JP2015034239A - Organic hetero polymer and semiconductor device using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic hetero polymer having high carrier mobility and high solubility to organic solvents in spite of having high molecular weight, and useful for forming an organic semiconductor.SOLUTION: The organic hetero polymer for an organic semiconductor has a repeating unit represented by the following formula (1) or (2). (in the formula, M is a hetero atom selected from group 14 to 16 elements in the periodic table and having a valence of 3 to 6, Rrepresents an aryl group, Rrepresents an aryl group or the like, m1 and m2 are 0 or 1 (the sum of m1 and m2 is 1 or 2), Rand Rrepresent a halogen atom or the formula -Z-R, (Z represents group 16 elements in the periodic table and Rrepresents an aryl group or the like), Rand Rrepresent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or an alkylthio group, Rand Rmay bind each other to form a ring, but M is not a phosphorus atom when Ris a phenyl group, m1 is 1 and m2 is 0 in the formula (1)).

Description

本発明は、半導体素子、光電変換素子などとして有機半導体を形成するのに有用な有機ヘテロ高分子(又は有機金属高分子)、この高分子で形成された有機半導体およびそれを用いたデバイス(半導体デバイス)に関する。   The present invention relates to an organic heteropolymer (or organometallic polymer) useful for forming an organic semiconductor as a semiconductor element, a photoelectric conversion element, etc., an organic semiconductor formed from this polymer, and a device (semiconductor) using the same Device).

金属フタロシアニンに代表される有機金属化合物は、その有機分子−金属間の結合により、特異な電子状態や非常に安定な分子構造を形成するものが多い。これらの特徴により、古くから有機顔料などとして用いられてきた。   Many organometallic compounds typified by metal phthalocyanines form a unique electronic state or a very stable molecular structure due to the bond between the organic molecule and the metal. Due to these characteristics, it has been used as an organic pigment for a long time.

近年では、熱・光や電場など外部エネルギーに対する応答性から、電子写真方式のプリンターの感光材、CD−Rなどの記録媒体などのエレクトロニクス分野への利用が広まっている。特に、最近では、有機半導体としての機能が注目され、有機トランジスタや有機薄膜太陽電池への利用が検討されている。有機半導体を用いた電子デバイスは、印刷により作製できるため、無機系デバイスに比べて、より安価に大量生産できると期待されている。   In recent years, responsiveness to external energy such as heat, light, and electric field has led to widespread use in the electronics field, such as photosensitive materials for electrophotographic printers and recording media such as CD-Rs. In particular, recently, its function as an organic semiconductor has attracted attention, and its use for organic transistors and organic thin-film solar cells has been studied. Since an electronic device using an organic semiconductor can be manufactured by printing, it is expected that it can be mass-produced at a lower cost than an inorganic device.

しかし、従来の有機金属化合物は溶剤に不溶又は難溶であるものが多く、その成膜は主に真空蒸着法で行っているため、作製した電子デバイスは高価である。   However, many of the conventional organometallic compounds are insoluble or hardly soluble in a solvent, and the film formation is mainly performed by a vacuum deposition method, so that the manufactured electronic device is expensive.

このような課題を改善するため、特開2011−162575号公報(特許文献1)には、例えば、4−置換アミドフタロニトリル(4−アセトアミドフタロニトリル、4−ピリジルアミドフタロニトリルなど)と4−アルキルフタロニトリル(4−t−ブチルフタロニトリルなど)とを金属塩(Ni,Zn、Cuなどの金属塩)の存在下で反応させ、金属トリスアルキル−4−置換アミド−フタロシアニンを製造することが記載され、このフタロシアニン化合物を加水分解してアミノ基を有する可溶性の置換フタロシアニンを製造することも記載されている。このようなフタロシアニン誘導体は、フタロシアニンにt−ブチル基などの立体障害の大きな官能基が導入され、フタロシアニン間のスタッキングを防止でき、溶媒に可溶である。   In order to improve such problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-162575 (Patent Document 1) describes, for example, 4-substituted amidophthalonitrile (4-acetamidophthalonitrile, 4-pyridylamidophthalonitrile, etc.) and 4- Reacting an alkylphthalonitrile (such as 4-t-butylphthalonitrile) in the presence of a metal salt (metal salt such as Ni, Zn, Cu) to produce a metal trisalkyl-4-substituted amide-phthalocyanine. It is also described that the phthalocyanine compound is hydrolyzed to produce a soluble substituted phthalocyanine having an amino group. Such a phthalocyanine derivative has a functional group having a large steric hindrance such as a t-butyl group introduced into phthalocyanine, can prevent stacking between phthalocyanines, and is soluble in a solvent.

しかし、スタッキングを阻害する官能基を導入すると、分子間の電子移動が困難となるため、光電特性、有機半導体としての機能は低下する。   However, when a functional group that inhibits stacking is introduced, electron transfer between molecules becomes difficult, so that the photoelectric characteristics and the function as an organic semiconductor are lowered.

また、ポルフィリン構造を導入した高分子も知られている。J. Polym. Sci. Part A, 43 (2005) 2997(非特許文献1)には、5−[4−(2−メタクリロイルオキシエトキシカルボニル)フェニル]−10,15,20−トリフェニルポルフィナト 白金(II)をイソブチルメタクリレート及び2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートと共重合し、側鎖にポルフィリン構造を導入した高分子を調製し、この高分子を、酸素透過性高分子中に埋設した発光分子からなる感圧素子用に用いることが記載されている。   A polymer having a porphyrin structure is also known. J. Polym. Sci. Part A, 43 (2005) 2997 (Non-Patent Document 1) includes 5- [4- (2-methacryloyloxyethoxycarbonyl) phenyl] -10,15,20-triphenylporfinato platinum. (II) was copolymerized with isobutyl methacrylate and 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate to prepare a polymer having a porphyrin structure introduced in the side chain, and this polymer was embedded in an oxygen permeable polymer. It is described that it is used for a pressure-sensitive element made of a luminescent molecule.

しかし、このような高分子は、側鎖間距離を十分に離した構造により側鎖の錯体同士のスタッキング形成を防ぐため、やはり電気特性、光電特性、有機半導体としての機能は十分でなく、より高い電子移動度を必要とする。例えば、エネルギーバンドギャップが広く、有機半導体としての特性に劣り、有機トランジスタや有機太陽電池用途には適していない。   However, since such a polymer prevents stacking formation between side chain complexes due to a structure in which the distance between side chains is sufficiently separated, the electrical characteristics, photoelectric characteristics, and functions as an organic semiconductor are still insufficient. Requires high electron mobility. For example, it has a wide energy band gap, is inferior in characteristics as an organic semiconductor, and is not suitable for organic transistor or organic solar cell applications.

特開2011−162575号公報(特許請求の範囲、実施例)JP 2011-162575 A (Claims, Examples)

J. Polym. Sci. Part A; Polym. Chem, 43 (2005) 2997(ABSTRACT)J. Polym. Sci. Part A; Polym. Chem, 43 (2005) 2997 (ABSTRACT)

従って、本発明の目的は、分子量が高いにも拘わらず導電性(キャリア移動度)が高く、高分子有機半導体を形成するのに有用な有機ヘテロ高分子(又は有機金属高分子)、この高分子を含む組成物(又はコーティング組成物)、この組成物で形成された有機半導体、及びこの有機半導体を含むデバイス(半導体デバイス)を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic heteropolymer (or organometallic polymer) that has high conductivity (carrier mobility) despite its high molecular weight and is useful for forming a polymer organic semiconductor. It is providing the composition (or coating composition) containing a molecule | numerator, the organic semiconductor formed with this composition, and the device (semiconductor device) containing this organic semiconductor.

本発明の他の目的は、有機溶媒に対する溶解性が高く、高い導電性を有する有機ヘテロ高分子、この高分子を含む組成物(又はコーティング組成物)、この組成物で形成された有機半導体、及びこの有機半導体を含むデバイスを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an organic heteropolymer having high solubility in an organic solvent and high conductivity, a composition (or coating composition) containing the polymer, an organic semiconductor formed from the composition, And providing a device including the organic semiconductor.

本発明のさらに他の目的は、コーティングなどの簡便な方法により成膜可能な有機半導体用組成物(コーティング組成物)を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an organic semiconductor composition (coating composition) that can be formed into a film by a simple method such as coating.

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、主鎖にチオフェン単位とヘテロ元素核(ヘテロ金属原子など)を含む5員環単位又はジエン単位を有する高分子(共役系高分子)が、導電性が高く半導体を形成するのに有用であること、アルキル基を有するチオフェン単位を導入することにより溶解性を改善できることを見いだし、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a polymer (conjugated polymer) having a 5-membered ring unit or diene unit containing a thiophene unit and a heteroelement nucleus (such as a heterometal atom) in the main chain. ) Has been found to be highly conductive and useful for forming semiconductors, and that the solubility can be improved by introducing a thiophene unit having an alkyl group, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の有機ヘテロ高分子(有機金属高分子)は、下記式(1)又は(2)で表される繰り返し単位を有する。   That is, the organic heteropolymer (organometallic polymer) of the present invention has a repeating unit represented by the following formula (1) or (2).

Figure 2015034239
Figure 2015034239

(式中、Mは、周期表14族(又は4B族)元素、15族(又は5B族)元素、及び16族(又は6B族)元素から選択され、かつ原子価が3〜6価であるヘテロ原子を示し、
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示し、
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、又は周期表16族(又は6B族)元素及び周期表11族(又は1B族)元素から選択された一価又は二価のヘテロ原子、又は配位子と錯体を形成した金属原子を示し、
(In the formula, M is selected from Group 14 (or Group 4B) elements, Group 15 (or Group 5B) elements, and Group 16 (or Group 6B) elements of the periodic table, and has a valence of 3 to 6 Indicates a heteroatom,
R 1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group or a heteroaryl group,
R 2 is a monovalent or divalent selected from an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or a group 16 (or group 6B) element and a group 11 (or group 1B) element of the periodic table A heteroatom or a metal atom complexed with a ligand,

Figure 2015034239
は単結合又は二重結合を示し、
m1及びm2はそれぞれ0又は1を示し、m1とm2との合計は1又は2であり、
及びRはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は式−Z−R
(Zは周期表14族(又は4B族)元素、15族(又は5B族)元素又は16族(又は6B族)元素を示し、Rはアリール基又はヘテロアリール基を示す)を示し、
6a及びR6bは、それぞれ独立して、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bは互いに結合して環を形成してもよい。
Figure 2015034239
Represents a single bond or a double bond,
m1 and m2 each represent 0 or 1, and the sum of m1 and m2 is 1 or 2,
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a formula —Z—R 5
(Z represents a periodic table group 14 (or group 4B) element, group 15 (or group 5B) element or group 16 (or group 6B) element, R 5 represents an aryl group or a heteroaryl group),
R 6a and R 6b are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a linear or branched alkylthio group, R 6a and R 6b may be bonded to each other to form a ring.

ただし、式(1)において、Rがフェニル基、m1が1、m2が0であるとき、Mはリン原子ではない)
有機ヘテロ高分子は有機半導体を形成するために有用であり、有機半導体用有機ヘテロ高分子(有機金属高分子)ともいうことができる。前記ヘテロ高分子の繰り返し単位は、例えば、下記式(1a)〜(1c)及び(2a)で表すこともできる。
However, in Formula (1), when R 1 is a phenyl group, m1 is 1, and m2 is 0, M is not a phosphorus atom)
The organic heteropolymer is useful for forming an organic semiconductor, and can also be referred to as an organic heteropolymer (organic metal polymer) for an organic semiconductor. The repeating unit of the heteropolymer may be represented by, for example, the following formulas (1a) to (1c) and (2a).

Figure 2015034239
Figure 2015034239

(式中、Mは周期表15族(又は5B族)元素又は16族(又は6B族)元素を示し、
は周期表14族(又は4B族)元素、15族(又は5B族)元素又は16族(又は6B族)元素を示し、
1a、R1b及びR1cは、同一又は異なって、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示し、
2aは周期表16族(又は6B族)元素を示し、
2bは、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基、周期表11族(又は1B族)元素から選択された金属原子又は配位子と錯体を形成した金属原子を示し、
環Arはアレーン環又はヘテロアレーン環を示し、
はそれぞれ直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示し、
及びZは同一又は異なって周期表16族(又は6B族)元素を示し、
qは0又は1〜3の整数を示し、
6a及びR6bは、同一又は異なって、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルコキシ基、又は直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bの少なくとも一方は水素原子ではなく、R6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有するヘテロ環を形成してもよい)
なお、R6a及びR6bは、同一又は異なって、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基又は直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bの少なくとも一方は水素原子ではなく、R6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、及び硫黄原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有する5員乃至8員ヘテロ環を形成してもよい。さらに、R6a及びR6bの少なくとも一方は、直鎖状又は分岐鎖状C4−14アルキル基であるか、若しくはR6a及びR6bは互いに結合してアルキレンジオキシ基を形成してもよい。
(In the formula, M 1 represents a periodic table group 15 (or group 5B) element or group 16 (or group 6B) element;
M 2 represents a periodic table group 14 (or group 4B) element, group 15 (or group 5B) element or group 16 (or group 6B) element;
R 1a , R 1b and R 1c are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group,
R 2a represents a group 16 (or group 6B) element of the periodic table,
R 2b represents a metal atom selected from an alkyl group, aryl group or heteroaryl group, a metal atom selected from Group 11 (or Group 1B) elements of the periodic table, or a metal atom complexed with a ligand;
Ring Ar represents an arene ring or a heteroarene ring,
R 7 represents a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a linear or branched alkylthio group,
Z 1 and Z 2 are the same or different and represent a group 16 (or group 6B) element of the periodic table,
q represents 0 or an integer of 1 to 3,
R 6a and R 6b are the same or different and each represents a hydrogen atom, a linear or branched C 1-16 alkyl group, a linear or branched C 1-16 alkoxy group, or a linear or branched chain Jo C 1-16 show an alkylthio group, that at least one of the hydrogen atoms of the R 6a and R 6b, R 6a and R 6b are bonded to each other, selected cycloalkane ring, oxygen atom, sulfur atom and nitrogen atom A heterocycle having at least one heteroatom formed)
R 6a and R 6b are the same or different and are a hydrogen atom, a linear or branched C 4-16 alkyl group, a linear or branched C 4-16 alkoxy group, a linear or branched group. It shows the chain C 4-16 alkylthio group, that at least one of the hydrogen atoms of R 6a and R 6b, R 6a and R 6b are bonded to each other, are selected cycloalkane ring, oxygen atom, and sulfur atom A 5- to 8-membered heterocycle having at least one heteroatom may be formed. Further, at least one of R 6a and R 6b is a linear or branched C 4-14 alkyl group, or R 6a and R 6b may be bonded to each other to form an alkylenedioxy group. .

前記有機ヘテロ高分子の数平均分子量は、例えば、1×10〜1×10程度であってもよい。また、有機ヘテロ高分子は、半導体特性を有していればよい。 The number average molecular weight of the organic heteropolymer may be, for example, about 1 × 10 3 to 1 × 10 5 . Moreover, the organic heteropolymer should just have a semiconductor characteristic.

前記有機ヘテロ高分子は、有機溶媒に可溶であるという特色がある。そのため、本発明は、有機半導体を形成するための組成物であって、前記有機ヘテロ高分子と、有機溶媒とを含む組成物も包含し、この組成物は有機半導体を形成するために有用である。本発明は、基材の少なくとも一方の面に前記組成物を塗布して乾燥し、有機半導体を形成する有機半導体の製造方法も包含する。   The organic heteropolymer is characterized by being soluble in an organic solvent. Therefore, the present invention also includes a composition for forming an organic semiconductor, the composition including the organic heteropolymer and an organic solvent, and the composition is useful for forming an organic semiconductor. is there. This invention also includes the manufacturing method of the organic semiconductor which apply | coats the said composition to at least one surface of a base material, and dries and forms an organic semiconductor.

さらに、本発明は、前記有機ヘテロ高分子で形成された有機半導体;及びこの有機半導体を含む電子デバイスも包含する。電子デバイスは、例えば、光電変換素子、スイッチング素子及び整流素子から選択された一種であってもよい。   Furthermore, the present invention also includes an organic semiconductor formed of the organic heteropolymer; and an electronic device including the organic semiconductor. The electronic device may be a kind selected from, for example, a photoelectric conversion element, a switching element, and a rectifying element.

なお、本明細書中、「有機ヘテロ高分子」とは、硫黄、窒素、酸素、リンなどのヘテロ原子だけでなく、ヘテロ金属原子を含む高分子を意味する。そのため、「有機ヘテロ高分子」を有機金属高分子という場合もある。   In the present specification, “organic heteropolymer” means a polymer containing not only heteroatoms such as sulfur, nitrogen, oxygen, and phosphorus but also heterometal atoms. Therefore, the “organic heteropolymer” is sometimes referred to as an organometallic polymer.

本発明では、有機へテロ高分子がチオフェン環とヘテロ原子を含む5員芳香族性環又はジエン単位とが共役結合(π−電子共役結合)した構造を有し、半導体特性を有するため、分子量が大きいにも拘わらず導電性(キャリア移動度)が高く、高分子有機半導体を形成するのに有用である。また、側鎖に長鎖アルキル鎖を導入すると、有機溶媒に対する溶解性が高く、しかも高い導電性を有する。そのため、有機ヘテロ高分子をコーティング組成物とし、コーティングなどの簡便な方法により有機半導体を成膜可能である。   In the present invention, the organic heteropolymer has a structure in which a thiophene ring and a 5-membered aromatic ring containing a hetero atom or a diene unit are conjugatedly bonded (π-electron conjugated bond), and has semiconductor characteristics. In spite of being large, the conductivity (carrier mobility) is high, which is useful for forming a polymer organic semiconductor. In addition, when a long alkyl chain is introduced into the side chain, it has high solubility in an organic solvent and high conductivity. Therefore, an organic semiconductor can be formed by a simple method such as coating using an organic heteropolymer as a coating composition.

[有機ヘテロ高分子]
前記式(1)又は(2)で表される繰り返し単位において、Mは、周期表14族(又は4B族)元素(例えば、Si、Ge、Sn、Pb)、15族(又は5B族)元素(例えば、N、P、As、Sb、Bi)、16族(又は6B族)元素(例えば、S、Se、Te)から選択された元素(ヘテロ原子)を示す。これらの元素Mのうち、周期表14族元素では、例えば、Si、Ge、Snなど、特にSnが好ましく、15族元素では、例えば、P、As、Sb、Biなどが好ましく、16族元素では、例えば、S、Se、Teなど、特にSe、Teが好ましい。特に、周期表14族元素(Ge、Sn)及び16族元素(Se、Te)が好ましい。これらの元素(ヘテロ原子)の原子価は、通常、元素(ヘテロ原子)の種類に応じて、3〜6価、好ましくは3〜5価である。周期表14族元素(例えば、Sn)は4価である場合が多く、15族元素(例えば、P)は3〜5価である場合が多く、周期表16族元素(例えば、S、Se、Te)は3〜5価である場合が多い。
[Organic heteropolymer]
In the repeating unit represented by the formula (1) or (2), M is a periodic table group 14 (or group 4B) element (for example, Si, Ge, Sn, Pb), group 15 (or group 5B) element. (For example, N, P, As, Sb, Bi), an element (heteroatom) selected from a group 16 (or group 6B) element (for example, S, Se, Te) is shown. Among these elements M, the group 14 element of the periodic table is preferably, for example, Si, Ge, Sn, etc., particularly Sn, the group 15 element is preferably, for example, P, As, Sb, Bi, etc. For example, S, Se, Te, etc., Se and Te are particularly preferable. In particular, Group 14 elements (Ge, Sn) and Group 16 elements (Se, Te) are preferable. The valences of these elements (heteroatoms) are usually 3-6 valences, preferably 3-5 valences, depending on the type of the element (heteroatom). The periodic table group 14 element (eg, Sn) is often tetravalent, the group 15 element (eg, P) is often 3 to 5 valent, and the periodic table group 16 element (eg, S, Se, Te) is often 3-5.

及びRで表されるアルキル基としては、例えば、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、s−ブチル基、t−ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1−6アルキル基などが例示できる。好ましいアルキル基は、直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基(例えば、C1−2アルキル基)である。 Examples of the alkyl group represented by R 1 and R 2 include linear or branched groups such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, s-butyl group, and t-butyl group. Examples thereof include a chain C 1-6 alkyl group. A preferable alkyl group is a linear or branched C 1-4 alkyl group (for example, a C 1-2 alkyl group).

及びRで表されるシクロアルキル基としては、例えば、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、シクロオクチル基などのC3−10シクロアルキル基などが例示できる。好ましいシクロアルキル基は、C5−8シクロアルキル基である。 Examples of the cycloalkyl group represented by R 1 and R 2 include C 3-10 cycloalkyl groups such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group. . Preferred cycloalkyl groups are C 5-8 cycloalkyl groups.

及びRで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などのC1−4アルキル基が置換していてもよいC6−12アリール基などが例示できる。好ましいアリール基は、フェニル基などのC6−10アリール基である。 Examples of the aryl group represented by R 1 and R 2 include a C 6-12 aryl group which may be substituted with a C 1-4 alkyl group such as a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, and a naphthyl group. It can be illustrated. Preferred aryl groups are C 6-10 aryl groups such as phenyl groups.

及びRで表されるヘテロアリール基としては、例えば、硫黄原子、窒素原子及び酸素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を含む5員複素環基(チエニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、フリル基など)、硫黄原子、窒素原子及び酸素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を含む6員複素環基(ピリジル基、ピラジル基など)などが例示できる。 Examples of the heteroaryl group represented by R 1 and R 2 include a 5-membered heterocyclic group containing at least one hetero atom selected from a sulfur atom, a nitrogen atom and an oxygen atom (thienyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group). And a 6-membered heterocyclic group (pyridyl group, pyrazyl group, etc.) containing at least one hetero atom selected from a sulfur atom, a nitrogen atom and an oxygen atom.

は、一価又は二価のヘテロ原子(ヘテロ金属原子)、例えば、周期表16族(又は6B族)元素(例えば、O、S、Se、Te)、周期表11族(又は1B族)元素(例えば、Cu、Ag、Au)から選択されたヘテロ原子(ヘテロ金属原子)であってもよい。Rで表されるヘテロ原子(ヘテロ金属原子)のうち、周期表16族元素(例えば、S、Se、Teなど、特にS、Se)、周期表11族元素(例えば、Ag、Auなど、特にAu)が好ましい。これらのヘテロ原子(ヘテロ金属原子)のうち、周期表16族元素は、元素(ヘテロ原子)Mと二重結合を形成して結合し、周期表11族元素は、元素(ヘテロ原子)Mと単結合を形成して結合している。また、ヘテロ原子(ヘテロ金属原子)(例えば、周期表11族元素)は、錯体(酸素原子、塩素、臭素などハロゲン原子、OH(ヒドロキソ)、H2O(アコ)、CO、CN、メトキシ基などのアルコキシ基、アセチル基、メトキシカルボニル(アセタト)基、アセチルアセトナト基、シクロペンタジエニル基、ピリジン、ホスフィンなどの配位子との錯体)を形成してもよく、ハロゲン化物(塩素、臭素などハロゲン化物)を形成してもよい。 R 2 represents a monovalent or divalent heteroatom (heterometallic atom), for example, a periodic table group 16 (or group 6B) element (for example, O, S, Se, Te), a periodic table group 11 (or group 1B). ) May be a heteroatom (heterometallic atom) selected from elements (eg, Cu, Ag, Au). Among the heteroatoms (heterometallic atoms) represented by R 2 , periodic table group 16 elements (eg, S, Se, Te, etc., particularly S, Se), periodic table group 11 elements (eg, Ag, Au, etc.) In particular, Au) is preferred. Among these heteroatoms (heterometallic atoms), the Group 16 element of the periodic table is bonded to the element (heteroatom) M by forming a double bond, and the Group 11 element of the periodic table is the element (heteroatom) M. They are bonded by forming a single bond. In addition, heteroatoms (heterometallic atoms) (for example, Group 11 elements of the periodic table) are complexes (oxygen atoms, halogen atoms such as chlorine and bromine, OH (hydroxo), H 2 O (aquo), CO, CN, methoxy groups. An alkoxy group such as an acetyl group, a methoxycarbonyl (acetato) group, an acetylacetonato group, a cyclopentadienyl group, a complex with a ligand such as pyridine or phosphine), and a halide (chlorine, A halide such as bromine).

は、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基(例えば、C1−2アルキル基)、フェニル基などのC6−10アリール基である場合が多く、Rは、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基(例えば、C1−2アルキル基)、フェニル基などのC6−10アリール基、一価のヘテロ原子(ヘテロ金属原子)又はその錯体(例えば、−AuX(Xはハロゲン原子を示す)など)、二価のヘテロ原子(ヘテロ金属原子)(例えば、=S、=Se、=Teなど)である場合が多い。 R 1 is a linear or branched C 1-4 alkyl group such as methyl group (e.g., C 1-2 alkyl group), often a C 6-10 aryl group such as a phenyl group, R 2 Is a linear or branched C 1-4 alkyl group such as a methyl group (eg, C 1-2 alkyl group), a C 6-10 aryl group such as a phenyl group, a monovalent hetero atom (hetero metal atom) ) Or a complex thereof (for example, -AuX (X represents a halogen atom)) or a divalent hetero atom (heterometallic atom) (for example, = S, = Se, = Te, etc.).

m1及びm2はそれぞれ0又は1を示す。ただし、m1とm2との合計は1又は2である。すなわち、元素(ヘテロ原子)Mの価数に応じて、m1=1及びm2=0、m1=0及びm2=1、m1=1及びm2=1であってもよい。   m1 and m2 each represents 0 or 1. However, the sum of m1 and m2 is 1 or 2. That is, depending on the valence of the element (heteroatom) M, m1 = 1 and m2 = 0, m1 = 0 and m2 = 1, m1 = 1 and m2 = 1 may be sufficient.

前記式(2)において、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素又はヨウ素原子)であってもよく、基−Z−Rであってもよい。好ましいR及びRは基−Z−Rである。 In the formula (2), R 3 and R 4 may each independently be a hydrogen atom, a halogen atom (fluorine, chlorine, bromine or iodine atom) or a group —Z—R 5 . Preferred R 3 and R 4 are the group —Z—R 5 .

前記Zは、前記例示の周期表14族(又は4B族)元素(例えば、Si、Ge、Sn、Pb、特に、Ge、Snなど)、15族(又は5B族)元素(例えば、N、P、As、Sb、Bi、特に、P、As、Sb、Biなど)及び16族(又は6B族)元素(例えば、O、S、Se、Te)から選択されたヘテロ原子(ヘテロ金属原子)であってもよい。ヘテロ原子(ヘテロ金属原子)は、周期表16族(又は6B族)元素、例えば、S、Se、Te(例えば、S、Se)である場合が多い。Rで表されるアリール基及びヘテロアリール基としては、前記R及びRと同様のアリール基及びヘテロアリール基が例示できる。Rはアリール基(例えば、フェニル基などのC6−10アリール基)である場合が多い。 Z is the group 14 (or group 4B) of the above-mentioned periodic table (for example, Si, Ge, Sn, Pb, especially Ge, Sn, etc.), the group 15 (or group 5B) (for example, N, P , As, Sb, Bi, in particular P, As, Sb, Bi, etc.) and heteroatoms (heterometallic atoms) selected from group 16 (or group 6B) elements (eg, O, S, Se, Te) There may be. The heteroatom (heterometallic atom) is often a group 16 (or group 6B) element of the periodic table, for example, S, Se, Te (for example, S, Se). Examples of the aryl group and heteroaryl group represented by R 5 include the same aryl groups and heteroaryl groups as those described above for R 1 and R 2 . R 5 is often an aryl group (for example, a C 6-10 aryl group such as a phenyl group).

6a及びR6bは、それぞれ独立して、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示す。アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基は溶媒可溶性を付与するのに有用である。R及びR6bで表されるアルキル基としては、例えば、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、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デカニル基、ウンデカニル基、ドデカニル基などの直鎖状又は分岐鎖状アルキル基(C1−16アルキル基など)などが例示できる。アルキル基は、通常、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−14アルキル基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−12アルキル基である。 R 6a and R 6b each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, or a linear or branched alkylthio group. Alkyl groups, alkoxy groups and alkylthio groups are useful for imparting solvent solubility. Examples of the alkyl group represented by R 6 and R 6b include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, neopentyl group, Examples thereof include linear or branched alkyl groups such as hexyl group, heptyl group, octyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decanyl group, undecanyl group and dodecanyl group (C 1-16 alkyl group and the like). The alkyl group is usually a linear or branched C 4-16 alkyl group, preferably a linear or branched C 6-14 alkyl group, more preferably a linear or branched C 6-12. It is an alkyl group.

6a及びR6bで表されるアルコキシ基は、前記アルキル基に対応する直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基(C1−16アルコキシ基など)、例えば、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルコキシ基、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−14アルコキシ基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−12アルコキシ基である。 The alkoxy group represented by R 6a and R 6b is a linear or branched alkoxy group (such as a C 1-16 alkoxy group) corresponding to the alkyl group, such as a hexyloxy group, an octyloxy group, 2- Linear or branched C 4-16 alkoxy group such as ethylhexyloxy group, preferably linear or branched C 6-14 alkoxy group, more preferably linear or branched C 6-12 alkoxy It is a group.

6a及びR6bで表されるアルキルチオ基は、前記アルキル基に対応する直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基(C1−16アルキルチオ基など)、例えば、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基などの直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキルチオ基、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−14アルキルチオ基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−12アルキルチオ基である。 The alkylthio group represented by R 6a and R 6b is a linear or branched alkylthio group (C 1-16 alkylthio group or the like) corresponding to the alkyl group, such as a hexylthio group, an octylthio group, or 2-ethylhexylthio. A linear or branched C 4-16 alkylthio group such as a group, preferably a linear or branched C 6-14 alkylthio group, more preferably a linear or branched C 6-12 alkylthio group is there.

6a及びR6bはアルキル基又はアルコキシ基である場合が多い。 R 6a and R 6b are often alkyl groups or alkoxy groups.

チオフェン環に対するR6a及びR6bの置換位置は、例えば、3−位又は4−位、3,4−位であってもよい。 The substitution positions of R 6a and R 6b with respect to the thiophene ring may be, for example, the 3-position, the 4-position, or the 3,4-position.

おな、チオフェン環に2つのR6a及びR6bが置換している場合、R6a及びR6bは、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキル基(例えば、C2−14アルキル基、好ましくはC3−12アルキル基、さらに好ましくはC4−10アルキル基)、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルコキシ基(例えば、C2−14アルコキシ基、好ましくはC3−12アルコキシ基、さらに好ましくはC4−10アルコキシ基)、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキルチオ基(例えば、C2−14アルキルチオ基、好ましくはC3−12アルキルチオ基、さらに好ましくはC4−10アルキルチオ基)であってもよい。 When two R 6a and R 6b are substituted on the thiophene ring, R 6a and R 6b are linear or branched C 1-16 alkyl groups (for example, C 2-14 alkyl groups, Preferably a C 3-12 alkyl group, more preferably a C 4-10 alkyl group), a linear or branched C 1-16 alkoxy group (eg, a C 2-14 alkoxy group, preferably a C 3-12 alkoxy group). Group, more preferably a C 4-10 alkoxy group), a linear or branched C 1-16 alkylthio group (for example, a C 2-14 alkylthio group, preferably a C 3-12 alkylthio group, more preferably a C 4 group). -10 alkylthio group).

6a及びR6bは互いに結合して環を形成してもよい。R6a及びR6bにより形成される環は、シクロアルカン環(シクロペンタン環、シクロヘキサン環などのC3−10シクロアルカン環)、シクロアルケン環(シクロヘキセン環などのC4−10シクロアルケン環)、シクロアルカジエン環(シクロヘキサジエン環などのC4−10シクロアルカジエン環)、アレーン環(ベンゼン環などのC6−12アレーン環)、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有するヘテロ環(5員乃至8員の芳香族又は非芳香族ヘテロ環)であってもよい。環は、シクロアルカン環、ヘテロ環である場合が多く、ヘテロ環は脂肪族(非芳香族)ヘテロ環であってもよい。ヘテロ環のヘテロ原子は、酸素原子又は硫黄原子である場合が多く、ヘテロ環は、複数のヘテロ原子を有するヘテロ環、例えば、アルキレンジオキシ基(例えば、エチレンジオキシ基などのC1−6アルキレンジオキシ基、好ましくはC1−4アルキレンジオキシ基、特にC2−3アルキレンジオキシ基など)などであってもよい。アルキレンジオキシ基は、例えば、式−O(CHO−(nは1〜6の整数)で表すことができる。 R 6a and R 6b may combine with each other to form a ring. The ring formed by R 6a and R 6b is a cycloalkane ring (C 3-10 cycloalkane ring such as cyclopentane ring or cyclohexane ring), cycloalkene ring (C 4-10 cycloalkene ring such as cyclohexene ring), At least one selected from a cycloalkadiene ring (C 4-10 cycloalkadiene ring such as cyclohexadiene ring), an arene ring (C 6-12 arene ring such as benzene ring), an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom It may be a heterocycle having a heteroatom (5- to 8-membered aromatic or non-aromatic heterocycle). The ring is often a cycloalkane ring or a heterocycle, and the heterocycle may be an aliphatic (non-aromatic) heterocycle. The hetero atom of the hetero ring is often an oxygen atom or a sulfur atom, and the hetero ring is a hetero ring having a plurality of hetero atoms, for example, an alkylenedioxy group (for example, C 1-6 such as an ethylenedioxy group). An alkylenedioxy group, preferably a C1-4 alkylenedioxy group, particularly a C2-3 alkylenedioxy group). An alkylenedioxy group can be represented by, for example, the formula —O (CH 2 ) n O— (n is an integer of 1 to 6).

好ましいR6a及びR6bは少なくとも一方は水素原子ではない(すなわち、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基から選択された置換基を少なくとも有してする)か、若しくはR6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、及び硫黄原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有する5員乃至8員ヘテロ環を形成している。特に、R6a及びR6bの少なくとも一方は、直鎖状又は分岐鎖状C4−14アルキル基であるか、若しくはR6a及びR6bは互いに結合してアルキレンジオキシ基を形成してもよい。 Preferred R 6a and R 6b are not at least one hydrogen atom (that is, have at least a substituent selected from an alkyl group, an alkoxy group and an alkylthio group), or R 6a and R 6b are bonded to each other Thus, a 5- to 8-membered heterocycle having at least one heteroatom selected from a cycloalkane ring, an oxygen atom, and a sulfur atom is formed. In particular, at least one of R 6a and R 6b is a linear or branched C 4-14 alkyl group, or R 6a and R 6b may be bonded to each other to form an alkylenedioxy group. .

なお、式(1)において、Rがフェニル基、m1が1、m2が0であるとき、Mはリン原子ではない。さらに、式(1)において、Rがアリール基又はヘテロアリール基であり、m1が1、m2が0であるとき、Mは、周期表15族元素ではなく、周期表14族元素又は16族元素である場合が多い。 In the formula (1), when R 1 is a phenyl group, m1 is 1, and m2 is 0, M is not a phosphorus atom. Further, in the formula (1), when R 1 is an aryl group or a heteroaryl group, m1 is 1, and m2 is 0, M is not a group 15 element of the periodic table but a group 14 element or group 16 of the periodic table Often it is an element.

このような繰り返し単位を有する有機ヘテロ高分子の代表的な例は、例えば、下記式(1a)〜(1c)及び(2a)で表すことができる。   Typical examples of the organic heteropolymer having such a repeating unit can be represented by the following formulas (1a) to (1c) and (2a), for example.

Figure 2015034239
Figure 2015034239

(式中、Mは周期表15族元素又は16族元素、Mは周期表14族元素、15族元素又は16族元素を示し、R1a、R1b及びR1cは、同一又は異なって、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示し、R2aは周期表16族元素、R2bは、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基、周期表11族元素から選択された金属原子又は配位子と錯体を形成した金属原子を示し、環Arは同一又は異なってアレーン環又はヘテロアレーン環を示し、Rは鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基、Z及びZは同一又は異なって周期表16族元素を示し、qは0又は1〜3の整数を示し、R6a及びR6bは、同一又は異なって、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルコキシ基、又は直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bの少なくとも一方は水素原子ではなく、R6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有するヘテロ環を形成してもよい。 (In the formula, M 1 represents a group 15 element or group 16 element in the periodic table, M 2 represents a group 14 element, group 15 element or group 16 element in the periodic table, and R 1a , R 1b and R 1c may be the same or different. Represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group, R 2a is a group 16 element of the periodic table, R 2b is a metal atom or coordination selected from an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group, and a group 11 element of the periodic table And a ring Ar is the same or different and represents an arene ring or a heteroarene ring, R 7 represents a chain or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a straight chain A linear or branched alkylthio group, Z 1 and Z 2 are the same or different and each represents a group 16 element of the periodic table, q represents an integer of 0 or 1 to 3, and R 6a and R 6b are the same or different. , Hydrogen atom, linear Represents a branched C 1-16 alkyl group, a linear or branched C 1-16 alkoxy group, or a linear or branched C 1-16 alkylthio group, at least one of R 6a and R 6b R 6a and R 6b may be bonded to each other to form a heterocycle having at least one heteroatom selected from a cycloalkane ring, an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom.

式(1a)及び(1b)で表される繰り返し単位において、Mは周期表15族(又は5B族)元素又は16族(又は6B族)元素である。周期表15族(又は5B族)元素Mとしては、例えば、N、P、As、Sb、Biなどが例示でき、周期表16族(又は6B族)元素Mとしては、例えば、S、Se、Teなどが例示できる。好ましい元素Mは、P、As、Sb、Bi(例えば、P)である。 In the repeating unit represented by the formulas (1a) and (1b), M 1 is a group 15 (or group 5B) element or a group 16 (or group 6B) element of the periodic table. Examples of the Group 15 (or Group 5B) element M 1 of the periodic table include N, P, As, Sb, and Bi. Examples of the Group 16 (or Group 6B) element M 1 of the periodic table include S, Examples thereof include Se and Te. Preferred elements M 1 is P, As, Sb, Bi (e.g., P).

式(1c)で表される繰り返し単位において、Mは周期表14族(又は4B族)元素、15族(又は5B族)元素又は16族(又は6B族)元素である。周期表14族(又は4B族)元素としては、例えば、Si、Ge、Sn、Pbなどが例示でき、好ましい元素MはSi、Ge、Sn(例えば、Sn)である。周期表15族(又は5B族)元素としては、例えば、N、P、As、Sb、Biなどが例示でき、好ましい元素Mは、P、As、Sb、Bi(例えば、P)である。周期表16族(又は6B族)元素としては、例えば、S、Se、Teなどが例示できる。Mは、通常、周期表14族(又は4B族)元素又は15族(又は5B族)元素である。 In the repeating unit represented by the formula (1c), M 2 is a periodic table group 14 (or group 4B) element, group 15 (or group 5B) element or group 16 (or group 6B) element. The periodic table group 14 (or 4B group) elements, for example, Si, Ge, Sn, can be exemplified and Pb, the preferred element M 2 is Si, Ge, Sn (e.g., Sn). Examples of Group 15 (or Group 5B) elements of the periodic table include N, P, As, Sb, and Bi. Preferred elements M 2 are P, As, Sb, and Bi (for example, P). Examples of the periodic table group 16 (or group 6B) element include S, Se, and Te. M 2 is usually a periodic table group 14 (or group 4B) element or group 15 (or group 5B) element.

式(1a)〜式(1c)において、R1a、R1b及びR1cで表されるアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基としては、前記Rと同様のアルキル基(直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基など)、アリール基(C6−12アリール基など)及びヘテロアリール基(硫黄原子、窒素原子及び酸素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を含む5員又は6員複素環基など)が例示できる。R1aはアリール基(C6−12アリール基など)である場合が多く、R1bはアリール基(C6−12アリール基など)又はアルキル基(直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基など)である場合が多い。 In the formula (1a) to the formula (1c), as the alkyl group, aryl group and heteroaryl group represented by R 1a , R 1b and R 1c , the same alkyl group (straight or branched chain) as the above R 1 A C 1-4 alkyl group, etc.), an aryl group (such as a C 6-12 aryl group) and a heteroaryl group (including 5 or 6 members containing at least one hetero atom selected from a sulfur atom, a nitrogen atom and an oxygen atom) A heterocyclic group). R 1a is often an aryl group (such as a C 6-12 aryl group), and R 1b is an aryl group (such as a C 6-12 aryl group) or an alkyl group (straight or branched C 1-4 alkyl). Group).

式(1b)において、R2aで表される周期表16族(又は6B族)元素としては、O、S、Se、Teなどが例示でき、例えば、O、S、Seが好ましい。 In the formula (1b), the group 16 (or group 6B) of the periodic table represented by R 2a can be exemplified by O, S, Se, Te and the like, for example, O, S, Se are preferable.

式(1c)において、R2bで表されるアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基としては、前記Rと同様のアルキル基(直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基など)、アリール基(C6−12アリール基など)及びヘテロアリール基(硫黄原子、窒素原子及び酸素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を含む五員又は6員複素環基など)が例示できる。R2bで表される周期表11族(又は1B族)元素としては、Cu、Ag、Auなどが例示でき、Auなどが好ましい。この周期表11族(又は1B族)元素(金属原子)は、前記のように、錯体を形成してもよい。R2bは、直鎖状又は分岐鎖状C1−4アルキル基(例えば、C1−2アルキル基)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基など)、アリール基(フェニル基など)、一価のヘテロ金属原子又はその錯体(例えば、−AuX(Xはハロゲン原子を示す)など)である場合が多い。 In the formula (1c), as the alkyl group, aryl group and heteroaryl group represented by R 2b , the same alkyl group as the above R 2 (such as a linear or branched C 1-4 alkyl group), aryl Examples thereof include a group (such as a C 6-12 aryl group) and a heteroaryl group (such as a 5-membered or 6-membered heterocyclic group containing at least one heteroatom selected from a sulfur atom, a nitrogen atom and an oxygen atom). Examples of the periodic table group 11 (or group 1B) element represented by R 2b include Cu, Ag, and Au, and Au is preferable. This group 11 (or group 1B) element (metal atom) of the periodic table may form a complex as described above. R 2b is a linear or branched C 1-4 alkyl group (for example, a C 1-2 alkyl group), a cycloalkyl group (such as a cyclohexyl group), an aryl group (such as a phenyl group), or a monovalent heterometal. In many cases, it is an atom or a complex thereof (for example, -AuX (X represents a halogen atom)).

式(1a)〜式(1c)において、R6a及びR6bは前記と同様である。 In the formula (1a) to the formula (1c), R 6a and R 6b are the same as described above.

また、式(2a)において、Z及びZは同一又は異なって周期表16族(又は6B族)元素、例えば、O、S、Se、Teなどを示す。好ましい元素Z及びZは、S、Se、Te(例えば、S、Se)である。 In the formula (2a), Z 1 and Z 2 are the same or different and represent Group 16 (or Group 6B) elements such as O, S, Se, Te, and the like. Preferred elements Z 1 and Z 2 are S, Se, Te (eg, S, Se).

環Arはアレーン環又はヘテロアレーン環(硫黄原子、窒素原子及び酸素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を含む五員又は6員複素環)を示す。環Arとしては、前記と同様のアリール基及びヘテロアリール基に対応する芳香族環、フルオレン環、ビフェニル環、ビナフチル環などのビスアレーン環、ビピリジン環などのビスヘテロアレーン環などが例示できる。代表的な芳香族性環Arは、ベンゼン環、ナフタレン環などのC6−12アレーン環(特に、C6−10アレーン環)、チオフェン環、ピリジン環などの5員又は6員ヘテロアレーン環、フルオレン環、ビフェニル環、ビナフチル環などのビスアレーン環である。芳香族性環Arは、ベンゼン環である場合が多い。好ましい環Arはアレーン環(例えば、C6−10アレーン環)である。 Ring Ar represents an arene ring or a heteroarene ring (a 5-membered or 6-membered heterocycle containing at least one heteroatom selected from a sulfur atom, a nitrogen atom and an oxygen atom). Examples of the ring Ar include aromatic rings corresponding to the same aryl groups and heteroaryl groups as described above, bisarene rings such as fluorene rings, biphenyl rings and binaphthyl rings, and bisheteroarene rings such as bipyridine rings. A representative aromatic ring Ar is a C 6-12 arene ring such as a benzene ring or a naphthalene ring (particularly a C 6-10 arene ring), a 5-membered or 6-membered heteroarene ring such as a thiophene ring or a pyridine ring, Bisarene rings such as a fluorene ring, a biphenyl ring, and a binaphthyl ring. The aromatic ring Ar is often a benzene ring. Preferred ring Ar is an arene ring (eg, a C 6-10 arene ring).

また、Rで表されるアルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基としては、Rと同様の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基(C1−12アルキル基など)、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基(C1−12アルコキシ基など)、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基(C1−12アルキルチオ基など)が例示できる。qは0又は1〜3の整数を示し、0又は1であってもよい。 In addition, as the alkyl group, alkoxy group, and alkylthio group represented by R 7 , the same linear or branched alkyl group (C 1-12 alkyl group etc.), linear or branched chain as those of R 6 Examples thereof include an alkoxy group (such as a C 1-12 alkoxy group) and a linear or branched alkylthio group (such as a C 1-12 alkylthio group). q represents 0 or an integer of 1 to 3, and may be 0 or 1.

好ましい有機ヘテロ高分子は、前記式(1a)〜(1c)及び(2a)のうち、前記式(1c)で表される繰り返し単位を有している。   A preferred organic heteropolymer has a repeating unit represented by the formula (1c) among the formulas (1a) to (1c) and (2a).

本発明の有機ヘテロ高分子は比較的分子量が大きいという特色がある。有機ヘテロ高分子の分子量は特に制限されないが、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したとき、ポリスチレン換算で、数平均分子量が1×10〜1×10、好ましくは2.5×10〜5×10、さらに好ましくは3×10〜1×10(例えば、3×10〜7×10)程度であってもよい。 The organic heteropolymer of the present invention is characterized by a relatively large molecular weight. The molecular weight of the organic heteropolymer is not particularly limited. For example, when measured by gel permeation chromatography (GPC), the number average molecular weight is 1 × 10 3 to 1 × 10 5 , preferably 2.5 × in terms of polystyrene. It may be about 10 3 to 5 × 10 4 , more preferably about 3 × 10 3 to 1 × 10 4 (for example, 3 × 10 3 to 7 × 10 3 ).

なお、有機ヘテロ高分子は直鎖状である場合が多いものの、必要であれば分岐構造を有していてもよい。   In addition, although organic heteropolymers are often linear, they may have a branched structure if necessary.

本発明の有機へテロ高分子は、ヘテロ元素核(典型金属や遷移金属元素などの元素核)を含む5員環構造又はジエン構造とチオフェン環とを主鎖に含み、共役系(π−共役系高分子)を形成している。また、主鎖骨格にヘテロ原子(ヘテロ金属原子)を含む5員環構造を形成しているため、自己凝集性を弱めると共に、主鎖全体に有機−ヘテロ原子(ヘテロ金属原子)結合による特異な電子状態が維持されるためか、優れた半導体特性を有している。また、アルキル基などの側鎖を有するチオフェン環を導入できるため、溶解性を高めることもでき、溶媒可溶性を併せ持っている。そのため、塗布(コーティング)により容易に成膜できる。   The organic heteropolymer of the present invention contains a 5-membered ring structure or diene structure containing a hetero element nucleus (element nucleus such as a typical metal or transition metal element) and a thiophene ring in the main chain, and is a conjugated system (π-conjugated). Polymer). In addition, since a five-membered ring structure including a heteroatom (heterometal atom) is formed in the main chain skeleton, self-aggregation is weakened, and a peculiarity due to an organic-heteroatom (heterometal atom) bond is formed in the entire main chain. It has excellent semiconductor characteristics because the electronic state is maintained. In addition, since a thiophene ring having a side chain such as an alkyl group can be introduced, the solubility can be increased and the solvent is soluble. Therefore, a film can be easily formed by application (coating).

なお、成膜後、主鎖間でスタッキングするためか、分子間の電子移動も容易な構造膜が得られる。また、高分子中にアルキル鎖があったとしても、スタッキング方向(縦方向)に対してアルキル鎖が並行に並ぶためか、スタッキングを阻害することがない。そのためか、得られた膜は有機半導体として有効に機能する。   In addition, a structure film in which electron transfer between molecules is easy is obtained because of stacking between main chains after film formation. Further, even if there is an alkyl chain in the polymer, stacking is not hindered because the alkyl chain is arranged in parallel with the stacking direction (vertical direction). For this reason, the obtained film functions effectively as an organic semiconductor.

[有機ヘテロ高分子の製造方法]
このような有機ヘテロ高分子は、Synthetic Metals, 159 (2009), 949-951又は有機合成化学協会誌Vol66 No5 2008に記載の方法に準じて合成できる。すなわち、有機ヘテロ高分子は、以下の反応工程式により調製できる。
[Method for producing organic heteropolymer]
Such organic heteropolymers can be synthesized according to the method described in Synthetic Metals, 159 (2009), 949-951 or the Journal of Organic Synthetic Chemistry Vol 66 No5 2008. That is, the organic heteropolymer can be prepared by the following reaction process formula.

Figure 2015034239
Figure 2015034239

(式中、Rはアルキル基、Xはハロゲン原子、Lは脱離基を示し、M、M、R1a、R1b、R2b、R2a、R6a及びR6b、環Ar、R、Z及びZ、qは前記に同じ)
で表されるアルキル基としては、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、s−ブチル基、t−ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1−6アルキル基が例示できる。アルキル基Rとしては、分岐アルキル基、例えば、イソプロピル基などである場合が多い。Xで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子などが例示できる。
Wherein R 8 represents an alkyl group, X represents a halogen atom, L represents a leaving group, M 1 , M 2 , R 1a , R 1b , R 2b , R 2a , R 6a and R 6b , a ring Ar, R 7 , Z 1 and Z 2 , q are the same as above)
Examples of the alkyl group represented by R 8 include linear or branched C 1 1 -methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, s-butyl group, t-butyl group and the like. A 6 alkyl group can be exemplified. The alkyl group R 8 is often a branched alkyl group such as an isopropyl group. Examples of the halogen atom represented by X include a chlorine atom and a bromine atom.

前記式(5)で表されるジエチニルチオフェン化合物と、低原子価チタン錯体(6)とを反応させ、式(7)で表されるチタナシクロペンタジエン骨格を有する高分子を生成できる。なお、低原子価チタン錯体(6)は、テトラアルコキシチタン(テトライソプロポキシチタン(Ti(OPr)など)とアルキルマグネシウムハライド(イソプロピルマグネシウムクロリド(PrMgCl)など)とを反応させることにより生成できる。そのため、高分子(7)は式(5)で表されるジエチニルチオフェン化合物とテトラアルコキシチタンとアルキルマグネシウムハライドとを反応させることにより生成させてもよい。なお、アルキルマグネシウムハライドの使用量は、テトラアルコキシチタンに対して、1.5〜2.5当量程度である。反応は、通常、不活性溶媒(ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど)中、不活性雰囲気(アルゴン気流など)下、−100℃〜−20℃(例えば、−80℃〜−40℃)程度の温度で行うことができる。 A polymer having a titanacyclopentadiene skeleton represented by the formula (7) can be produced by reacting the diethynylthiophene compound represented by the formula (5) with the low-valent titanium complex (6). The low-valent titanium complex (6) is obtained by reacting tetraalkoxy titanium (such as tetraisopropoxy titanium (Ti (OPr i ) 4 )) and alkylmagnesium halide (such as isopropyl magnesium chloride ( i PrMgCl)). Can be generated. Therefore, the polymer (7) may be produced by reacting the diethynylthiophene compound represented by the formula (5), tetraalkoxytitanium, and alkylmagnesium halide. In addition, the usage-amount of an alkyl magnesium halide is about 1.5-2.5 equivalent with respect to tetraalkoxy titanium. The reaction is usually carried out in an inert solvent (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.) under an inert atmosphere (such as an argon stream) at a temperature of about −100 ° C. to −20 ° C. (eg, −80 ° C. to −40 ° C.). be able to.

なお、代表的なジエチニルチオフェン化合物(5)としては、例えば、2,5−ジエチニル−3,4−ジヘキシルチオフェン、2,5−ジエチニル−3,4−ジオクチルチオフェン、2,5−ジエチニル−3,4−ジ(2−エチルヘキシル)チオフェンなどのジエチニルジアルキルチオフェン;2,5−ジエチニル−3−オクチルチオフェン、2,5−ジエチニル−3−デカニルチオフェン、2,5−ジエチニル−3−ドデカニルチオフェンなどのジエチニルアルキルチオフェン;2,5−ジエチニル−3,4−エチレンジオキシチオフェンなどのジエチニルアルキレンジオキシチオフェンなどが例示できる。   As typical diethynylthiophene compounds (5), for example, 2,5-diethynyl-3,4-dihexylthiophene, 2,5-diethynyl-3,4-dioctylthiophene, 2,5-diethynyl-3 , 4-di (2-ethylhexyl) thiophene, etc., diethynyldialkylthiophene; 2,5-diethynyl-3-octylthiophene, 2,5-diethynyl-3-decanylthiophene, 2,5-diethynyl-3-dodecanyl Examples include diethynylalkylthiophenes such as thiophene; diethynylalkylenedioxythiophenes such as 2,5-diethynyl-3,4-ethylenedioxythiophene, and the like.

高分子(7)と、式(8)又は(9)で表されるジハロゲン化物(Xはハロゲン原子を示す。M、R1a、、R1b、R2bは前記に同じ)との反応により、式(1a)又は(1c-1)で表される繰り返し単位を有する高分子を得ることができる。式(8)で表されるジハロゲン化物としては、M及びR1aを有するジハロゲン化合物、例えば、アルキルジクロロホスフィン、アリールジクロロホスフィンなどのジクロロヘテロ化合物、アルキルジクロロテルル、アルキルジクロロセレンなどのジアルキル金属ジクロライド、ジアリール金属ジクロライドなどが例示でき、式(9)で表されるジハロゲン化物としては、M、R1b、及びR2bを有するジハロゲン化合物、例えば、ジアルキル金属ジクロライド、ジアリール金属ジクロライドなどが例示できる。なお、式(8)で表されるジハロゲン化物として、オクチルジクロロホスフィンなどのアルキルジクロロホスフィン(例えば、直鎖状又は分岐鎖状C4−12アルキルジクロロホスフィン)を用いると、前記式(1b)において、R1aがアルキル基、R2cが酸素原子である化合物を得ることもできる。 The polymer (7) and a dihalide represented by the formula (8) or (9) (X represents a halogen atom. M 1 , R 1a, M 2 , R 1b and R 2b are the same as above). By the reaction, a polymer having a repeating unit represented by the formula (1a) or (1c-1) can be obtained. Examples of the dihalide represented by the formula (8) include dihalogen compounds having M 1 and R 1a , for example, dichlorohetero compounds such as alkyldichlorophosphine and aryldichlorophosphine, and dialkylmetal dichlorides such as alkyldichlorotellurium and alkyldichloroselenium. And diaryl metal dichloride, and the dihalide represented by the formula (9) can be exemplified by dihalogen compounds having M 2 , R 1b and R 2b , such as dialkyl metal dichloride and diaryl metal dichloride. As dihalide represented by the formula (8), alkyl dichlorophosphine of octyl dichlorophosphine (e.g., linear or branched C 4-12 alkyl dichlorophosphine) Using, in the formula (1b) , R 1a is an alkyl group, and R 2c is an oxygen atom.

高分子(7)と式(10)で表されるハロゲン化物との反応により式(2a)で表される繰り返し単位を有する高分子を得ることができる。なお、式(10)で表されるハロゲン化物に代えて、ハロゲン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、プロトン酸(塩酸などの無機酸、酢酸などのカルボン酸など)を用いると、前記式(2)において、R,Rが、それぞれ、ハロゲン原子、又は水素原子である高分子を得ることができる。 A polymer having a repeating unit represented by the formula (2a) can be obtained by reacting the polymer (7) with the halide represented by the formula (10). When halogen (fluorine, chlorine, bromine, iodine) or protonic acid (inorganic acid such as hydrochloric acid or carboxylic acid such as acetic acid) is used instead of the halide represented by the formula (10), the above formula ( In 2), a polymer in which R 3 and R 4 are each a halogen atom or a hydrogen atom can be obtained.

これらの反応において、式(8)〜(10)で表されるハロゲン化物の使用量は、高分子(7)のチタン原子Tiに対して1〜2当量(例えば、1.1〜1.5当量)程度であってもよい。反応は、通常、不活性溶媒(ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど)中、不活性雰囲気(アルゴン気流など)下、−80℃〜30℃(例えば、−60℃〜室温)程度の温度で行うことができる。   In these reactions, the amount of the halide represented by the formulas (8) to (10) is 1 to 2 equivalents (for example, 1.1 to 1.5) with respect to the titanium atom Ti of the polymer (7). Equivalent). The reaction can usually be performed in an inert solvent (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.) under an inert atmosphere (such as an argon stream) at a temperature of about −80 ° C. to 30 ° C. (eg, −60 ° C. to room temperature). .

さらに、式(1a)で表される繰り返し単位を有する高分子と、式(11)で表される化合物との反応により、式(1c-2)で表される繰り返し単位を有する高分子を得ることができ、式(12)で表される化合物との反応により、式(1b)で表される繰り返し単位を有する高分子を得ることができる。式(11)で表される化合物としては、例えば、塩化金錯体などの配位子と錯体を形成した金属化合物などが例示でき、式(11)で表される化合物において、脱離基Lは金属に配位した配位子(例えば、テトラヒドロチオフェン)などであってもよい。式(12)で表される化合物としては、例えば、R2cに対応する元素単体(セレン、硫黄などの単体)などが例示できる。 Furthermore, a polymer having a repeating unit represented by the formula (1c-2) is obtained by reacting the polymer having a repeating unit represented by the formula (1a) with a compound represented by the formula (11). And a polymer having a repeating unit represented by the formula (1b) can be obtained by reaction with the compound represented by the formula (12). Examples of the compound represented by the formula (11) include a metal compound that forms a complex with a ligand such as a gold chloride complex. In the compound represented by the formula (11), the leaving group L is It may be a ligand coordinated to a metal (for example, tetrahydrothiophene). Examples of the compound represented by the formula (12) include elemental elements corresponding to R 2c (simple elements such as selenium and sulfur).

式(1a)で表される繰り返し単位を有する高分子と、式(11)又は(12)で表される化合物との反応は、前記(7)で表される高分子と式(8)〜(10)で表されるハロゲン化物と同様にして行うことができる。   The reaction between the polymer having the repeating unit represented by the formula (1a) and the compound represented by the formula (11) or (12) is performed by reacting the polymer represented by the above (7) with the formula (8) to It can be carried out in the same manner as the halide represented by (10).

反応終了後、慣用の分離精製方法、例えば、濃縮、デカント、再沈殿、クロマトグラフィなどにより所定の有機ヘテロ高分子を得ることができる。   After completion of the reaction, a predetermined organic heteropolymer can be obtained by a conventional separation and purification method such as concentration, decantation, reprecipitation, chromatography and the like.

なお、前記(5)で表されるジエチニルチオフェン化合物は、公知の方法、例えば、By Baier Moritz C et al JACS. 131(40),14267,(2009)に記載の方法で調製できる。この方法では、下記反応式で表されるように、相応するジブロモ化合物(13)と、トリメチルエチニルシランとを反応させ、生成したジ(トリメチルシリルエチニル)チオフェン化合物(14)とテトラブチルアンモニウムフルオライド(3水和物)とを反応させて脱シリル化することによりジエチニルチオフェン化合物(5)を調製できる。   In addition, the diethynyl thiophene compound represented by said (5) can be prepared by a well-known method, for example, the method of By Baier Moritz C et al JACS. 131 (40), 14267, (2009). In this method, as shown by the following reaction formula, the corresponding dibromo compound (13) is reacted with trimethylethynylsilane, and the resulting di (trimethylsilylethynyl) thiophene compound (14) and tetrabutylammonium fluoride ( The diethynylthiophene compound (5) can be prepared by reacting with a trihydrate and desilylating it.

Figure 2015034239
Figure 2015034239

(式中、Meはメチル基、nBuはn−ブチル基を示し、R6a及びR6bは前記に同じ) (In the formula, Me represents a methyl group, nBu represents an n-butyl group, and R 6a and R 6b are the same as above.)

[有機ヘテロ高分子の用途]
有機ヘテロ高分子は、チオフェン環と、ヘテロ原子を含む5員環又はジエン単位とで共役系(π−共役系)を形成しており、極めて電子移動度が高く、半導体特性を有している。しかも、アルキル鎖などを導入した有機へテロ高分子は、有機溶媒に対して可溶であり、かつ高い半導体特性を示すという特色がある。そのため、本発明は有機へテロ高分子と有機溶媒とを含む組成物も包含し、この組成物は、有機半導体、特にコーティング(塗布)などにより有機半導体の薄膜を形成するのに有用である。
[Uses of organic heteropolymers]
An organic heteropolymer forms a conjugated system (π-conjugated system) with a thiophene ring and a 5-membered ring or diene unit containing a hetero atom, and has extremely high electron mobility and semiconductor characteristics. . Moreover, an organic heteropolymer having an alkyl chain or the like is characterized by being soluble in an organic solvent and exhibiting high semiconductor properties. Therefore, the present invention also includes a composition containing an organic heteropolymer and an organic solvent, and this composition is useful for forming a thin film of an organic semiconductor by an organic semiconductor, particularly by coating (coating).

有機溶媒としては、例えば、炭化水素類(例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類)、ハロゲン化炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエタンなど)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、アミド類(例えば、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど)、ニトリル類(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリルなど)、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、ピロリドン類(例えば、2−ピロリドン、3−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドンなど)などが例示できる。これらの有機溶媒は、単独で又は混合溶媒として使用できる。   Examples of the organic solvent include hydrocarbons (for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene), halogenated hydrocarbons ( Chloroform, dichloromethane, trichloroethane, etc.), ethers (chain ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether, cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), esters (methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid) Butyl), amides (eg, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), nitriles (eg, acetonitrile, propionitrile, etc.), sulfoxides (eg, dimethyl sulfoxide, etc.) , Pyrrolidones (e.g., 2-pyrrolidone, 3-pyrrolidone, N- methyl-2-pyrrolidone, etc.), and others. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

溶媒の使用量は、塗布性及び成膜性を損なわない範囲から選択でき、例えば、有機へテロ高分子の濃度は、0.01〜30重量%、好ましくは0.05〜20重量%(例えば、0.1〜10重量%)程度であってもよい。   The amount of the solvent used can be selected from a range that does not impair the coating property and film forming property. For example, the concentration of the organic heteropolymer is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 20% by weight (for example, 0.1 to 10% by weight).

本発明の組成物は、慣用の方法、例えば、有機へテロ高分子と有機溶媒とを混合して有機へテロ高分子を溶解し、必要によりろ過して調製してもよい。   The composition of the present invention may be prepared by a conventional method, for example, mixing an organic heteropolymer and an organic solvent to dissolve the organic heteropolymer, and if necessary, filtering.

有機半導体は、基材又は基板(ガラス板、シリコンウエハー、耐熱プラスチックフィルムなど)に前記組成物を塗布する工程と、塗膜を乾燥して溶媒を除去する工程とを経て製造してもよい。なお、塗布方法としては、慣用の塗布方法、例えば、エアーナイフコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ブレードコート法、ディップコート法、スプレー法、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などが例示できる。   The organic semiconductor may be manufactured through a step of applying the composition to a base material or a substrate (glass plate, silicon wafer, heat-resistant plastic film, etc.) and a step of drying the coating film to remove the solvent. In addition, as a coating method, for example, a conventional coating method, such as an air knife coating method, a roll coating method, a gravure coating method, a blade coating method, a dip coating method, a spray method, a spin coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, etc. Can be illustrated.

有機半導体の厚みは、用途に応じて適宜選択され、例えば、1〜5000nm、好ましくは30〜1000nm、さらに好ましくは50〜500nm程度であってもよい。   The thickness of the organic semiconductor is appropriately selected depending on the application, and may be, for example, 1 to 5000 nm, preferably 30 to 1000 nm, and more preferably about 50 to 500 nm.

本発明の有機半導体はn型半導体、p型半導体であってもよく、真性半導体であってもよい。本発明の有機半導体は、光電変換能を有し、例えば、光吸収により発生した電子及びホールの移動度を高め、光電変換率を向上できる。そのため、本発明の有機半導体は、光電変換デバイス又は光電変換素子(太陽電池素子、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子など)、整流素子(ダイオード)、スイッチング素子又はトランジスタ[トップゲート型、ボトムゲート型(トップコンタクト型、ボトムコンタクト型)など]などの用途に適する。   The organic semiconductor of the present invention may be an n-type semiconductor, a p-type semiconductor, or an intrinsic semiconductor. The organic semiconductor of the present invention has a photoelectric conversion ability, and can increase the mobility of electrons and holes generated by light absorption, for example, and can improve the photoelectric conversion rate. Therefore, the organic semiconductor of the present invention includes a photoelectric conversion device or a photoelectric conversion element (such as a solar cell element or an organic electroluminescence (EL) element), a rectifier element (diode), a switching element or a transistor [top gate type, bottom gate type ( Suitable for applications such as top contact type, bottom contact type).

代表的なデバイスとして、太陽電池は、pn接合型半導体に表面電極が積層された構造を有している。例えば、p型シリコン半導体に有機半導体膜を積層して、この有機半導体膜に透明電極(ITO電極など)を積層することにより、太陽電池を形成できる。このような太陽電池では、高い開放電圧及び短絡電流を得ることができる。   As a typical device, a solar cell has a structure in which a surface electrode is laminated on a pn junction type semiconductor. For example, a solar cell can be formed by laminating an organic semiconductor film on a p-type silicon semiconductor and laminating a transparent electrode (such as an ITO electrode) on the organic semiconductor film. In such a solar cell, a high open circuit voltage and a short circuit current can be obtained.

また、有機ELは、透明電極(ITO電極など)に、有機ヘテロ高分子(発光性高分子)に必要に応じて電子輸送性材料、ホール輸送性材料を分散させた発光層を形成し、この発光層に電極(金属電極など)を積層した構造が例示できる。   Moreover, the organic EL forms a light emitting layer in which an electron transport material and a hole transport material are dispersed in a transparent electrode (ITO electrode or the like) in an organic heteropolymer (light emitting polymer) as necessary. The structure which laminated | stacked the electrode (metal electrode etc.) on the light emitting layer can be illustrated.

さらに、有機薄膜トランジスタは、ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、ソース/ドレイン電極層と、有機半導体層とで構成されている。これらの層の積層構造によって、有機薄膜トランジスタは、トップゲート型、ボトムゲート型(トップコンタクト型、ボトムコンタクト型)に分類できる。例えば、ゲート電極(酸化膜が形成されたp型シリコンウエハーなど)に有機半導体膜を形成して、この有機半導体膜上にソース・ドレイン電極(金電極)を形成することにより、トップコンタクト型電界効果トランジスタを製造できる。   Furthermore, the organic thin film transistor is composed of a gate electrode layer, a gate insulating layer, a source / drain electrode layer, and an organic semiconductor layer. The organic thin film transistor can be classified into a top gate type and a bottom gate type (top contact type and bottom contact type) depending on the laminated structure of these layers. For example, an organic semiconductor film is formed on a gate electrode (such as a p-type silicon wafer on which an oxide film is formed), and a source / drain electrode (gold electrode) is formed on the organic semiconductor film, whereby a top contact type electric field is formed. An effect transistor can be manufactured.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

なお、実施例において、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン(THF)はナトリウムで乾燥後、窒素雰囲気又は気流下で蒸留して用いた。塩化メチレンは五酸化ニリンで乾燥後、窒素雰囲気又は気流下で蒸留して用いた。テトライソプロポキシチタン(Ti(OPr)及びフェニルジクロロホスフィンは減圧蒸留により精製した。 In Examples, diethyl ether and tetrahydrofuran (THF) were used after being dried with sodium and distilled under a nitrogen atmosphere or a stream of air. Methylene chloride was used after being dried with niline pentoxide and distilled under a nitrogen atmosphere or a stream of air. Tetraisopropoxytitanium (Ti (OPr i ) 4 ) and phenyldichlorophosphine were purified by vacuum distillation.

[λmax及びλonset]
実施例のポリマーの塩化メチレン溶液(濃度:1mg/ml)を用いて、紫外−可視吸収スペクトル測定を行い、λmax及びλonsetを測定した。なお、λmaxは最大吸収波長(nm)、λonsetは長波長側の吸収端(nm)を意味する。バンドギャップ(BG,eV)は、紫外−可視吸収スペクトルのλonsetから以下の式を用いて算出した。
[Λmax and λonset]
Using a methylene chloride solution (concentration: 1 mg / ml) of the polymer of the example, ultraviolet-visible absorption spectrum measurement was performed, and λmax and λonset were measured. Here, λmax means the maximum absorption wavelength (nm), and λonset means the absorption edge (nm) on the long wavelength side. The band gap (BG, eV) was calculated from λonset of the ultraviolet-visible absorption spectrum using the following equation.

E=hc/eλ
(式中、Eは電子ボルト(eV)、hはプランク定数(J・s)、cは光の速度(m/s)、eは素電荷(C)、λはλonset波長(nm)を示す)
E = hc / eλ
(Where E is electron volt (eV), h is Planck's constant (J · s), c is the speed of light (m / s), e is elementary charge (C), and λ is λonset wavelength (nm) )

実施例1   Example 1

Figure 2015034239
Figure 2015034239

上記式(1c-1)で表される繰り返し単位を有する高分子は、有機合成化学協会誌Vol 166 No5 2008に記載の方法に準じて合成した有機チタン高分子(前駆体)を経て調製した。すなわち、アルゴン雰囲気下、2,5−ジエチニル−3−ドデシルチオフェン(0.21g、0.5mmol)及びテトライソプロポキシチタン(Ti(OiPr))(0.198g,0.7mmol)をジエチルエーテル(20mL)に溶解し、この溶液を−78℃で攪拌しつつ、イソプロピルマグネシウムクロリド(iPrMgCl)のジエチルエーテル溶液(1.0N、1.25mL,1.25mmol)を添加した。 The polymer having the repeating unit represented by the above formula (1c-1) was prepared through an organic titanium polymer (precursor) synthesized according to the method described in the Society for Synthetic Organic Chemistry Vol 166 No5 2008. That is, 2,5-diethynyl-3-dodecylthiophene (0.21 g, 0.5 mmol) and tetraisopropoxy titanium (Ti (OiPr) 4 ) (0.198 g, 0.7 mmol) were added to diethyl ether (0.198 g, 0.7 mmol) in an argon atmosphere. 20 mL), and a solution of isopropylmagnesium chloride (iPrMgCl) in diethyl ether (1.0 N, 1.25 mL, 1.25 mmol) was added while stirring the solution at −78 ° C.

その後、−50℃まで昇温し、12時間攪拌し、この温度でジフェニルスズジクロリド(PhSnCl)(0.206g,0.6mmol)を加え、室温までゆっくり昇温し、さらに3時間攪拌した。溶媒を留去後、塩化メチレンに溶解し、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)水溶液(1.0N、50mL)を加えて、2時間攪拌し、チタンを取り除いた。その後、有機相を回収し硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を蒸留去後、少量の塩化メチレンに溶解し、ヘキサンへ注入して再沈殿し、赤紫色の高分子(1c-1)を収率55%で得た。 Thereafter, the temperature was raised to −50 ° C., and the mixture was stirred for 12 hours. At this temperature, diphenyltin dichloride (Ph 2 SnCl 2 ) (0.206 g, 0.6 mmol) was added, and the temperature was slowly raised to room temperature, followed by further stirring for 3 hours. . After the solvent was distilled off, the residue was dissolved in methylene chloride, an aqueous ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) solution (1.0 N, 50 mL) was added, and the mixture was stirred for 2 hours to remove titanium. Thereafter, the organic phase was recovered, dried over magnesium sulfate, the solvent was distilled off, dissolved in a small amount of methylene chloride, poured into hexane, and reprecipitated to obtain a reddish purple polymer (1c-1) in a yield of 55. %.

また、高分子(1c-1)の所定濃度(10mg/10ml)のテトラヒドロフラン溶液の最大吸光波長λmaxは470nm、λonsetは748nmであった。また、エネルギー準位は、バンドギャップ(BG)=1.66(eV)であった。   Further, the maximum absorption wavelength λmax of the tetrahydrofuran solution having a predetermined concentration (10 mg / 10 ml) of the polymer (1c-1) was 470 nm, and λonset was 748 nm. The energy level was band gap (BG) = 1.66 (eV).

実施例2   Example 2

Figure 2015034239
Figure 2015034239

実施例1の2,5−ジエチニル−3−ドデシルチオフェンに代えて、2,5−ジエチニル−3,4−ジヘキシルチオフェンを用いる以外は実施例2と同様の方法で上記式(1c-2)の高分子を得た。   In the same manner as in Example 2 except that 2,5-diethynyl-3,4-dihexylthiophene is used instead of 2,5-diethynyl-3-dodecylthiophene in Example 1, the above formula (1c-2) A polymer was obtained.

高分子(1c-2)の所定濃度(10mg/10ml)のテトラヒドロフラン溶液の最大吸光波長λmaxは474nm、λonsetは828nmであった。また、エネルギー準位は、バンドギャップ(BG)=1.5(eV)であった。   The maximum absorption wavelength λmax of the tetrahydrofuran solution having a predetermined concentration (10 mg / 10 ml) of the polymer (1c-2) was 474 nm, and λonset was 828 nm. The energy level was band gap (BG) = 1.5 (eV).

実施例3   Example 3

Figure 2015034239
Figure 2015034239

実施例1の2,5−ジエチニル−3−ドデシルチオフェンに代えて、2,5−ジエチニル−3,4−エチレンジオキシチオフェンを用いる以外は実施例2と同様の方法で上記式(1c-3)の高分子を得た。   Instead of 2,5-diethynyl-3-dodecylthiophene of Example 1, the above formula (1c-3) was obtained in the same manner as in Example 2, except that 2,5-diethynyl-3,4-ethylenedioxythiophene was used. ) Was obtained.

高分子(1c-3)の所定濃度(10mg/10ml)のテトラヒドロフラン溶液の最大吸光波長λmaxは524nm、λonsetは868nmであった。また、エネルギー準位は、バンドギャップ(BG)=1.43(eV)であった。   The tetrahydrofuran solution having a predetermined concentration (10 mg / 10 ml) of the polymer (1c-3) had a maximum absorption wavelength λmax of 524 nm and λonset of 868 nm. The energy level was band gap (BG) = 1.43 (eV).

本発明の有機へテロ高分子は、π−電子共役系高分子であり、低抵抗で導電性の高い有機半導体(高分子型有機半導体)を形成するのに有用である。有機半導体は様々なデバイス、例えば、整流素子(ダイオード)、スイッチング素子又はトランジスタ[接合型トランジスタ(バイポーラトランジスタ)、電界効果型トランジスタ(ユニポーラトランジスタ)など]、光電変換素子(太陽電池素子、有機EL素子など)などに利用できる。   The organic heteropolymer of the present invention is a π-electron conjugated polymer, and is useful for forming an organic semiconductor (polymer organic semiconductor) having low resistance and high conductivity. Organic semiconductors are various devices such as rectifiers (diodes), switching elements or transistors [junction transistors (bipolar transistors), field effect transistors (unipolar transistors), etc.], photoelectric conversion elements (solar cell elements, organic EL elements). Etc.).

Claims (9)

下記式(1)又は(2)
Figure 2015034239
(式中、Mは、周期表14族元素、15族元素、及び16族元素から選択され、かつ原子価が3〜6価であるヘテロ原子を示し、
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示し、
は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、又は周期表16族元素及び周期表11族元素から選択された一価又は二価のヘテロ原子又は配位子と錯体を形成した金属原子を示し、
Figure 2015034239
は単結合又は二重結合を示し、
m1及びm2はそれぞれ0又は1を示し、m1とm2との合計は1又は2であり、
及びRはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は式−Z−R
(Zは周期表14族元素、15族元素又は16族元素を示し、Rはアリール基又はヘテロアリール基を示す)を示し、
6a及びR6bは、それぞれ独立して、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bは互いに結合して環を形成してもよい。
ただし、式(1)において、Rがフェニル基、m1が1、m2が0であるとき、Mはリン原子ではない)
で表される繰り返し単位を有する有機ヘテロ高分子。
Following formula (1) or (2)
Figure 2015034239
(In the formula, M represents a hetero atom selected from Group 14 element, Group 15 element, and Group 16 element of the periodic table and having a valence of 3 to 6;
R 1 represents an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group or a heteroaryl group,
R 2 forms a complex with an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, or a monovalent or divalent heteroatom or a ligand selected from Group 16 elements of the periodic table and Group 11 elements of the periodic table The metal atom
Figure 2015034239
Represents a single bond or a double bond,
m1 and m2 each represent 0 or 1, and the sum of m1 and m2 is 1 or 2,
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a formula —Z—R 5
(Z represents a periodic table group 14 element, group 15 element or group 16 element, and R 5 represents an aryl group or a heteroaryl group)
R 6a and R 6b are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a linear or branched alkylthio group, R 6a and R 6b may be bonded to each other to form a ring.
However, in Formula (1), when R 1 is a phenyl group, m1 is 1, and m2 is 0, M is not a phosphorus atom)
An organic heteropolymer having a repeating unit represented by:
下記式(1a)〜(1c)又は(2a)
Figure 2015034239
(式中、Mは周期表15族元素又は16族元素を示し、
は周期表14族元素、15族元素又は16族元素を示し、
1a、R1b及びR1cは、同一又は異なって、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を示し、
2aは周期表16族元素を示し、
2bは、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基、周期表11族元素から選択された金属原子又は配位子と錯体を形成した金属原子を示し、
環Arはアレーン環又はヘテロアレーン環を示し、
は鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示し、
及びZは同一又は異なって周期表16族元素を示し、
qは0又は1〜3の整数を示し、
6a及びR6bは、同一又は異なって、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルコキシ基、又は直鎖状又は分岐鎖状C1−16アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bの少なくとも一方は水素原子ではなく、R6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有するヘテロ環を形成してもよい)
で表される繰り返し単位を有する請求項1記載の有機ヘテロ高分子。
The following formulas (1a) to (1c) or (2a)
Figure 2015034239
(In the formula, M 1 represents a group 15 element or a group 16 element in the periodic table,
M 2 represents a periodic table group 14 element, group 15 element or group 16 element;
R 1a , R 1b and R 1c are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group,
R 2a represents a group 16 element of the periodic table,
R 2b represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group, a metal atom selected from the group 11 elements of the periodic table, or a metal atom complexed with a ligand;
Ring Ar represents an arene ring or a heteroarene ring,
R 7 represents a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a linear or branched alkylthio group,
Z 1 and Z 2 are the same or different and represent a group 16 element of the periodic table,
q represents 0 or an integer of 1 to 3,
R 6a and R 6b are the same or different and each represents a hydrogen atom, a linear or branched C 1-16 alkyl group, a linear or branched C 1-16 alkoxy group, or a linear or branched chain Jo C 1-16 show an alkylthio group, that at least one of the hydrogen atoms of R 6a and R 6b, R 6a and R 6b are bonded to each other, selected cycloalkane ring, oxygen atom, sulfur atom and nitrogen atom A heterocycle having at least one heteroatom formed)
The organic heteropolymer of Claim 1 which has a repeating unit represented by these.
6a及びR6bが、同一又は異なって、水素原子、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基又は直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキルチオ基を示し、R6a及びR6bの少なくとも一方は水素原子ではなく、R6a及びR6bは、互いに結合して、シクロアルカン環、酸素原子、及び硫黄原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子を有する5員乃至8員ヘテロ環を形成してもよい請求項1又は2記載の有機ヘテロ高分子。 R 6a and R 6b are the same or different and are a hydrogen atom, a linear or branched C 4-16 alkyl group, a linear or branched C 4-16 alkoxy group, a linear or branched chain C 4-16 show an alkylthio group, that at least one of the hydrogen atoms of R 6a and R 6b, at least R 6a and R 6b are bonded to each other, are selected cycloalkane ring, oxygen atom, and sulfur atom The organic heteropolymer according to claim 1 or 2, which may form a 5- to 8-membered heterocycle having one heteroatom. 6a及びR6bの少なくとも一方が、直鎖状又は分岐鎖状C4−14アルキル基であるか、若しくはR6a及びR6bは互いに結合してアルキレンジオキシ基を形成する請求項1〜3のいずれかに記載の有機ヘテロ高分子。 4. At least one of R 6a and R 6b is a linear or branched C 4-14 alkyl group, or R 6a and R 6b are bonded to each other to form an alkylenedioxy group. The organic heteropolymer according to any one of the above. 有機半導体を形成するための組成物であって、請求項1〜4のいずれかに記載の有機ヘテロ高分子と、有機溶媒とを含み、有機半導体を形成するための組成物。   A composition for forming an organic semiconductor, comprising the organic heteropolymer according to any one of claims 1 to 4 and an organic solvent, wherein the organic semiconductor is formed. 請求項1〜4のいずれかに記載の有機ヘテロ高分子で形成された有機半導体。   The organic semiconductor formed with the organic heteropolymer in any one of Claims 1-4. 基材の少なくとも一方の面に請求項5記載の組成物を塗布して乾燥し、有機半導体を形成する有機半導体の製造方法。   The manufacturing method of the organic semiconductor which apply | coats the composition of Claim 5 to at least one surface of a base material, and dries and forms an organic semiconductor. 請求項1〜4のいずれかに記載の有機ヘテロ高分子で形成された有機半導体を含む電子デバイス。   The electronic device containing the organic semiconductor formed with the organic heteropolymer in any one of Claims 1-4. 光電変換素子、スイッチング素子及び整流素子から選択された一種である請求項8記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 8, wherein the electronic device is a kind selected from a photoelectric conversion element, a switching element, and a rectifying element.
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