JP2015072954A - Thermoelectric conversion element, method for manufacturing the same, article for thermoelectric generation, and power supply for sensor - Google Patents

Thermoelectric conversion element, method for manufacturing the same, article for thermoelectric generation, and power supply for sensor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flexible organic thermoelectric conversion element, high in adhesion with a base material or a metal electrode and capable of preventing an organic thermoelectric conversion layer from being separated during use, and a method for manufacturing the flexible organic thermoelectric conversion element.SOLUTION: A flexible organic thermoelectric conversion element 10 includes: an organic thermoelectric conversion layer 3 including (a) carbon nanotubes, (b) a polymer compound, and (c) a compound represented by the following formula (A), formula (B) and formula (C), and provided in a pattern on a flexible base material 1, on which a metal electrode 2 is provided, so as to correspond with the arrangement of the metal electrode; and an upper electrode 4 provided on the organic thermoelectric conversion layer. Formula (A): R-Y, formula (B): R-Z-C(=S)-Z-R, and formula (C): R-Z-Z-R, where Rrepresents an alkyl group or the like, Y represents -SH, -SCN or the like, Zand Zrepresent a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or the like, Zrepresents a sulfur atom or the like, Rand Rrepresent an alkyl group, an alkenyl group or the like, and R, R, Rand Rrepresent a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group.

Description

本発明は、熱を電気に変換する熱電変換素子及びその製造方法、並びに、熱電発電用物品及びセンサー用電源に関する。
特に、フレキブルな基材上に有機熱電変換層を作製した熱電変換素子及びその製造方法に関し、より詳細には、カーボンナノチューブと高分子化合物(例えば、導電性ポリマー)を含有する有機熱電変換組成物を使用した熱電変換素子及びその製造方法、並びに、この熱電変換素子を用いた熱電発電用物品及びセンサー用電源に関する。
The present invention relates to a thermoelectric conversion element that converts heat into electricity, a method for manufacturing the thermoelectric conversion element, an article for thermoelectric generation, and a power source for sensors.
In particular, it relates to a thermoelectric conversion element in which an organic thermoelectric conversion layer is produced on a flexible substrate and a method for producing the same, and more specifically, an organic thermoelectric conversion composition containing carbon nanotubes and a polymer compound (for example, a conductive polymer). The present invention relates to a thermoelectric conversion element using a thermoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, a thermoelectric power generation article using the thermoelectric conversion element, and a sensor power source.

熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することができる熱電変換材料は、熱電発電素子やペルチェ素子のような熱電変換素子に用いられている。熱電変換材料や熱電変換素子を応用した熱電発電は、熱エネルギーを直接電力に変換することができ、可動部を必要しない等の利点を有し、体温で作動する腕時計や医療器具、廃熱を利用するへき地用電源、宇宙用電源等に用いられている。   Thermoelectric conversion materials that can mutually convert thermal energy and electrical energy are used in thermoelectric conversion elements such as thermoelectric power generation elements and Peltier elements. Thermoelectric power generation using thermoelectric conversion materials and thermoelectric conversion elements can convert heat energy directly into electric power, has the advantage of not requiring moving parts, etc. It is used for remote power and space power.

熱電変換素子は、従来、無機系熱電変換材料で作製されたものが主流であったが、近年、フレキシブルで軽量な有機熱電変換材料で作製されたフレキシブル有機熱電変換素子が注目されている(例えば、特許文献1及び2)。
その他、有機熱電変換材料又は有機熱電変換素子に関して、特許文献3〜6、並びに、非特許文献1及び2に記載がある。
Conventionally, thermoelectric conversion elements were mainly made of inorganic thermoelectric conversion materials, but in recent years, flexible organic thermoelectric conversion elements made of flexible and lightweight organic thermoelectric conversion materials have attracted attention (for example, Patent Documents 1 and 2).
In addition, Patent Documents 3 to 6 and Non-Patent Documents 1 and 2 relate to organic thermoelectric conversion materials or organic thermoelectric conversion elements.

国際公開第2012/121133号パンフレットInternational Publication No. 2012/121133 Pamphlet 特開2010−199276号公報JP 2010-199276 A 特開2013−89798号公報JP 2013-89798 A 特開2013−95820号公報JP2013-95820A 特開2013−95821号公報JP 2013-95821 A 特開2013−118166号公報JP2013-118166A

Nature Materials, Vol.10,429,2011Nature Materials, Vol. 10,429,2011 J. C. Acs. Nano, Vol.5,7885,2011J. et al. C. Acs. Nano, Vol. 5,7885,2011

フレキシブル有機熱電変換素子は、そのフレキシビリティーを利用して、従来の無機系熱電変換材料で作製された熱電変換素子では困難であった、曲面や凹凸のある表面等への使用が実用化に向けて進められている。
しかし、フレキシブル有機熱電変換素子は、そのフレキシビリティーのため、基材又は金属電極と有機熱電変換層との密着性が十分ではなく、曲面や凹凸のある表面等に使用すると、有機熱電変換層が剥離しやすいという問題があった。
Flexible organic thermoelectric conversion elements can be put to practical use on curved surfaces and uneven surfaces that were difficult with conventional thermoelectric conversion elements made of inorganic thermoelectric conversion materials. It is progressing towards.
However, due to its flexibility, the flexible organic thermoelectric conversion element has insufficient adhesion between the base material or the metal electrode and the organic thermoelectric conversion layer. When used on a curved surface or an uneven surface, the organic thermoelectric conversion layer There was a problem that it was easy to peel off.

本発明は、基材又は金属電極との密着性が高く、好ましくは使用時に有機熱電変換層の剥離を防止できるフレキシブル有機熱電変換素子及びその製造方法、並びに、このフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品及びセンサー用電源を提供することを課題とする。
また、本発明は、基材又は金属電極との密着性が高く、導電性が優れ、添加剤や電極処理による導電性の低下がないフレキシブル有機熱電変換素子及びその製造方法、並びに、このフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品及びセンサー用電源を提供することを課題とする。
The present invention uses a flexible organic thermoelectric conversion element that has high adhesion to a substrate or a metal electrode, and preferably can prevent peeling of the organic thermoelectric conversion layer during use, and a method for manufacturing the same, and the flexible organic thermoelectric conversion element. It is an object to provide an article for thermoelectric power generation and a power source for sensors.
The present invention also provides a flexible organic thermoelectric conversion element having high adhesion to a base material or a metal electrode, excellent conductivity and no decrease in conductivity due to additives or electrode treatment, a method for producing the same, and the flexible organic It is an object of the present invention to provide an article for thermoelectric power generation using a thermoelectric conversion element and a power source for a sensor.

本発明者らは、有機熱電変換層と基材又は金属電極との密着性について検討したところ、特定の化学構造を有する化合物が、カーボンナノチューブと高分子化合物を含有する有機熱電変換層の導電性を低下させることなく、有機熱電変換層と基材又は金属電極との密着性を向上させうることを、見出した。本発明は、この知見に基づいて完成された。   The present inventors examined the adhesion between the organic thermoelectric conversion layer and the base material or the metal electrode. As a result, the compound having a specific chemical structure has a conductivity of the organic thermoelectric conversion layer containing the carbon nanotube and the polymer compound. It has been found that the adhesion between the organic thermoelectric conversion layer and the base material or the metal electrode can be improved without lowering. The present invention has been completed based on this finding.

すなわち、上記の課題は以下の手段により達成された。
<1>(a)カーボンナノチューブ、(b)高分子化合物、及び、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物を含み、金属電極を設置したフレキブルな基材上に金属電極の配置に合わせてパターン状に設けた有機熱電変換層と、有機熱電変換層上に設けた上部電極とを有するフレキシブル有機熱電変換素子。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
<2>R、R及びRが、それぞれ独立に、アルキル基、アラルキル基又はアリール基である<1>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<3>アルキル基が、直鎖状のアルキル基である<2>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<4>R、R及びRが、それぞれ独立に、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミド基及びヘテロ環基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基を有する<1>〜<3>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<5>ヘテロ環基は、窒素原子を有する5又は6員環のヘテロ環基である<4>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<6>Yが、−SHである<1>〜<5>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<7>Z及びZの少なくとも一方が、−NR−である<1>〜<5>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<8>−Z−Z−が、ジスルフィド結合を含む<1>〜<5>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<9>Zが、硫黄原子又は−NR−(C=S)−S−である<8>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<10>化合物(c)の含有量が、有機熱電変換層の全固形分に対し、0.1〜10質量%である<1>〜<9>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<11>化合物(c)が、分子量1000以下の化合物である<1>〜<10>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<12>有機熱電変換層が、カーボンナノチューブ(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含有する有機熱電変換密着性組成物からなる<1>〜<11>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<13>有機熱電変換層が、化合物(c)からなる膜上に、カーボンナノチューブ(a)及び高分子化合物(b)を含有する有機熱電変換組成物からなる膜を設けてなる<1>〜<11>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<14>有機熱電変換密着性組成物又は有機熱電変換組成物が、さらに(d)下記一般式(I)〜(V)のいずれかの式で表されるオニウム塩化合物を含有する<12>又は<13>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
That is, said subject was achieved by the following means.
<1> A flexible that includes (a) a carbon nanotube, (b) a polymer compound, and (c) a compound represented by the following formula (A), formula (B), or formula (C) and provided with a metal electrode A flexible organic thermoelectric conversion element having an organic thermoelectric conversion layer provided in a pattern on the base material in accordance with the arrangement of metal electrodes and an upper electrode provided on the organic thermoelectric conversion layer.
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)
<2> The flexible organic thermoelectric conversion element according to <1>, wherein R 1 , R 2, and R 3 are each independently an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group.
<3> The flexible organic thermoelectric conversion element according to <2>, wherein the alkyl group is a linear alkyl group.
<4> R 1 , R 2 and R 3 each independently have at least one substituent selected from the group consisting of a carboxy group, a hydroxy group, an amide group and a heterocyclic group <1> to <3> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of the above.
<5> The flexible organic thermoelectric conversion element according to <4>, wherein the heterocyclic group is a 5- or 6-membered heterocyclic group having a nitrogen atom.
<6> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <5>, wherein Y is -SH.
<7> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <5>, wherein at least one of Z 1 and Z 2 is —NR 6 —.
The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <5>, wherein <8> -Z 3 —Z 3 — includes a disulfide bond.
<9> The flexible organic thermoelectric conversion element according to <8>, wherein Z 3 is a sulfur atom or —NR 7 — (C═S) —S—.
<10> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <9>, wherein the content of the compound (c) is 0.1 to 10% by mass with respect to the total solid content of the organic thermoelectric conversion layer. .
<11> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <10>, wherein the compound (c) is a compound having a molecular weight of 1000 or less.
<12> The organic thermoelectric conversion layer according to any one of <1> to <11>, wherein the organic thermoelectric conversion layer includes an organic thermoelectric conversion adhesive composition containing the carbon nanotube (a), the polymer compound (b), and the compound (c). Flexible organic thermoelectric conversion element.
<13> The organic thermoelectric conversion layer is provided with a film made of an organic thermoelectric conversion composition containing the carbon nanotube (a) and the polymer compound (b) on the film made of the compound (c). <11> The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of the above.
<14> The organic thermoelectric conversion adhesive composition or the organic thermoelectric conversion composition further contains (d) an onium salt compound represented by any one of the following general formulas (I) to (V) <12>. Or the flexible organic thermoelectric conversion element as described in <13>.

Figure 2015072954
Figure 2015072954

(一般式(I)〜(V)中、R21〜R23、R25〜R26及びR31〜R33は、それぞれ独立に、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27〜R30は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、アルキレン基、アリーレン基を表す。Xは、強酸のアニオンを表す。一般式(I)におけるR21〜R23のいずれか2つの基、一般式(II)におけるR21及びR23、一般式(III)におけるR25及びR26、一般式(IV)におけるR27〜R30のいずれか2つの基、及び一般式(V)におけるR31〜R33のいずれか2つの基は、各一般式中において互いに結合して脂肪族環、芳香族環、又はヘテロ環を形成してもよい。) (In the general formulas (I) to (V), R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, or an aromatic heterocyclic group. R 27 to R 30 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group, and R 24 represents an alkylene group or an arylene group. .X represents a group -. is, R 21 and R 23 in any two groups of R 21 to R 23 in an anion of a strong acid formula (I), formula (II), in the general formula (III) R 25 and R 26 , any two groups of R 27 to R 30 in the general formula (IV), and any two groups of R 31 to R 33 in the general formula (V) are Result To aliphatic ring, may form an aromatic ring, or a heterocyclic ring.)

<15>一般式(I)〜(V)において、Xが、アリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンである<14>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<16>有機熱電変換密着性組成物の全固形分中に、カーボンナノチューブ(a)を5〜60質量%、高分子化合物(b)を30〜80質量%、化合物(c)を0.1〜10質量%及びオニウム塩化合物(d)を1〜30質量%含有する<14>又は<15>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
<15> In the general formulas (I) to (V), X represents an anion of an aryl sulfonic acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonic acid, an anion of a perhalogenated Lewis acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonimide, or The flexible organic thermoelectric conversion element according to <14>, which is an alkyl or aryl borate anion.
<16> In the total solid content of the organic thermoelectric conversion adhesive composition, the carbon nanotube (a) is 5 to 60% by mass, the polymer compound (b) is 30 to 80% by mass, and the compound (c) is 0.1%. The flexible organic thermoelectric conversion element as described in <14> or <15> which contains 10-30 mass% and 1-30 mass% of onium salt compounds (d).

<17>(a)カーボンナノチューブ、(b)高分子化合物、及び、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物を含有する有機熱電変換密着性組成物を、金属電極を設置したフレキブルな基材上に金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成し、有機熱電変換層上に上部電極を設けるフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
<17> An organic thermoelectric conversion adhesive composition containing (a) a carbon nanotube, (b) a polymer compound, and (c) a compound represented by the following formula (A), formula (B) or formula (C) A flexible organic thermoelectric conversion element in which an organic thermoelectric conversion layer is formed on an organic thermoelectric conversion layer by forming a pattern on a flexible base material on which a metal electrode is installed in a pattern according to the arrangement of the metal electrode. Production method.
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)

<18>化合物(c)の含有量が、有機熱電変換密着性組成物の全固形分に対し、0.1〜10質量%である<17>に記載のフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。 The manufacturing method of the flexible organic thermoelectric conversion element as described in <17> whose content of <18> compound (c) is 0.1-10 mass% with respect to the total solid of an organic thermoelectric conversion adhesive composition.

<19>金属電極を設置したフレキブルな基材の、少なくとも有機熱電変換層を設ける表面を、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物により表面処理し、その後、(a)カーボンナノチューブ及び(b)高分子化合物を含有する有機熱電変換組成物を金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成し、有機熱電変換層に上部電極を設けるフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
<19> A surface of at least an organic thermoelectric conversion layer of a flexible substrate provided with a metal electrode is treated with a compound represented by (c) the following formula (A), formula (B) or formula (C) Then, an organic thermoelectric conversion composition containing (a) carbon nanotubes and (b) a polymer compound is provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrodes to form an organic thermoelectric conversion layer. The manufacturing method of the flexible organic thermoelectric conversion element which provides an upper electrode.
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)

<20><1>〜<16>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品。
<21><1>〜<16>のいずれかに記載のフレキシブル有機熱電変換素子を用いたセンサー用電源。
<20> An article for thermoelectric power generation using the flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <16>.
<21> A power source for sensors using the flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of <1> to <16>.

本発明において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本発明において、置換基に関してxxx基というときには、そのxxx基に任意の置換基を有していてもよい。また、同一の符号で示された基が複数ある場合は、互いに同じであっても異なっていてもよい。
In the present invention, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
In the present invention, when the xxx group is referred to as a substituent, the xxx group may have an arbitrary substituent. In addition, when there are a plurality of groups indicated by the same reference numerals, they may be the same or different.

本発明によれば、基材又は金属電極との密着性が高く、好ましくは使用時に有機熱電変換層の剥離を防止できるフレキシブル有機熱電変換素子及びその製造方法、並びに、このフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品及びセンサー用電源を提供できる。
また、本発明によれば、基材又は金属電極との密着性が高く、導電性が優れたフレキシブル有機熱電変換素子及びその製造方法、並びに、このフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品及びセンサー用電源を提供できる。
According to the present invention, a flexible organic thermoelectric conversion element capable of preventing adhesion of the organic thermoelectric conversion layer at the time of use, and a method for producing the same, and a flexible organic thermoelectric conversion element are provided. The used thermoelectric power generation article and sensor power source can be provided.
In addition, according to the present invention, a flexible organic thermoelectric conversion element having high adhesion to a substrate or a metal electrode and excellent conductivity, a method for producing the same, and a thermoelectric power generation article using the flexible organic thermoelectric conversion element And a power source for the sensor.

本発明の一実施形態を説明するためのフレキシブル有機熱電変換素子の構成を模式的に示した図面であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)図中のA−A’線断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is drawing which showed typically the structure of the flexible organic thermoelectric conversion element for describing one Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is AA in (a) figure. FIG. フレキシブル有機熱電変換素子の配列の一例を示した図面であり、(a)は平面図であり、(b)は配列方向の断面図である。It is drawing which showed an example of the arrangement | sequence of a flexible organic thermoelectric conversion element, (a) is a top view, (b) is sectional drawing of an arrangement direction. 本発明の別の例を説明するためのフレキシブル有機熱電変換素子の構成を模式的に示した平面面である。It is the plane surface which showed typically the structure of the flexible organic thermoelectric conversion element for demonstrating another example of this invention. 本発明の別の実施形態を説明するためのフレキシブル有機熱電変換素子の構成を模式的に示した断面面である。It is the cross-sectional view which showed typically the structure of the flexible organic thermoelectric conversion element for demonstrating another embodiment of this invention.

本発明の熱電変換素子は、1又は複数の金属電極を設置したフレキブルな基材上に、金属電極の配置に合わせてパターン状に設けた1又は複数の有機熱電変換層と、有機熱電変換層上に設けた1又は複数の上部電極とを有する。   The thermoelectric conversion element of the present invention includes one or a plurality of organic thermoelectric conversion layers provided in a pattern on the flexible base material on which one or a plurality of metal electrodes are installed, in accordance with the arrangement of the metal electrodes, and an organic thermoelectric conversion layer And one or a plurality of upper electrodes provided thereon.

まず、フレキブル有機熱電変換素子の有機熱電変換層を形成するための有機熱電変換組成物について、説明する。   First, the organic thermoelectric conversion composition for forming the organic thermoelectric conversion layer of a flexible organic thermoelectric conversion element is demonstrated.

[有機熱電変換組成物]
本発明に用いる有機熱電変換組成物は、熱電変換層を形成する成分を含有する。このような成分として、(a)カーボンナノチューブ、(b)高分子化合物、(c)上記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物(化合物(c)という)等が挙げられる。本発明において、化合物(c)を含有する有機熱電変換組成物を特に有機熱電変換密着性組成物という。
[Organic thermoelectric conversion composition]
The organic thermoelectric conversion composition used for this invention contains the component which forms a thermoelectric conversion layer. Examples of such components include (a) carbon nanotubes, (b) polymer compounds, (c) compounds represented by the above formula (A), formula (B) or formula (C) (referred to as compound (c)), etc. Is mentioned. In the present invention, the organic thermoelectric conversion composition containing the compound (c) is particularly referred to as an organic thermoelectric conversion adhesive composition.

<(a)カーボンナノチューブ>
本発明に用いるカーボンナノチューブ(CNT)は、1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT、及び複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNTがある。本発明においては、単層CNT、2層CNT、多層CNTを各々単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。特に、導電性及び半導体特性において優れた性質を持つ単層CNT及び2層CNTを用いることが好ましく、単層CNTを用いることがより好ましい。
<(A) Carbon nanotube>
The carbon nanotube (CNT) used in the present invention is a single-walled CNT in which a single carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a double-walled CNT in which two graphene sheets are wound concentrically, and There is a multilayer CNT in which a plurality of graphene sheets are concentrically wound. In the present invention, single-walled CNTs, double-walled CNTs, and multilayered CNTs may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. In particular, it is preferable to use single-walled CNT and double-walled CNT having excellent properties in terms of conductivity and semiconductor properties, and more preferably single-walled CNT.

単層CNTの場合、グラフェン・シートのグラフェンの六角形の向きに基づく螺旋構造の対称性を軸性カイラルといい、グラフェン上にある6員環の基準点からの2次元格子ベクトルのことをカイラルベクトルという。このカイラルベクトルを指数化した(n,m)をカイラル指数といい、このカイラル指数によって金属性と半導体性に分類できる。具体的には、n−mが3の倍数であるものが金属性を示し、3の倍数でないものが半導体性を示す。
本発明に好ましく用いる単層CNTは、半導体性のものであっても、金属性のものであってもよく、両者を併せて用いてもよい。半導体性CNTと金属性CNTとを両方を用いる場合、組成物中の両者の含有比率は、特に限定されず、その用途等に応じて適宜定めることができる。例えば、電極用途として用いる場合は、導電性の観点から、金属性CNTの含有比率が高いほうが好ましい。半導体用途として用いる場合は、半導体特性の観点から、半導体性CNTの含有比率が高いほうが好ましい。また、CNTには金属等が内包されていてもよく、フラーレン等の分子が内包されたものを用いてもよい。なお、本発明に用いる有機熱電変換組成物には、CNTの他に、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノビーズ等のナノカーボンが含まれてもよい。
In the case of single-walled CNT, the symmetry of the helical structure based on the hexagonal orientation of the graphene sheet graphene is called axial chiral, and the two-dimensional lattice vector from the reference point of the 6-membered ring on the graphene is chiral. It is called a vector. The (n, m) obtained by indexing this chiral vector is called a chiral index, and can be classified into metallic and semiconducting properties by this chiral index. Specifically, a material having nm that is a multiple of 3 indicates metallic properties, and a material that is not a multiple of 3 indicates semiconductor properties.
The single-walled CNT preferably used in the present invention may be semiconductive or metallic, and both may be used in combination. When both semiconducting CNT and metallic CNT are used, the content ratio of both in the composition is not particularly limited, and can be determined as appropriate according to the application. For example, when used as an electrode, it is preferable that the content ratio of metallic CNT is high from the viewpoint of conductivity. When used as a semiconductor application, it is preferable that the content ratio of semiconducting CNT is high from the viewpoint of semiconductor characteristics. The CNT may contain a metal or the like, or may contain a molecule such as fullerene. The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention may contain nanocarbons such as carbon nanohorns, carbon nanocoils, and carbon nanobeads in addition to CNTs.

CNTはアーク放電法、化学気相成長法(以下、CVD法という)、レーザー・アブレーション法等によって製造することができる。本発明に用いられるCNTは、いずれの方法によって得られたものであってもよいが、好ましくはアーク放電法及びCVD法により得られたものである。
CNTを製造する際には、同時にフラーレンやグラファイト、非晶性炭素が副生成物として生じ、また、ニッケル、鉄、コバルト、イットリウム等の触媒金属も残存することがある。これらの不純物を除去するために、精製するのが好ましい。CNTの精製方法は特に限定されないが、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理が不純物の除去には有効である。併せて、フィルターによる分離除去を行うことも、純度を向上させる観点からより好ましい。
CNT can be produced by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method), a laser ablation method, or the like. The CNT used in the present invention may be obtained by any method, but is preferably obtained by an arc discharge method and a CVD method.
When producing CNTs, fullerene, graphite, and amorphous carbon are simultaneously generated as by-products, and catalyst metals such as nickel, iron, cobalt, and yttrium may remain. In order to remove these impurities, purification is preferred. The method for purifying CNTs is not particularly limited, but acid treatment with nitric acid, sulfuric acid, etc., and ultrasonic treatment are effective for removing impurities. In addition, it is more preferable to perform separation and removal using a filter from the viewpoint of improving purity.

精製の後、得られたCNTをそのまま用いることもできる。また、CNTは一般に紐状で得られるため、用途に応じて所望の長さにカットして用いてもよい。例えば、半導体用途に用いる場合は、電極間の短絡を防ぐために、電極間の距離よりも短いCNTを使用することが好ましい。CNTは、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理、凍結粉砕法等により短繊維状にカットすることができる。また、併せてフィルターによる分離を行うことも、純度を向上させる観点から好ましい。
本発明においては、カットしたCNTだけではなく、あらかじめ短繊維状に作製したCNTも同様に使用できる。このような短繊維状CNTは、例えば、基板上に鉄、コバルト等の触媒金属を形成し、その表面にCVD法により700〜900℃で炭素化合物を熱分解してCNTを気相成長させることによって、基板表面に垂直方向に配向した形状で得られる。このようにして作製された短繊維状CNTは基板から剥ぎ取る等の方法で取り出すことができる。また、短繊維状CNTはポーラスシリコンのようなポーラスな支持体や、アルミナの陽極酸化膜上に触媒金属を担持させ、その表面にCNTをCVD法にて成長させることもできる。触媒金属を分子内に含む鉄フタロシアニンのような分子を原料とし、アルゴン/水素のガス流中でCVDを行うことによって基板上にCNTを作製する方法でも配向した短繊維状のCNTを作製することもできる。さらには、エピタキシャル成長法によってSiC単結晶表面に配向した短繊維状CNTを得ることもできる。
After purification, the obtained CNT can be used as it is. In addition, since CNTs are generally obtained in a string shape, they may be cut into a desired length depending on the application. For example, when used for semiconductor applications, it is preferable to use CNT shorter than the distance between the electrodes in order to prevent a short circuit between the electrodes. CNTs can be cut into short fibers by acid treatment with nitric acid, sulfuric acid or the like, ultrasonic treatment, freeze pulverization method or the like. In addition, it is also preferable to perform separation using a filter from the viewpoint of improving purity.
In the present invention, not only cut CNTs but also CNTs produced in the form of short fibers in advance can be used in the same manner. Such short fibrous CNTs form, for example, a catalytic metal such as iron or cobalt on a substrate, and thermally decompose carbon compounds on the surface at 700 to 900 ° C. by CVD to cause vapor growth of the CNTs. Thus, a shape oriented in the direction perpendicular to the substrate surface is obtained. The short fiber CNTs thus produced can be taken out by a method such as peeling off from the substrate. In addition, the short fibrous CNTs can be obtained by supporting a catalytic metal on a porous support such as porous silicon or an anodic oxide film of alumina and growing the CNTs on the surface by the CVD method. Using oriented molecules such as iron phthalocyanine containing a catalytic metal in the molecule as a raw material and producing CNTs on a substrate by performing CVD in an argon / hydrogen gas flow, producing oriented short fiber CNTs You can also. Furthermore, short fiber CNTs oriented on the SiC single crystal surface can be obtained by an epitaxial growth method.

本発明に用いるCNTの平均長さは特に限定されず、組成物の用途等に応じて適宜選択することができる。例えば、本発明に用いる組成物を半導体用途に用いる場合、電極間距離にもよるが、製造容易性、成膜性、導電性等の観点から、CNTの平均長さが0.01μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上100μm以下であることがより好ましい。   The average length of the CNTs used in the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected according to the use of the composition. For example, when the composition used in the present invention is used for semiconductor applications, the average length of CNTs is 0.01 μm or more and 1000 μm or less from the viewpoint of manufacturability, film formability, conductivity, etc., depending on the distance between electrodes. It is preferable that it is 0.1 micrometer or more and 100 micrometers or less.

本発明に用いるCNTの直径は特に限定されないが、耐久性、透明性、成膜性、導電性等の観点から、0.4nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは15nm以下である。   The diameter of the CNT used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.4 nm or more and 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and still more preferably, from the viewpoint of durability, transparency, film formability, conductivity, and the like. Is 15 nm or less.

<(b)高分子化合物>
本発明に用いる高分子化合物(b)は、導電性高分子であっても、非導電性高分子であってもよい。
ここで、導電性高分子は、主鎖がπ電子又は孤立電子対の電子で共役する構造を有する共役高分子化合物である。共役系の分子構造として、例えば、主鎖上の炭素−炭素結合において一重結合と二重結合とが交互に連なる構造が挙げられる。
非導電性高分子は、ポリマー主鎖の共役構造で導電性を示さない非共役高分子化合物である。好ましくは、ポリマー主鎖が、芳香環(炭素環系芳香環、ヘテロ芳香環)、エチニレン結合、エテニレン結合及び孤立電子対を有するヘテロ原子から選択される環、基、又は原子から構成されている高分子以外の高分子、又は、これらの基を含んでも、これらの基が互いに結合することなく組み込まれている高分子である。
<(B) polymer compound>
The polymer compound (b) used in the present invention may be a conductive polymer or a non-conductive polymer.
Here, the conductive polymer is a conjugated polymer compound having a structure in which the main chain is conjugated with π electrons or electrons of a lone electron pair. Examples of the conjugated molecular structure include a structure in which single bonds and double bonds are alternately linked in a carbon-carbon bond on the main chain.
The non-conductive polymer is a non-conjugated polymer compound that does not exhibit conductivity due to the conjugated structure of the polymer main chain. Preferably, the polymer main chain is composed of a ring, group, or atom selected from an aromatic ring (carbocyclic aromatic ring, heteroaromatic ring), an ethynylene bond, an ethenylene bond, and a heteroatom having a lone pair. It is a polymer other than a polymer, or a polymer in which these groups are incorporated without bonding to each other even if these groups are included.

有機熱電変換組成物は、導電性高分子及び非導電性高分子の少なくとも一方を含有する。上記CNT(a)とともに高分子化合物(b)を用いることで、CNT(a)が組成物中で凝集せず均一に分散され、組成物の塗布性が向上する。
高分子化合物(b)には、通常の高分子に加えて、オリゴマー(例えば重量平均分子量1000〜10000程度)も包含する。
The organic thermoelectric conversion composition contains at least one of a conductive polymer and a non-conductive polymer. By using the polymer compound (b) together with the CNT (a), the CNT (a) is uniformly dispersed without being aggregated in the composition, and the coating property of the composition is improved.
The polymer compound (b) includes an oligomer (for example, a weight average molecular weight of about 1000 to 10,000) in addition to a normal polymer.

導電性高分子を上記CNTとともに用いることで、高い導電性の有機熱電変換組成物が得られる。これは、導電性高分子が長く伸びた共役系構造を有するため、当該高分子とCNT間の電荷移動がスムーズであり、その結果、CNT本来の高い導電性や半導体特性を効果的に利用できるためと考えられる。   By using a conductive polymer together with the CNT, a highly conductive organic thermoelectric conversion composition can be obtained. This is because the conductive polymer has a long conjugated structure, so that the charge transfer between the polymer and CNT is smooth, and as a result, the original high conductivity and semiconductor characteristics of CNT can be effectively used. This is probably because of this.

このような導電性高分子としては、具体的には、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、p−フルオレニレンビニレン系化合物、フルオレン系化合物、芳香族ポリアミン系化合物(アリールアミン系化合物ともいう)、ポリアセン系化合物、ポリフェナントレン系化合物、金属フタロシアニン系化合物、p−キシリレン系化合物、ビニレンスルフィド系化合物、m−フェニレン系化合物、ナフタレンビニレン系化合物、p−フェニレンオキシド系化合物、フェニレンスルフィド系化合物、フラン系化合物、セレノフェン系化合物、アゾ系化合物、及び金属錯体系化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む共役高分子が挙げられる。   Specific examples of such conductive polymers include thiophene compounds, pyrrole compounds, aniline compounds, acetylene compounds, p-phenylene compounds, p-phenylene vinylene compounds, p-phenylene ethynylene compounds. Compound, p-fluorenylene vinylene compound, fluorene compound, aromatic polyamine compound (also referred to as arylamine compound), polyacene compound, polyphenanthrene compound, metal phthalocyanine compound, p-xylylene compound, vinylene Selected from the group consisting of sulfide compounds, m-phenylene compounds, naphthalene vinylene compounds, p-phenylene oxide compounds, phenylene sulfide compounds, furan compounds, selenophene compounds, azo compounds, and metal complex compounds. Small Conjugated polymer including constituents as repeating structure and the like derived from Kutomo one compound.

中でも熱電変換性能の観点から、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、フルオレン系化合物、及びアリールアミン系化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む共役高分子が好ましく、チオフェン系化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む共役高分子がより好ましい。
また、導電性高分子は、直鎖状の共役系高分子であるのが好ましい。
Among these, from the viewpoint of thermoelectric conversion performance, thiophene compounds, pyrrole compounds, aniline compounds, acetylene compounds, p-phenylene compounds, p-phenylene vinylene compounds, p-phenylene ethynylene compounds, fluorene compounds, and Preferred is a conjugated polymer containing as a repeating structure a constituent derived from at least one compound selected from the group consisting of arylamine compounds, and more preferred is a conjugated polymer containing as a repeating structure a constituent derived from a thiophene compound. preferable.
The conductive polymer is preferably a linear conjugated polymer.

本発明に用いる導電性高分子は、上述の繰り返し単位を1種単独で有しても、2種以上を組み合わせ有していてもよい。また、この繰り返し単位に加えて、他の構造を有する繰り返し単位を、併せて有していてもよい。複数種の繰り返し単位からなる高分子の場合、ブロック共重合体であっても、ランダム共重合体であっても、グラフト共重合体であってもよい。
他の繰り返し単位としては、主鎖の共役構造を損なわないものであれば特に限定されず、フルオレニレン基、カルバゾール基、ジベンゾ[b,d]シロール基、チエノ[3,2−b]チオフェン基、チエノ[2,3−c]チオフェン基、ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン基、シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン基、ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H,5H)−ジオン基、ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール−4,8−ジイル基、アゾ基、1,4−フェニレン基、5H−ジベンゾ[b、d]シロール基、ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]シロール、チアゾール基、イミダゾール基、ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H、5H)−ジオン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、トリアゾール基等を有する化合物に由来する各構成成分が挙げられる。
The conductive polymer used in the present invention may have the above-mentioned repeating unit alone or in combination of two or more. Moreover, in addition to this repeating unit, you may have the repeating unit which has another structure together. In the case of a polymer composed of a plurality of types of repeating units, it may be a block copolymer, a random copolymer, or a graft copolymer.
Other repeating units are not particularly limited as long as they do not impair the conjugated structure of the main chain. Thieno [2,3-c] thiophene group, benzo [1,2-b; 4,5-b ′] dithiophene group, cyclopenta [2,1-b; 3,4-b ′] dithiophene group, pyrrolo [3 , 4-c] pyrrole-1,4 (2H, 5H) -dione group, benzo [2,1,3] thiadiazole-4,8-diyl group, azo group, 1,4-phenylene group, 5H-dibenzo [ b, d] silole group, dithieno [3,2-b; 2 ', 3'-d] silole, thiazole group, imidazole group, pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4 (2H, 5H)- Dione group, oxadiazole group, thiadiazo Each component derived from a compound having a ru group, a triazole group, or the like.

本発明に用いる導電性高分子は、上記群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する繰り返し単位を導電性高分子中、合計で50質量%以上有していることが好ましく、70質量%以上有していることがより好ましく、上記繰り返し単位のみからなることが更に好ましい。   The conductive polymer used in the present invention preferably has a total of 50% by mass or more of repeating units derived from at least one compound selected from the above group in the conductive polymer, and is 70% by mass. It is more preferable to have the above, and it is even more preferable to consist only of the above repeating unit.

上記繰り返し単位及び上記他の繰り返し単位に導入される置換基としては特に制限はないが、他の成分との相溶性、用いうる分散媒の種類等を考慮して、分散媒への共役高分子の分散性を高めうるものを適宜選択して導入することが好ましい。
置換基の一例として、分散媒として有機溶媒を用いる場合、直鎖、分岐又は環状の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオアルキル基のほか、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基等を好ましく用いることができる。これらの基はさらに置換基を有してもよい。また、置換基の炭素数に特に制限はないが、好ましくは1〜12、より好ましくは4〜12であり、特に炭素数6〜12の長鎖のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基が好ましい。
The substituent introduced into the above repeating unit and the above other repeating unit is not particularly limited, but in consideration of compatibility with other components, the type of dispersion medium that can be used, and the like, a conjugated polymer to the dispersion medium. It is preferable to select and introduce those that can improve the dispersibility of the resin.
As an example of the substituent, when an organic solvent is used as a dispersion medium, a linear, branched or cyclic alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, thioalkyl group, alkoxyalkyleneoxy group, alkoxyalkyleneoxyalkyl group , A crown ether group, an aryl group and the like can be preferably used. These groups may further have a substituent. The number of carbon atoms of the substituent is not particularly limited, but is preferably 1 to 12, more preferably 4 to 12, and particularly a long-chain alkyl group, alkoxy group, thioalkyl group, alkoxyalkylene having 6 to 12 carbon atoms. An oxy group and an alkoxyalkyleneoxyalkyl group are preferable.

一方、分散媒として水系媒体を用いる場合は、各モノマーの末端又は上記置換基にさらに、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基を導入することが好ましい。他にも、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、カルバメート基、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、イソシアノ基、ハロゲン原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基等を置換基として導入することができ、好ましい。   On the other hand, when an aqueous medium is used as the dispersion medium, it is preferable to introduce a hydrophilic group such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, or a phosphoric acid group at the terminal of each monomer or the above substituent. In addition, dialkylamino group, monoalkylamino group, amino group, carboxyl group, ester group, amide group, carbamate group, nitro group, cyano group, isocyanate group, isocyano group, halogen atom, perfluoroalkyl group, perfluoro An alkoxy group or the like can be introduced as a substituent, which is preferable.

導入されうる置換基の数も特に制限されず、共役高分子の分散性や相溶性、導電性等を考慮して、1個又は複数個の置換基を適宜導入することができる。   The number of substituents that can be introduced is not particularly limited, and one or more substituents can be appropriately introduced in consideration of dispersibility, compatibility, conductivity, and the like of the conjugated polymer.

上記導電性高分子は、特開2013−118166号公報の段落[0021]〜[0047]に記載の「導電性高分子」を好適に用いることができ、これらの段落に記載された内容は本願明細書に組み込まれる。   As the conductive polymer, the “conductive polymer” described in paragraphs [0021] to [0047] of JP2013-118166A can be preferably used, and the contents described in these paragraphs are described in this application. Incorporated in the description.

高い導電性を実現する観点から、導電性高分子は、酸、光、熱に対して分解されにくいものが好ましい。高い導電性を得るためには、導電性高分子の長い共役鎖を介した分子内のキャリア伝達及び分子間のキャリアホッピングが必要となる。そのためには、導電性高分子の分子量がある程度大きいことが好ましく、この観点から、本発明に用いる導電性高分子の重量平均分子量は、5000以上が好ましく、7000〜300,000がより好ましく、8000〜100,000がさらに好ましい。
重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定できる。例えば、装置:「Alliance GPC2000(Waters社製)」、カラム:TSKgel GMH−HT×2+TSKgel GMH−HTL×2(いずれも7.5mmI.D.×30cm、東ソー社製)、カラム温度:140℃、検出器:示差屈折率計、移動相:溶媒(例えばo−ジクロロベンゼン)の構成、条件にて行い、標準ポリスチレンを用いて平均分子量を求めることができる。
From the viewpoint of realizing high conductivity, the conductive polymer is preferably one that is not easily decomposed by acid, light, and heat. In order to obtain high conductivity, intramolecular carrier transmission and intermolecular carrier hopping through long conjugated chains of the conductive polymer are required. For this purpose, the molecular weight of the conductive polymer is preferably large to some extent. From this viewpoint, the weight average molecular weight of the conductive polymer used in the present invention is preferably 5000 or more, more preferably 7000 to 300,000, and more preferably 8000. More preferred is ~ 100,000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC). For example, apparatus: “Alliance GPC2000 (manufactured by Waters)”, column: TSKgel GMH 6 -HT × 2 + TSKgel GMH 6 -HTL × 2 (both 7.5 mm ID × 30 cm, manufactured by Tosoh Corporation), column temperature: 140 The average molecular weight can be determined by using standard polystyrene, under the conditions and conditions of ° C., detector: differential refractometer, mobile phase: solvent (for example, o-dichlorobenzene).

導電性高分子は、構成単位である上記繰り返し単位を通常の酸化重合法により重合させて製造できる。
また、市販品を用いることもでき、例えば、アルドリッチ社製のポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5ージイル) レジオレギュラー品が挙げられる。
The conductive polymer can be produced by polymerizing the above repeating unit, which is a structural unit, by an ordinary oxidative polymerization method.
Moreover, a commercial item can also be used, for example, the poly (3-hexyl thiophene-2,5-diyl) regioregular product made from an Aldrich company is mentioned.

非導電性高分子としては、特に限定されず、通常知られているものを用いることができる。熱電変換性能の観点からは、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、アミド化合物、イミド化合物、フッ素化合物及びシロキサン化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む非共役高分が好ましい。これらの化合物は置換基を有していてもよく、置換基としては、共役高分子の置換基と同じものが挙げられる。   The non-conductive polymer is not particularly limited, and commonly known ones can be used. From the viewpoint of thermoelectric conversion performance, a structure derived from at least one compound selected from the group consisting of vinyl compounds, (meth) acrylate compounds, carbonate compounds, ester compounds, amide compounds, imide compounds, fluorine compounds and siloxane compounds Nonconjugated conjugates containing components as repeating structures are preferred. These compounds may have a substituent, and examples of the substituent include the same as the substituent of the conjugated polymer.

本発明において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの双方又はいずれかを表すものであり、これらの混合物をも包含するものである。   In the present invention, “(meth) acrylate” represents either or both of acrylate and methacrylate, and includes a mixture thereof.

ビニル化合物として、具体的には、スチレン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、ビニルピリジン、ビニルナフタレン、ビニルフェノール、酢酸ビニル、スチレンスルホン酸、ビニルトリフェニルアミン等のビニルアリールアミン類、ビニルトリブチルアミン等のビニルトリアルキルアミン類等が挙げられる。
(メタ)アクリレート化合物として、具体的には、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート等の疎水性のアクリル酸アルキルエステル、2−ヒドロキシエチルアクリレート、1−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、1−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、3−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、1−ヒドロキシブチルアクリレート等のアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等のアクリレート系モノマー、これらのモノマーのアクリロイル基をメタクリロイル基に換えたメタクリレート系モノマー等が挙げられる。
Specific examples of the vinyl compound include styrene, vinyl pyrrolidone, vinyl carbazole, vinyl pyridine, vinyl naphthalene, vinyl phenol, vinyl acetate, styrene sulfonic acid, vinyl arylamines such as vinyltriphenylamine, and vinyl tributylamine. And trialkylamines.
Specific examples of (meth) acrylate compounds include hydrophobic acrylic acid alkyl esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, and butyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 1-hydroxyethyl acrylate, and 2-hydroxypropyl acrylate. Acrylate monomers such as 3-hydroxypropyl acrylate, 1-hydroxypropyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 3-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 1-hydroxybutyl acrylate, etc. And methacrylate monomers in which the acryloyl group of the monomer is replaced with a methacryloyl group.

カーボネート化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリカーボネートの具体例として、ビスフェノールAとホスゲンからなる汎用ポリカーボネート、ユピゼータ(商品名、三菱ガス化学株式会社製)、パンライト(商品名、帝人化成株式会社製)等が挙げられる。
ポリエステルを構成しうる化合物として、ポリアルコール及びポリカルボン酸、乳酸等のヒドロキシ酸が挙げられる。ポリエステルの具体例として、バイロン(商品名、東洋紡績株式会社製)等が挙げられる。
アミド化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリアミドの具体例として、PA−100(商品名、株式会社T&K TOKA製)等が挙げられる。
イミド化合物に対応する構成成分を繰り返し構造として含むポリイミドの具体例として、ソルピー6,6−PI(商品名、ソルピー工業株式会社製)等が挙げられる。
フッ素化合物として、具体的には、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル等が挙げられる。
シロキサン化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリシロキサンとして、具体的には、ポリジフェニルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサン等が挙げられる。
Specific examples of polycarbonates containing repeating components derived from carbonate compounds include general-purpose polycarbonates composed of bisphenol A and phosgene, Iupizeta (trade name, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.), Panlite (trade name, Teijin Chemicals Ltd.) Manufactured) and the like.
Examples of the compound that can constitute the polyester include polyalcohols, polycarboxylic acids, and hydroxy acids such as lactic acid. Specific examples of polyester include Byron (trade name, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) and the like.
Specific examples of polyamides containing a structural component derived from an amide compound as a repeating structure include PA-100 (trade name, manufactured by T & K TOKA Corporation).
As a specific example of polyimide containing a constituent component corresponding to an imide compound as a repeating structure, Solpy 6,6-PI (trade name, manufactured by Solpy Kogyo Co., Ltd.) and the like can be given.
Specific examples of the fluorine compound include vinylidene fluoride and vinyl fluoride.
Specific examples of the polysiloxane containing a component derived from a siloxane compound as a repeating structure include polydiphenylsiloxane and polyphenylmethylsiloxane.

非導電性高分子は単独重合体であってもよく、また共重合体であってもよい。
本発明では、非導電性高分子として、ビニル化合物を重合してなる高分子化合物を用いることがより好ましい。
The non-conductive polymer may be a homopolymer or a copolymer.
In the present invention, it is more preferable to use a polymer compound obtained by polymerizing a vinyl compound as the non-conductive polymer.

非導電性高分子は、疎水性であることが好ましく、スルホン酸や水酸基等の親水性基を分子内に有しないことがより好ましい。また、溶解度パラメータ(SP値)が11以下の非導電性高分子が好ましい。   The nonconductive polymer is preferably hydrophobic, and more preferably has no hydrophilic group such as sulfonic acid or hydroxyl group in the molecule. A non-conductive polymer having a solubility parameter (SP value) of 11 or less is preferable.

熱電変換材料中に、上記共役高分子とともに非共役高分子を含有させることで、有機熱電変換組成物の熱電変換性能の向上を図ることができる。   The thermoelectric conversion performance of the organic thermoelectric conversion composition can be improved by including a non-conjugated polymer together with the conjugated polymer in the thermoelectric conversion material.

非導電性高分子の重量平均分子量は、5000〜30万が好ましく、1万〜15万がより好ましい。重量平均分子量の測定方法は導電性高分子と同様である。   The weight average molecular weight of the nonconductive polymer is preferably 5000 to 300,000, and more preferably 10,000 to 150,000. The method for measuring the weight average molecular weight is the same as that for the conductive polymer.

<化合物(c)>
本発明に用いる化合物(c)は、下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物である。
化合物(c)は、基材又は金属電極に対する熱電変換層の密着性を向上させることができる。また、有機熱電変換組成物及び熱電変換層の導電性を低下させにくい。特に有機熱電変換密着性組成物及び有機熱電変換層に後述する含有量で含有されていると導電性の低下を防止できる点で好ましい。
<Compound (c)>
The compound (c) used in the present invention is a compound represented by the following formula (A), formula (B) or formula (C).
Compound (c) can improve the adhesion of the thermoelectric conversion layer to the substrate or the metal electrode. Moreover, it is hard to reduce the electroconductivity of an organic thermoelectric conversion composition and a thermoelectric conversion layer. In particular, the organic thermoelectric conversion adhesive composition and the organic thermoelectric conversion layer are preferably contained in the content described later, from the viewpoint of preventing a decrease in conductivity.

式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3

式(A)、式(B)及び式(C)中、
は、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。
Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。
及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。
は、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。
及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。
、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。
In formula (A), formula (B) and formula (C),
R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group.
Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H.
Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —.
Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═S) —S—.
R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. R 2 may combine with R 1 to form a ring.
R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group. R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring.

は、アルキル基、アラルキル基又はアリール基が好ましく、アルキル基又はアリール基がより好ましく、アルキル基がさらに好ましい。
のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよく、直鎖状が好ましい。
直鎖アルキル基及び分岐アルキル基の炭素数は、特に限定されないが、式(A)の場合は、6以上が好ましく、6〜20がより好ましく、式(B)及び式(C)の場合は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、2〜20がさらに好ましい。具体的には、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ウンデカン、ドデシル等が挙げられる。
環状アルキル基は、単環であっても多環であってもよい。単環の環状アルキル基は、炭素数が5以上のものが好ましく、5〜10のものがより好ましい。具体的には、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル等が挙げられる。多環の環状アルキル基は、炭素数が7以上のものが好ましく、7〜20のものがより好ましい。具体的には、例えば、ノルボルニル、アダマンチル、イソボロニル、カンファニル、ジシクロペンチル、α−ピネル、トリシクロデカニル等が挙げられる。
R 1 is preferably an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, more preferably an alkyl group or an aryl group, and still more preferably an alkyl group.
The alkyl group for R 1 may be linear, branched or cyclic, and is preferably linear.
The number of carbon atoms of the linear alkyl group and the branched alkyl group is not particularly limited, but in the case of the formula (A), 6 or more is preferable, 6 to 20 is more preferable, 1 or more is preferable, 2 or more is more preferable, and 2 to 20 is more preferable. Specific examples include methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl, octyl, decyl, undecane, dodecyl and the like.
The cyclic alkyl group may be monocyclic or polycyclic. The monocyclic alkyl group preferably has 5 or more carbon atoms, more preferably 5 to 10 carbon atoms. Specific examples include cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and the like. The polycyclic alkyl group preferably has 7 or more carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms. Specifically, for example, norbornyl, adamantyl, isobornyl, camphanyl, dicyclopentyl, α-pinel, tricyclodecanyl and the like can be mentioned.

アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよい。アルケニル基は、好ましくは、上記アルキル基の隣接炭素原子それぞれから水素原子を1つずつ除去したものが挙げられる。   The alkenyl group may be linear, branched or cyclic. The alkenyl group is preferably an alkenyl group obtained by removing one hydrogen atom from each adjacent carbon atom of the alkyl group.

アラルキル基は、アリール基を有するアルキル基であり、炭素数は特に限定されないが、7以上が好ましく、7〜17がより好ましい。アラルキル基のアルキル部分は上記アルキル基と同義であり、アリール基は後述するRのアリール基と同義であり、それぞれアラルキル基の上記炭素数を満たすものが好ましい。具体的には、例えば、ベンジル、フェネチル、ナフチルメチル、9−フルオレニル、9−フルオレニルメチル、11−フェニルウンデカン等が挙げられる。 The aralkyl group is an alkyl group having an aryl group, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 7 or more, and more preferably 7-17. The alkyl part of the aralkyl group has the same meaning as the above alkyl group, and the aryl group has the same meaning as the aryl group of R 1 described later, and those satisfying the above carbon number of the aralkyl group are preferable. Specific examples include benzyl, phenethyl, naphthylmethyl, 9-fluorenyl, 9-fluorenylmethyl, 11-phenylundecane, and the like.

アリール基は、炭素数が6以上のものが好ましく、6〜15のものがより好ましい。具体的には、例えば、フェニル、ナフチル、アントリル等が挙げられる。   The aryl group preferably has 6 or more carbon atoms, more preferably 6 to 15 carbon atoms. Specific examples include phenyl, naphthyl, anthryl and the like.

SiRHにおけるR及びRのアルキル基、アラルキル基及びアリール基は、Rのアルキル基、アラルキル基及びアリール基と同義である。好ましいアルキル基はRの式(B)及び式(C)の場合における好ましいものと同じであり、好ましいアラルキル基及びアリール基はRの好ましいものと同じである。R及びRは同一でも異なっていてもよい。R及びRは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基がさらに好ましい。 The alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 4 and R 5 in SiR 4 R 5 H have the same meaning as the alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 1 . Preferred alkyl groups are the same as those preferred for R 1 in formulas (B) and (C), and preferred aralkyl and aryl groups are the same as those for R 1 . R 4 and R 5 may be the same or different. R 4 and R 5 are more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

Yは、−SH又は−SCNが好ましく、−SHがより好ましい。   Y is preferably -SH or -SCN, more preferably -SH.

式(B)において、Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表し、単結合、硫黄原子又は−NR−が好ましく、Z及びZの少なくとも一方が−NR−であるのがより好ましい。Z及びZは互いに同じでも異なってもよい。 In the formula (B), Z 1 and Z 2 each independently represent a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, preferably a single bond, a sulfur atom or —NR 6 —, and Z 1 and Z More preferably, at least one of 2 is —NR 6 —. Z 1 and Z 2 may be the same or different from each other.

のアルキル基、アラルキル基及びアリール基は、Rのアルキル基、アラルキル基及びアリール基と同義である。好ましいアルキル基はRの式(B)及び式(C)の場合における好ましいものと同じであり、好ましいアラルキル基及びアリール基はRの好ましいものと同じである。Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基がさらに好ましい。
はR又はRと結合して環を形成してもよく、RとR又はRとRとが結合して形成される環は、後述する、RとR又はRとが結合して形成される環と同義であり、好ましい範囲も同じである。
The alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 6 have the same meanings as the alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 1 . Preferred alkyl groups are the same as those preferred for R 1 in formulas (B) and (C), and preferred aralkyl and aryl groups are the same as those for R 1 . R 6 is more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
R 6 may be bonded to R 1 or R 2 to form a ring, and the ring formed by combining R 1 and R 6 or R 2 and R 6 is R 7 and R 1 described later. Or it is synonymous with the ring formed by combining with R 3 , and the preferred range is also the same.

は、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表し、アルキル基、アラルキル基又はアリール基が好ましく、アルキル基又はアリール基がより好ましい。
のアルキル基、アルケニル基、アラルキル基及びアリール基は、Rのアルキル基、アルケニル基、アラルキル基及びアリール基と同義である。好ましいアルキル基はRの式(B)及び式(C)の場合における好ましいものと同じであり、好ましいアラルキル基、アルケニル基及びアリール基はRの好ましいものと同じである。
は、Rと結合して環を形成してもよく、RとRとが結合して形成する環としては、チオケトン基、チオアミド基、チオウレタン基、チオウレア基等の「−Z−C(=S)−Z−」基を含む、単環又は多環の脂肪族ヘテロ環、芳香族環である。この環を構成する原子数は、特に限定されないが、5〜15が好ましく、5〜8がより好ましい。
また、RはRとともに1つのアリール基、例えばフェニレン基を形成してもよい。
R 2 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, preferably an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and more preferably an alkyl group or an aryl group.
The alkyl group, alkenyl group, aralkyl group and aryl group of R 2 have the same meanings as the alkyl group, alkenyl group, aralkyl group and aryl group of R 1 . Preferred alkyl groups are the same as those preferred for R 1 in formulas (B) and (C), and preferred aralkyl, alkenyl and aryl groups are the same as those preferred for R 1 .
R 2 may form a ring with R 1, as the ring formed by the bonding of R 1 and R 2, thioketone group, thioamide group, thiourethane group, such as thiourea group "- A monocyclic or polycyclic aliphatic heterocycle or aromatic ring containing a “Z 1 —C (═S) —Z 2 —” group. Although the number of atoms which comprise this ring is not specifically limited, 5-15 are preferable and 5-8 are more preferable.
R 2 may form one aryl group together with R 1 , for example, a phenylene group.

式(C)において、Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表し、硫黄原子又は−NR−(C=S)−S−が好ましく、硫黄原子がより好ましい。2つのZは互いに同じでも異なってもよい。
−Z−Z−が、ジスルフィド(−S−S−)結合を含むのが好ましい。
In the formula (C), Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═S) —S—, and represents a sulfur atom or —NR 7 — (C═S). -S- is preferable, and a sulfur atom is more preferable. Two Z 3 may be the same as or different from each other.
-Z 3 -Z 3 -preferably contains a disulfide (-SS-) bond.

のアルキル基、アラルキル基及びアリール基は、Rのアルキル基、アラルキル基及びアリール基と同義である。好ましいアルキル基はRの式(B)及び式(C)の場合における好ましいものと同じであり、好ましいアラルキル基及びアリール基はRの好ましいものと同じである。Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基がさらに好ましい。
は、R又はRと結合して環を形成してもよい。RとR又はRとが結合して形成される環は、窒素原子を環構成原子として含む脂肪族ヘテロ環又は芳香族ヘテロ環であり、窒素原子以外のヘテロ原子を有していてもよい。この環を構成する原子数は、特に限定されないが、5〜8が好ましく、5〜6がより好ましい。
The alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 7 have the same meaning as the alkyl group, aralkyl group and aryl group of R 1 . Preferred alkyl groups are the same as those preferred for R 1 in formulas (B) and (C), and preferred aralkyl and aryl groups are the same as those for R 1 . R 7 is more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. The ring formed by combining R 7 and R 1 or R 3 is an aliphatic or aromatic heterocycle containing a nitrogen atom as a ring constituent atom, and has a heteroatom other than the nitrogen atom. Also good. The number of atoms constituting this ring is not particularly limited, but is preferably 5 to 8, and more preferably 5 to 6.

は、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表し、アルキル基、アラルキル基又はアリール基が好ましく、アルキル基又はアリール基がより好ましく、アルキル基がさらに好ましい。
のアルキル基、アルケニル基、アラルキル基及びアリール基は、Rのアルキル基、アルケニル基、アラルキル基及びアリール基と同義である。好ましいアルキル基はRの式(B)及び式(C)の場合における好ましいものと同じであり、好ましいアラルキル基、アルケニル基及びアリール基はRの好ましいものと同じである。RはRと異なる基であってもよいが、同じ基であるのが好ましい。
R 3 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, preferably an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, more preferably an alkyl group or an aryl group, and even more preferably an alkyl group.
The alkyl group, alkenyl group, aralkyl group and aryl group of R 3 have the same meanings as the alkyl group, alkenyl group, aralkyl group and aryl group of R 1 . Preferred alkyl groups are the same as those preferred for R 1 in formulas (B) and (C), and preferred aralkyl, alkenyl and aryl groups are the same as those preferred for R 1 . R 3 may be a group different from R 1 , but is preferably the same group.

〜Rは、置換基を有してもよい。置換基としては、特に限定されず、下記置換基Tが挙げられる。置換基を有する場合は少なくとも1つ有していればよい。
置換基Tとしては、下記のものが挙げられる。
アルキル基(好ましくは炭素数1〜20の、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、シクロヘキシル)、アルケニル基(好ましくは炭素数1〜20の、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、例えば、ビニル、アリル、ブテニル、シクロヘキセニル)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20で、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20の、直鎖状、分岐又状は環状のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ヒドロキシエトキシ、ヘキシルオキシ)、アリール基(好ましくは炭素数6〜26で、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル)、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、ヒドロキシ基、カルボキシ基、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、シクロアルキル若しくはアリールのカルバモイル基が好ましく、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−シクロヘキシルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル)、スルホ基又はその塩、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20で、アルキル、シクロアルキル若しくはアリールのスルファモイル基が好ましく、例えば、N,N−ジメチルスルファモイル、N−シクロヘキシルスルファモイル、N−フェニルスルファモイル)、
R 1 to R 7 may have a substituent. It does not specifically limit as a substituent, The following substituent T is mentioned. When it has a substituent, it is sufficient to have at least one.
Examples of the substituent T include the following.
An alkyl group (preferably a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl, pentyl, heptyl, 1-ethyl; Pentyl, cyclohexyl), an alkenyl group (preferably a linear, branched or cyclic alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as vinyl, allyl, butenyl, cyclohexenyl), an alkynyl group (preferably carbon number) 2-20, for example, ethynyl, butadiynyl, phenylethynyl), an alkoxy group (preferably a linear, branched or cyclic alkoxy group having 1-20 carbon atoms, such as methoxy, ethoxy, propoxy, Butoxy, hydroxyethoxy, hexyloxy), aryl groups (preferably having 6 to 26 carbon atoms, Enyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl), halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), hydroxy group, carboxy group, carbamoyl group (preferably carbon A carbamoyl group of 1 to 20 and alkyl, cycloalkyl or aryl is preferable, for example, N, N-dimethylcarbamoyl, N-cyclohexylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl), sulfo group or a salt thereof, sulfamoyl group (preferably carbon A sulfamoyl group of 0 to 20 and alkyl, cycloalkyl or aryl is preferable, for example, N, N-dimethylsulfamoyl, N-cyclohexylsulfamoyl, N-phenylsulfamoyl),

シアノ基、アシル基(好ましくは炭素数1〜20で、例えば、アセチル、プロパノイル、シクロヘキシルカルボニル、ベンゾイル)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数1〜20で、例えば、アセチルオキシ、プロパノイルオキシ、シクロヘキシルカルボニルオキシ、ベンゾイルオキシ)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20で、例えば、エトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル)、シクロアルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数4〜20で、例えば、シクロプロピルオキシカルボニル、シクロペンチルオキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数6〜20で、例えば、フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル)、アミノ基又はその塩(好ましくは炭素数0〜20で、アルキルアミノ基、アルケニルアミノ基、アルキニルアミノ基、シクロアルキルアミノ基、シクロアルケニルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロ環アミノ基を含み、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、N−アリルアミノ、N−(2−プロピニル)アミノ、N−シクロヘキシルアミノ、N−シクロヘキセニルアミノ、アニリノ、ピリジルアミノ、イミダゾリルアミノ、ベンゾイミダゾリルアミノ、チアゾリルアミノ、ベンゾチアゾリルアミノ、トリアジニルアミノ、5−インダゾールアミノ)、ヘテロ環基(脂肪族へテロ環基及び芳香族ヘテロ環基を含み、好ましくは炭素数1〜20で、少なくとも1つの酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有する5又は6員環のヘテロ環基がより好ましく、例えば、1−モルフォリン環基、ピロール環基、ピリジン環基、イミダゾール環基、ベンゾピロール環基、ベンゾイミダゾール環基、チアゾール環基、オキサゾール環基)、ニトロ基、 Cyano group, acyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetyl, propanoyl, cyclohexylcarbonyl, benzoyl), acyloxy group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetyloxy, propanoyloxy, cyclohexylcarbonyl) Oxy, benzoyloxy), alkoxycarbonyl groups (preferably having 2 to 20 carbon atoms, for example, ethoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl), cycloalkoxycarbonyl groups (preferably having 4 to 20 carbon atoms, for example, cyclopropyloxy Carbonyl, cyclopentyloxycarbonyl, cyclohexyloxycarbonyl), an aryloxycarbonyl group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, for example, phenyloxycarbonyl, naphthyloxycarbonyl), Mino group or a salt thereof (preferably having 0 to 20 carbon atoms, including alkylamino group, alkenylamino group, alkynylamino group, cycloalkylamino group, cycloalkenylamino group, arylamino group, heterocyclic amino group, Amino, N, N-dimethylamino, N, N-diethylamino, N-ethylamino, N-allylamino, N- (2-propynyl) amino, N-cyclohexylamino, N-cyclohexenylamino, anilino, pyridylamino, imidazolylamino , Benzimidazolylamino, thiazolylamino, benzothiazolylamino, triazinylamino, 5-indazoleamino), heterocyclic groups (including aliphatic heterocyclic groups and aromatic heterocyclic groups, preferably having 1 to 20 carbon atoms) , At least one oxygen atom, sulfur atom, nitrogen A 5- or 6-membered heterocyclic group having a child is more preferable, for example, 1-morpholine ring group, pyrrole ring group, pyridine ring group, imidazole ring group, benzopyrrole ring group, benzimidazole ring group, thiazole ring group Oxazole ring group), nitro group,

直鎖状及び分岐状のアルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20で、例えば、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、ベンジルチオ)、環状のアルキルチオ基(好ましくは炭素数3〜20で、例えば、シクロプロピルチオ、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ、4−メチルシクロヘキシルチオ)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜26で、例えば、フェニルチオ、1−ナフチルチオ、3−メチルフェニルチオ、4−メトキシフェニルチオ)、アミド基、リン酸基、オキソ基(=O)、ホルミル基、ポリアルキレンオキシド基(例えば、ポリエチレングリコール基)、 Linear and branched alkylthio groups (preferably having 1 to 20 carbon atoms, such as methylthio, ethylthio, isopropylthio, benzylthio), cyclic alkylthio groups (preferably having 3 to 20 carbon atoms, such as cyclopropylthio, for example) , Cyclopentylthio, cyclohexylthio, 4-methylcyclohexylthio), an arylthio group (preferably having 6 to 26 carbon atoms, such as phenylthio, 1-naphthylthio, 3-methylphenylthio, 4-methoxyphenylthio), an amide group, Phosphate group, oxo group (═O), formyl group, polyalkylene oxide group (for example, polyethylene glycol group),

アルケニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20で、例えば、ビニルオキシ、アリルオキシ)、アルキニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20で、例えば、2−プロピニルオキシ、4−ブチニルオキシ)、シクロアルキルオキシ基(好ましくは炭素数3〜20で、例えば、シクロプロピルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、4−メチルシクロヘキシルオキシ)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜26で、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ)、ヘテロ環オキシ基(例えば、イミダゾリルオキシ、ベンゾイミダゾリルオキシ、チアゾリルオキシ、ベンゾチアゾリルオキシ、トリアジニルオキシ、プリニルオキシ)、 Alkenyloxy group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, for example, vinyloxy, allyloxy), alkynyloxy group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, for example, 2-propynyloxy, 4-butynyloxy), cycloalkyloxy group ( Preferably having 3 to 20 carbon atoms, for example, cyclopropyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, 4-methylcyclohexyloxy), aryloxy groups (preferably having 6 to 26 carbon atoms, such as phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4-methoxyphenoxy), a heterocyclic oxy group (for example, imidazolyloxy, benzoimidazolyloxy, thiazolyloxy, benzothiazolyloxy, triazinyloxy, purinyloxy),

アシルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、シクロヘキシルカルボニルアミノ、ベンゾイルアミノ)、スルホンアミド基(好ましくは炭素数0〜20で、アルキル、シクロアルキル若しくはアリールのスルホンアミド基が好ましく、例えば、メタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、N−メチルメタンスルホンアミド、N−シクロヘキシルスルホンアミド、N−エチルベンゼンスルホンアミド)、アルキル、シクロアルキル若しくはアリールスルホニル基(好ましくは炭素数1〜20で、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、シクロヘキシルスルホニル、ベンゼンスルホニル)、シリル基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシが置換したシリル基が好ましく、例えば、トリエチルシリル、トリフェニルシリル、ジエチルベンジルシリル、ジメチルフェニルシリル)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数1〜20で、アルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシが置換したシリルオキシ基が好ましく、例えば、トリエチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシ、ジエチルベンジルシリルオキシ、ジメチルフェニルシリルオキシ)、ホスホニル基、ホスホリル基、ホウ酸基等が挙げられる。 An acylamino group (preferably an acylamino group having 1 to 20 carbon atoms such as acetylamino, cyclohexylcarbonylamino, benzoylamino), a sulfonamide group (preferably an alkyl, cycloalkyl or aryl sulfonamide group having 0 to 20 carbon atoms) For example, methanesulfonamide, benzenesulfonamide, N-methylmethanesulfonamide, N-cyclohexylsulfonamide, N-ethylbenzenesulfonamide), alkyl, cycloalkyl or arylsulfonyl groups (preferably having 1 to 20 carbon atoms) , For example, methylsulfonyl, ethylsulfonyl, cyclohexylsulfonyl, benzenesulfonyl), silyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, alkyl, aryl, alkoxy and aryloxy Substituted silyl groups are preferable, for example, triethylsilyl, triphenylsilyl, diethylbenzylsilyl, dimethylphenylsilyl), silyloxy groups (preferably having 1 to 20 carbon atoms, substituted with alkyl, aryl, alkoxy and aryloxy) For example, triethylsilyloxy, triphenylsilyloxy, diethylbenzylsilyloxy, dimethylphenylsilyloxy), phosphonyl group, phosphoryl group, boric acid group and the like.

なかでも、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミド基又はヘテロ環基が好ましい。   Of these, a carboxy group, a hydroxy group, an amide group or a heterocyclic group is preferable.

これらの各基は、さらに置換基を有していてもよく、この置換基としては上記置換基Tが挙げられる。例えば、アルキル基にヒドロキシ基が置換したヒドロキシアルキル基等が挙げられる。   Each of these groups may further have a substituent, and examples of the substituent include the substituent T. For example, the hydroxyalkyl group etc. which the hydroxy group substituted by the alkyl group are mentioned.

化合物ないし置換基等がアルキル基、アルケニル基等を含むとき、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、置換されていても無置換でもよい。また、アリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、置換されていても無置換でもよい。   When a compound or a substituent includes an alkyl group, an alkenyl group, etc., these may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted. In addition, when an aryl group, a heterocyclic group and the like are included, they may be monocyclic or condensed, and may be substituted or unsubstituted.

以下に、化合物(c)の具体例を示すが、これによって、本発明が、これらに限定されるものではない。   Although the specific example of a compound (c) is shown below, this invention is not limited to these by this.

Figure 2015072954
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化合物(c)は、導電性の点で、低分子化合物が好ましく、その分子量は、特に限定されないが、1000以下が好ましく、150〜700が好ましい。   The compound (c) is preferably a low molecular compound in terms of conductivity, and the molecular weight thereof is not particularly limited, but is preferably 1000 or less, and preferably 150 to 700.

化合物(c)は、市販品を用いることもでき、適宜に合成してもよい。例えば、Organic Syntheses等の公知の有機合成の学術書に記載された方法に準じた方法により、合成することができる。   Compound (c) may be a commercially available product or may be synthesized as appropriate. For example, it can synthesize | combine by the method according to the method described in well-known organic synthesis academic books, such as Organic Syntheses.

化合物(c)は1種類単独で又は2種類以上を併用することができる。   Compound (c) can be used alone or in combination of two or more.

<(d)オニウム塩化合物>
本発明に用いるオニウム塩(d)は、下記一般式(I)〜(V)のいずれかの式で表される化合物である。
<(D) Onium salt compound>
The onium salt (d) used in the present invention is a compound represented by any one of the following general formulas (I) to (V).

このようなオニウム塩化合物により導電性を飛躍的に向上させることができる。導電性が向上するメカニズムの詳細はまだ定かではないが、該オニウム化合物が、上記CNT及び/又は導電性高分子に対し、そのままの状態で、又は光や熱等のエネルギーを外部から付与し活性化させた状態で、酸化能を発現する。このような酸化の過程で酸を発生し、発生した酸がドーパントとして作用するものと考えられる。ドーパントによって、導電性高分子、及び導電性高分子とCNT間の電荷移動がよりスムーズになるため、導電性が向上する。
従来のドーピング手法では、プロトン酸やルイス酸等の酸をドーパントとして用いるため、組成物中に酸を添加した時点でCNTや導電性高分子が凝集、析出、沈殿を生じてしまう。このような組成物では塗布性や成膜性が劣り、その結果、導電性も低下していた。
With such an onium salt compound, the conductivity can be dramatically improved. The details of the mechanism by which the conductivity is improved are not yet clear, but the onium compound is activated by applying energy such as light and heat from the outside to the CNT and / or conductive polymer as it is. Oxidizing ability is expressed in the state of oxidization. It is considered that an acid is generated during the oxidation process, and the generated acid acts as a dopant. The dopant improves the conductivity because the conductive polymer and the charge transfer between the conductive polymer and the CNT become smoother.
In the conventional doping technique, since an acid such as a protonic acid or a Lewis acid is used as a dopant, the CNT and the conductive polymer are aggregated, precipitated, and precipitated when the acid is added to the composition. Such a composition is inferior in coating property and film forming property, and as a result, conductivity is also lowered.

しかし、上記オニウム塩化合物(d)は中性であり、CNTや導電性高分子を凝集、析出、沈殿させることがない。また、光や熱等のエネルギー付与により酸が発生する化合物でもあり、酸発生の開始時期をコントロールすることができる。酸を発生させない条件下で組成物を調製して凝集を防止し、良好な分散性、塗布性を維持したまま当該組成物を成形することができる。そのため、成形、成膜後に適宜エネルギー付与を行うことで、高い導電性を付与できる。   However, the onium salt compound (d) is neutral and does not aggregate, precipitate, or precipitate CNTs or conductive polymers. Further, it is a compound that generates an acid when energy such as light or heat is applied, and the start timing of acid generation can be controlled. The composition can be prepared under conditions that do not generate acid to prevent aggregation, and the composition can be molded while maintaining good dispersibility and coating properties. Therefore, high conductivity can be imparted by appropriately applying energy after molding and film formation.

本発明に用いる有機熱電変換組成物は、高分子化合物(b)によりCNT(a)の分散性向上を実現するものであるが、オニウム塩化合物(d)は、これらと共に用いても、良好な分散性及び塗布性を維持することができる。塗布後の膜質も良好であり、CNT(a)、高分子化合物(b)、オニウム塩化合物(d)が均一に分散されているため、塗布後に必要応じ、熱や光等の外部エネルギーを与えることで、高い導電性を示す。   The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention realizes improvement in dispersibility of CNT (a) by the polymer compound (b), but the onium salt compound (d) is good even when used together with these. Dispersibility and applicability can be maintained. The film quality after coating is also good, and the CNT (a), polymer compound (b), and onium salt compound (d) are uniformly dispersed, so that external energy such as heat and light is applied after coating as necessary. Thus, high conductivity is exhibited.

上記の理由から、本発明に用いるオニウム塩化合物(d)は、CNT(a)及び/又は高分子化合物(b)に対し、酸化能を有する化合物であることが好ましい。さらに、本発明に用いるオニウム塩化合物(d)は、光や熱等のエネルギーの付与により酸を発生する化合物(酸発生剤)であることが好ましい。エネルギー付与の方法としては、活性エネルギー線の照射や加熱が挙げられる。   For the above reasons, the onium salt compound (d) used in the present invention is preferably a compound having an oxidizing ability with respect to the CNT (a) and / or the polymer compound (b). Furthermore, the onium salt compound (d) used in the present invention is preferably a compound (acid generator) that generates an acid upon application of energy such as light or heat. Examples of the energy application method include irradiation with active energy rays and heating.

このようなオニウム塩化合物(d)として、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩、ホスホニウム塩等が挙げられる。なかでも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩が好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、カルボニウム塩がより好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩が特に好ましい。当該塩を構成するアニオン部分としては、強酸の対アニオンが挙げられる。   Examples of such onium salt compounds (d) include sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, carbonium salts, phosphonium salts, and the like. Of these, sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts and carbonium salts are preferable, sulfonium salts, iodonium salts and carbonium salts are more preferable, and sulfonium salts and iodonium salts are particularly preferable. Examples of the anion moiety constituting the salt include a strong acid counter anion.

具体的には、スルホニウム塩としては下記一般式(I)及び(II)で表される化合物が、ヨードニウム塩としては下記一般式(III)で表される化合物が、アンモニウム塩としては下記一般式(IV)で表される化合物が、カルボニウム塩としては下記一般式(V)で表される化合物がそれぞれ挙げられ、本発明において好ましく用いられる。   Specifically, compounds represented by the following general formulas (I) and (II) are used as sulfonium salts, compounds represented by the following general formula (III) are used as iodonium salts, and the following general formulas are used as ammonium salts. Examples of the compound represented by (IV) and the carbonium salt include compounds represented by the following general formula (V), which are preferably used in the present invention.

Figure 2015072954
Figure 2015072954

(一般式(I)〜(V)中、R21〜R23、R25〜R26及びR31〜R33は、それぞれ独立に、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27〜R30は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、アルキレン基、アリーレン基を表す。R21〜R33は置換基を有していてもよい。Xは、強酸のアニオンを表す。
一般式(I)におけるR21〜R23のいずれか2つの基、一般式(II)におけるR21及びR23、一般式(III)におけるR25及びR26、一般式(IV)におけるR27〜R30のいずれか2つの基、及び一般式(V)におけるR31〜R33のいずれか2つの基は、各一般式中において互いに結合して脂肪族環、芳香族環、又はヘテロ環を形成してもよい。
(In the general formulas (I) to (V), R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, or an aromatic heterocyclic group. R 27 to R 30 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group, and R 24 represents an alkylene group or an arylene group. R 21 to R 33 may have a substituent, and X represents a strong acid anion.
Any two groups of R 21 to R 23 in the general formula (I), R 21 and R 23 in the general formula (II), R 25 and R 26 in the general formula (III), R 27 in the general formula (IV) Any two groups of -R 30 and any two groups of R 31 -R 33 in the general formula (V) are bonded to each other in the general formula to form an aliphatic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring May be formed.

21〜R23、R25〜R33において、アルキル基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよい。直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、具体的には、上記Rで示したもの等が挙げられる。環状のアルキル基としては、炭素数3〜20のアルキル基が好ましく、具体的には、上記Rで示したもの以外に、シクロプロピル基、ビシクロオクチル基等が挙げられる。
アラルキル基としては、炭素数7〜15のアラルキル基が好ましく、具体的には、上記Rで示したもの等が挙げられる。
アリール基としては、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、具体的には、上記Rで示したもの以外に、フェナンシル、ピレニル等が挙げられる。
芳香族へテロ環基としては、特に限定されないが、例えば、上記置換基Tで例示したもの以外に、ピラゾール環基、インドール環基、キノリン環基、イソキノリン環基、プリン環基、ピリミジン環基、チアジン環基等が挙げられる。
In R 21 to R 23 and R 25 to R 33 , the alkyl group may be linear, branched or cyclic. As the linear or branched alkyl group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include those represented by R 1 above. As the cyclic alkyl group, an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a cyclopropyl group, a bicyclooctyl group, and the like in addition to those represented by R 1 above.
As the aralkyl group, an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms is preferable, and specific examples include those represented by R 1 above.
As the aryl group, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include phenacyl, pyrenyl and the like in addition to those represented by R 1 above.
The aromatic heterocyclic group is not particularly limited. For example, in addition to those exemplified for the substituent T, a pyrazole ring group, an indole ring group, a quinoline ring group, an isoquinoline ring group, a purine ring group, and a pyrimidine ring group. And thiazine ring group.

27〜R30において、アルコキシ基としては、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基が好ましく、具体的には、上記置換基Tで例示したもの等が挙げられる。
アリールオキシ基としては、炭素数6〜20のアリールオキシ基が好ましく、具体的には、上記置換基Tで例示したもの等が挙げられる。
In R 27 to R 30 , the alkoxy group is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples include those exemplified for the substituent T above.
As the aryloxy group, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include those exemplified for the substituent T above.

24において、アルキレン基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよい。直鎖状又は分岐状のアルキレン基としては、炭素数2〜20のアルキレン基が好ましく、具体的には、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、へキシレン基等が挙げられる。環状のアルキレン基としては、炭素数3〜20の環状のアルキレン基が好ましく、具体的には、シクロペンチレン基、シクロへキシレン、ビシクロオクチレン基、ノルボニレン基、アダマンチレン基等が挙げられる。
アリーレン基としては、炭素数6〜20のアリーレン基が好ましく、具体的には、フェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基等が挙げられる。
In R 24 , the alkylene group may be linear, branched or cyclic. The linear or branched alkylene group is preferably an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and specific examples include an ethylene group, a propylene group, a butylene group, and a hexylene group. The cyclic alkylene group is preferably a cyclic alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, and specific examples include a cyclopentylene group, cyclohexylene, bicyclooctylene group, norbornylene group, adamantylene group and the like.
As the arylene group, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a phenylene group, a naphthylene group, and an anthranylene group.

21〜R33が更に置換基を有する場合、置換基として好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、沃素原子)、炭素数6〜10のアリール基、炭素数6〜10のアリールオキシ基、炭素数2〜6のアルケニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、カルボキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルアルキル基、アリールカルボニルアルキル基、ニトロ基、アルキルスルホニル基、トリフルオロメチル基、−S−R41等が挙げられる。なお、R41は上記R21と同義である。 When R 21 to R 33 further have a substituent, the substituent is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom), Aryl group having 6 to 10 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 10 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, cyano group, hydroxyl group, carboxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, alkylcarbonylalkyl group, aryl Examples thereof include a carbonylalkyl group, a nitro group, an alkylsulfonyl group, a trifluoromethyl group, -S- R41, and the like. R 41 has the same meaning as R 21 described above.

としては、アリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、過ハロゲン酸アニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンが好ましい。これらは、さらに置換基を有してもよく、置換基としてはフルオロ基が挙げられる。
アリールスルホン酸のアニオンとして具体的には、p−CHSO 、PhSO 、ナフタレンスルホン酸のアニオン、ナフトキノンスルホン酸のアニオン、ナフタレンジスルホン酸のアニオン、アントラキノンスルホン酸のアニオンが挙げられる。
パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオンとして具体的には、CFSO 、CSO 、C17SO が挙げられる。
過ハロゲン化ルイス酸のアニオンとして具体的には、PF 、SbF 、BF 、AsF 、FeCl が挙げられる。
パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオンとして具体的には、CFSO−N−SOCF、CSO−N−SOが挙げられる。
過ハロゲン酸アニオンとして具体的には、ClO 、BrO 、IO が挙げられる。
アルキル若しくはアリールボレートアニオンとして具体的には、(C、(C、(p−CH、(CF)が挙げられる。
としてより好ましくは、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、フルオロ基が置換したアルキル若しくはアリールボレートアニオンであり、さらに好ましくはフルオロ置換アリールボレートアニオンであり、特に好ましくはペンタフルオロフェニルボレートアニオンである。
X is preferably an anion of an aryl sulfonic acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonic acid, an anion of a perhalogenated Lewis acid, an anion of a perfluoroalkylsulfonimide, a perhalogenate anion, or an alkyl or aryl borate anion. These may further have a substituent, and examples of the substituent include a fluoro group.
Specific examples of anions of aryl sulfonic acids include p-CH 3 C 6 H 4 SO 3 , PhSO 3 , naphthalene sulfonic acid anions, naphthoquinone sulfonic acid anions, naphthalenedisulfonic acid anions, anthraquinone sulfonic acid anions Is mentioned.
Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonic acid include CF 3 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , and C 8 F 17 SO 3 .
Specific examples of the anion of the perhalogenated Lewis acid include PF 6 , SbF 6 , BF 4 , AsF 6 , and FeCl 4 .
Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonimide include CF 3 SO 2 —N SO 2 CF 3 and C 4 F 9 SO 2 —N SO 2 C 4 F 9 .
Specific examples of the perhalogenate anion include ClO 4 , BrO 4 and IO 4 .
Specific examples of the alkyl or aryl borate anion include (C 6 H 5 ) 4 B , (C 6 F 5 ) 4 B , (p-CH 3 C 6 H 4 ) 4 B , (C 6 H 4 F) 4 B -, and the like.
X - is more preferably an anion of perhalogenated Lewis acid, a fluoro group is an alkyl or aryl borate anions were replaced, more preferably fluoro substituted aryl borate anions, particularly preferably a pentafluorophenyl borate anion.

上記オニウム塩化合物として具体的には、特開2013−118166号公報の段落[0048]〜[0079]に記載のオニウム塩化合物を好適に用いることができ、これらの段落に記載された内容は本願明細書に組み込まれる。   Specifically, as the onium salt compound, the onium salt compounds described in paragraphs [0048] to [0079] of JP2013-118166A can be preferably used, and the contents described in these paragraphs are described in this application. Incorporated in the description.

オニウム塩化合物は、1種類単独で又は2種類以上を併用することができる。   An onium salt compound can be used alone or in combination of two or more.

<(e)溶剤>
本発明に用いる有機熱電変換組成物は、溶剤を含有するのが好ましい。溶剤は、高分子化合物(b)及び化合物(c)等の有機物を溶解又は相溶し、CNT(a)を分散させるものであれば、適宜従来公知の溶剤を適宜使用可能である。
<(E) Solvent>
The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention preferably contains a solvent. As the solvent, any conventionally known solvent can be appropriately used as long as it dissolves or is compatible with organic substances such as the polymer compound (b) and the compound (c) and disperses the CNT (a).

溶剤としては、芳香族炭化水素溶剤、アルコール溶剤、ケトン溶剤、脂肪族炭化水素溶剤、アミド溶剤、ハロゲン溶剤等の公知の有機溶剤を挙げることができる。   Examples of the solvent include known organic solvents such as aromatic hydrocarbon solvents, alcohol solvents, ketone solvents, aliphatic hydrocarbon solvents, amide solvents, and halogen solvents.

芳香族炭化水素溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、クメン、エチルベンゼン、メチルプロピルベンゼン、メチルイソプロピルベンゼン、テトラヒドロナフタレンが挙げられ、キシレン、クメン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、テトラヒドロナフタレンが好ましい。
アルコール溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノールが挙げられ、ベンジルアルコール、シクロヘキサノールが好ましい。
ケトン溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、2−ブタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネートが挙げられ、メチルイソブチルケトン、プロピレンカーボネートが好ましい。
Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, xylene, mesitylene, trimethylbenzene, tetramethylbenzene, cumene, ethylbenzene, methylpropylbenzene, methylisopropylbenzene, tetrahydronaphthalene, xylene, cumene, trimethylbenzene, Tetramethylbenzene and tetrahydronaphthalene are preferred.
Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, butanol, benzyl alcohol, and cyclohexanol, and benzyl alcohol and cyclohexanol are preferable.
Examples of the ketone solvent include 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, acetone, 4-heptanone, 1-hexanone, 2-hexanone, 2-butanone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, and phenyl. Acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetyl acetone, acetonyl acetone, ionone, diacetonyl alcohol, acetyl carbinol, acetophenone, methyl naphthyl ketone, isophorone, and propylene carbonate are preferable, and methyl isobutyl ketone and propylene carbonate are preferable.

脂肪族炭化水素溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリンが挙げられ、オクタン、デカンが好ましい。
アミド溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、1、3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが挙げられ、N−メチル−2−ピロリドン、1、3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが好ましい。
ハロゲン溶剤としては、例えば、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが挙げられ、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが好ましい。
上記溶剤は単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
Examples of the aliphatic hydrocarbon solvent include pentane, hexane, octane, decane, and tetralin, and octane and decane are preferable.
Examples of the amide solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. N-methyl-2-pyrrolidone and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone are preferred.
Examples of the halogen solvent include chloroform, chlorobenzene, and dichlorobenzene, and chlorobenzene and dichlorobenzene are preferable.
The said solvent may be used independently and may use 2 or more types together.

<(f)他の成分>
本発明に用いる有機熱電変換組成物は、上記の各成分に加えて他の成分を含んでいてもよい。
例えば、分散安定性を向上させるために、水酸化リチウム、過硫酸アンモニウム、紫外線吸収剤等を含有させることができる。また、膜強度を高める観点からは、無機微粒子、ポリマー微粒子、シランカップリング剤等を、屈折率を下げて透明性を高める観点からは、フッ素系化合物等を、塗布時のムラを防ぐ観点からは、フッ素系界面活性剤等を、用途に応じて適宜含有させることができる。
これらの成分の含有量は、組成物全質量に対し、0.1〜5質量%程度であることが好ましい。
<(F) Other ingredients>
The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention may contain other components in addition to the above components.
For example, in order to improve the dispersion stability, lithium hydroxide, ammonium persulfate, an ultraviolet absorber and the like can be contained. From the viewpoint of increasing the film strength, inorganic fine particles, polymer fine particles, silane coupling agents, etc., from the viewpoint of increasing the transparency by lowering the refractive index, from the viewpoint of preventing unevenness at the time of coating with a fluorine-based compound, etc. Can contain a fluorine-based surfactant or the like according to the intended use.
The content of these components is preferably about 0.1 to 5% by mass relative to the total mass of the composition.

本発明に用いる有機熱電変換組成物は、溶剤(e)にCNT(a)が分散されたCNT分散液又はCNT分散ペーストであることが好ましい。   The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention is preferably a CNT dispersion or CNT dispersion paste in which CNT (a) is dispersed in a solvent (e).

有機熱電変換組成物は、CNT(a)の含有量を変えることによって、該組成物の電導性や半導体特性を制御することができる。組成物中のCNT(a)、高分子化合物(b)、化合物(c)及びオニウム塩化合物(d)の含有量は、組成物の用途、当該用途に求められる導電性や透明性等の特性に応じて、適宜選択し、決定することができる。   The organic thermoelectric conversion composition can control the electrical conductivity and semiconductor characteristics of the composition by changing the content of CNT (a). The content of CNT (a), polymer compound (b), compound (c) and onium salt compound (d) in the composition depends on the use of the composition, properties such as conductivity and transparency required for the use. Depending on the situation, it can be appropriately selected and determined.

組成物中のCNTの含有量は、5〜60質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましく、10〜30質量%がさらに好ましい。
組成物中の高分子化合物の含有量は、30〜80質量%が好ましく、35〜75質量%がより好ましく、40〜70質量%がさらに好ましい。高分子化合物として、導電性高分子及び非導電性高分子を併用する場合は、非導電性高分子は、導電性高分子100質量部に対して、10〜1500質量部が好ましく、30〜1200質量部がより好ましく、80〜1000質量部が特に好ましい。
化合物(c)を含有する場合、組成物中の化合物(c)の含有量は、0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜7質量%がより好ましく、1〜5質量%がさらに好ましい。
オニウム塩化合物(d)を含有する場合、組成物中のオニウム塩化合物(d)の含有量は、1〜30質量%であることが好ましく、3〜20質量%であることがより好ましく、5〜15質量%であることがさらに好ましい。
溶剤(e)を含有する場合、当該溶剤の含有量は、有機熱電変換組成物の全固形分と溶剤(e)の全質量に対し、60〜99.9質量%が好ましく、70〜99.5質量%がより好ましく、80〜99質量%がさらに好ましい。
5-60 mass% is preferable, as for content of CNT in a composition, 5-40 mass% is more preferable, and 10-30 mass% is further more preferable.
30-80 mass% is preferable, as for content of the high molecular compound in a composition, 35-75 mass% is more preferable, and 40-70 mass% is further more preferable. When a conductive polymer and a non-conductive polymer are used in combination as the polymer compound, the non-conductive polymer is preferably 10 to 1500 parts by mass, and 30 to 1200, with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer. A mass part is more preferable and 80-1000 mass parts is especially preferable.
When the compound (c) is contained, the content of the compound (c) in the composition is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 7% by mass, and further preferably 1 to 5% by mass. preferable.
When the onium salt compound (d) is contained, the content of the onium salt compound (d) in the composition is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 3 to 20% by mass. More preferably, it is -15 mass%.
When the solvent (e) is contained, the content of the solvent is preferably 60 to 99.9% by mass with respect to the total solid content of the organic thermoelectric conversion composition and the total mass of the solvent (e), and is preferably 70 to 99. 5 mass% is more preferable, and 80-99 mass% is further more preferable.

本発明に用いる有機熱電変換組成物は、上記の各成分を混合して調製できる。好ましくは、溶剤(e)に各成分を添加し、これらを通常の方法により分散、溶解させて調製する。各成分の添加、混合順序は特に限定されない。また、調製方法に特に制限はなく、通常の方法を適用することができる。例えば、メカニカルホモジナイザー法、ジョークラッシャ法、超遠心粉砕法、カッティングミル法、自動乳鉢法、ディスクミル法、ボールミル法、超音波分散法の各分散方法を用いることができる。必要に応じ、これらの方法を2つ以上組み合わせて用いてもよい。
また、オニウム塩化合物(d)を用いる場合は、酸を生成しない温度下、放射線や電磁波等を遮った状態で、有機熱電変換組成物を調製するのが好ましい。酸による凝集等を防ぎ、有機熱電変換組成物の調製及び保存時において、有機熱電変換組成物中の各成分の均一な分散性又は溶解性を保つことができる。
The organic thermoelectric conversion composition used in the present invention can be prepared by mixing the above components. Preferably, each component is added to the solvent (e), and these are dispersed and dissolved by a usual method. The order of addition and mixing of each component is not particularly limited. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in a preparation method, A normal method can be applied. For example, a dispersion method such as a mechanical homogenizer method, a jaw crusher method, an ultracentrifugation method, a cutting mill method, an automatic mortar method, a disk mill method, a ball mill method, or an ultrasonic dispersion method can be used. If necessary, two or more of these methods may be used in combination.
Moreover, when using onium salt compound (d), it is preferable to prepare an organic thermoelectric conversion composition in the state which shielded the radiation, electromagnetic waves, etc. under the temperature which does not produce | generate an acid. Aggregation by an acid or the like can be prevented, and uniform dispersibility or solubility of each component in the organic thermoelectric conversion composition can be maintained during the preparation and storage of the organic thermoelectric conversion composition.

[熱電変換素子]
本発明の熱電変換素子は、上記の構造を有する、フレキブルな素子である。
本発明の熱電変換素子おいて、「フレキブル」は熱電変換素子の可撓性を意味し、フレキシブル有機熱電変換素子とは、PET、PEN等のポリマーフィルム基板、厚さ1mm以下のアルミニウム等の金属基板、紙等の上に熱電変換層等が形成されてなる素子を言う。
[Thermoelectric conversion element]
The thermoelectric conversion element of the present invention is a flexible element having the above structure.
In the thermoelectric conversion element of the present invention, “flexible” means the flexibility of the thermoelectric conversion element. The flexible organic thermoelectric conversion element is a polymer film substrate such as PET or PEN, or a metal such as aluminum having a thickness of 1 mm or less. An element in which a thermoelectric conversion layer or the like is formed on a substrate or paper.

本発明の熱電変換素子の好ましい一実施形態について、図1及び2に基づいて詳細に説明する。
なお、本説明は、以下の実施形態の説明により限定して解釈されるものではない。
A preferred embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
Note that this description is not construed as being limited by the description of the following embodiments.

図1に示すように、本実施形態のフレキシブル有機熱電変換素子10は、樹脂製の基材1の主面に複数の金属電極2が配され、金属電極2の配線が接続される部分2aを残して各金属電極2を個々に被覆する複数の有機熱電変換層3を有している。有機熱電変換層3は、金属電極2の表面に金属電極2の配置に合わせて、好ましくは金属電極2に重なるように、金属電極2と同数が設けられていればよく、金属電極2の配線が接続される部分2aを除く金属電極2の周囲の基材1上にも設けられるのが好ましい。
また有機熱電変換層3と、この有機熱電変換層3に被覆された金属電極2(21)に隣接する別の電極の配線が接続される部分(図示せず)とを電気的に接続する上部電極4が設けられている。上部電極4は、金属電極2(21)とは接続しないように設けられる。図示した上部電極4は、金属電極2や有機熱電変換層3より幅が狭くなっているが、金属電極2や有機熱電変換層3の幅と同等若しくはそれらよりも広くなっていてもよい。このように、フレキシブル有機熱電変換素子10は、金属電極2を設置した基材1上に金属電極2の配置に合わせて、つまり金属電極3の配置と同じパターン状に、設けた有機熱電変換層3と、有機熱電変換層3上に設けた上部電極4とを有している。
As shown in FIG. 1, the flexible organic thermoelectric conversion element 10 of the present embodiment includes a portion 2 a in which a plurality of metal electrodes 2 are arranged on the main surface of a resin base material 1 and wiring of the metal electrodes 2 is connected. A plurality of organic thermoelectric conversion layers 3 that individually cover the metal electrodes 2 are provided. The organic thermoelectric conversion layer 3 may be provided on the surface of the metal electrode 2 in the same number as the metal electrode 2 so as to overlap the metal electrode 2 in accordance with the arrangement of the metal electrode 2. Is preferably provided also on the base material 1 around the metal electrode 2 excluding the portion 2a to which the is connected.
Moreover, the upper part which electrically connects the organic thermoelectric conversion layer 3 and the part (not shown) to which the wiring of another electrode adjacent to the metal electrode 2 (21) coat | covered with this organic thermoelectric conversion layer 3 is connected. An electrode 4 is provided. The upper electrode 4 is provided so as not to be connected to the metal electrode 2 (21). The illustrated upper electrode 4 is narrower than the metal electrode 2 or the organic thermoelectric conversion layer 3, but may be equal to or wider than the metal electrode 2 or the organic thermoelectric conversion layer 3. Thus, the flexible organic thermoelectric conversion element 10 is provided on the base material 1 on which the metal electrode 2 is installed in accordance with the arrangement of the metal electrode 2, that is, in the same pattern as the arrangement of the metal electrode 3. 3 and an upper electrode 4 provided on the organic thermoelectric conversion layer 3.

フレキシブル有機熱電変換素子10は、有機熱電変換層3上の上部電極4側を高温側とし、金属電極2側を低温側として使用されるものであり、上部電極4と金属電極2との間の温度差に応じた電気エネルギーを発生する。
すなわち、有機熱電変換層3内において、温度の高い上部電極4側から温度の低い金属電極2側に正電荷(正孔)が移動することで電位差が生じ、熱起電力が発生する。上記起電現象はゼーベック効果と呼ばれる。
The flexible organic thermoelectric conversion element 10 is used with the upper electrode 4 side on the organic thermoelectric conversion layer 3 as a high temperature side and the metal electrode 2 side as a low temperature side, and between the upper electrode 4 and the metal electrode 2 Electric energy is generated according to the temperature difference.
That is, in the organic thermoelectric conversion layer 3, a positive charge (hole) moves from the high temperature upper electrode 4 side to the low temperature metal electrode 2 side, thereby generating a potential difference and generating a thermoelectromotive force. The electromotive phenomenon is called the Seebeck effect.

有機熱電変換層3が好ましく設けられる基材1上の表面は、金属電極2の配線が接続される部分2aを除く箇所以外であれば、形状や面積に特に限定は無い。例えば、図1に記載されている長方形(四角形)の金属電極2では、金属電極2の配線が接続される部分2aを除く周囲の3辺のうち、いずれか1辺、任意の2辺、若しくは3辺に接する基材1の領域を有機熱電変換層3が設けられる領域3aとして用いてもよく、密着性の向上の観点から任意の2辺、若しくは3辺に接する基材1の領域を上記領域3aとして用いるのが好ましく、3辺に接する基材1の領域のすべてを用いるのがより好ましい。少なくとも有機熱電変換層3に接続される上部電極4の下方において、有機熱電変換層3が金属電極2の周囲の基材1と密着していることが好ましい。このように密着部を設けることで、有機熱電変換層3と基材1との密着がより強固になる。
また有機熱電変換層3が被覆する金属電極2に接続される上部電極4に短絡しなければ、上部電極4が接続されている側の金属電極2の辺に接する基材1の領域も密着部としてもよい。このように密着部を設けることで、有機熱電変換層3と基材1との密着がさらに強固になる。
領域3aの幅wについては、隣接する熱電変換層、電極、配線との短絡が無ければ、特に限定はない。
なお、金属電極2の形状が3角形、多角形、円、若しくは角丸四角形(角が曲率を有するもの)等であっても、金属電極2の配線が接続される部分2aを除く箇所以外の辺若しくは辺の一部に接する基材1の領域において、有機熱電変換層3の領域3aとして用いることができる。
The surface on the base material 1 on which the organic thermoelectric conversion layer 3 is preferably provided is not particularly limited in shape and area as long as it is a place other than the portion 2a to which the wiring of the metal electrode 2 is connected. For example, in the rectangular (quadrangle) metal electrode 2 illustrated in FIG. 1, any one of three surrounding sides excluding the portion 2 a to which the wiring of the metal electrode 2 is connected, any two sides, or The region of the substrate 1 in contact with the three sides may be used as the region 3a where the organic thermoelectric conversion layer 3 is provided. From the viewpoint of improving adhesion, the region of the substrate 1 in contact with any two sides or the three sides is described above. It is preferable to use as the region 3a, and it is more preferable to use all of the region of the base material 1 in contact with the three sides. The organic thermoelectric conversion layer 3 is preferably in close contact with the base material 1 around the metal electrode 2 at least below the upper electrode 4 connected to the organic thermoelectric conversion layer 3. By providing the close contact portion in this manner, the close contact between the organic thermoelectric conversion layer 3 and the substrate 1 becomes stronger.
Further, if the organic thermoelectric conversion layer 3 is not short-circuited to the upper electrode 4 connected to the metal electrode 2, the region of the base material 1 that is in contact with the side of the metal electrode 2 on the side to which the upper electrode 4 is connected is also an adhesion portion. It is good. By providing the close contact portion in this manner, the close contact between the organic thermoelectric conversion layer 3 and the substrate 1 is further strengthened.
The width w of the region 3a is not particularly limited as long as there is no short circuit with the adjacent thermoelectric conversion layer, electrode, or wiring.
In addition, even if the shape of the metal electrode 2 is a triangle, a polygon, a circle, or a rounded quadrangle (having corners having a curvature), the portion other than the portion excluding the portion 2a to which the wiring of the metal electrode 2 is connected. It can be used as the region 3 a of the organic thermoelectric conversion layer 3 in the region of the base material 1 in contact with the side or a part of the side.

また、有機熱電変換層3に接続される上部電極4下方に有機熱電変換層3が基材1に設けられる領域3aを設けることで、上部電極4と基材1上の金属電極2との短絡を防止でき、かつ上部電極4内部のゼーベック効果によって生じた電子と有機熱電変換層3内部のゼーベック効果によって生じた正孔との再結合を抑制することができ、出力電力の増大する効果が期待できる。
このとき、少なくとも有機熱電変換層3に接続される上部電極4の下方において、有機熱電変換層3が金属電極2の周囲の基材1と密着していることが好ましく、領域3aの幅wは、有機熱電変換層3の厚みtと同等、若しくは厚みtよりも広いことが好ましく、出力電圧の増大と密着性の両立という観点から、厚みtより2倍以上広いことがより好ましい。
Moreover, by providing the area | region 3a in which the organic thermoelectric conversion layer 3 is provided in the base material 1 under the upper electrode 4 connected to the organic thermoelectric conversion layer 3, the upper electrode 4 and the metal electrode 2 on the base material 1 are short-circuited. Can be prevented, and recombination of electrons generated by the Seebeck effect inside the upper electrode 4 and holes generated by the Seebeck effect inside the organic thermoelectric conversion layer 3 can be suppressed, and an effect of increasing output power is expected. it can.
At this time, it is preferable that the organic thermoelectric conversion layer 3 is in close contact with the base material 1 around the metal electrode 2 at least below the upper electrode 4 connected to the organic thermoelectric conversion layer 3, and the width w of the region 3a is In addition, the thickness is preferably equal to or larger than the thickness t of the organic thermoelectric conversion layer 3, and more preferably twice or more than the thickness t from the viewpoint of achieving both increase in output voltage and adhesion.

また、図2には、基材1上に、金属電極2、有機熱電変換層3及び上部電極4からなる有機熱電変換ユニット5の複数個が一列の配列パターンで電気的に直列に上部電極4により接続されたフレキシブル有機熱電変換素子10を用いた熱電発電用物品20が図示されている。
さらに、図3は、本発明の別の例に係るフレキシブル有機熱電変換素子を示す。この図3には、基材1上に有機熱電変換ユニット5を縦横に配し、かつ上部電極4で電気的に順に直列接続したフレキシブル有機熱電変換素子10を用いた熱電発電用物品20が図示されている。言い換えれば、各有機熱電変換ユニット5を折れ線状のパターンで順に電気的に直列接続した構成である。なお、図3に示した有機熱電変換ユニット5の配列数は一例であって、有機熱電変換ユニット5の1個当たりの起電力、熱電発電用物品20としての起電力によって、有機熱電変換ユニット5の配列数は適宜決定される。
また、図2、図3に示すように、直列に接続された有機熱電変換ユニット5の両端が出力端子51、52となり、出力用配線53、54が接続されている。出力端子51、52には、有機熱電変換ユニット5の金属電極2、上部電極4又は上部電極4に接続する金属電極23を用いることができる。
Also, in FIG. 2, a plurality of organic thermoelectric conversion units 5 including a metal electrode 2, an organic thermoelectric conversion layer 3, and an upper electrode 4 are electrically arranged in series in a single row on the substrate 1. The thermoelectric power generation article 20 using the flexible organic thermoelectric conversion elements 10 connected by the above is shown.
FIG. 3 shows a flexible organic thermoelectric conversion element according to another example of the present invention. FIG. 3 shows a thermoelectric power generation article 20 using a flexible organic thermoelectric conversion element 10 in which organic thermoelectric conversion units 5 are arranged vertically and horizontally on a substrate 1 and electrically connected in series with an upper electrode 4 in order. Has been. In other words, each organic thermoelectric conversion unit 5 is electrically connected in series in the form of a polygonal line pattern. The number of arrangements of the organic thermoelectric conversion units 5 shown in FIG. 3 is an example, and the organic thermoelectric conversion unit 5 is determined by the electromotive force per one of the organic thermoelectric conversion units 5 and the electromotive force as the thermoelectric power generation article 20. The number of sequences is appropriately determined.
2 and 3, both ends of the organic thermoelectric conversion units 5 connected in series become output terminals 51 and 52, and output wirings 53 and 54 are connected thereto. As the output terminals 51 and 52, the metal electrode 2, the upper electrode 4, or the metal electrode 23 connected to the upper electrode 4 of the organic thermoelectric conversion unit 5 can be used.

このように有機熱電変換ユニット5が順に直列に接続されているので、1方向に電流が流れ、各有機熱電変換ユニット5で発生した熱起電力が加算され、これを外部に取り出すことで所望の電力量を発電することができる。
ここで、金属電極2等が配されるパターンは、電流が1方向に流れるものであれば、その数、寸法、設置位置、並び方等は特に限定されず、例えば、図2及び図3に示すパターンが例示できるが、これに限定されるものではない。
Since the organic thermoelectric conversion units 5 are connected in series in this way, a current flows in one direction, the thermoelectromotive force generated in each organic thermoelectric conversion unit 5 is added, and the desired value is obtained by taking this out to the outside. Electricity can be generated.
Here, the number, size, installation position, arrangement, etc. of the pattern in which the metal electrodes 2 and the like are arranged are not particularly limited as long as the current flows in one direction. For example, as shown in FIGS. Although a pattern can be illustrated, it is not limited to this.

基材1としては、可撓性を有するプラスチックフィルム等の基材が挙げられる。プラスチックフィルムは安価であり、可撓性を有するので好ましい。
本発明において、「フレキブルな基材」とは可撓性を有する基材を意味する。
このような観点から、基材1としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6−フタレンジカルボキシレート等のポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、トリアセチルセルロース(TAC)等のプラスチックフィルム(樹脂フィルム)、ガラスエポキシ、液晶性ポリエステル等が好ましい。
Examples of the substrate 1 include a substrate such as a plastic film having flexibility. A plastic film is preferable because it is inexpensive and flexible.
In the present invention, the “flexible substrate” means a substrate having flexibility.
From such a viewpoint, the base material 1 includes polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate), polyethylene-2,6-phthalenedicarboxylate. Polyester resin such as polyimide, polycarbonate, polypropylene, polyether sulfone, cycloolefin polymer, polyether ether ketone (PEEK), plastic film (resin film) such as triacetyl cellulose (TAC), glass epoxy, liquid crystalline polyester, etc. preferable.

このうち、入手の容易性、経済性の観点及び溶剤による溶解が無く、印刷が可能な基材として、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ガラスエポキシ、液晶性ポリエステルが好ましく、特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ガラスエポキシ、液晶性ポリエステルが好ましい。   Of these, easy availability, economical viewpoint and no solvent dissolution, as a substrate capable of printing, polyether ether ketone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, glass epoxy, liquid crystalline polyester is preferable, In particular, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, glass epoxy, and liquid crystalline polyester are preferable.

また、基材としての効果を損なわない限りにおいて、上記樹脂の共重合体、又はこれらの樹脂と他の種類の樹脂とのブレンド物等も用いることができる。   Moreover, as long as the effect as a base material is not impaired, the copolymer of the said resin, the blended material of these resins, and another kind of resin, etc. can be used.

さらに、上記樹脂フィルムの中には、滑り性を良くするために少量の無機又は有機の微粒子、例えば、酸化チタン、炭酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、シリコーン等の無機フィラー、アクリル、ベンゾグアナミン、テフロン(登録商標)、エポキシ等の有機フィラー、ポリエチレングリコール(PEG)、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ等の接着性向上剤や帯電防止剤を含有させることができる。   Furthermore, in the resin film, a small amount of inorganic or organic fine particles, for example, inorganic fillers such as titanium oxide, calcium carbonate, silica, barium sulfate, silicone, acrylic, benzoguanamine, Teflon ( (Registered trademark), an organic filler such as epoxy, polyethylene glycol (PEG), and an adhesion improver such as sodium dodecylbenzenesulfonate and an antistatic agent can be contained.

各樹脂フィルムの製造方法は、公知の方法や条件を適宜選択して用いることができる。例えば、ポリエステルフィルムは、上記のポリエステル樹脂を溶融押出しでフィルム状にし、縦及び横二軸延伸による配向結晶化及び熱処理による結晶化させることにより形成し得る。   As a method for producing each resin film, known methods and conditions can be appropriately selected and used. For example, the polyester film can be formed by melt-extrusion of the above-described polyester resin into a film shape, orientation crystallization by longitudinal and transverse biaxial stretching, and crystallization by heat treatment.

ここで用いられる基材1の厚さに特に制限はなく、通常、基材となる樹脂フィルムの厚さ5μm以上1000μm以下のものを用い、可撓性という観点から、10μm以上500μm以下のものを用いることが好ましく、10μm以上250μm以下のものを用いることがさらに好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the thickness of the base material 1 used here, Usually, the thing of the thickness of 5 micrometers-1000 micrometers is used for the resin film used as a base material, and the thing of 10 micrometers-500 micrometers is used from a flexible viewpoint. It is preferable to use those of 10 μm or more and 250 μm or less.

基材1は、さらに基材の劣化防止という観点から、紫外線吸収剤等の添加剤を含むことが好ましい。紫外線吸収剤としては、オキサゾール系、トリアジン系、スチルベン系、クマリン系吸収剤を好適に用いることができる。   It is preferable that the base material 1 contains additives, such as a ultraviolet absorber, from a viewpoint of preventing further deterioration of the base material. As the ultraviolet absorber, an oxazole, triazine, stilbene, or coumarin absorber can be suitably used.

金属電極2としては、銅、銀、金、白金、ニッケル、クロム、銅合金等の金属電極、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)等の透明電極等の公知の金属のいずれかを用いる。好ましくは、銅、金、白金、ニッケル、銅合金等のいずれかを用い、より好ましくは、金、白金、ニッケルのいずれかを用いる。又は上記金属を微粒子化し、バインダーと溶剤を添加した金属ペーストを固化したものを用いてもよい。   As the metal electrode 2, any one of known metals such as a metal electrode such as copper, silver, gold, platinum, nickel, chromium, and a copper alloy, a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (ZnO) is used. Use. Preferably, any of copper, gold, platinum, nickel, copper alloy, etc. is used, and more preferably, any of gold, platinum, nickel is used. Or you may use what solidified the metal paste which atomized the said metal and added the binder and the solvent.

有機熱電変換層3は、上記有機熱電変換組成物により形成され、この有機熱電変換組成物の固形分組成と同様の組成を有している。
有機熱電変換層3の層厚は、0.1〜1000μmが好ましく、1〜100μmがより好ましい。膜厚をこの範囲にすることで、温度差を付与しやすく、膜内の抵抗の増大を防ぐことができる。
The organic thermoelectric conversion layer 3 is formed of the organic thermoelectric conversion composition, and has the same composition as the solid content composition of the organic thermoelectric conversion composition.
The layer thickness of the organic thermoelectric conversion layer 3 is preferably 0.1 to 1000 μm, and more preferably 1 to 100 μm. By setting the film thickness within this range, it is easy to impart a temperature difference and increase in resistance within the film can be prevented.

上部電極4には、銀、カーボン等の導電性微粒子を分散した導電性ペースト、又は、銀、銅、アルミニウム等の金属ナノワイヤーを含有する導電性ペースト等のいずれかを使用して形成することができる。
導電性ペーストを用いることで、熱電変換層の上面と基材上電極との段差に追随して配線することが可能であり、断線や接触不良することなく接続し、出力電力が高く、かつ信頼性の高いモジュールを形成できる。
なお、スパッタ、真空蒸着法とメタルマスク法を組み合わせることにより、金、銀、銅、ニッケル等の金属やこれら合金材料、又はインジウム酸化スズ(ITO)等の酸化物半導体材料等、公知の導電材料により、配線してもよい。
The upper electrode 4 is formed using either a conductive paste in which conductive fine particles such as silver and carbon are dispersed or a conductive paste containing metal nanowires such as silver, copper and aluminum. Can do.
By using conductive paste, it is possible to follow the step between the upper surface of the thermoelectric conversion layer and the electrode on the substrate, connect without disconnection or contact failure, high output power, and reliability A highly functional module can be formed.
In addition, by combining sputtering, vacuum deposition and metal mask methods, known conductive materials such as metals such as gold, silver, copper and nickel, alloy materials thereof, and oxide semiconductor materials such as indium tin oxide (ITO) Therefore, wiring may be performed.

上記有機熱電変換層3は単層に形成されているが、本発明において、有機熱電変換層は、単層に限られず、複層からなるものを包含する。
複層からなる有機熱電変換層を備えたフレキシブル有機熱電変換素子又は有機熱電変換ユニットとして、例えば、図4に示されるものが挙げられる。このフレキシブル有機熱電変換素子10Aは、有機熱電変換層3Aが複層からなること以外は図1に示すフレキシブル有機熱電変換素子10と同じである。したがって、このフレキシブル有機熱電変換素子10Aを用いて図2又は図3に示す熱電発電用物品20を形成することもできる。
この有機熱電変換層3Aは、化合物(c)からなる膜6A、例えば単分子膜(SAM膜)上に、カーボンナノチューブ(a)及び高分子化合物(b)を含有する有機熱電変換組成物からなる膜6Bを備えた構造になっている。なお、図4において膜6Aは厚さを強調して図示されている。
The organic thermoelectric conversion layer 3 is formed as a single layer. However, in the present invention, the organic thermoelectric conversion layer is not limited to a single layer, but includes a multilayer.
As a flexible organic thermoelectric conversion element or an organic thermoelectric conversion unit provided with the organic thermoelectric conversion layer which consists of a multilayer, what is shown by FIG. 4 is mentioned, for example. This flexible organic thermoelectric conversion element 10A is the same as the flexible organic thermoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 except that the organic thermoelectric conversion layer 3A is composed of multiple layers. Therefore, the thermoelectric power generation article 20 shown in FIG. 2 or FIG. 3 can be formed using the flexible organic thermoelectric conversion element 10A.
The organic thermoelectric conversion layer 3A is made of an organic thermoelectric conversion composition containing a carbon nanotube (a) and a polymer compound (b) on a film 6A made of the compound (c), for example, a monomolecular film (SAM film). The structure is provided with a film 6B. In FIG. 4, the film 6A is shown with an emphasis on thickness.

本発明のフレキシブル有機熱電変換素子は、有機熱電変換層が化合物(c)を含有し、又は、有機熱電変換層が化合物(c)からなる膜を具備することにより、有機熱電変換層と基材又は電極との密着性が向上している。これは、有機熱電変換層中に含有される化合物(c)、又は、膜を形成する化合物(c)と基材又は金属電極との相互作用によるものと考えられる。
図1〜図3に示すフレキシブル有機熱電変換素子10及び熱電発電用物品20は、好ましくは、有機熱電変換層3が化合物(c)を含む有機熱電変換密着性組成物により形成され、有機熱電変換層3と基材1及び金属電極2との密着性が高くなっている。
また、図4に示すフレキシブル有機熱電変換素子10Aは、有機熱電変換層3Aが化合物(c)からなる膜6Aを備えており、有機熱電変換層3Aと基材1及び金属電極2との密着性が高くなっている。
In the flexible organic thermoelectric conversion element of the present invention, the organic thermoelectric conversion layer contains the compound (c), or the organic thermoelectric conversion layer includes a film made of the compound (c). Or the adhesiveness with an electrode is improving. This is considered to be due to the interaction between the compound (c) contained in the organic thermoelectric conversion layer or the compound (c) forming a film and the base material or the metal electrode.
The flexible organic thermoelectric conversion element 10 and the article 20 for thermoelectric power generation shown in FIGS. 1 to 3 are preferably formed by an organic thermoelectric conversion adhesive composition in which the organic thermoelectric conversion layer 3 contains a compound (c), and organic thermoelectric conversion. The adhesion between the layer 3 and the substrate 1 and the metal electrode 2 is high.
Moreover, the flexible organic thermoelectric conversion element 10A shown in FIG. 4 includes a film 6A in which the organic thermoelectric conversion layer 3A is made of the compound (c), and the adhesion between the organic thermoelectric conversion layer 3A, the substrate 1, and the metal electrode 2 Is high.

これらのフレキシブル有機熱電変換素子10、10A及び熱電発電用物品20は、有機熱電変換層3、3Aが金属電極2に加えて基材1にも設けられており、密着性がさらに強くなる。したがって、フレキシブル有機熱電変換素子10及び10Aは、好ましくは使用時にも有機熱電変換層3、3Aの剥離が防止される。これにより、曲げに対する耐久性が得られ、繰り返しの使用に耐えるものとなる。また、有機熱電変換層3及び3Aは、後述するように、塗布により製造することもできる。これにより、基材1にダメージを与えることなく、基材1との密着性をより強固にして製造できる。   In these flexible organic thermoelectric conversion elements 10, 10 </ b> A and thermoelectric power generation article 20, the organic thermoelectric conversion layers 3, 3 </ b> A are provided not only on the metal electrode 2 but also on the base material 1, and the adhesion is further enhanced. Therefore, the flexible organic thermoelectric conversion elements 10 and 10A are preferably prevented from peeling off the organic thermoelectric conversion layers 3 and 3A even during use. As a result, durability against bending can be obtained, and it can withstand repeated use. Moreover, the organic thermoelectric conversion layers 3 and 3A can also be manufactured by application | coating so that it may mention later. Thereby, it can manufacture by making adhesiveness with the base material 1 stronger, without giving the base material 1 damage.

フレキシブル有機熱電変換素子10、10A及び熱電発電用物品20は、有機熱電変換層3及び3AがCNT(a)及び高分子化合物(b)を含む有機熱電変換組成物により形成されており、CNT(a)及び高分子化合物(b)等により発揮される導電性を維持できる。したがって、フレキシブル有機熱電変換素子10、10A及び熱電発電用物品20は、基材1及び金属電極2との密着性が高くても、優れた導電性を発揮する。   In the flexible organic thermoelectric conversion elements 10 and 10A and the thermoelectric power generation article 20, the organic thermoelectric conversion layers 3 and 3A are formed of an organic thermoelectric conversion composition containing CNT (a) and a polymer compound (b). The conductivity exhibited by a) and the polymer compound (b) can be maintained. Therefore, even if the flexible organic thermoelectric conversion elements 10 and 10A and the thermoelectric power generation article 20 have high adhesion to the base material 1 and the metal electrode 2, they exhibit excellent conductivity.

本発明のフレキシブル有機熱電変換素子は、有機熱電変換組成物を、金属電極を設置したフレキブルな基材上に金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成することにより、製造できる。   The flexible organic thermoelectric conversion element of the present invention provides an organic thermoelectric conversion composition on a flexible substrate on which a metal electrode is installed in a pattern according to the arrangement of the metal electrode, thereby forming an organic thermoelectric conversion layer. Can be manufactured.

フレキブルな基材上に金属電極を所望のパターンに形成する方法は、特に限定されないが、例えば、めっき法、エッチングによるパターニンング法、リフトオフ法を用いたスパッタ法やイオンプレーティング法、メタルマスクを用いたスパッタ法やイオンプレーティング法等が挙げられる。また、上述した金属を微粒子化し、バインダーと溶剤を添加した金属ペーストを用いて形成することもできる。金属ペースト用いる場合には、スクリーン印刷法、ディスペンサー法による印刷法を用いることができる。印刷後、乾燥のための加熱や、バインダーの分解や金属の焼結のための加熱処理を行ってもよい。   A method for forming a metal electrode in a desired pattern on a flexible substrate is not particularly limited. For example, a plating method, a patterning method by etching, a sputtering method using a lift-off method, an ion plating method, or a metal mask is used. Examples thereof include a sputtering method and an ion plating method. Moreover, it can also form using the metal paste which atomized the metal mentioned above and added the binder and the solvent. When using a metal paste, a screen printing method or a printing method by a dispenser method can be used. After printing, heating for drying and heat treatment for decomposition of the binder and sintering of the metal may be performed.

このようにして金属電極を設置したフレキブルな基材上に金属電極の配置に合わせてパターン状に有機熱電変換層を設ける。
有機熱電変換層をパターン状に設ける方法は、特に限定されないが、有機熱電変換組成物を塗布する方法が好ましい。例えば、メタルマスクを用いて、有機熱電変換組成物を印刷するメタルマスク印刷法、有機熱電変換組成物からなるインクジェット塗布液をインクジェット法により打滴して印刷するインクジェット印刷法、スクリーン印刷等の印刷法等が好ましい。
なお、スクリーン印刷法は、通常のステンレス、ナイロン、ポリエステル製のメッシュ上に感光性樹脂をパターニング露光し、現像して版を作製し、印刷する方法のほか、エッチングされたメタルマスクから版を作製し、印刷する方法等がある。
メタルマスク印刷法については、後に実施例にて詳述する。
In this way, the organic thermoelectric conversion layer is provided in a pattern on the flexible substrate on which the metal electrode is installed in accordance with the arrangement of the metal electrode.
A method of providing the organic thermoelectric conversion layer in a pattern is not particularly limited, but a method of applying an organic thermoelectric conversion composition is preferable. For example, a metal mask printing method for printing an organic thermoelectric conversion composition using a metal mask, an ink jet printing method for printing by ejecting an ink jet coating liquid composed of an organic thermoelectric conversion composition by an ink jet method, printing such as screen printing The method is preferred.
The screen printing method involves patterning exposure of a photosensitive resin onto a normal mesh made of stainless steel, nylon, or polyester, developing it to produce a plate, printing, and printing a plate from an etched metal mask. And printing methods.
The metal mask printing method will be described in detail later in Examples.

有機熱電変換組成物を塗布した後、好ましくは、加熱工程や乾燥工程を設けて溶剤等を留去する。例えば、加熱乾燥、熱風を吹き付けることにより、溶剤を揮発させて有機熱電変換組成物の塗膜を乾燥させることができる。   After apply | coating an organic thermoelectric conversion composition, Preferably, a heating process and a drying process are provided and a solvent etc. are distilled off. For example, the solvent can be volatilized and the coating film of the organic thermoelectric conversion composition can be dried by heat drying or blowing hot air.

有機熱電変換組成物がオニウム塩化合物(d)を含有する場合は、成膜後、当該膜を加熱又は当該膜に活性エネルギー線を照射して、ドーピング処理を行い、導電性を向上させることが好ましい。この処理によって、オニウム塩化合物(d)から酸が発生し、この酸が導電性高分子をプロトン化することにより当該導電性高分子が正の電荷でドーピング(p型ドーピング)される。   In the case where the organic thermoelectric conversion composition contains an onium salt compound (d), after the film formation, the film is heated or the film is irradiated with active energy rays to perform doping treatment to improve conductivity. preferable. By this treatment, an acid is generated from the onium salt compound (d), and this acid protonates the conductive polymer, thereby doping the conductive polymer with a positive charge (p-type doping).

活性エネルギー線には、放射線や電磁波が包含され、放射線には粒子線(高速粒子線)と電磁放射線が包含される。粒子線としては、アルファ線(α線)、ベータ線(β線)、陽子線、電子線(原子核崩壊によらず加速器で電子を加速するものを指す)、重陽子線等の荷電粒子線、非荷電粒子線である中性子線、宇宙線等が挙げられ、電磁放射線としては、ガンマ線(γ線)、エックス線(X線、軟X線)が挙げられる。電磁波としては、電波、赤外線、可視光線、紫外線(近紫外線、遠紫外線、極紫外線)、X線、ガンマ線等が挙げられる。本発明において用いる線種は特に限定されず、例えば、使用するオニウム塩化合物(酸発生剤)の極大吸収波長付近の波長を有する電磁波を適宜選べばよい。
これらの活性エネルギー線のうち、ドーピング効果及び安全性の観点から好ましいのは紫外線、可視光線、赤外線であり、具体的には240〜1100nm、好ましくは240〜850nm、より好ましくは240〜670nmに極大発光波長を有する光線である。
Active energy rays include radiation and electromagnetic waves, and radiation includes particle beams (high-speed particle beams) and electromagnetic radiation. Particle rays include alpha rays (α rays), beta rays (β rays), proton rays, electron rays (which accelerates electrons with an accelerator regardless of nuclear decay), charged particle rays such as deuteron rays, Examples of the electromagnetic radiation include gamma rays (γ rays) and X-rays (X rays, soft X rays). Examples of the electromagnetic wave include radio waves, infrared rays, visible rays, ultraviolet rays (near ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays), X-rays, gamma rays, and the like. The line type used in the present invention is not particularly limited. For example, an electromagnetic wave having a wavelength near the maximum absorption wavelength of the onium salt compound (acid generator) to be used may be appropriately selected.
Among these active energy rays, ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays are preferable from the viewpoint of doping effect and safety, specifically, 240 to 1100 nm, preferably 240 to 850 nm, and more preferably 240 to 670 nm. It is a light beam having an emission wavelength.

活性エネルギー線の照射には、放射線又は電磁波照射装置が用いられる。照射する放射線又は電磁波の波長は特に限定されず、使用するオニウム塩化合物の感応波長に対応する波長領域の放射線又は電磁波を照射できるものを選べばよい。
放射線又は電磁波を照射できる装置としては、LEDランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、DeepUVランプ、低圧UVランプ等の水銀ランプ、ハライドランプ、キセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプ、ArFエキシマランプ、KrFエキシマランプ等のエキシマランプ、極端紫外光ランプ、電子ビーム、X線ランプを光源とする露光装置がある。紫外線照射は、通常の紫外線照射装置、例えば、市販の硬化/接着/露光用の紫外線照射装置(ウシオ電機株式会社SP9−250UB等)を用いて行うことができる。
For irradiation with active energy rays, a radiation or electromagnetic wave irradiation device is used. The wavelength of the radiation or electromagnetic wave to be irradiated is not particularly limited, and a radiation or electromagnetic wave in a wavelength region corresponding to the sensitive wavelength of the onium salt compound to be used may be selected.
Examples of devices that can irradiate radiation or electromagnetic waves include LED lamps, high-pressure mercury lamps, ultra-high-pressure mercury lamps, deep UV lamps, low-pressure UV lamps and other mercury lamps, halide lamps, xenon flash lamps, metal halide lamps, ArF excimer lamps, and KrF excimer lamps. There are exposure apparatuses using a light source such as an excimer lamp, an extreme ultraviolet light lamp, an electron beam, or an X-ray lamp. The ultraviolet irradiation can be performed using a normal ultraviolet irradiation apparatus, for example, a commercially available ultraviolet irradiation apparatus for curing / adhesion / exposure (USHIO INC. SP9-250UB, etc.).

露光時間及び光量は、用いるオニウム塩化合物の種類及びドーピング効果を考慮して適宜選択すればよい。具体的には、光量10mJ/cm〜10J/cm、好ましくは50mJ/cm〜5J/cmで行うことが挙げられる。 The exposure time and the amount of light may be appropriately selected in consideration of the type of onium salt compound to be used and the doping effect. Specifically, the light intensity is 10 mJ / cm 2 to 10 J / cm 2 , preferably 50 mJ / cm 2 to 5 J / cm 2 .

加熱によってドーピングを行う場合は、成膜した膜を、オニウム塩化合物が酸を発生する温度以上で加熱すればよい。加熱温度として、好ましくは50〜200℃、より好ましくは70〜150℃である。加熱時間は、好ましくは1〜60分、より好ましくは3〜30分である。   When doping is performed by heating, the formed film may be heated above the temperature at which the onium salt compound generates an acid. The heating temperature is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 70 to 150 ° C. The heating time is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 3 to 30 minutes.

ドーピング処理の時期は特に限定されないが、有機熱電変換組成物を成膜等、加工処理した後に行うことが好ましい。   The timing of the doping treatment is not particularly limited, but it is preferably performed after processing the organic thermoelectric conversion composition such as film formation.

次いで、有機熱電変換層上に上部電極を設ける。上部電極は、上記導電性ペーストを用いた塗布方法、上記導電材料を用いる、スパッタ法、真空蒸着法とメタルマスク法を組み合わせた方法等によって、設けられる。
このようにしてフレキシブル有機熱電変換素子を製造できる。
Next, an upper electrode is provided on the organic thermoelectric conversion layer. The upper electrode is provided by a coating method using the conductive paste, a sputtering method using the conductive material, a method combining a vacuum deposition method and a metal mask method, or the like.
Thus, a flexible organic thermoelectric conversion element can be manufactured.

ここで、CNT(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含む有機熱電変換層を備えたフレキシブル有機熱電変換素子、例えば図1〜図3に示すフレキシブル有機熱電変換素子10を製造する場合には、有機熱電変換組成物として、CNT(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含む有機熱電変換密着性組成物を用いる。
このようにして製造されるフレキシブル有機熱電変換素子は、基材と、基材上に設けた1又は複数の金属電極と、金属電極の配置に合わせてパターン状に設けた1又は複数の有機熱電変換層とをしている。
Here, the flexible organic thermoelectric conversion element provided with the organic thermoelectric conversion layer containing CNT (a), a high molecular compound (b), and a compound (c), for example, the flexible organic thermoelectric conversion element 10 shown in FIGS. 1-3, is manufactured. When doing, the organic thermoelectric conversion adhesive composition containing CNT (a), a high molecular compound (b), and a compound (c) is used as an organic thermoelectric conversion composition.
The flexible organic thermoelectric conversion element thus manufactured includes a base material, one or more metal electrodes provided on the base material, and one or more organic thermoelectric elements provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrodes. It has a conversion layer.

一方、化合物(c)からなる膜を有する有機熱電変換層を備えたフレキシブル有機熱電変換素子、例えば図4に示すフレキシブル有機熱電変換素子10Aを製造する場合には、CNT(a)及び高分子化合物(b)を含む有機熱電変換組成物を用いる。
このフレキシブル有機熱電変換素子は、金属電極を設置したフレキブルな基材の、少なくとも有機熱電変換層を設ける表面を化合物(c)により表面処理し、その後、カーボンナノチューブ(a)及び高分子化合物(b)を含有する有機熱電変換組成物を金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成し、有機熱電変換層上に上部電極を設けることにより、製造することができる。
この製造方法においては、上記のようにして金属電極を設置したフレキブルな基材における、少なくとも有機熱電変換層を設ける表面、例えば金属電極及び好ましくは基材の表面を化合物(c)により表面処理する。表面処理方法は、例えば、化合物(c)と、好ましくは溶剤等とを含有する溶液を所定の表面に塗布し、好ましくは乾燥する方法が挙げられる。塗布方法は、特に限定されず、上記有機熱電変換組成物の塗布方法と同じ方法が挙げられる。これにより、所定の表面に化合物(c)からなる膜、例えば単分子膜(SAM膜)が形成される。なお、本発明において、化合物(c)からなる膜は、有機熱電変換層を設ける表面に設けられていればよいが、有機熱電変換層を設ける表面以外の表面に設けられてもよい。
On the other hand, when manufacturing a flexible organic thermoelectric conversion element having an organic thermoelectric conversion layer having a film made of the compound (c), for example, the flexible organic thermoelectric conversion element 10A shown in FIG. 4, CNT (a) and a polymer compound The organic thermoelectric conversion composition containing (b) is used.
In this flexible organic thermoelectric conversion element, a surface of at least an organic thermoelectric conversion layer of a flexible base material provided with a metal electrode is surface-treated with the compound (c), and then the carbon nanotube (a) and the polymer compound (b ) Containing the organic thermoelectric conversion composition is provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrodes to form an organic thermoelectric conversion layer, and the upper electrode is provided on the organic thermoelectric conversion layer.
In this production method, at least the surface on which the organic thermoelectric conversion layer is provided in the flexible substrate on which the metal electrode is installed as described above, for example, the surface of the metal electrode and preferably the substrate is surface-treated with the compound (c). . Examples of the surface treatment method include a method in which a solution containing the compound (c) and preferably a solvent or the like is applied to a predetermined surface and preferably dried. The application method is not particularly limited, and examples thereof include the same method as the application method of the organic thermoelectric conversion composition. Thereby, a film made of the compound (c), for example, a monomolecular film (SAM film) is formed on a predetermined surface. In the present invention, the film made of the compound (c) may be provided on the surface on which the organic thermoelectric conversion layer is provided, but may be provided on a surface other than the surface on which the organic thermoelectric conversion layer is provided.

化合物(c)からなる膜上に、有機熱電変換組成物を、該膜の配置、すなわち金属電極の配置に合わせてパターン状に設ける。その方法は、特に限定されないが、有機熱電変換組成物を塗布する方法が好ましい。塗布方法は上述した通りである。ここで用いる有機熱電変換組成物は、化合物(c)を含有していてもいなくてもよく、含有していないのが好ましい。有機熱電変換組成物を塗布した後、上述のように、好ましくは加熱工程や乾燥工程を行って溶剤等を留去し、オニウム塩化合物(d)を含有する場合は好ましくはドーピング処理を行う。このようにして、所望のパターン状に有機熱電変換層を設けることができる。   On the film | membrane which consists of a compound (c), an organic thermoelectric conversion composition is provided in a pattern shape according to arrangement | positioning of this film | membrane, ie, arrangement | positioning of a metal electrode. Although the method is not specifically limited, The method of apply | coating an organic thermoelectric conversion composition is preferable. The application method is as described above. The organic thermoelectric conversion composition used here may or may not contain the compound (c), and preferably does not contain it. After applying the organic thermoelectric conversion composition, as described above, a heating process or a drying process is preferably performed to distill off the solvent and the like, and when the onium salt compound (d) is contained, a doping treatment is preferably performed. In this way, the organic thermoelectric conversion layer can be provided in a desired pattern.

次いで、上記のようにして、有機熱電変換層上に上部電極を設けることにより、フレキシブル有機熱電変換素子が製造される。   Subsequently, a flexible organic thermoelectric conversion element is manufactured by providing an upper electrode on an organic thermoelectric conversion layer as mentioned above.

このようにして製造されるフレキシブル有機熱電変換素子は、基材と、基材上に設けた1又は複数の金属電極と、金属電極の配置に合わせてパターン状に設けた1又は複数の、化合物(c)からなる膜を備えた有機熱電変換層とを有している。この有機熱電変換層は、CNT(a)及び高分子化合物(b)を含有している。   The flexible organic thermoelectric conversion element manufactured in this way includes a base material, one or more metal electrodes provided on the base material, and one or more compounds provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrodes. And an organic thermoelectric conversion layer provided with a film made of (c). This organic thermoelectric conversion layer contains CNT (a) and a polymer compound (b).

本発明の熱電発電用物品は、熱電発電素子として本発明のフレキシブル有機熱電変換素子を用いる。具体的には、温泉熱発電機、太陽熱発電機、廃熱発電機等の発電機、腕時計用電源、半導体駆動電源、(小型)センサー用電源等の用途に本発明のフレキシブル有機熱電変換素子を用いることが好ましい。
特に、本発明のフレキシブル有機熱電変換素子は可撓性に優れ、しかも有機熱電変換層が剥離しにくいから、本発明の熱電発電用物品は、曲面や凹凸のある表面等に好適に使用される。具体的には、住宅やオフィスの照明、電子機器、太陽電池(光電変換及び熱電変換のハイブリッド発電)、工場の蒸気、冷却水等の配管からの廃熱回収、さらにセンサーネットワークやヘルスモニターに使用される微小発電用に用いることが好ましい。ヘルスモニターとしては、例えば、心電図モニター装置、脈拍計、血圧計、歩数計等が挙げられる。
The article for thermoelectric power generation of the present invention uses the flexible organic thermoelectric conversion element of the present invention as a thermoelectric power generation element. Specifically, the flexible organic thermoelectric conversion element of the present invention is used for applications such as hot spring thermal power generators, solar thermal power generators, waste heat power generators, wristwatch power supplies, semiconductor drive power supplies, and (small) sensor power supplies. Is preferred.
In particular, since the flexible organic thermoelectric conversion element of the present invention is excellent in flexibility and the organic thermoelectric conversion layer is hardly peeled off, the thermoelectric power generation article of the present invention is suitably used for curved surfaces and uneven surfaces. . Specifically, it is used for housing and office lighting, electronic equipment, solar cells (photoelectric conversion and thermoelectric conversion hybrid power generation), waste heat recovery from piping such as factory steam and cooling water, and sensor networks and health monitors. It is preferably used for micro power generation. Examples of the health monitor include an electrocardiogram monitor device, a pulse meter, a blood pressure monitor, and a pedometer.

以下、実施例及び比較例によって本発明をより詳しく説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention in more detail, the present invention is not limited to them.

各例中で用いた高分子化合物(b)を下記に示す。
導電性高分子1:ポリ(3−オクチル)チオフェン(シグマアルドリッチ社製)、重量平均分子量35,000
導電性高分子2:ポリ(3−ヘキシル)チオフェン(シグマアルドリッチ社製)、重量平均分子量50,000
導電性高分子3:下記繰り返し単位を有する高分子(重量平均分子量39,000)
導電性高分子4:下記繰り返し単位を有する高分子(重量平均分子量27,000)
非導電性高分子A:ポリスチレン(関東化学製、重合度2000)
非導電性高分子B:PC−Z型ポリカーボネート「パンライトTS−2020」(商品名、帝人化成株式会社製)
下記繰り返し単位において、*は結合位置を表す。
The polymer compound (b) used in each example is shown below.
Conductive polymer 1: poly (3-octyl) thiophene (manufactured by Sigma-Aldrich), weight average molecular weight 35,000
Conductive polymer 2: poly (3-hexyl) thiophene (manufactured by Sigma-Aldrich), weight average molecular weight 50,000
Conductive polymer 3: Polymer having the following repeating unit (weight average molecular weight 39,000)
Conductive polymer 4: Polymer having the following repeating unit (weight average molecular weight: 27,000)
Non-conductive polymer A: polystyrene (manufactured by Kanto Chemical Co., degree of polymerization 2000)
Non-conductive polymer B: PC-Z type polycarbonate “Panlite TS-2020” (trade name, manufactured by Teijin Chemicals Ltd.)
In the following repeating units, * represents a bonding position.

Figure 2015072954
Figure 2015072954

<導電性高分子3の合成>
導電性高分子3を次のようにして合成した。
2,5−dibromothieno[3,2−b]thiophene(1.10g、3.68mmol)、(4,4’−didodecyl−[2,2’−bithiophene]−5,5’−diyl)bis(trimethylstannane)(3.14g、3.79mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(170mg、0.147mmol)を100mLのフラスコ内に導入し、容器内を窒素置換した。この容器内に、溶媒としてトルエン(29mL)およびN,N−ジメチルホルムアミド(7mL)を、シリンジを用いて添加した後、120℃のオイルバスにて窒素雰囲気下、26時間加熱撹拌して反応させた。反応液を室温冷却後、溶液をセライト濾過により不溶成分を除去した。得られた固体を順次ソックスレー抽出(メタノール12時間、アセトン3時間、ヘキサン3時間)して不純物を除去後、クロロベンゼンで抽出した。クロロベンゼン抽出溶液を濃縮後、クロロベンゼンに溶解させメタノールで晶析して濾取した。最後にこの固形物を真空下にて10時間乾燥させることにより、目的とする導電性高分子3を得た(収量1.69g、収率72%)。
<Synthesis of conductive polymer 3>
The conductive polymer 3 was synthesized as follows.
2,5-dibromothieno [3,2-b] thiophene (1.10 g, 3.68 mmol), (4,4′-didodecyl- [2,2′-bithiophene] -5,5′-diyl) bis (trimethylstanne) ) (3.14 g, 3.79 mmol) and tetrakistriphenylphosphine palladium (170 mg, 0.147 mmol) were introduced into a 100 mL flask, and the inside of the container was purged with nitrogen. To this container, toluene (29 mL) and N, N-dimethylformamide (7 mL) were added as a solvent using a syringe, and the mixture was reacted by heating and stirring in a 120 ° C. oil bath for 26 hours in a nitrogen atmosphere. It was. After cooling the reaction solution at room temperature, insoluble components were removed from the solution by Celite filtration. The obtained solid was sequentially extracted by Soxhlet extraction (methanol 12 hours, acetone 3 hours, hexane 3 hours) to remove impurities, and then extracted with chlorobenzene. The chlorobenzene extract solution was concentrated, dissolved in chlorobenzene, crystallized with methanol, and collected by filtration. Finally, the solid was dried under vacuum for 10 hours to obtain the target conductive polymer 3 (yield 1.69 g, yield 72%).

<導電性高分子4の合成>
導電性高分子4を次のようにして合成した。
2,6−dibromo−4,4−dihexyl−4H−silolo[3,2−b:4,5−b’]dithiophene(2.28g、4.38mmol)、2,5−bis(trimethylstannyl)−3−hexylthiophene(2.23g、4.51mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(253mg、0.219mmol)を200mLのフラスコ内に導入し、容器内を窒素置換した。この容器内に、溶媒としてトルエン(35mL)およびN,N−ジメチルホルムアミド(9mL)を、シリンジを用いて添加した後、120℃のオイルバスにて窒素雰囲気下、31時間加熱撹拌して反応させた。反応液を室温冷却後、溶液をセライト濾過により不溶成分を除去した。得られた濾液をメタノール中に少量ずつ滴下し、固形物を析出させた後、固形物を濾過により分取した。得られた固体を順次ソックスレー抽出(メタノール12時間、アセトン3時間、ヘキサン3時間)して不純物を除去後、クロロベンゼンで抽出した。クロロベンゼン抽出溶液を濃縮後、クロロベンゼンに溶解させメタノールで晶析して濾取した。最後にこの固形物を真空下にて10時間乾燥させることにより、目的とする導電性高分子4を得た(収量1.63g、収率84%)。
<Synthesis of conductive polymer 4>
The conductive polymer 4 was synthesized as follows.
2,6-dibromo-4,4-dihexyl-4H-silolo [3,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (2.28 g, 4.38 mmol), 2,5-bis (trimethylstannyl) -3 -Hexylthiophene (2.23 g, 4.51 mmol) and tetrakistriphenylphosphine palladium (253 mg, 0.219 mmol) were introduced into a 200 mL flask, and the inside of the container was purged with nitrogen. After adding toluene (35 mL) and N, N-dimethylformamide (9 mL) as a solvent in this container using a syringe, the mixture was reacted by heating and stirring for 31 hours in a 120 ° C. oil bath in a nitrogen atmosphere. It was. After cooling the reaction solution at room temperature, insoluble components were removed from the solution by Celite filtration. The obtained filtrate was added dropwise to methanol little by little to precipitate a solid, and the solid was collected by filtration. The obtained solid was sequentially extracted by Soxhlet extraction (methanol 12 hours, acetone 3 hours, hexane 3 hours) to remove impurities, and then extracted with chlorobenzene. The chlorobenzene extract solution was concentrated, dissolved in chlorobenzene, crystallized with methanol, and collected by filtration. Finally, the solid was dried under vacuum for 10 hours to obtain the target conductive polymer 4 (yield 1.63 g, yield 84%).

<重量平均分子量の測定>
高分子化合物の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算値として求めた。
詳細には、高分子化合物にo―ジクロロベンゼンを加えて145℃で溶解し、1.0μmの焼結フィルターでろ過して0.15w/v%の試料溶液を調製し、下記条件にて測定した。
装置:「Alliance GPC2000(Waters社製)」
カラム:「TSKgel GMH−HT」−「TSKgel GMH−HT」−「TSKgel GMH−HTL」−「TSKgel GMH−HTL」(いずれも7.5mmI.D.×30cm、東ソー社製)
カラム温度:140℃
検出器:示差屈折率計
移動相:o−ジクロロベンゼン
<Measurement of weight average molecular weight>
The weight average molecular weight of the polymer compound was determined as a polystyrene equivalent value by gel permeation chromatography (GPC).
Specifically, o-dichlorobenzene was added to the polymer compound, dissolved at 145 ° C., filtered through a 1.0 μm sintered filter to prepare a 0.15 w / v% sample solution, and measured under the following conditions. did.
Apparatus: “Alliance GPC2000 (Waters)”
Column: “TSKgel GMH 6 -HT” — “TSKgel GMH 6 —HT” — “TSKgel GMH 6 —HTL” — “TSKgel GMH 6 —HTL” (all 7.5 mm ID × 30 cm, manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 140 ° C
Detector: differential refractometer Mobile phase: o-dichlorobenzene

実施例に用いた及びオニウム塩化合物(d)を下記に示す。下記式において、XはB(Cである。

Figure 2015072954
The onium salt compound (d) used in the examples is shown below. In the following formula, X is B (C 6 F 5 ) 4 .
Figure 2015072954

(実施例1)
有機熱電変換密着性組成物として調製したCNT分散液を用いて、図1に示すようなフレキシブル有機熱電変換素子10の製造に準じて設けた熱電変換層の導電率を測定した。
(Example 1)
The electrical conductivity of the thermoelectric conversion layer provided according to manufacture of the flexible organic thermoelectric conversion element 10 as shown in FIG. 1 was measured using the CNT dispersion liquid prepared as the organic thermoelectric conversion adhesive composition.

高分子化合物(b)として導電性高分子1(ポリ(3−オクチル)チオフェン)25mgに、テトラヒドロナフタレン(関東化学製)10mLを加えて、超音波洗浄機「US−2」(商品名、井内盛栄堂(株)製、出力120W、間接照射)を用い、ポリチオフェン溶液を作製した。さらに、単層CNT(a)としてASP−100F(Hanwha nanotech社製、純度95%)25mgを加え、メカニカルホモジナイザー「T10 basic ULTRA−TURRAX」(商品名、IKA Work社製)、超音波ホモジナイザー「VC−750」(商品名、SONICS&MATERIALS.Inc社製)、テーパーマイクロチップ(プローブ径6.5mm)を使用し、出力50W、直接照射、Duty比50%にて、30℃で30分間超音波分散させた。これに、化合物(c)(C−7)4mgを添加して、CNT分散液101を調製した。   10 mg of tetrahydronaphthalene (manufactured by Kanto Chemical) is added to 25 mg of conductive polymer 1 (poly (3-octyl) thiophene) as the polymer compound (b), and an ultrasonic cleaner “US-2” (trade name, Iuchi) A polythiophene solution was prepared using Seieido Co., Ltd., output 120 W, indirect irradiation. Furthermore, 25 mg of ASP-100F (manufactured by Hanwha Nanotech, 95% purity) was added as a single-walled CNT (a), a mechanical homogenizer “T10 basic ULTRA-TURRAX” (trade name, manufactured by IKA Work), an ultrasonic homogenizer “VC” -750 "(trade name, manufactured by SONICS & MATERIALS. Inc.), taper microtip (probe diameter 6.5 mm), ultrasonic dispersion at 30 ° C. for 30 minutes at 50 W output, direct irradiation, duty ratio 50%. It was. To this, 4 mg of compound (c) (C-7) was added to prepare CNT dispersion 101.

化合物(c)、高分子化合物(b)及びオニウム塩化合物(d)の種類及び有無を、それぞれ、下記表1に示すように変更した以外はCNT分散液101と同様にして、CNT分散液102〜108並びに比較のためのCNT分散液c101及びc102を調製した。
なお、オニウム塩化合物(d)は、CNT分散液中に10mg添加した。
The CNT dispersion liquid 102 was the same as the CNT dispersion liquid 101 except that the types and presence of the compound (c), the polymer compound (b) and the onium salt compound (d) were changed as shown in Table 1 below. ˜108 and comparative CNT dispersions c101 and c102 were prepared.
In addition, 10 mg of onium salt compounds (d) were added to the CNT dispersion.

調製したCNT分散液101〜108並びに比較のためのCNT分散液c101及びc102を、それぞれ、用いて、基材1上に金属電極2、有機熱電変換層3及び上部電極4を備えてなる、本発明のフレキシブル有機熱電変換素子102〜108並びに比較例としてのフレキシブル有機熱電変換素子c101及びc102を製造した。
製造したフレキシブル有機熱電変換素子の熱電変換層の導電率を、上記CNT分散液を用いて下記のようにしてガラス基材に設けた熱電変換層の導電率により、評価した。
Using the prepared CNT dispersions 101 to 108 and the comparative CNT dispersions c101 and c102, respectively, a metal electrode 2, an organic thermoelectric conversion layer 3 and an upper electrode 4 are provided on the substrate 1, The flexible organic thermoelectric conversion elements 102 to 108 of the invention and the flexible organic thermoelectric conversion elements c101 and c102 as comparative examples were produced.
The electrical conductivity of the thermoelectric conversion layer of the manufactured flexible organic thermoelectric conversion element was evaluated by the electrical conductivity of the thermoelectric conversion layer provided on the glass substrate as described below using the CNT dispersion.

[導電率の測定]
基板として、1.1mmの厚み、40×50mmのガラス基材をアセトン中で超音波洗浄した後、10分間UV−オゾン処理をした。CNT分散液101〜108並びにc101及びc102それぞれを、このガラス基板上にスピンコーターにて塗布した後、室温、真空条件で3時間乾燥することで、厚さ約1μmの有機熱電変換層を形成した。
その後、オニウム塩を添加した有機熱電変換層では、紫外線照射機「ECS−401GX」(商品名、アイグラフィックス株式会社製)により紫外線を照射して(光量:約500mJ/cm)し、さらに80℃で2時間加熱処理した。
得られた有機熱電変換層の導電率を、熱電特性測定装置「RZ2001i](商品名、オザワ科学(株)製)を用いて、100℃における導電率σ(単位:S/cm)として、測定した。結果を表1に示す。
[Measurement of conductivity]
As a substrate, a glass substrate having a thickness of 1.1 mm and a size of 40 × 50 mm was ultrasonically cleaned in acetone and then subjected to UV-ozone treatment for 10 minutes. Each of the CNT dispersions 101 to 108 and c101 and c102 was applied onto this glass substrate with a spin coater and then dried at room temperature under vacuum conditions for 3 hours to form an organic thermoelectric conversion layer having a thickness of about 1 μm. .
Thereafter, the organic thermoelectric conversion layer to which the onium salt is added is irradiated with ultraviolet rays (light quantity: about 500 mJ / cm 2 ) by an ultraviolet irradiator “ECS-401GX” (trade name, manufactured by Eye Graphics Co., Ltd.). Heat treatment was performed at 80 ° C. for 2 hours.
The conductivity of the obtained organic thermoelectric conversion layer was measured as a conductivity σ (unit: S / cm) at 100 ° C. using a thermoelectric property measuring device “RZ2001i” (trade name, manufactured by Ozawa Science Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

Figure 2015072954
Figure 2015072954

表1から明らかなように、CNT(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含む有機熱電変換層を有する本発明のフレキシブル有機熱電変換素子101〜108は、いずれも、高い導電率σを示した。
特に、試料No.101と試料c101、及び、試料No.102と試料c102とを比較すると、化合物(c)を含有していても、この化合物(c)を含有しない有機熱電変換層の導電率が低下せず、逆に向上していることが分かる。
さらに、オニウム塩化合物(d)を含有していると、導電率がさらに高くなることが分かる。
As is clear from Table 1, the flexible organic thermoelectric conversion elements 101 to 108 of the present invention having the organic thermoelectric conversion layer containing CNT (a), the polymer compound (b), and the compound (c) are all highly conductive. The rate σ is shown.
In particular, sample no. 101, sample c101, and sample no. Comparing the sample 102 and the sample c102, it can be seen that even when the compound (c) is contained, the conductivity of the organic thermoelectric conversion layer not containing the compound (c) does not decrease and is improved.
Furthermore, it turns out that electrical conductivity becomes still higher when onium salt compound (d) is contained.

実施例2
有機熱電変換密着性組成物としてCNT分散ペーストを調製して、図3に示すようなフレキシブル有機熱電変換素子10を製造した。
Example 2
A CNT dispersion paste was prepared as an organic thermoelectric conversion adhesive composition to produce a flexible organic thermoelectric conversion element 10 as shown in FIG.

非導電性高分子A(ポリスチレン)27gに、シリカ微粒子「JA−244」(十条ケミカル製)3gを添加し、180℃に加温した2本ロールミルでシリカ微粒子をポリスチレンに分散させて、シリカ分散ポリスチレンを作製した。
次に、実施例1で調製したCNT分散液101 9.7gに、シリカ分散ポリスチレン1.0gと、非導電性高分子B(PC−Z型ポリカーボネート「パンライトTS−2020」)1.0gとを添加し、50℃の温浴中にて溶解させた後、自公転式攪拌装置「ARE−250」(商品名、シンキー社製)で回転数2200rpm、攪拌時間15分で攪拌することで、CNT分散ペースト201を調製した。
Silica fine particles “JA-244” (manufactured by Jujo Chemical) 3 g was added to 27 g of non-conductive polymer A (polystyrene), and the silica fine particles were dispersed in polystyrene with a two-roll mill heated to 180 ° C. Polystyrene was produced.
Next, to 9.7 g of the CNT dispersion 101 prepared in Example 1, 1.0 g of silica-dispersed polystyrene, 1.0 g of non-conductive polymer B (PC-Z type polycarbonate “Panlite TS-2020”), And dissolved in a 50 ° C. warm bath, and then stirred with a self-revolving stirrer “ARE-250” (trade name, manufactured by Sinky Corporation) at a rotation speed of 2200 rpm and a stirring time of 15 minutes. A dispersion paste 201 was prepared.

基材1として、A6サイズ(日本工業規格)、厚さ188μmのPETフィルム上に、エッチングにより形成した開口部6×9mmのメタルマスクを用いて、イオンプレーティング法によりクロムを100nm、次に金を200nm積層成膜することにより、金属電極2を形成した。
次に、レーザー加工で形成した80個の開口部8×9mmを有し、かつ厚み2mmのメタルマスクを用いて、CNT分散ペースト201を注入し、スキージで平坦化した。このとき、図1に示すような配置で金属電極2上にCNT分散ペースト201を印刷した。
PETフィルムを80℃のホットプレート上で加熱乾燥させることで、金属電極2上に有機熱電変換層3(厚さ約20μm)を設けた。
この有機熱電変換層3のうち一直線上に配列された8個ずつの有機熱電変換層3に、銀ペースト「FA−333」(商品名、藤倉化成製)を塗布して直列に配線し、80℃のホットプレート上で1時間乾燥させ、上部電極4を設けた。このようにして、有機熱電変換ユニット5の8個が電気的に直列に接続されてなるラインを10ライン有する本発明のフレキシブル有機熱電変換素子201を製造した。なお、図3に示す出力端子51、52及び出力用配線53、54等は公知の材料及び方法により設けた。
As a base material 1, an A6 size (Japanese Industrial Standard), 188 μm thick PET film with an opening 6 × 9 mm metal mask formed by etching is used to make chromium 100 nm by ion plating and then gold A metal electrode 2 was formed by forming a 200 nm thick film.
Next, using a metal mask having 80 openings 8 × 9 mm formed by laser processing and having a thickness of 2 mm, CNT dispersion paste 201 was injected and flattened with a squeegee. At this time, the CNT dispersion paste 201 was printed on the metal electrode 2 in an arrangement as shown in FIG.
The organic thermoelectric conversion layer 3 (thickness of about 20 μm) was provided on the metal electrode 2 by heating and drying the PET film on an 80 ° C. hot plate.
A silver paste “FA-333” (trade name, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) is applied to each of the eight organic thermoelectric conversion layers 3 arranged in a straight line in the organic thermoelectric conversion layer 3 and wired in series. The upper electrode 4 was provided by drying on a hot plate at 0 ° C. for 1 hour. In this way, the flexible organic thermoelectric conversion element 201 of the present invention having 10 lines in which eight of the organic thermoelectric conversion units 5 are electrically connected in series was manufactured. Note that the output terminals 51 and 52 and the output wirings 53 and 54 shown in FIG. 3 are provided by known materials and methods.

化合物(c)、CNT分散液に使用した高分子化合物(b)及びオニウム塩化合物(d)の種類及び有無を、それぞれ、下記表2に示すように変更した以外はフレキシブル有機熱電変換素子201と同様にして、本発明のフレキシブル有機熱電変換素子202〜208並びに比較例としてのフレキシブル有機熱電変換素子c201及びc202を製造した。
なお、オニウム塩化合物(d)は、CNT分散液中に10mg添加した。
The flexible organic thermoelectric conversion element 201 except that the type and presence of the compound (c), the polymer compound (b) and the onium salt compound (d) used in the CNT dispersion were changed as shown in Table 2 below. Similarly, flexible organic thermoelectric conversion elements 202 to 208 of the present invention and flexible organic thermoelectric conversion elements c201 and c202 as comparative examples were produced.
In addition, 10 mg of onium salt compounds (d) were added to the CNT dispersion.

[テープ剥離試験による密着性の評価]
フレキシブル有機熱電変換素子201〜208並びにc201及びc202における上部電極4を設ける前の有機熱電変換層3に、セロテープ(登録商標)(幅12mm)「CT−12」(ニチバン製)を貼り付けた。剥離時に基板1とテープの角度を135度として、テープを剥がした。有機熱電変換層の密着性に対し、テープ剥離後の有機熱電変換層の状態を、下記基準を基に評価した。結果を表2に示す。
A:有機熱電変換層の剥離がみられない
B:有機熱電変換層の一部に剥離が認められるが、実用上使用可能であるもの
C:実用上使用できないほど多くの有機熱電変換層、又は、有機熱電変換層の全部が剥離したもの
[Evaluation of adhesion by tape peeling test]
Cello tape (registered trademark) (width 12 mm) “CT-12” (manufactured by Nichiban) was attached to the organic thermoelectric conversion layer 3 before the flexible organic thermoelectric conversion elements 201 to 208 and the upper electrode 4 in c201 and c202 were provided. At the time of peeling, the angle of the substrate 1 and the tape was set to 135 degrees, and the tape was peeled off. The state of the organic thermoelectric conversion layer after tape peeling was evaluated based on the following criteria for the adhesion of the organic thermoelectric conversion layer. The results are shown in Table 2.
A: Peeling of the organic thermoelectric conversion layer is not observed. B: Peeling is observed in a part of the organic thermoelectric conversion layer, but it is practically usable. The organic thermoelectric conversion layer is completely peeled off

Figure 2015072954
Figure 2015072954

表2から明らかなように、CNT(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含む有機熱電変換層を有する本発明のフレキシブル有機熱電変換素子201〜208は、いずれも、基材及び金属電極との密着性が高かった。
これに対し、化合物(c)を含有しない有機熱電変換層を有する比較例としてのフレキシブル有機熱電変換素子c201及びc202は、基材及び金属電極との密着性が低いものであった。
As is clear from Table 2, the flexible organic thermoelectric conversion elements 201 to 208 of the present invention having the organic thermoelectric conversion layer containing CNT (a), the polymer compound (b) and the compound (c) are all base materials. And the adhesiveness with a metal electrode was high.
On the other hand, flexible organic thermoelectric conversion elements c201 and c202 as comparative examples having an organic thermoelectric conversion layer containing no compound (c) have low adhesion to the substrate and the metal electrode.

実施例3
フレキシブル有機熱電変換素子201と同様に、CNT分散ペーストを調製して図3に示すようなフレキシブル有機熱電変換素子10を製造した。
すなわち、上述のように、A6サイズ(日本工業規格)、厚さ188μmのPETフィルム上に金属電極2を形成し、さらにCNT分散ペースト201と同様に調製したCNT分散ペースト301を印刷し、80℃のホットプレート上で加熱乾燥させて、金属電極2上に有機熱電変換層3を設けた。
この有機熱電変換層3のうち一直線上に配列された8個ずつの有機熱電変換層3に、銀ペースト「FA−333」(商品名、藤倉化成製)を塗布して直列に配線し、80℃のホットプレート上で1時間乾燥させ、上部電極4を設けた。このようにして、有機熱電変換ユニット5の8個が電気的に直列に接続されてなるラインを10ライン有する本発明のフレキシブル有機熱電変換素子301を製造した。なお、図3に示す出力端子51、52及び出力用配線53、54等は公知の材料及び方法により設けた。
Example 3
Similar to the flexible organic thermoelectric conversion element 201, a CNT dispersion paste was prepared to produce a flexible organic thermoelectric conversion element 10 as shown in FIG.
That is, as described above, the metal electrode 2 is formed on a PET film having an A6 size (Japanese Industrial Standard) and a thickness of 188 μm, and the CNT dispersion paste 301 prepared in the same manner as the CNT dispersion paste 201 is printed at 80 ° C. The organic thermoelectric conversion layer 3 was provided on the metal electrode 2 by heating and drying on the hot plate.
A silver paste “FA-333” (trade name, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) is applied to each of the eight organic thermoelectric conversion layers 3 arranged in a straight line in the organic thermoelectric conversion layer 3 and wired in series. The upper electrode 4 was provided by drying on a hot plate at 0 ° C. for 1 hour. In this way, the flexible organic thermoelectric conversion element 301 of the present invention having 10 lines in which eight of the organic thermoelectric conversion units 5 are electrically connected in series was manufactured. Note that the output terminals 51 and 52 and the output wirings 53 and 54 shown in FIG. 3 are provided by known materials and methods.

化合物(c)、CNT分散液に使用した高分子化合物(b)及びオニウム塩化合物(d)の種類及び有無を、それぞれ、下記表3に示すように変更した以外はフレキシブル有機熱電変換素子301と同様にして、本発明のフレキシブル有機熱電変換素子302〜308並びに比較例としてのフレキシブル有機熱電変換素子c301及びc302を製造した。
なお、オニウム塩化合物(d)は、CNT分散液中に10mg添加した。
The flexible organic thermoelectric conversion element 301 except that the type and presence of the compound (c), the polymer compound (b) and the onium salt compound (d) used in the CNT dispersion were changed as shown in Table 3 below. Similarly, flexible organic thermoelectric conversion elements 302 to 308 of the present invention and flexible organic thermoelectric conversion elements c301 and c302 as comparative examples were produced.
In addition, 10 mg of onium salt compounds (d) were added to the CNT dispersion.

[加熱及び曲げ耐性試験]
外径φ35mm、内径φ25mmのABS樹脂製パイプの内部中央に、60Wの白熱球を点灯させた。このとき、周囲の温度は25℃、パイプ表面の温度は45℃であった。このパイプにフレキシブル有機熱電変換素子301〜308並びにc301及びc302を巻き付け、3分間保持する工程を5回繰り返した後、抵抗値を測定し、抵抗変化率を下記式より算出した。また、有機熱電変換層の状態を目視で確認した。なお、抵抗変化率は10ラインの平均値とした。
[Heating and bending resistance test]
A 60 W incandescent bulb was lit at the center of the inside of an ABS resin pipe having an outer diameter of 35 mm and an inner diameter of 25 mm. At this time, the ambient temperature was 25 ° C. and the pipe surface temperature was 45 ° C. After winding the flexible organic thermoelectric conversion elements 301 to 308 and c301 and c302 around this pipe and holding for 3 minutes, the resistance value was measured and the resistance change rate was calculated from the following equation. Moreover, the state of the organic thermoelectric conversion layer was confirmed visually. The resistance change rate was an average value of 10 lines.

抵抗変化率(増加率)=[(耐性試験後の抵抗値)−(耐性試験前の抵抗値)]/(耐性試験前の抵抗値)×100 (%)   Resistance change rate (increase rate) = [(resistance value after resistance test) − (resistance value before resistance test)] / (resistance value before resistance test) × 100 (%)

加熱及び曲げ耐性試験は、抵抗変化率及び有機熱電変換層の状態を、下記基準により、評価した。
A:抵抗変化率が±2%未満で、かつ有機熱電変換層の剥離がないもの
B:抵抗変化率が±2%以上10%未満で、かつ有機熱電変換層の剥離がないもの
C:抵抗変化率が±10%以上で、かつ有機熱電変換層にひび割れが認められるもの
D:抵抗値を測定できず、また有機熱電変換層に剥離が認められるもの
In the heating and bending resistance test, the resistance change rate and the state of the organic thermoelectric conversion layer were evaluated according to the following criteria.
A: The resistance change rate is less than ± 2% and the organic thermoelectric conversion layer is not peeled. B: The resistance change rate is ± 2% or more and less than 10%, and the organic thermoelectric conversion layer is not peeled. C: Resistance The rate of change is ± 10% or more and cracks are observed in the organic thermoelectric conversion layer. D: The resistance value cannot be measured, and the organic thermoelectric conversion layer is peeled off.

Figure 2015072954
Figure 2015072954

表3から明らかなように、CNT(a)、高分子化合物(b)及び化合物(c)を含む有機熱電変換層を有する本発明のフレキシブル有機熱電変換素子301〜308は、いずれも、基材及び金属電極との密着性が高く、実使用を想定した加熱及び曲げ耐性試験において抵抗変化率が小さく、しかも有機熱電変換層の剥離も認められなかった。
これに対し、化合物(c)を含有しない有機熱電変換層を有する比較例としてのフレキシブル有機熱電変換素子c301及びc302は、抵抗値を測定できず、また有機熱電変換層の剥離が認められた。
As is clear from Table 3, the flexible organic thermoelectric conversion elements 301 to 308 of the present invention having the organic thermoelectric conversion layer containing CNT (a), the polymer compound (b) and the compound (c) are all base materials. In addition, the adhesiveness with the metal electrode was high, the resistance change rate was small in the heating and bending resistance test assuming actual use, and peeling of the organic thermoelectric conversion layer was not observed.
On the other hand, flexible organic thermoelectric conversion elements c301 and c302 as comparative examples having an organic thermoelectric conversion layer containing no compound (c) were not able to measure resistance values, and peeling of the organic thermoelectric conversion layer was observed.

1 基材
2、23 金属電極
2a 上部電極が接続される部分
3、3A 有機熱電変換層
3a 有機熱電変換層3が設けられる領域
4 上部電極
5、5A 有機熱電変換ユニット
6A 化合物(c)からなる膜
6B 有機熱電変換組成物からなる膜
10、10A フレキシブル有機熱電変換素子
20 熱電発電物品
51、52 出力端子
53、54 出力用配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2, 23 Metal electrode 2a The part to which an upper electrode is connected 3, 3A Organic thermoelectric conversion layer 3a Area | region in which the organic thermoelectric conversion layer 3 is provided 4 Upper electrode 5, 5A Organic thermoelectric conversion unit 6A It consists of a compound (c) Film 6B Film made of organic thermoelectric conversion composition 10, 10A Flexible organic thermoelectric conversion element 20 Thermoelectric power generation article 51, 52 Output terminal 53, 54 Output wiring

Claims (21)

(a)カーボンナノチューブ、(b)高分子化合物、及び、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物を含み、金属電極を設置したフレキブルな基材上に前記金属電極の配置に合わせてパターン状に設けた有機熱電変換層と、該有機熱電変換層上に設けた上部電極とを有するフレキシブル有機熱電変換素子。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
(A) A flexible base material including a carbon nanotube, (b) a polymer compound, and (c) a compound represented by the following formula (A), formula (B), or formula (C) and provided with a metal electrode The flexible organic thermoelectric conversion element which has the organic thermoelectric conversion layer provided in the pattern shape according to arrangement | positioning of the said metal electrode, and the upper electrode provided on this organic thermoelectric conversion layer.
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)
前記R、前記R及び前記Rが、それぞれ独立に、アルキル基、アラルキル基又はアリール基である請求項1に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 1 , wherein R 1 , R 2, and R 3 are each independently an alkyl group, an aralkyl group, or an aryl group. 前記アルキル基が、直鎖状のアルキル基である請求項2に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 2, wherein the alkyl group is a linear alkyl group. 前記R、前記R及び前記Rが、それぞれ独立に、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミド基及びヘテロ環基からなる群より選択される少なくとも1つの置換基を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 The R 1 , the R 2, and the R 3 each independently have at least one substituent selected from the group consisting of a carboxy group, a hydroxy group, an amide group, and a heterocyclic group. The flexible organic thermoelectric conversion element of Claim 1. 前記ヘテロ環基は、窒素原子を有する5又は6員環のヘテロ環基である請求項4に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 4, wherein the heterocyclic group is a 5- or 6-membered heterocyclic group having a nitrogen atom. 前記Yが、−SHである請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   Said Y is -SH, The flexible organic thermoelectric conversion element of any one of Claims 1-5. 前記Z及びZの少なくとも一方が、−NR−である請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 6. The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein at least one of Z 1 and Z 2 is —NR 6 —. 前記−Z−Z−が、ジスルフィド結合を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the —Z 3 —Z 3 — includes a disulfide bond. 前記Zが、硫黄原子又は−NR−(C=S)−S−である請求項8に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 8, wherein Z 3 is a sulfur atom or —NR 7 — (C═S) —S—. 前記化合物(c)の含有量が、前記有機熱電変換層の全固形分に対し、0.1〜10質量%である請求項1〜9のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 9, wherein the content of the compound (c) is 0.1 to 10% by mass with respect to the total solid content of the organic thermoelectric conversion layer. 前記化合物(c)が、分子量1000以下の化合物である請求項1〜10のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The flexible organic thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 10, wherein the compound (c) is a compound having a molecular weight of 1000 or less. 前記有機熱電変換層が、前記カーボンナノチューブ(a)、前記高分子化合物(b)及び前記化合物(c)を含有する有機熱電変換密着性組成物からなる請求項1〜11のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The organic thermoelectric conversion layer is composed of an organic thermoelectric conversion adhesive composition containing the carbon nanotube (a), the polymer compound (b), and the compound (c). The flexible organic thermoelectric conversion element as described. 前記有機熱電変換層が、前記化合物(c)からなる膜上に、前記カーボンナノチューブ(a)及び前記高分子化合物(b)を含有する有機熱電変換組成物からなる膜を設けてなる請求項1〜11のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   The organic thermoelectric conversion layer is formed by providing a film made of an organic thermoelectric conversion composition containing the carbon nanotube (a) and the polymer compound (b) on a film made of the compound (c). The flexible organic thermoelectric conversion element of any one of -11. 前記有機熱電変換密着性組成物又は前記有機熱電変換組成物が、さらに(d)下記一般式(I)〜(V)のいずれかの式で表されるオニウム塩化合物を含有する請求項12又は13に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。
Figure 2015072954
(一般式(I)〜(V)中、R21〜R23、R25〜R26及びR31〜R33は、それぞれ独立に、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27〜R30は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、アルキレン基、アリーレン基を表す。Xは、強酸のアニオンを表す。一般式(I)におけるR21〜R23のいずれか2つの基、一般式(II)におけるR21及びR23、一般式(III)におけるR25及びR26、一般式(IV)におけるR27〜R30のいずれか2つの基、及び一般式(V)におけるR31〜R33のいずれか2つの基は、各一般式中において互いに結合して脂肪族環、芳香族環、又はヘテロ環を形成してもよい。)
The organic thermoelectric conversion adhesive composition or the organic thermoelectric conversion composition further contains (d) an onium salt compound represented by any one of the following general formulas (I) to (V): 13. The flexible organic thermoelectric conversion element according to 13.
Figure 2015072954
(In the general formulas (I) to (V), R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, or an aromatic heterocyclic group. R 27 to R 30 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group, and R 24 represents an alkylene group or an arylene group. .X represents a group -. is, R 21 and R 23 in any two groups of R 21 to R 23 in an anion of a strong acid formula (I), formula (II), in the general formula (III) R 25 and R 26 , any two groups of R 27 to R 30 in the general formula (IV), and any two groups of R 31 to R 33 in the general formula (V) are Result To aliphatic ring, may form an aromatic ring, or a heterocyclic ring.)
前記一般式(I)〜(V)において、Xが、アリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンである請求項14に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。 In the general formulas (I) to (V), X represents an anion of an aryl sulfonic acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonic acid, an anion of a perhalogenated Lewis acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonimide, or an alkyl or The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 14, which is an aryl borate anion. 前記有機熱電変換密着性組成物の全固形分中に、前記カーボンナノチューブ(a)を5〜60質量%、前記高分子化合物(b)を30〜80質量%、前記化合物(c)を0.1〜10質量%及び前記オニウム塩化合物(d)を1〜30質量%含有する請求項14又は15に記載のフレキシブル有機熱電変換素子。   In the total solid content of the organic thermoelectric conversion adhesive composition, 5 to 60% by mass of the carbon nanotube (a), 30 to 80% by mass of the polymer compound (b), and 0. The flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 14 or 15, comprising 1 to 10% by mass and 1 to 30% by mass of the onium salt compound (d). (a)カーボンナノチューブ、(b)高分子化合物、及び、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物を含有する有機熱電変換密着性組成物を、金属電極を設置したフレキブルな基材上に金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成し、該有機熱電変換層上に上部電極を設けるフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
An organic thermoelectric conversion adhesive composition containing (a) a carbon nanotube, (b) a polymer compound, and (c) a compound represented by the following formula (A), formula (B) or formula (C): A method for producing a flexible organic thermoelectric conversion element in which an organic thermoelectric conversion layer is formed on a flexible base material on which a metal electrode is provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrode, and an upper electrode is provided on the organic thermoelectric conversion layer .
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)
前記化合物(c)の含有量が、前記有機熱電変換密着性組成物の全固形分に対し、0.1〜10質量%である請求項17に記載のフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。   The method for producing a flexible organic thermoelectric conversion element according to claim 17, wherein the content of the compound (c) is 0.1 to 10% by mass with respect to the total solid content of the organic thermoelectric conversion adhesive composition. 金属電極を設置したフレキブルな基材の、少なくとも有機熱電変換層を設ける表面を、(c)下記式(A)、式(B)又は式(C)で表される化合物により表面処理し、その後、(a)カーボンナノチューブ及び(b)高分子化合物を含有する有機熱電変換組成物を前記金属電極の配置に合わせてパターン状に設けて有機熱電変換層を形成し、該有機熱電変換層に上部電極を設けるフレキシブル有機熱電変換素子の製造方法。
式(A) R−Y
式(B) R−Z−C(=S)−Z−R
式(C) R−Z−Z−R
(式(A)、(B)及び(C)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。Yは−SH、−SCN又はSiRHを表す。Z及びZは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子又は−NR−を表す。Zは、硫黄原子、−(C=S)−S−又は−NR−(C=S)−S−を表す。R及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはRと結合して環を形成してもよい。R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基又はアリール基を表す。RはR又はRと結合して環を形成してもよい。)
The surface on which at least the organic thermoelectric conversion layer of the flexible substrate provided with the metal electrode is provided is (c) surface-treated with a compound represented by the following formula (A), formula (B) or formula (C), and thereafter , (A) an organic thermoelectric conversion composition containing carbon nanotubes and (b) a polymer compound is provided in a pattern according to the arrangement of the metal electrodes to form an organic thermoelectric conversion layer, and the organic thermoelectric conversion layer is formed on the organic thermoelectric conversion layer. The manufacturing method of the flexible organic thermoelectric conversion element which provides an electrode.
Formula (A) R 1 -Y
Formula (B) R 1 -Z 1 -C (= S) -Z 2 -R 2
Formula (C) R 1 —Z 3 —Z 3 —R 3
(In the formulas (A), (B) and (C), R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group. Y represents —SH, —SCN or SiR 4 R 5 H. Z 1 and Z 2 each independently represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom or —NR 6 —, Z 3 represents a sulfur atom, — (C═S) —S— or —NR 7 — (C═ R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 2 may combine with R 1 to form a ring. R 4 , R 5 , R 6 and R 7 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R 7 may combine with R 1 or R 3 to form a ring. .)
請求項1〜16のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子を用いた熱電発電用物品。   The article for thermoelectric power generation using the flexible organic thermoelectric conversion element of any one of Claims 1-16. 請求項1〜16のいずれか1項に記載のフレキシブル有機熱電変換素子を用いたセンサー用電源。
The power supply for sensors using the flexible organic thermoelectric conversion element of any one of Claims 1-16.
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