンモノマーは、カラムクトマトグラフィー(n−ヘキサン、シリカ)による精製、続く酢酸エチルからの反復再結晶により高純度で得られる。
99%よりも有意に低い純度のモノマーを使用すると、はるかに低分子量のポリマーが得られる。
次に重要な要素は、モノマー比の調整である。等モル混合物は、所望の分子量を生じる。
分子量は、1:1モノマー混合物の濃度を調整することにより再現的に得られる。高い数平均分子量の15〜20kg/molを得るための、モノマーの最適な総濃度は、10〜20質量%である。
本発明は、本発明のポリマーの酸化と還元の両方の形態を含む。電子の欠乏又は過剰いずれも、高い導電性を有する非局在化イオンの形成をもたらす。これは慣用のドーパントでのドーピングにより実施される。ドーパント及びドーピングの方法は、常識であり、例えばEP−A0528662、US5198153又はWO96/21659から既知である。適切なドーピング方法は、例えば、ドーピングガス、ドーパントを含む溶液での電気化学ドーピング、熱拡散による及び半導体材料へのドーパントのイオン注入によるドーピングを含む。
電荷担体として電子を使用する場合、ハロゲン(例えば、I2、Cl2、Br2、ICl、ICl3、IBr及びIF)、ルイス酸(例えば、PF5、AsF5、SbF5、BF3、BCl3、SbCl5、BBr3及びSO3)、無機酸(例えば、HF、HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、FSO3H及びClSO3H)、有機酸又はアミノ酸、遷移金属化合物(例えば、FeCl3、FeOCl、Fe(ClO4)3、Fe(4−CH3C6H4SO3)3、TiCl4、ZrCl4、HfCl4、NbF5、NbCl5、TaCl5、MoF5、MoCl5、WF5、WCl6、UF6及びLnCl3(ここでLnはランタノイドである))、アニオン(例えば、Cl−、Br−、I−、I3−、HSO4−、SO42−、NO3−、ClO4−、BF4−、PF6−、AsF6−、SbF6−、FeCl4−、Fe(CN)63−及びアリール−SO3−等の異なるスルホン酸のアニオン)の使用が好ましい。電荷担体として正孔を使用する場合、ドーパントとしては、カチオン(例えば、H+、Li+、Na+、K+、Rb+及びCs+)、アルカリ金属(例えば、Li、Na、K、Rb及びCs)、アルカリ土類金属(例えば、Ca、Sr及びBa)、O2、XeOF4、(NO2+)(SbF6−)、(NO2+)(SbCl6−)、(NO2+)(BF4−)、Ag−ClO4、H2lrCl6、La(NO3)3、FSO2OOSO2F、Eu、アセチルコリン、R4N+、R4P+、R6As+及びR3S+があげられ、ここでRはアルキル基である。
化学薬品及び溶媒:使用される全ての化学薬品及び溶媒は、ABCR社、Acros社、Aldrich社、Alpha−Aesar社、Fluka社、Lancaster社、Merck社及びStrem社から得られる。特に記述のない限り、これらは得られたままで使用される。
クロマトグラフィー:分取カラムクロマトグラフィーは、粒径63〜200μm(シリカゲル)又は40〜63μm(フラッシュシリカゲル、Geduran Si 60)のMerckのシリカゲルで実施される。分析薄層クロマトグラフィー(TLC)では、Merckのシリカゲル被覆基材「60 F254」が使用される。化合物は、254nmでの蛍光消光、366nmでの自己蛍光又はヨウ素蒸気チャンバでの染色により検出される。溶出剤には、分析的に純粋な溶媒(p.a.又は工業用)が使用前に蒸留される。
不活性雰囲気:酸素又は水分感受性反応はアルゴン雰囲気化(Westfalen AG)で実施される。特に記述されない場合、反応物はアルゴン流を反応混合物の中で泡立てることにより脱ガスされる。
UV反応:UV反応は、示されるように300又は350nmいずれかで8個までのランプ(各20W)を有するRayonet RPR−100により行われる。ランプは40nmの半値幅波長分布を有する。装置は、15Wの空気ファンにより冷却される。石英ガラス器が反応容器として使用され、溶液は電磁式撹拌バーで撹拌される。
融点:融点はBuechiホットステージ装置で決定され、未修正である。
質量分析:電場脱離質量スペクトルは、VG Instruments ZAB 2−SE−FPD分光計により得られる。MALDI−TOF分光測定は、337nm窒素レーザーを利用するBruker Reflex IITOF分光計により実施される。特に記述されない場合、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)は、固体状態の製造試料のマトリックス物質として使用される。MALDI標的における製造試料の厚さの変動は分解能を低減したため、分子ピークの整数のみが提示される。最も強いピークが最高の存在量の計算同位体と比較される。
NMR分光分析:1H−NMR、13C−NMR、H,H−COSY、C,H−COSY及びNOESY実験は、Bruker DPX 250、Bruker AMX 300、Bruker DRX 500又はBruker DRX 700分光計により、提示された重水素化溶媒において記録される。重水素化溶媒は、内部基準として使用され、CD2Cl2は、δH=5.32ppm及びδC=54.00ppmに設定され、THFは、δH=3.58ppm及びδC=67.57ppmに設定され、DMSOは、δH=2.50ppm及びδC=39.51ppmに設定され、C2D2Cl4は、δH=5.91ppm及びδC=74.20ppmに設定される。
元素分析:固体試料の元素分析は、Institute for Organic Chemistry,Johannes Gutenberg−Universitaet of MainzのサービスとしてFoss Heraeus Vario ELにより実施される。液体化合物又は油状物は、残留溶媒及びCO2のような大気ガスの除去が困難であるため分析されない。ハロゲン含有分子は燃焼するとハロゲン化水素酸を発生し、それぞれのハロゲン原子あたり1個の水素原子が測定から漏れる。理論値はそのように修正され、実施の際は注釈が示される。
UV可視分光分析:溶液のUV可視スペクトルは、Perkin−Elmer Lambda 100分光光度計により室温で記録される。モル吸光は、m2mol-1の単位で提示され、これはSI標準と一致している。特に示されない限り、10−5mol/lの濃度が使用される。分光等級の溶媒が用いられる。ベースラインは、測定に使用される純粋な溶媒で充填したキュベットの測定を差し引くことにより修正される。溶液光ルミネセンススペクトルは、SPEX−Fluorolog II(212)分光光度計により記録される。選択された化合物の量子収量は、既知の標準5,10−ジフェニルアントラセン(3つの異なる濃度)と比較することにより計算される。特に記述のない限り、測定は室温で実施される。
赤外分光分析:赤外分光分析は、ダイヤモンドの消失領域においてNicolet 730 FT−IR分光光度計により測定される。試料はダイヤモンド結晶に新品の材料として堆積され、スタンプにより押し付けられる。64回の測定がそれぞれの試料において記録され、バックグラウンドが差し引かれる。
サイクリックボルタンメトリー:サイクリックボルタンメトリーは、アルゴン雰囲気化、無水溶媒を用いるPrinceton Applied Research Parstat 2273機器により測定される。過塩素酸テトラブチルアンモニウムが導電性塩として0.1mol/lの濃度で使用される。フェロセンが内部標準として添加される(1mM)。白金の作用電極(直径0.5mm)、対電極として白金ワイヤ及び準基準電極として銀ワイヤが使用される。ピークは、フェロセンの酸化ピークに従って較正される。半波電位が評価に使用される。
電界効果トランジスター:ケイ素基板のトランジスターの標準的手順:200nm厚の熱成長二酸化ケイ素層を有する高濃度にドープされたケイ素ウエハが、基板として使用される。ヘキサメチルジシラザンがガス相から120℃で堆積される。半導体ポリマー膜は、1,2−ジクロロベンゼン溶液を5mg/mlでスピン塗布(3000rpm、60秒)することにより製造される(ほぼ47.5nm厚)。基板を100℃で5分間アニールし、ゆっくりと冷却した(1℃/分)後、ソース及びドレイン電極が、シャドーマスクを介して半導体薄膜に金を蒸着すること(3・10-6mbar、1Å/s、約100nm厚)により組み立てられ、チャンネルの長さが25〜75μm、幅が約0.5〜1.5mm(W/L=20)のデバイスを得る。Keithley 4200半導体パラメーター分析器を使用した全ての製造及び電気測定は、黄色灯での窒素雰囲気下で実施される。
電荷担体移動度は、方程式
Figure 2013523931
により飽和で計算される。
PET基板:金電極がFET箔に蒸着される(ほぼ35nm厚)。クロロベンゼン中のポリマーの溶液(2mg/ml)が、基板に90℃でスピン塗布され、100℃で30秒間乾燥される。ポリスチレン(MW=820kg/mol、BASF)が、酢酸エチル中の5.5質量%溶液から上面にスピン塗布される。ゲートコンタクトが、約50nmの金の層をシャドーマスクの助けを借りて上面に蒸着することにより作製される。測定は、光の不在下、周囲雰囲気下でKeithley 4200機器を使用して実施される。ゲート依存性移動度は、
Figure 2013523931
に従って計算される。
X線散乱:二次元広角X線回折実験は、ピンホール視準を有する回転陽極(Rigaku 18kW)X線ビーム及び約1mmのビーム径を有する2D Siemens検出器により実施される。Cu−Kα放射線(λ=0.154nm)用の二重グラファイト単色光器が使用される。
膜X線回折は、ケイ素ウエハのドロップ流延膜に命中させるグラファイト単色化Cu−KαX線ビームを用いる、シータシータPhilips PW 1820 Kristalloflex回折計により実施される。回折パターンは、1°〜32°の2θ範囲で記録される。
偏光光学顕微鏡法:偏光フィルターを備え、Hitachi KPD50カラーデジタルCCDカメラを備えたZeiss顕微鏡が、化合物の光学組織を調査するために使用される。試料は2枚のガラススライドに挟まれ、次に Linkam TMS91温度調節器を備えたLinkamホットステージで熱処理される。
示差走査熱量測定:示差走査熱量測定(DSC)は、10K/分の加熱及び冷却速度でMettler DSC30により測定される。
原子間力顕微鏡法は、Digital Instruments,Santa Barbara,CAのNanoscope IlIa MultiMode走査プローブ顕微鏡を使用して実施される。
下記実施例は、例示の目的のみのために含まれるものであり、請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。特に記述のない限り、全ての部及び百分率は質量に基づく。一晩は、約12〜15時間を意味し、室温は、18〜23℃を意味し、同様に周囲条件を意味し、これは大気圧も含意する。略語:
NBS N−ブロモスクシンイミド
LDA リチウムジイソプロピルアミド
THF テトラヒドロフラン
TBME tert−ブチルメチルエーテル
AIBN 2,2’−アゾビスイソブチロニトリル
Mn 分子量(数平均)
Mw 分子量(質量平均)
PDI 多分散性
実施例1:5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン
Figure 2013523931
350mg(1mmol)のトランス−ジ(5−ブロモチオフェン−2−イル)エテンを200mlのトルエンに溶解する。約2mg(約10μmol)のヨウ素を加える。溶液を、空気中で激しく撹拌しながら、UV光線(350nm、160W)で一晩照射する。溶液を、亜硫酸ナトリウムの水溶液で抽出し、乾燥し、溶媒を蒸発させる。残渣をエタノールから結晶化させ、300mg(86%)の無色の針を生じる。Mp=160℃;MS(FD、8kV)m/z=348.5g/mol−計算値:C10H4Br2S2で347.8g/mol;
Figure 2013523931
実施例2:5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン
Figure 2013523931
209mg(0.6mmol)の5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェンを、10mlの無水DMFにアルゴン下で溶解する。5mlの無水THF中の810mg(2.5mmol)の3−ドデシル−2−トリブチルスタンニルチオフェンの溶液、最後に30mg(30μmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える。得られた溶液を100℃で一晩加熱する。溶媒を真空下で除去し、残渣をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルとジクロロメタンの混合物(20:1v/v)で溶出する。酢酸エチルからの結晶化は、155mg(37%)の黄色の粉末を生じる。Mp=84℃;MS(FD、8kV)m/z=690.6g/mol−計算値:C42H58S4で690.3g/mol;
Figure 2013523931
実施例3:ポリ(5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン)
Figure 2013523931
69mg(1mmol)の5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェンを1mlの無水ジクロロベンゼンにアルゴン下で溶解し、ジクロロベンゼン中の65mg(4mmol)の無水塩化鉄(III)の懸濁液に加える。混合物を60℃で24時間加熱し、それからメタノールに注ぐ。固体沈殿物を濾取し、ジクロロベンゼンに溶解し、メタノールに加える。数滴のヒドラジン(98%)の添加は、沈殿を引き起こす。濾過により固体を得、ジクロロベンゼンに溶解し、ヒドラジンを加え、室温で24時間撹拌する。ポリマーをメタノールに沈殿させ、濾過し、真空下で乾燥し、62mgの黄赤色の固体(90%)を得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、135℃、ポリスチレン標準):Mn=26kg/mol、Mw=72kg/mol;
Figure 2013523931
ポリマーP5はトルエンに容易に溶解し、室温でも安定した溶液を形成する。
実施例4:5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン
Figure 2013523931
570mg(3mmol)のベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェンを50mlの無水THFにアルゴン下で溶解し、−78℃に冷却する。4.7ml(7.5mmol、3当量)のt−ブチルリチウム(ペンタン中1.6M)を加える。溶液を冷浴で1時間撹拌する。この後、5mlの無水THF中の2.49g(7.5mmol)のテトラブロモメタンの溶液を加え、冷浴で30分間撹拌する。10mlの濃重炭酸ナトリウム溶液を−78℃で加える。室温に温めた後、溶液を100mlのジエチルエーテルで抽出し、水で洗浄し、乾燥し、溶媒を蒸発させる。粗生成物をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルで溶出する。生成物をエタノールから結晶化させて、300mg(29%)の無色の針を得る。Mp=128℃;MS(FD、8kV)m/z=348.2g/mol−計算値:C10H4Br2S2で347.8g/mol;
Figure 2013523931
実施例5:5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン
Figure 2013523931
245mg(0.7mmol)の5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン及び1.1g(2mmol)の3−ドデシル−2−トリブチルスタンニルチオフェンを、10mlの無水DMFにアルゴン下で溶解する。50mg(50μmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える。得られた溶液を110℃で一晩加熱する。溶媒を真空下で除去し、残渣をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルとジクロロメタンの混合物(20:1v/v)で溶出する。酢酸エチルからの結晶化は、170mg(35%)のベージュ色の粉末を生じる。Mp=54℃;MS(FD、8kV)m/z=690.5g/mol−計算値:C42H58S4で690.3g/mol;
Figure 2013523931
実施例6:ポリ(5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン)
Figure 2013523931
50mg(0.7mmol)の5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェンを1mlの無水ジクロロベンゼンにアルゴン下で溶解し、ジクロロベンゼン中の47mg(2.9mmol)の無水塩化鉄(III)に加える。混合物を60℃で8時間加熱し、それからメタノールに注ぐ。固体沈殿物を濾取し、ジクロロベンゼンに溶解し、メタノールに加える。数滴のヒドラジン(98%)の添加は、沈殿を引き起こす。濾過により固体を得、ジクロロベンゼンに溶解し、ヒドラジンを加え、室温で24時間撹拌する。ポリマーをメタノールに沈殿させ、濾過し、真空下で乾燥し、41mgの赤色の固体(82%)を得る。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、135℃、ポリスチレン標準):Mn=17kg/mol、Mw=88kg/mol。
以下の実施例7〜12は、本発明の(コ)ポリマー及び中間体の調製の幾つかの代替的な方法を示す。
実施例7:
a)5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(2)
Figure 2013523931
500mg(2.6mmol)のベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(1)を、20の無水THFにアルゴン下で溶解する。溶液を−78℃に冷却する。4.9ml(7.8mmol、3当量)の、ヘキサン中1.6M n−ブチルリチウム溶液を加える。得られた混合物を−78℃で2時間撹拌し、それから2g(10mmol)の塩化トリメチルスズを固体で一度に加える。反応混合物を室温に温め、重炭酸ナトリウム水溶液に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出し、乾燥する。溶媒を蒸発させた後、残渣をアセトニトリルにより4℃で3回結晶化させ、530mg(40%)の無色の結晶を生じる。Mp=135℃;MS(FD、8kV)m/z=514.9g/mol−計算値:C16222Sn2で515.9g/mol;
Figure 2013523931
b)ポリ(5,5−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン)(4)
Figure 2013523931
103.17mg(0.2mmol)の5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(2)及び132.14mg(0.2mmol)の4,4’−ジドデシル−5,5’−ジブロモ−2,2’−ジチオフェン(3)を、2mlの無水1,2−ジクロロベンゼンにアルゴン下で溶解する。5mg(16μmol)のトリ−o−トリルホスフィン及び4mg(4μmol)のPd2(dba)3を加える。得られた混合物を140℃で3日間加熱する。溶液を1,2−ジクロロベンゼンで希釈し、メタノールに沈殿させる。濾過後、ポリマーをメタノールに2回再沈殿させ、乾燥する。100mgの赤色の固体を得る(73%)。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、135℃)分析で、ポリスチレン標準に対して、Mn=12kg/mol及びMw=25kg/molを得る。
Figure 2013523931
実施例8:
a)5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(6)
Figure 2013523931
260mg(1.37mmol)のベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(5)を10mlの無水THFにアルゴン下で溶解し、−78℃に冷却する。t−ブチルリチウム(2.6ml、4.2mmol)の1.6M溶液を加え、2時間撹拌する。この時間の後、820mg(4.2mmol)の塩化トリメチルスズを固体で加える。溶液を室温に温め、ジエチルエーテルで希釈し、重炭酸ナトリウム水溶液で抽出し、乾燥し、蒸発させる。残留油状物をアセトニトリルに溶解し、RP−18シリカゲルでの濾過に付す。第1画分を収集し、蒸発させる。残渣をアセトニトリルから−20℃で2回結晶化させ、96mg(14%)の無色の針を得る。Mp=58℃;MS(FD、8kV)m/z=515.2−計算値:C16222Sn2で515.9g/mol;
Figure 2013523931
b)ポリ(5,5’−ビス(3−ドデシルチオフェン−2−イル)−ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン)(7)
Figure 2013523931
マイクロ波管に、51.59mg(0.1mmol)の5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(6)及び66.07(0.1mmol)の4,4’−ジドデシル−5,5’−ジブロモ−2,2’−ジチオフェン(3)を投入する。グローブボックスの中、5mg(5μmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、1mlの無水トルエン及び0.1mlの無水DMFを加える。管を密閉し、300Wのマイクロ波により、120℃で5分間、140℃で5分間、最後に170℃で40分間照射する。得られた混合物を温クロロベンゼンに溶解し、メタノールに沈殿させ、アセトンでのソッスクレー押出に12時間付す。63mgの赤橙色の固体を得る(91%)。GPC(1,2,4−トリクロロベンゼン、135℃)分析で、ポリスチレン標準に対して、Mn=11kg/mol及びMw=25kg/molを得る。
Figure 2013523931
実施例9:5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(8)
Figure 2013523931
570mg(3mmol)のベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(5)を50mlの無水THFにアルゴン下で溶解し、−78℃に冷却する。4.7ml(7.5mmol、3当量)のt−ブチルリチウム(ペンタン中1.6M)を加える。溶液を冷浴で1時間撹拌する。この後、5mlの無水THF中の2.49g(7.5mmol)のテトラブロモメタンの溶液を加え、冷浴で30分間撹拌する。10mlの濃重炭酸ナトリウム溶液を−78℃で加える。室温に温めた後、溶液を100mlのジエチルエーテルで抽出し、水で洗浄し、乾燥し、溶媒を蒸発させる。粗生成物をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルで溶出する。生成物をエタノールから結晶化させ、300mg(29%)の無色の針を得る。Mp=128℃;MS(FD、8kV)m/z=348.2g/mol−計算値:C104Br22で347.8g/mol;
Figure 2013523931
実施例10:5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(10)
Figure 2013523931
245mg(0.7mmol)の5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;3,4−b’]ジチオフェン(8)及び1.1g(2mmol)の3−ドデシル−2−トリブチルスタンニルチオフェン(9)を、10mlの無水DMFにアルゴン下で溶解する。50mg(50μmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える。得られた溶液を110℃で一晩加熱する。溶媒を真空下で除去し、残渣をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルとジクロロメタンの混合物(20:1v/v)で溶出する。酢酸エチルから結晶化させ、170mg(35%)のベージュ色の粉末を生じる。Mp=54℃;MS(FD、8kV)m/z=690.5g/mol−計算値:C42584で690.3g/mol;
Figure 2013523931
実施例11:5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(12)
Figure 2013523931
350gm(1mmol)のトランス−ジ(5−ブロモチオフェン−2−イル)エタン(11)を200mlのトルエンに溶解する。約2mg(約10μmol)のヨウ素を加える。溶液を、空気中で激しく撹拌しながら、UV光線(350nm、160W)で一晩照射する。溶液を、亜硫酸ナトリウムの水溶液で抽出し、乾燥し、溶媒を蒸発させる。残渣をエタノールから結晶化させ、300mg(86%)の無色の針を生じる。Mp=160℃;MS(FD、8kV)m/z=348.5g/mol−計算値:C104Br22で347.8g/mol;
Figure 2013523931
実施例12:5,5’−ジ(3−ドデシルチオフェン−2−イル−)ベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(13)
Figure 2013523931
209mg(0.6mmol)の5,5’−ジブロモベンゾ[1,2−b;4,3−b’]ジチオフェン(12)を、10mlの無水DMFにアルゴン下で溶解する。5mlの無水THF中の810mg(2.5mmol)の3−ドデシル−2−トリブチルスタンニルチオフェン(9)の溶液、最後に30mg(30μmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加える。得られた溶液を100℃で一晩加熱する。溶媒を真空下で除去し、残渣をシリカゲルに吸着させ、石油エーテルとジクロロメタンの混合物(20:1v/v)で溶出する。酢酸エチルから結晶化させ、155mg(37%)の黄色の粉末を生じる。Mp=84℃;MS(FD、8kV)m/z=690.6g/mol−計算値:C42584で690.3g/mol;
Figure 2013523931
実施例13:トランジスターの特徴決定
一連のポリマーによる電界効果トランジスターは、標準的な設定により組み立てられ、二酸化ケイ素誘電体で高度にドープされたケイ素ウエハは、界面のヒドロキシ基を保護するためにHMDSで処理される。ポリマーをジクロロベンゼン中の5mg/ml溶液でスピン流延し、30〜50nm厚の膜を形成する。トップコンタクト型金電極をガス相から堆積させる。測定を黄色灯での窒素雰囲気下で実施する。このように決定された電荷担体移動度及びオンオフ比を下記の表2にまとめる。
実施例14:固体の形態
一連のポリマーの嵩高形態についての更なる情報については、材料を繊維として押し出す。X線ビームの二次元回折は、π積み重ね距離及び充填様式の両方を明らかにする。表2にまとめたように、π積み重ね距離はポリマーにおける曲率の程度に基本的に影響を受けない。全ての場合、0.37〜0.38nmの値が見出される。この値は、最高の電荷担体移動度を有するポリマーとほぼ同じである。
表2:繊維のX線散乱により得られた形態データ:a.π積み重ね距離;b.薄層間隔;及びトップコンタクトボトムゲート設定のケイ素基板の電界効果トランジスターの性能:c.飽和電界効果移動度;d.オンオフ比。
Figure 2013523931
実施例15:有機バルクヘテロ接点型太陽電池
太陽電池は以下の構造を有する:Al電極/LiF層/本発明の化合物を含む有機層/[ポリ(3,4−エチレンジオキシ−チオフェン)(PEDOT):ポリ(スチレンスルホン酸)(PSS)]/ITO電極/ガラス基板。太陽電池を、ガラス基板上に予めパターン形成したITOにPEDOT:PSSの層をスピン塗布し作製する。次に、化合物P4又はP5(1質量%):[60]PCBM又は[70]PCBM(置換C60又はC70フラーレン)の1:1混合物をスピン塗布する(有機層)。LiF及びAlを、シャドーマスクを介して高真空下で昇華させる。
太陽電池の性能
太陽電池の特徴は、AM1.5条件下、太陽光線シミュレーターによって測定される。また電流は、外部量子効率(EQE)測定から計算される。
実施例16:ポリマー16の合成及び用途
Figure 2013523931
a)20mlの無水THF中の1.05gの1の冷却した(−78℃)溶液に、4.5mlのブチルリチウム(ヘキサン中2.5M)を加える。得られた溶液を0℃で15分間撹拌し、−78℃に冷却する。5.2gの2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキソボロランを滴加し、−78℃で5分間保持し、次に溶液をゆっくりと室温に温め、撹拌を30分間続ける。反応を50mlのHCl(10%)を加えて停止させ、生成物を40mlの酢酸エチルで2回抽出する。合わせた有機抽出物を乾燥し、蒸発させ、粗14を得、ジイソプロピルエーテル:トルエン9:1からの結晶化により精製し、1.77gの14を白色の粉末として得る。
Figure 2013523931
b)アルゴン下、1.25gの15、0.51gの化合物14、7.4mgのPd(酢酸塩)2、37.9mgの2−(ジ−tert−ブチル−ホスフィノ)−1−フェニル−ピロールを、55mlのテトラヒドロフランと混合し、60℃に温める。次に0.29gの水酸化リチウムの溶液を反応混合物に加える。次に反応混合物を4時間還流し、室温に冷却する。緑青色の混合物を、メタノールにより沈殿させ、濾過する。濾液をクロロホルムに溶解し、1%NaCN水溶液で3時間環流する。有機相を水で洗浄し、次に乾燥し、蒸発させる。ポリマーをエタノールで沈殿させ、沈殿物をソックスレー(THF、次にクロロホルム)により分別する。クロロホルム画分は、所望のポリマー16を1.04g含有する。
c)有機バルクヘテロ接点型太陽電池
以下の構造の太陽電池を製造する:Al電極/LiF層/本発明の化合物を含む有機層/[ポリ(3,4−エチレンジオキシ−チオフェン)(PEDOT):ポリ(スチレンスルホン酸)(PSS)]/ITO電極/ガラス基板。太陽電池は、ガラス基板上に予めパターン形成したITOにPEDOT:PSSの層をスピン塗布することにより作製する。次に、ポリマー16(1質量%):[60]PCBM又は[70]PCBM(置換C60又はC70フラーレン)の1:1.5混合物をスピン塗布する(有機層)。LiF及びAlを、シャドーマスクを介して高真空下で昇華させる。
太陽電池の性能:太陽電池の特徴は、AM1.5G条件下、太陽シミュレーターに基づくキセノンランプを使用する100mW/cm2の照射及び0.09cm2のデバイス面積で測定される。これらの条件下、1.13%の効率が決定される(Jsc=2.0mA/cm2、FF=0.65及びVoc=0.84V)。
実施例17:ポリマー18の合成
Figure 2013523931
a)化合物17は実施例16に記載された化合物14の手順に従って製造される。
Figure 2013523931
b)ポリマー18は実施例16のポリマー16の製造について記載された手順と同様に製造される。

Claims (15)

  1. 反復構造単位:
    −[A]−及び−[COM]−
    を、好ましくは1:20〜20:1の[A]:[COM]質量比で含有するポリマー(I)を含み、
    ここで、
    Aが、式II又はIII:
    Figure 2013523931
    のベンゾジチオフェン反復単位であり、
    COMが、式
    Figure 2013523931
    及びこれらの組み合わせの反復単位から選択される
    有機半導体材料、層又は部品
    [式中、
    1、G2、G3、G4及びG5は、同一又は異なってもよく、水素、F等のハロゲン、C1〜C25アルキル、Oで及び/若しくはSで中断されたC2〜C25アルキル、C1〜C25アルコキシ、C3〜C12シクロアルキル、C2〜C25アルケニル、C2〜C25アルキニル、C4〜C25アリール、C5〜C25アルキルアリール又はC5〜C25アラルキルから選択され、そのそれぞれは非置換である又は1つ以上のハロゲン、ヒドロキシ、ニトロ、−CN又はC6〜C18アリールで置換されており、2個以上の炭素原子を有する任意のアルキルは、−O−、−COO−、−OCO−、−S−で中断されていてもよく;
    R1及びR2は、同一又は異なっていてもよく、水素、C1〜C100アルキル基、−COOR103、C1〜C100アルキル基(これは1つ以上のハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、−CN若しくはC6〜C18アリール基で置換されている及び/又は−O−、−COO−、−OCO−若しくは−S−で中断されている);C7〜C100アリールアルキル基、カルバモイル基、C5〜C12シクロアルキル基(これはC1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)、C6〜C24アリール基、特にフェニル又は1−若しくは2−ナフチル(これはC1〜C8アルキル、C1〜C8チオアルコキシ及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)又はペンタフルオロフェニルから選択され;
    pは、0、1、2又は3であり;
    3及びR3’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシであり;
    4及びR4’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシであり;
    1及びX2は、互いに独立して、−O−、−S−、−NR8−、−Si(R11)(R11’)−、−C(R7)(R7’)−、−C(=O)−、
    Figure 2013523931
    であり、
    X3及びX4の一方はNであり、他方はCR99であり;
    5は、−O−又は−NR8−であり;
    5及びR5’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよいC1〜C25アルキル;C1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよいC6〜C24アリール;C7〜C25アリールアルキル、CN又はC1〜C25アルコキシであるか;或いは
    5及びR5’は、一緒になって環を形成し、
    6は、H、C1〜C18アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C1〜C18ペルフルオロアルキル、C6〜C24アリール(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよい);C2〜C20ヘテロアリール(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されていてもよい);又はCNであり、
    7及びR7’は、互いに独立して、水素、C1〜C35アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);又はC7〜C25アリールアルキルであり、
    8及びR8’は、互いに独立して、水素、C6〜C18アリール;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで置換されているC6〜C18アリール;又は1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよいC1〜C25アルキル、特にC4〜C25アルキル;又はC7〜C25アリールアルキルであり、
    11及びR11’は、互いに独立して、C1〜C35アルキル基、C7〜C25アリールアルキル又はフェニル基(これはC1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシで1〜3回場合により置換されうる)であり;
    R103は、C1〜C50アルキル、特にC4〜C25アルキルであり;
    R99、R104及びR104’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、特にF又はC1〜C25アルキル基、特にC4〜C25アルキル(これは、1個以上の酸素又は硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C25アルコキシ基であり、
    R105及びR105’は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25アリールアルキル又はC1〜C18アルコキシであり、
    R107は、H;C6〜C18アリール;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで置換されているC6〜C18アリール;C1〜C18アルキル;又は−O−で中断されているC1〜C18アルキルである]。
  2. コポリマー(I)を含む薄膜半導体が基板に堆積される、基板を含む複合材料の形態の請求項1記載の有機半導体材料。
  3. 請求項1に定義されたコポリマー(I)を含む半導体デバイス。
  4. 有機光起電デバイス(太陽電池)、ダイオード、フォトダイオード、有機電界効果トランジスターである、請求項3記載の半導体デバイス。
  5. コポリマー(I)において、
    1、G2、G3、G4及びG5が、互いに独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキル、Oで及び/若しくはSで中断されたC2〜C25アルキル、C1〜25アルコキシ、C3〜C12シクロアルキル、C2〜C25アルケニル、C2〜C25アルキニル、フェニル、ナフチル、C1〜C12アルキルフェニル、フェニル−C1〜C12アルキルから選択され、そのそれぞれは非置換であるか又は1つ以上のフルオロ、−CN、フェニル、ナフチルで置換されており;
    R1及び2が、同一又は異なっていてもよく、C1〜C100アルキル、C5〜C12シクロアルキル(これはC1〜Cアルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)、フェニル又は1−若しくは2−ナフチル(これはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)又は−CR101102−(CH2u−A3から選択され、ここでR101及びR102が、水素又はC1〜C4アルキルを表し、A3が、フェニル又は1−若しくは2−ナフチル(そのそれぞれはC1〜C8アルキル及び/若しくはC1〜C8アルコキシで1〜3回置換されうる)を表し、uが、0、1、2又は3を表し;
    R103が、C1〜C25アルキルであり;
    X3及びX4の一方がNであり、他方がCR99であり、
    R99、R104及びR104’が、互いに独立して、水素、F又はC1〜C25アルキル基、特にC4〜C25アルキル(これは、1個以上の酸素又は硫黄原子で場合により中断されていてもよい)、C7〜C25フェニルアルキル、C1〜C25アルコキシであり、
    R105及びR105’が、互いに独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキル(これは1個以上の酸素若しくは硫黄原子で場合により中断されていてもよい);C7〜C25フェニルアルキル又はC1〜C18アルコキシであり、
    R107が、H;C1〜C18アルキル若しくはC1〜C18アルコキシで場合により置換されているフェニル若しくはナフチル;C1〜C18アルキル;又は−O−で中断されているC2〜C18アルキルである、
    請求項1〜4のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  6. コポリマー(I)が式I’に一致し、
    Figure 2013523931
    式中、単位[A]及び[COM]の順番が、統計的、ブロック又は特に交互であり;v及びwが、それぞれ4〜1000、特に4〜200、とりわけ5〜100であり;
    部分COMが、式
    Figure 2013523931
    及びこれらの組み合わせの反復単位から選択される
    請求項1〜5のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  7. コポリマー(I)において、部分COMが、式
    Figure 2013523931
    Figure 2013523931
    の反復単位から選択される、請求項1〜6のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  8. コポリマー(I)において、
    1、G2、G3、G4及びG5が、独立して、水素、フルオロ、C1〜C25アルキルから選択され、特に水素であり;
    1及びR2が、C1〜C35アルキル、特にC8〜C35アルキル基であり、
    各R104及びR104’が、独立して、H、C1〜C25アルキルから選択される
    請求項1〜7のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  9. コポリマー(I)が、式XII〜XV
    Figure 2013523931
    [式中、nは、4〜300、特に10〜200である]
    のいずれかに一致する、請求項1〜8のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  10. コポリマー(I)が、質量平均Mwとして示される、5000〜約200000、特に約10000〜約120000の分子量範囲である、請求項1〜9のいずれか1項記載の材料又はデバイス。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に定義されたコポリマー(I)。
  12. 液体媒質に溶解又は分散された請求項1〜10のいずれか1項に定義された1つ以上のコポリマー(I)を含む組成物。
  13. 有機発光ダイオード、太陽電池のような光起電部品、センサー、電池の半導体部品における半導体若しくは電荷輸送材料若しくは薄膜トランジスターとしての又は有機電界効果トランジスター若しくは光導波路としての若しくは電子写真用途における、請求項1〜10のいずれか1項に定義されたコポリマー(I)の使用。
  14. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の複合材料又はデバイスの製造方法であって、請求項1又は5〜10のいずれか1項に定義されたコポリマー(I)を液体媒質に溶解し、溶液を形成すること、溶液を(特に、スピン塗布、ドロップキャスティング、ディップ塗布、印刷により)基板に堆積させること、溶媒を除去し、薄膜半導体を基板上に形成することを含む前記方法。
  15. 下記式:
    Figure 2013523931
    [式中、−COM1−はCOMで定義されたとおりであり、A及び−COM−は請求項1〜10のいずれか1項に定義されたとおりである]のポリマーの製造方法であって、
    式X10−A−X10の二ハロゲン化物を、式
    Figure 2013523931
    に対応する実質的に等モル量のジボロン酸若しくはジボロネートと反応させる又は
    下記式:
    Figure 2013523931
    の二ハロゲン化物を、式:X11−A−X11に対応する実質的に等モル量のジボロン酸若しくはジボロネートと
    溶媒中及び触媒の存在下で反応させることを含み、
    式中、X10が、ハロゲン、特にBrであり、
    11が、それぞれの場合に独立して、−B(OH)2、−B(OY12
    Figure 2013523931
    であり、ここでY1が、それぞれの場合に独立して、C1〜C10アルキル基であり、Y2が、それぞれの場合に独立して、C2〜C10アルキレン基であり、
    13及びY14が、互いに独立して、水素又はC1〜C10アルキル基であり;或いは
    式X10−A−X10の二ハロゲン化物を、式
    Figure 2013523931
    に対応する等モル量の有機スズ化合物と反応させる又は

    Figure 2013523931
    の二ハロゲン化物を、式X11’−A−X11’に対応する等モル量の有機スズ化合物と反応させることを含み、式中、
    11’が、それぞれの場合に独立して、−SnR207208209であり、ここでR207、R208及びR209が、同一又は異なって、H又はC1〜C6アルキルである、或いは基R207、R208及びR209のうちの2つが環を形成し、これらの基が場合により分岐されている、前記方法。
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