JP2016003238A - π-ELECTRON CONJUGATED POLYMER AND PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT USING THE SAME - Google Patents

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靖 森原
Yasushi Morihara
靖 森原
寛政 澁谷
Hiromasa Shibuya
寛政 澁谷
明士 藤田
Akeshi Fujita
明士 藤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a donor-acceptor-type π-electron conjugated polymer which is constituted of a donor molecular structure and an acceptor molecular structure, and exhibits higher photoelectric conversion efficiency than conventional products having similar molecular structures and molecular weights.SOLUTION: Provided is a donor-acceptor-type π-electron conjugated polymer represented by the following chemical formula (1) (in the formula, -Ar- is a donor group constituted of a condensed heterocyclic backbone having at least three rings condensed including a thiophene ring; -Ar- is an acceptor group containing a thiophene backbone which may have a substituent or a nitrogen-containing condensed heterocyclic backbone which may have a substituent; x:y is from 1:99 to 20:80; and r represents that the polymer is a random polymer).

Description

本発明は、ドナー分子構造とアクセプター分子構造とで構成されたドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体、及びそれを用いた有機半導体組成物で形成された有機半導体光電変換素子に関するものである。   The present invention relates to a donor-acceptor type π-electron conjugated polymer composed of a donor molecular structure and an acceptor molecular structure, and an organic semiconductor photoelectric conversion element formed from an organic semiconductor composition using the same.

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

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

これらの特徴を有する化合物として、狭バンドギャップポリマーであるドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体が挙げられる。例えば、非特許文献1には狭バンドギャップポリマーの例として電子供与(ドナー)性基であるシクロペンタジチオフェンと電子受容(アクセプター)性基であるベンゾチアジアゾールの共重合体が開示されている。さらに広い光吸収領域を持たせるべくドナー分子としてジチエノシロールを用いたベンゾチアジアゾールとの共重合体の例が特許文献1及び非特許文献2に開示されている。   Examples of the compound having these characteristics include a donor-acceptor type π-electron conjugated polymer which is a narrow band gap polymer. For example, Non-Patent Document 1 discloses a copolymer of cyclopentadithiophene, which is an electron donating (donor) group, and benzothiadiazole, which is an electron accepting group, as an example of a narrow band gap polymer. Examples of copolymers with benzothiadiazole using dithienosilol as a donor molecule so as to have a wider light absorption region are disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.

特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2に開示されている狭バンドギャップポリマーは吸収波長帯域が広く、これらを用いて製造した有機太陽電池は高いJSCと光電変換効率を発現する有望な材料である。しかしながら、実用に際しては更なる光電変換効率の向上が必要である。 Narrow bandgap polymers disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have a wide absorption wavelength band, and organic solar cells produced using these have promising high JSC and photoelectric conversion efficiency. Material. However, further improvement in photoelectric conversion efficiency is necessary for practical use.

一方、狭バンドギャップポリマーは合成バッチ間による性能差が大きいという課題を有していた。非特許文献1には、著者らが以前の論文(非特許文献3)において報告した材料と同じ分子構造を有する材料を、著者ら自身で同様の手法にて合成し、同様の手法にて光電変換素子を作製して評価したところ、以前とは異なる光電変換効率を発現している。論文中には、著者ら自身が合成バッチ間による性能差があることを記載している。   On the other hand, the narrow band gap polymer has a problem that the performance difference between synthetic batches is large. In Non-Patent Document 1, a material having the same molecular structure as that reported by the authors in a previous paper (Non-Patent Document 3) was synthesized by the authors himself using the same technique, and When the conversion element was produced and evaluated, the photoelectric conversion efficiency different from the former was expressed. In the paper, the authors themselves describe that there are performance differences between synthetic batches.

一般的にクロスカップリング法によって重合されるドナー−アクセプター型π電子共役重合体は、ドナー分子構造とアクセプター分子構造とが交互に連結する重合体であると考えられているが、選択する反応性官能基によってはホモカップリングが進行し、ドナー分子とアクセプター分子との連鎖が乱れる。   In general, donor-acceptor type π-electron conjugated polymers that are polymerized by the cross-coupling method are considered to be polymers in which the donor molecular structure and the acceptor molecular structure are alternately linked. Depending on the functional group, homo-coupling proceeds and the chain between the donor molecule and the acceptor molecule is disrupted.

例えば、ドナー分子単量体の反応性末端にトリアルキルスズを、アクセプター性分子単量体の反応性末端にハロゲン原子を用い、重合触媒にPd錯体を用いたStilleカップリング反応では、触媒に用いるPdが0価の場合はクロスカップリング反応が進行するが、Pdが酸化して2価になった場合には反応性末端にトリアルキルスズを有するドナー分子単量体のホモカップリングを触媒する反応経路が考えられる。   For example, in a Stille coupling reaction using a trialkyltin at the reactive end of the donor molecular monomer, a halogen atom at the reactive end of the acceptor molecular monomer, and a Pd complex as the polymerization catalyst, it is used as the catalyst. When Pd is zero-valent, the cross-coupling reaction proceeds, but when Pd is oxidized and becomes divalent, it catalyzes the homocoupling of the donor molecule monomer having trialkyltin at the reactive end. A reaction route is conceivable.

ドナー−アクセプター型π電子共役重合体においてドナー分子構造とアクセプター分子構造との連鎖が乱れると、立体障害によって分子のねじれが大きくなる結果、バンドギャップの拡大や電荷移動度の減少に繋がるため、光電変換素子の性能が低下する。   In donor-acceptor type π-electron conjugated polymers, disruption of the chain between the donor molecular structure and the acceptor molecular structure results in an increase in the twist of the molecule due to steric hindrance, leading to an increase in the band gap and a decrease in charge mobility. The performance of the conversion element is degraded.

特表2010−507233号公報Special table 2010-507233 gazette

ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー(Journal of the American Chemical Society),2008年,第130巻,p.3619−3623Journal of the American Chemical Society, 2008, 130, p. 3619-3623 ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー(Journal of the American Chemical Society),2008年,第130巻,p.16144−16145Journal of the American Chemical Society, 2008, 130, p. 16144-16145 ネイチャー マテリアルズ(Nature Materials),2007年,第6巻,p.497−500Nature Materials, 2007, Vol. 6, p. 497-500

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、ドナー分子構造とアクセプター分子構造とで構成された、同様の分子構造と分子量を有する従来品よりも高い光電変換効率を発現するドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体及びその重合体を用いた光電変換素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a donor that exhibits a higher photoelectric conversion efficiency than a conventional product having a similar molecular structure and molecular weight, which is composed of a donor molecular structure and an acceptor molecular structure. An object of the present invention is to provide an acceptor-type π-electron conjugated polymer and a photoelectric conversion element using the polymer.

本発明者らは、同程度の分子量及び分子量分布を有しながら、光電変換素子を作製して評価した際に光電変換効率の異なる、ドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体を詳細に分析したところ、ドナー分子単体繰り返し単位とドナー分子及びアクセプター分子の連鎖繰り返し単位との割合が特定の範囲にあるものについて光電変換効率が高くなる傾向を見出し、本発明を完成させるに至った。前記の目的を達成するためになされたドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体は、下記化学式(1)

Figure 2016003238
(式中、−Ar−は置換基を有し、チオフェン環を含む少なくとも三環が縮環した縮合ヘテロ環骨格からなるドナー性の基であり、−Ar−は置換基を有してもよいチエノチオフェン骨格又は置換を有してもよい窒素含有縮合ヘテロ環骨格を有するアクセプター性の基であり、x:yが1:99〜20:80であり、rはランダムであることを示す。)で表されることを特徴とする。 The present inventors analyzed in detail a donor-acceptor type π-electron conjugated polymer having different photoelectric conversion efficiency when producing and evaluating a photoelectric conversion element while having the same molecular weight and molecular weight distribution. However, the inventors have found that the photoelectric conversion efficiency tends to be high for those in which the ratio of the single repeating unit of donor molecule and the chain repeating unit of donor molecule and acceptor molecule is in a specific range, and the present invention has been completed. A donor-acceptor type π-electron conjugated polymer made to achieve the above-mentioned object is represented by the following chemical formula (1).
Figure 2016003238
(In the formula, -Ar 1 -has a substituent, and is a donor group composed of a condensed heterocyclic skeleton in which at least three rings including a thiophene ring are condensed, and -Ar 2 -has a substituent. An acceptor group having a thienothiophene skeleton that may be substituted or a nitrogen-containing fused heterocyclic skeleton that may have a substituent, wherein x: y is from 1:99 to 20:80, and r is random )).

前記π電子共役重合体は、重量平均分子量が30,000〜100,000g/モルであることが好ましい。   The π-electron conjugated polymer preferably has a weight average molecular weight of 30,000 to 100,000 g / mol.

前記π電子共役重合体は、前記−Ar−が、下記化学式(2)

Figure 2016003238
(式中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基である)であることが好ましい。 In the π-electron conjugated polymer, the -Ar 1 -is represented by the following chemical formula (2)
Figure 2016003238
(Wherein R 1 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group). preferable.

前記π電子共役重合体は、前記−Ar−が、下記化学式(3)

Figure 2016003238
(式中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基であり、Xは水素原子又はハロゲン原子である)であることが好ましい。 In the π-electron conjugated polymer, the —Ar 2 — is represented by the following chemical formula (3)
Figure 2016003238
(Wherein R 2 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group or an alkyloxycarbonyl group, and X 1 is hydrogen. It is preferably an atom or a halogen atom.

前記π電子共役重合体は、前記−Ar−が、下記化学式(4)

Figure 2016003238
であり、前記−Ar−が、下記化学式(5)
Figure 2016003238
であってもよい。 In the π-electron conjugated polymer, the —Ar 1 — is represented by the following chemical formula (4):
Figure 2016003238
The —Ar 2 — represents the following chemical formula (5)
Figure 2016003238
It may be.

同じく、前記の目的を達成するためになされた有機半導体組成物は、前記π電子共役重合体を含むことを特徴とする。   Similarly, an organic semiconductor composition made to achieve the above object includes the π-electron conjugated polymer.

同じく、前記の目的を達成するためになされた有機半導体デバイスは、前記π電子共役重合体を含むことを特徴とする。   Similarly, an organic semiconductor device made to achieve the above object includes the π-electron conjugated polymer.

前記有機半導体デバイスは、光電変換素子であることが好ましい。   The organic semiconductor device is preferably a photoelectric conversion element.

同じく、前記の目的を達成するためになされた光電変換素子は、前記π電子共役重合体と電子受容性材料とを含む層を有することを特徴とする   Similarly, a photoelectric conversion element made to achieve the above object has a layer containing the π-electron conjugated polymer and an electron-accepting material.

同じく、前記の目的を達成するためになされたタンデム型光電変換素子は、前記光電変換素子を有することを特徴とする。   Similarly, a tandem photoelectric conversion element made to achieve the above object has the photoelectric conversion element.

本発明のπ電子共役重合体は、ドナー分子構造とアクセプター分子構造とで構成され、同様の分子構造と分子量を有する従来品よりも高い光電変換効率を発現する光電変換素子を提供することが可能となる。   The π-electron conjugated polymer of the present invention can be provided with a photoelectric conversion element composed of a donor molecular structure and an acceptor molecular structure and exhibiting higher photoelectric conversion efficiency than conventional products having the same molecular structure and molecular weight. It becomes.

本発明を適用するπ電子共役重合体が光電変換活性層に含有された光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element with which the pi-electron conjugated polymer to which this invention is applied contained in the photoelectric conversion active layer.

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

本発明のπ電子共役重合体は、前記化学式(1)で表され、ドナー分子単体繰り返し単位と、ドナー分子及びアクセプター分子の連鎖繰り返し単位とで構成されたドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体である。単量体単位のバンドギャップは、−Ar−及び−Ar−の組み合わせにより制御することができる。バンドギャップを小さくすることにより、単量体単位の吸収波長がより長くなり、長波長領域まで光吸収帯を持つことができる。 The π-electron conjugated polymer of the present invention is represented by the chemical formula (1), and is composed of a donor-acceptor type π-electron conjugated polymer composed of a single repeating unit of donor molecule and a chain repeating unit of a donor molecule and an acceptor molecule. It is. The band gap of the monomer unit can be controlled by a combination of —Ar 1 — and —Ar 2 —. By reducing the band gap, the absorption wavelength of the monomer unit becomes longer, and it is possible to have a light absorption band up to a long wavelength region.

−Ar−は置換基を有し、チオフェン環を含む少なくとも三環が縮環した縮合ヘテロ環骨格からなるドナー性の基である。縮合ヘテロ環骨格としては、例えば、シクロペンタジチオフェン、ジチエノピロール、ジチエノシロール、ジチエノゲルモール、ベンゾジチオフェン、ナフトジチオフェンが挙げられる。これらの中で−Ar−は、平面性に優れ、光電変換素子を作製した際に高い光電変換効率を得ることができるという観点から下記化学式(2)で表されるベンゾジチオフェンであることが好ましい。 —Ar 1 — has a substituent and is a donor group composed of a condensed heterocyclic skeleton in which at least three rings including a thiophene ring are condensed. Examples of the condensed heterocyclic skeleton include cyclopentadithiophene, dithienopyrrole, dithienosilole, dithienogermol, benzodithiophene, and naphthodithiophene. Among these, -Ar 1 -is a benzodithiophene represented by the following chemical formula (2) from the viewpoint that it has excellent planarity and can obtain high photoelectric conversion efficiency when a photoelectric conversion element is produced. Is preferred.

Figure 2016003238
Figure 2016003238

前記化学式(2)中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基である。 In the chemical formula (2), R 1 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group.

アルキル基は、直鎖や分岐鎖のアルキル基であってもよく、環状のシクロアルキル基であってもよい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、ドデシル基などの直鎖や分岐鎖のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基などのシクロアルキル基が挙げられる。これらの中でも、合成が容易で溶解性に優れるという観点から、炭素数3以上のアルキル基であることが好ましい。炭素数の上限としては、特に限定されるものではないが、溶解度の観点から、炭素数20以下が好ましい。ここで炭素数とは、下記で例示する置換基を除いた炭素数を意味する。   The alkyl group may be a linear or branched alkyl group or a cyclic cycloalkyl group. Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, Linear or branched alkyl groups such as tert-pentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, dodecyl group A cycloalkyl group such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group, cyclodecyl group, cycloundecyl group, cyclododecyl group; Among these, an alkyl group having 3 or more carbon atoms is preferable from the viewpoint of easy synthesis and excellent solubility. The upper limit of the carbon number is not particularly limited, but 20 or less is preferable from the viewpoint of solubility. Here, the carbon number means the carbon number excluding the substituent exemplified below.

アルキル基は置換基を有してもよく、かかる置換基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などのアリール基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラジニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基などのヘテロアリール基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基などのアルコキシ基;メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基などのアルキルチオ基;フェニルチオ基、ナフチルチオ基などのアリールチオ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基;メチルスルフォキシド基、エチルスルフォキシド基などのアルキルスルフェニル基;フェニルスルフォキシド基などのアリールスルフォキシド基;メチルスルフォニルオキシ基、エチルスルフォニルオキシ基、フェニルスルフォニルオキシ基、メトキシスルフォニル基、エトキシスルフォニル基、フェニルオキシスルフォニル基などのスルフォン酸エステル基;ジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、メチルフェニルアミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基などの1級又は2級のアミノ基;アセチル基、ベンゾイル基、ベンゼンスルホニル基、tert−ブトキシカルボニル基などで置換された、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、フェニル基などのアルキル基又はアリール基などで置換されていてもよいアミノ基;シアノ基;ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子などが挙げられる。これらの中で、主骨格のπ共役系を拡大するという観点からは、フェニル基、ナフチル基などのようなアリール基やピリジル基、チエニル基などのようなヘテロアリール基であることが好ましい。   The alkyl group may have a substituent. Examples of the substituent include an aryl group such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group; a pyridyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, and an imidazolyl group. , Pyrazinyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, pyrazolyl group, benzothiazolyl group, benzoimidazolyl group and other heteroaryl groups; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, sec- Butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, isopentyloxy group, neopentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyloxy group, n-octyloxy group, nonyloxy group, n-decyloxy group, n-dodecyloxy group, etc. Alkoxy group; alkylthio group such as methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group; arylthio group such as phenylthio group, naphthylthio group; methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, isopropoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl Groups, isobutoxycarbonyl groups, sec-butoxycarbonyl groups, tert-butoxycarbonyl groups, pentyloxycarbonyl groups, hexyloxycarbonyl groups, heptyloxycarbonyl groups, alkoxycarbonyl groups such as octyloxycarbonyl groups; methyl sulfoxide groups, Alkyl sulfenyl groups such as ethyl sulfoxide groups; aryl sulfoxide groups such as phenyl sulfoxide groups; methyl sulfonyloxy groups; Sulphonic acid ester groups such as onyloxy group, phenylsulfonyloxy group, methoxysulfonyl group, ethoxysulfonyl group, and phenyloxysulfonyl group; 1 such as dimethylamino group, diphenylamino group, methylphenylamino group, methylamino group, and ethylamino group Primary or secondary amino group; methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl substituted with acetyl, benzoyl, benzenesulfonyl, tert-butoxycarbonyl, etc. Group, an amino group which may be substituted with an alkyl group such as a phenyl group or an aryl group; a cyano group; a nitro group; a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom. Among these, from the viewpoint of expanding the π-conjugated system of the main skeleton, an aryl group such as a phenyl group or a naphthyl group, or a heteroaryl group such as a pyridyl group or a thienyl group is preferable.

アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基などが挙げられる。   Examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, isopentyloxy group, A neopentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyloxy group, n-octyloxy group, nonyloxy group, n-decyloxy group, n-dodecyloxy group and the like can be mentioned.

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

ヘテロアリール基としては、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラジニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基などが挙げられる。これらのヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、アルキル基の説明のところで例示されたヘテロアリール基以外の置換基や、上述のアルキル基などを用いることができる。   Examples of the heteroaryl group include a pyridyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, an imidazolyl group, a pyrazinyl group, an oxazolyl group, a thiazolyl group, a pyrazolyl group, a benzothiazolyl group, and a benzoimidazolyl group. These heteroaryl groups may have a substituent, and as such a substituent, a substituent other than the heteroaryl group exemplified in the description of the alkyl group, the above-described alkyl group, and the like can be used. .

アルキルカルボニル基としては、例えば、メチルカルボニル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、イソプロピルカルボニル基、n−ブチルカルボニル基、イソブチルカルボニル基、sec−ブチルカルボニル基、tert−ブチルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、ヘキシルカルボニル基、ヘプチルカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基が挙げられる。   Examples of the alkylcarbonyl group include a methylcarbonyl group, an ethylcarbonyl group, a propylcarbonyl group, an isopropylcarbonyl group, an n-butylcarbonyl group, an isobutylcarbonyl group, a sec-butylcarbonyl group, a tert-butylcarbonyl group, a pentylcarbonyl group, Examples include alkoxycarbonyl groups such as a hexylcarbonyl group, a heptylcarbonyl group, and an octyloxycarbonyl group.

アルキルオキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基などが挙げられる。   Examples of the alkyloxycarbonyl group include methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, isopropoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, isobutoxycarbonyl group, sec-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonyl group, pentyl. Examples thereof include an oxycarbonyl group, a hexyloxycarbonyl group, a heptyloxycarbonyl group, and an octyloxycarbonyl group.

−Ar−は、下記化学式(4)であるとより好ましい。 -Ar 1 -is more preferably the following chemical formula (4).

Figure 2016003238
Figure 2016003238

−Ar−は、化学構造の一部に少なくとも一つのチオフェン環を含んでいれば、フラン環やセレノフェン環を化学構造の一部に含んでいてもよい。フラン環やセレノフェン環を用いることで、π電子共役共重合体バンドギャップが変化するので、有機光電変換素子の構成に併せて任意のバンドギャップに制御することができ、変換効率に優れる光電変換素子を提供することができる。 -Ar 1- may contain a furan ring or a selenophene ring in part of the chemical structure as long as it contains at least one thiophene ring in part of the chemical structure. By using a furan ring or a selenophene ring, the band gap of the π-electron conjugated copolymer changes, so that it can be controlled to any band gap in accordance with the configuration of the organic photoelectric conversion element, and the photoelectric conversion element has excellent conversion efficiency Can be provided.

−Ar−は置換基を有してもよいチエノチオフェン骨格又は置換を有してもよい窒素含有縮合ヘテロ環骨格を有するアクセプター性の基である。置換基を有してもよい窒素含有縮合ヘテロ環骨格としては、例えば、ベンゾチアジアゾール、ベンゾセレナジアゾール、ベンゾテルロジアゾール、ベンゾトリアゾール、ピリジノチアジアゾール、ピリジノセレナジアゾール、チエノチアジアゾール、ナフトビスチアジアゾール、ナフトチアジアゾール、キノキサリン、ベンゾビスチアジアゾール、チエノピロール、ジケトピロロピロール、チアゾロチアゾール、トリアジン、テトラジンが挙げられる。−Ar−は、下記化学式(3)で表されるアクセプター分子構造であると好ましい。 —Ar 2 — is an acceptor group having a thienothiophene skeleton which may have a substituent or a nitrogen-containing condensed heterocyclic skeleton which may have a substituent. Examples of the nitrogen-containing fused heterocyclic skeleton which may have a substituent include, for example, benzothiadiazole, benzoselenadiazole, benzotellodiazole, benzotriazole, pyridinothiadiazole, pyridinoselenadiazole, thienothiadiazole, naphthobis Examples include thiadiazole, naphthothiadiazole, quinoxaline, benzobisthiadiazole, thienopyrrole, diketopyrrolopyrrole, thiazolothiazole, triazine, and tetrazine. -Ar 2 - is preferably a acceptor molecular structure represented by the following chemical formula (3).

Figure 2016003238
Figure 2016003238

前記化学式(3)中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基である。これらは、前記Rで例示したものと同じものが挙げられ、かかる置換基としても同じものが挙げられる。 In the chemical formula (3), R 2 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group. These may be the same as those exemplified for R 1 , and the same examples of such substituents.

前記化学式(3)中、Xは水素原子又はハロゲン原子である。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。 In the chemical formula (3), X 1 is a hydrogen atom or a halogen atom. As a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned, for example.

−Ar−は、下記化学式(5)であるとより好ましい。 -Ar 2 - is more preferably a following chemical formula (5).

Figure 2016003238
Figure 2016003238

前記化学式(1)中、x及びyは各単位の組成比(mol%)である。xはドナー分子単体が2以上連結している繰り返し単位の割合、yはドナー分子及びアクセプター分子の連鎖繰り返し単位の割合であり、x:yは1:99〜20:80である。即ち、本発明のπ電子共役重合体は、基本的にドナー分子及びアクセプター分子の交互共重合体であるが、ドナー分子単体が1〜20mol%挿入されて、一部にドナー分子が連続した構造を有する共重合体である。xは1〜10mol%であることが好ましい。xが20mol%よりも大きい場合、ドナー−アクセプター型π電子共役重合体の光電変換効率は上記範囲のものと比較して低くなる。これは、ドナー分子構造とアクセプター分子構造との連鎖が乱れると、立体障害によって分子のねじれが大きくなる結果、バンドギャップの拡大や電荷移動度の減少に繋がるためであると考えられる。一方、xが1mol%よりも小さいものを工業的に生産することは困難である。   In the chemical formula (1), x and y are composition ratios (mol%) of each unit. x is a ratio of repeating units in which two or more donor molecules are linked, y is a ratio of chain repeating units of donor molecules and acceptor molecules, and x: y is 1:99 to 20:80. That is, the π-electron conjugated polymer of the present invention is basically an alternating copolymer of a donor molecule and an acceptor molecule, but 1-20 mol% of a donor molecule alone is inserted, and a structure in which a donor molecule is continuous in part. It is a copolymer having. x is preferably 1 to 10 mol%. When x is larger than 20 mol%, the photoelectric conversion efficiency of the donor-acceptor type π-electron conjugated polymer is lower than that in the above range. This is thought to be because if the linkage between the donor molecular structure and the acceptor molecular structure is disturbed, the twist of the molecule increases due to steric hindrance, leading to an increase in the band gap and a decrease in charge mobility. On the other hand, it is difficult to industrially produce x smaller than 1 mol%.

式(1)に示されるx及びyの値は13C−NMRより求められた−Ar−及び−Ar−に特徴的なカーボンの面積比より算出することができる。 The values of x and y shown in the formula (1) can be calculated from the area ratio of carbon characteristic of —Ar 1 — and —Ar 2 — obtained from 13 C-NMR.

本発明のπ電子共役重合体は、その組成中におけるドナー−アクセプター連鎖(Ar−Ar)が80.0〜99.0mol%であることが好ましい。また、π電子共役重合体は、その組成中におけるドナー単位(Ar)及びアクセプター単位(Ar)の組成比(mol%)が、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)で、50.5:49.5〜60:40であることが好ましい。 The π-electron conjugated polymer of the present invention preferably has a donor-acceptor chain (Ar 1 -Ar 2 ) in the composition of 80.0 to 99.0 mol%. In the π-electron conjugated polymer, the composition ratio (mol%) of the donor unit (Ar 1 ) and the acceptor unit (Ar 2 ) in the composition is donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ), It is preferable that it is 50.5: 49.5-60: 40.

本発明のπ電子共役重合体は、本発明の効果を損なわない限り、側鎖構成の異なる別の単量体単位が含まれていてもよい。また、ランダム共重合体である前記化学式(1)で表されるπ電子共役重合体からなる重合体ブロックが、ブロック共重合体の一部を構成している形態でもよい。その分子鎖は、直鎖状、分岐状、物理的又は化学的架橋状の何れでもよい。   The π-electron conjugated polymer of the present invention may contain another monomer unit having a different side chain structure as long as the effects of the present invention are not impaired. Moreover, the form which the polymer block which consists of pi electron conjugated polymer represented by the said Chemical formula (1) which is a random copolymer may comprise a part of block copolymer may be sufficient. The molecular chain may be linear, branched, physically or chemically cross-linked.

本発明のπ電子共役重合体の重量平均分子量は、加工性、結晶性、溶解性、光電変換特性などの観点から5,000〜5,000,000g/モルが好ましく、30,000〜100,000g/モルであることがより好ましい。重量平均分子量が高すぎると溶解性が低下し、薄膜などの加工性が低下するおそれがある。一方、重量平均分子量が低すぎると結晶性、膜の安定性、光電変換特性などが低下するおそれがある。   The weight average molecular weight of the π-electron conjugated polymer of the present invention is preferably 5,000 to 5,000,000 g / mol from the viewpoints of processability, crystallinity, solubility, photoelectric conversion characteristics, etc., and 30,000 to 100,000. More preferably, it is 000 g / mol. If the weight average molecular weight is too high, the solubility is lowered, and the workability of a thin film or the like may be lowered. On the other hand, if the weight average molecular weight is too low, crystallinity, film stability, photoelectric conversion characteristics and the like may be deteriorated.

重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと称することがある)によるポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。本発明のπ電子共役重合体の重量平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミド(DMF)などの溶媒を用いた通常のGPCにより重量平均分子量を求めることができる。しかし、本発明のπ電子共役重合体は室温付近の溶解性が低いものもあり、このような場合はジクロロベンゼンやトリクロロベンゼンなどを溶媒とする高温GPCクロマトグラフィーにより重量平均分子量を求めてもよい。   A weight average molecular weight means the weight average molecular weight of polystyrene conversion by gel permeation chromatography (henceforth GPC). The weight average molecular weight of the π-electron conjugated polymer of the present invention can be determined by ordinary GPC using a solvent such as tetrahydrofuran (THF), chloroform, dimethylformamide (DMF) and the like. However, some of the π-electron conjugated polymers of the present invention have low solubility around room temperature. In such cases, the weight average molecular weight may be determined by high-temperature GPC chromatography using dichlorobenzene, trichlorobenzene or the like as a solvent. .

π電子共役重合体の重合度は、本発明の要件を満たす限りにおいて特に限定されないが、有機溶媒に溶解し均一溶液を得るという観点から2,000以下であることが好ましい。また、均質な有機薄膜を得るという観点から5以上であることが好ましく、15以上であることがより好ましい。   The degree of polymerization of the π-electron conjugated polymer is not particularly limited as long as the requirements of the present invention are satisfied, but is preferably 2,000 or less from the viewpoint of dissolving in an organic solvent to obtain a uniform solution. Moreover, it is preferable that it is 5 or more from a viewpoint of obtaining a homogeneous organic thin film, and it is more preferable that it is 15 or more.

本発明のπ電子共役ブロック共重合体の製造方法の例として、各反応工程及び製造方法を詳細に説明する。   As an example of the method for producing the π-electron conjugated block copolymer of the present invention, each reaction step and production method will be described in detail.

本発明の化学式(1)で示されるπ電子共役共重合体は、例えば単量体単位(−Ar−)及び単量体単位(−Ar−)を構成する単量体を、所望の仕込み比で混合し、重合することで製造することができる。重合には、公知のカップリング反応を用いることができる。 The π-electron conjugated copolymer represented by the chemical formula (1) of the present invention is obtained by, for example, forming a monomer constituting a monomer unit (—Ar 1 —) and a monomer unit (—Ar 2 —) with a desired content. It can be produced by mixing at a charging ratio and polymerizing. A known coupling reaction can be used for the polymerization.

より詳細に説明するならば、下記反応式(I)に従い、触媒の存在下で単量体単位(−Ar−)及び単量体単位(−Ar−)を構成するための反応性単量体であるMq1−Ar−Mq1とMq2−Ar−Mq2とを反応させ、公知のカップリング反応によって重合することで、本発明のπ電子共役共重合体を得ることができる。 In more detail, according to the following reaction formula (I), a reactive unit for constituting the monomer unit (—Ar 1 —) and the monomer unit (—Ar 2 —) in the presence of a catalyst. The π-electron conjugated copolymer of the present invention can be obtained by reacting M q1 -Ar 1 -M q1 and M q2 -Ar 2 -M q2 which are monomers and polymerizing by a known coupling reaction. it can.

Figure 2016003238
Figure 2016003238

式(I)中、−Ar−、−Ar−、x、yは前記記載の通り。Mq1、Mq2は同一でなくそれぞれ独立してハロゲン原子、又はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX若しくは−SnRa(但し、Raは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xはハロゲン原子)である。つまりMq1がハロゲン原子の場合、Mq2はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX、又は−SnRaであり、逆にMq2がハロゲン原子の場合、Mq1はボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SiX、又は−SnRaとなる。nは1以上の数である。 In the formula (I), —Ar 1 —, —Ar 2 —, x, and y are as described above. M q1 and M q2 are not the same and are each independently a halogen atom, or boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 or —SnRa 3 (where Ra is a straight chain having 1 to 4 carbon atoms) An alkyl group, and X is a halogen atom). That is, when M q1 is a halogen atom, M q2 is boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SiX 3 , or —SnRa 3 , and conversely, when M q2 is a halogen atom, M q1 is boron. acid, comprising boronic acid ester, -MgX, -ZnX, a -SiX 3, or -SnRa 3. n is a number of 1 or more.

式(I)中に示されるMq1−Ar−Mq1及びMq2−Ar−Mq2は、公知の反応により合成することができる。 M q1 -Ar 1 -M q1 and M q2 -Ar 2 -M q2 shown in formula (I) can be synthesized by a known reaction.

本発明の化学式(1)で示されるπ電子共役共重合体は、末端基として、ハロゲン原子、トリアルキルスズ基、ボロン酸基、ボロン酸エステル基などのカップリング残基、又はそれらの原子若しくは基が脱離した水素原子を有していてもよく、さらにこれらの末端基が臭化ベンゼンなどの芳香族ハロゲン化物や、芳香族ボロン酸化合物などからなる末端封止剤で置換された末端構造であってもよい。   The π-electron conjugated copolymer represented by the chemical formula (1) of the present invention has, as a terminal group, a coupling residue such as a halogen atom, a trialkyltin group, a boronic acid group, or a boronic ester group, or an atom or A terminal structure in which a group may have a detached hydrogen atom, and these terminal groups are further substituted with an end capping agent such as an aromatic halide such as benzene bromide or an aromatic boronic acid compound. It may be.

式(I)中、Mq1−Ar−Mq1又はMq2−Ar−Mq2の合成に用いられるハロゲン化剤としては、例えば、N−クロロスクシンイミド、N−クロロフタル酸イミド、塩素、五塩化リン、塩化チオニル、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの塩素化剤;N−ブロモスクシンイミド、N−ブロモフタル酸イミド、N−ブロモジトリフルオロメチルアミン、臭素、三臭化ホウ素、臭化銅、臭化銀、臭化−t−ブチル、酸化臭素、1,2−ジブロモ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの臭素化剤;ヨウ素、ヨウドトリクロライド、N−ヨードフタル酸イミド、N−ヨードスクシンイミドのようなヨウ素化剤などが挙げられる。これらの中でも、臭素化剤又はヨウ素化剤を用いることが好ましく、臭素化剤を用いることがより好ましい。 In the formula (I), examples of the halogenating agent used for the synthesis of M q1 -Ar 1 -M q1 or M q2 -Ar 2 -M q2 include N-chlorosuccinimide, N-chlorophthalic acid imide, chlorine, five Chlorinating agents such as phosphorus chloride, thionyl chloride, 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane; N-bromosuccinimide, N-bromophthalimide, N-bromoditrifluoromethylamine, bromine, Brominating agents such as boron tribromide, copper bromide, silver bromide, t-butyl bromide, bromine oxide, 1,2-dibromo-1,1,2,2-tetrafluoroethane; iodine, iodotri And an iodinating agent such as chloride, N-iodophthalimide, and N-iodosuccinimide. Among these, it is preferable to use a brominating agent or an iodinating agent, and it is more preferable to use a brominating agent.

前記ハロゲン化剤の使用量については特に限定されず、H−Ar−H又はH−Ar−Hで示される化合物1molに対して、2〜8molであることが好ましい。ハロゲン化剤の使用量が2mol未満の場合、臭素の置換反応が不十分となったり、原料である前記H−Ar−H又はH−Ar−Hで示す化合物との分離精製作業が煩雑になったりするなどの恐れがある。一方、ハロゲン化剤の使用量が8molを超える場合、目的とする位置以外への置換反応が生じ、また未反応のハロゲン化剤の除去作業が煩雑になるなどの恐れがある。 The amount of the halogenating agent to be used is not particularly limited, and is preferably 2 to 8 mol with respect to 1 mol of the compound represented by H—Ar 1 —H or H—Ar 2 —H. When the amount of the halogenating agent used is less than 2 mol, the substitution reaction of bromine becomes insufficient, or the separation and purification work with the compound represented by H-Ar 1 -H or H-Ar 2 -H as the raw material is complicated. There is a risk of becoming. On the other hand, when the amount of the halogenating agent used exceeds 8 mol, there is a risk that a substitution reaction other than the intended position occurs, and the removal of the unreacted halogenating agent becomes complicated.

前記のハロゲン化反応は、溶媒の存在下で行われると好ましい。かかる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、キシレン、エチルトルエンなどの芳香族炭化水素;ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンのようなエーテルなどが挙げられる。これらのうち、2種以上を併用して用いてもよい。溶媒の使用量は、H−Ar−H又はH−Ar−Hで示される化合物1質量部に対して、1〜100質量部の範囲であると好ましい。また、ハロゲン化剤を反応させる際の反応温度については特に限定されず、−100〜100℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−100℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなる恐れがあり、−20℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が100℃を超える場合、生成物の分解を促進する恐れがあり、50℃以下であることがより好ましく、10℃以下であることが更に好ましい。反応時間は、1分〜20時間であると好ましく、0.5〜10時間であるとより好ましい。反応圧力は、0〜3MPa(ゲージ圧)であると好ましい。 The halogenation reaction is preferably performed in the presence of a solvent. Examples of such solvents include saturated aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, propylbenzene, xylene, and ethyltoluene; dimethyl ether, Examples thereof include ethers such as ethyl methyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, butyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Of these, two or more may be used in combination. The amount of the solvent used is preferably in the range of 1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the compound represented by H-Ar 1 -H or H-Ar 2 -H. Moreover, it does not specifically limit about the reaction temperature at the time of making a halogenating agent react, It is preferable that it is the range of -100-100 degreeC. When reaction temperature is less than -100 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -20 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 100 degreeC, there exists a possibility of accelerating | stimulating decomposition | disassembly of a product, It is more preferable that it is 50 degrees C or less, and it is still more preferable that it is 10 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 20 hours, and more preferably 0.5 to 10 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).

また、式(I)中、Mq1又はMq2がハロゲン原子以外、すなわちボロン酸、ボロン酸エステル、−MgY、−ZnY及び−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Yはハロゲン原子)から選択されるいずれかであるときは、まずH−Ar−H又はH−Ar−Hで示される化合物にハロゲン化剤を反応させて両末端をハロゲン化した中間体を得、次いで、該中間体に末端官能化剤を反応させることで得ることが出来る。このとき用いられるハロゲン化剤としては、前記で例示したハロゲン化剤などを好適に使用することができる。 In Formula (I), M q1 or M q2 is other than a halogen atom, that is, boronic acid, boronic acid ester, —MgY, —ZnY, and —SnR a 3 (wherein R a is a linear alkyl having 1 to 4 carbon atoms) Group, Y is any one selected from a halogen atom), a halogenating agent was first reacted with the compound represented by H-Ar 1 -H or H-Ar 2 -H to halogenate both ends. It can be obtained by obtaining an intermediate and then reacting the intermediate with a terminal functionalizing agent. As the halogenating agent used at this time, the halogenating agents exemplified above can be preferably used.

末端官能化剤としては、例えばハロゲン化トリアルキルスズなどが挙げられ、この場合、Mq1又はMq2は−SnR となる。その他、例えばボロン酸化剤若しくはボロン酸エステル化剤を用いた場合には、Mq1又はMq2はボロン酸若しくはボロン酸エステルとなる。末端官能化剤は特に限定されず、公知のものを選択することができる。 Examples of the terminal functionalizing agent include trialkyltin halides. In this case, M q1 or M q2 is —SnR a 3 . In addition, for example, when a boronating agent or a boronic acid esterifying agent is used, M q1 or M q2 becomes a boronic acid or a boronic acid ester. A terminal functionalizing agent is not specifically limited, A well-known thing can be selected.

末端官能化剤として用いられるハロゲン化トリアルキルスズの具体例としては、例えば塩化トリメチルスズ、塩化トリエチルスズ、塩化トリ−n−プロピルスズ、塩化トリ−n−ブチルスズなどが挙げられる。中でも塩化トリメチルスズを用いることが望ましい。ボロン酸化剤の具体例としては、例えばほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリ−n−プロピル、ほう酸トリ−n−ブチル、ほう酸トリイソプロピルなどが挙げられる。中でも反応効率の観点からほう酸トリメチルを用いることが望ましい。ボロン酸エステル化剤の具体例としては、例えば4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロラン、2−メトキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロラン、2−イソプロポキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロランなどが挙げられる。中でも2−イソプロポキシ−4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロランを用いることが望ましい。   Specific examples of the trialkyltin halide used as the terminal functionalizing agent include trimethyltin chloride, triethyltin chloride, tri-n-propyltin chloride, and tri-n-butyltin chloride. Among them, it is desirable to use trimethyltin chloride. Specific examples of the boronating agent include trimethyl borate, triethyl borate, tri-n-propyl borate, tri-n-butyl borate, triisopropyl borate and the like. Among them, it is desirable to use trimethyl borate from the viewpoint of reaction efficiency. Specific examples of the boronic acid esterifying agent include, for example, 4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, 2-dioxaborolane, 2-methoxy-4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, Examples include 2-dioxaborolane, 2-isopropoxy-4, 4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane. Among these, it is desirable to use 2-isopropoxy-4, 4, 5, 5-tetramethyl-1, 3, 2-dioxaborolane.

前記の末端官能化反応は、溶媒の存在下で行われると好ましい。かかる溶媒としては前記ハロゲン化反応で例示したものと同じものを使用することができ、2種以上を併用してもよい。溶媒の使用量は、中間体1質量部に対して、1〜100質量部であると好ましく、1〜50質量部であるとより好ましい。また、末端官能化剤を反応させる際の反応温度については特に限定されず、−100〜100℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−100℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなる恐れがあり、−80℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が100℃を超える場合、生成物の分解を促進する恐れがあり、50℃以下であることがより好ましく、0℃以下であることが更に好ましい。反応時間は1分〜20時間であると好ましく、0.5〜5時間であるとより好ましい。反応圧力は0〜3MPa(ゲージ圧)であると好ましい。   The terminal functionalization reaction is preferably performed in the presence of a solvent. As such a solvent, the same solvents as exemplified in the halogenation reaction can be used, and two or more kinds may be used in combination. The usage-amount of a solvent is preferable in it being 1-100 mass parts with respect to 1 mass part of intermediate bodies, and it is more preferable in it being 1-50 mass parts. Moreover, it does not specifically limit about the reaction temperature at the time of making a terminal functionalizing agent react, It is preferable that it is the range of -100-100 degreeC. When reaction temperature is less than -100 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -80 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 100 degreeC, there exists a possibility of accelerating | stimulating decomposition | disassembly of a product, It is more preferable that it is 50 degrees C or less, and it is still more preferable that it is 0 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 20 hours, and more preferably 0.5 to 5 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).

また、前記の末端官能化反応は、塩基触媒の存在下で行われることが好ましい。用いられる塩基としては、有機リチウム化合物が好適である。有機リチウム化合物としては、例えば、メチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム化合物;フェニルリチウムなどのアリールリチウム化合物;ビニルリチウムなどのアルケニルリチウム化合物;リチウムジイソプロピルアミド、リチウムビストリメチルシリルアミドのようなリチウムアミド化合物などが挙げられる。これらの中でもアルキルリチウム化合物を用いることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量については特に限定されず、中間体1molに対して、0.5〜5molであることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量が5molを超える場合、副反応や生成物の分解を促進する恐れがある。   The terminal functionalization reaction is preferably performed in the presence of a base catalyst. As the base to be used, an organic lithium compound is suitable. Examples of the organic lithium compound include alkyllithium compounds such as methyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, and tert-butyllithium; aryllithium compounds such as phenyllithium; alkenyllithium compounds such as vinyllithium; lithium diisopropylamide And lithium amide compounds such as lithium bistrimethylsilylamide. Among these, it is preferable to use an alkyl lithium compound. It does not specifically limit about the usage-amount of an organolithium compound, It is preferable that it is 0.5-5 mol with respect to 1 mol of intermediate bodies. When the amount of the organolithium compound used exceeds 5 mol, there is a risk of promoting side reactions and product decomposition.

本発明の化学式(1)で示されるπ電子共役共重合体を製造する際の、カップリング反応の触媒としては遷移金属の錯体を用いることが好ましい。通常、周期表(18族長周期型周期表)の3〜10族、中でも8〜10族に属する遷移金属の錯体が挙げられる。具体的には、公知のNi,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Feなどの錯体が挙げられる。中でも、Ni錯体やPd錯体が好ましい。また、使用する錯体の配位子としては、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリt−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(2−メチルフェニル)ホスフィンなどの単座ホスフィン配位子;ジフェニルホスフィノメタン(dppm)、1,2−ジフェニルホスフィノエタン(dppe)、1,3−ジフェニルホスフィノプロパン(dppp)、1,4−ジフェニルホスフノブタン(pddb)、1,3−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)プロパン(dcpp)、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf)、2,2−ジメチル−1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンなどの二座ホスフィン配位子;テトラメチルエチレンジアミン、ビピリジン、アセトニトリルのような含窒素系配位子などを好適に使用することができる。   It is preferable to use a transition metal complex as a catalyst for the coupling reaction when the π-electron conjugated copolymer represented by the chemical formula (1) of the present invention is produced. Usually, transition metal complexes belonging to Groups 3 to 10 of the periodic table (Group 18 long-period periodic table), particularly, Groups 8 to 10 are mentioned. Specific examples include known complexes such as Ni, Pd, Ti, Zr, V, Cr, Co, and Fe. Of these, Ni complexes and Pd complexes are preferable. Moreover, as a ligand of the complex to be used, tridentate phosphine coordination such as trimethylphosphine, triethylphosphine, triisopropylphosphine, tri-t-butylphosphine, tricyclohexylphosphine, triphenylphosphine, tris (2-methylphenyl) phosphine Diphenylphosphinomethane (dppm), 1,2-diphenylphosphinoethane (dppe), 1,3-diphenylphosphinopropane (dppp), 1,4-diphenylphosphnobutane (pdbb), 1,3- Bidentate phosphine compounds such as bis (dicyclohexylphosphino) propane (dcpp), 1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene (dppf), 2,2-dimethyl-1,3-bis (diphenylphosphino) propane Liter; Tetramethyl Ethylenediamine, bipyridine, can be preferably used, such as nitrogen-containing ligands such as acetonitrile.

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

本発明のπ電子共役重合体は溶媒の存在下で製造することが好ましい。製造に用いることができる溶媒は、製造するπ電子共役重合体の種類によって使い分ける必要があるが、一般的に市販されている溶媒を選択することができる。ここで用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジフェニルエーテルなどのエーテル系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族又は脂環式飽和炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化アルキル系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン化アリール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;水ならびにこれらの混合物などが挙げられる。かかる溶媒の使用量としては製造するπ電子共役重合体の単量体に対して1〜1000質量倍の範囲であることが好ましい。中でも、得られるπ電子共役重合体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10質量倍以上であることがより好ましく、反応速度の観点からは100質量倍以下であることがより好ましい。   The π-electron conjugated polymer of the present invention is preferably produced in the presence of a solvent. The solvent that can be used for the production needs to be selected depending on the type of the π-electron conjugated polymer to be produced, but a commercially available solvent can be generally selected. Examples of the solvent used here include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, butyl methyl ether, t-butyl methyl ether, dibutyl ether, cyclopentyl. Ether solvents such as methyl ether and diphenyl ether; aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane and cyclohexane; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; Alkyl halide solvents; aromatic aryl halide solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene; solvents such as dimethylformamide, diethylformamide and N-methylpyrrolidone De solvents; such as water and mixtures thereof. The amount of the solvent used is preferably in the range of 1 to 1000 times the mass of the monomer of the π-electron conjugated polymer to be produced. Among these, from the viewpoint of the solubility of the obtained π-electron conjugated polymer and the stirring efficiency of the reaction solution, it is more preferably 10 times by mass or more, and more preferably 100 times by mass or less from the viewpoint of reaction rate.

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

本発明の化学式(1)で示されるπ電子共役共重合体は、例えば、再沈殿、加熱下での溶媒除去、減圧下での溶媒除去、水蒸気による溶媒の除去(スチームストリッピング)などの通常の操作によって反応溶液から単離、取得することができる。こうして得られた粗生成物は、ソックスレー抽出器を用いて一般的に市販されている溶媒を用いて洗浄又は抽出することで精製することができる。   The π-electron conjugated copolymer represented by the chemical formula (1) of the present invention is usually used for reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, solvent removal with steam (steam stripping), etc. From the reaction solution, it can be isolated and obtained. The crude product thus obtained can be purified by washing or extraction using a commercially available solvent using a Soxhlet extractor.

ここで用いられる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテルなどのエーテル系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族又は脂環式飽和炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化アルキル系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族ハロゲン化アリール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;水ならびにこれらの混合物などが挙げられる。   Examples of the solvent used here include ether solvents such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, dimethyl ether, and ethyl methyl ether; aliphatic or alicyclic saturation such as pentane, hexane, heptane, and cyclohexane. Hydrocarbon solvents; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ketone solvents such as acetone, ethyl methyl ketone and diethyl ketone; alkyl halide solvents such as dichloromethane and chloroform; chlorobenzene and dichlorobenzene Aromatic aryl halide solvents; amide solvents such as dimethylformamide, diethylformamide, N-methylpyrrolidone; water and mixtures thereof.

本発明のπ電子共役重合体を合成する際は、重合触媒の酸化によるホモカップリングを抑制するとの観点から、系中に含まれる酸素濃度を重合溶媒に対し1〜50ppmに制御することが重要である。酸素濃度を前記範囲内に制御することで、前記組成xの値が1〜20%のドナー−アクセプター型π電子共役重合体を合成することができる。本発明のπ電子共役重合体を合成する際に、系中の酸素濃度を低減するためには、減圧脱気、凍結脱気、Nバブリング,超音波照射など公知の方法を用いることができる。本発明のπ電子共役重合体を合成する際は、系中の酸素濃度を低減するために酸素吸収剤を添加してもよい。例えば重合触媒(パラジウム)の配位子として用いているトリフェニルホスフィンを加えると、トリフェニルホスフィンが系中の酸素と強く反応するためパラジウムの酸化を抑制し、結果としてホモカップリングを抑制することができる。 When synthesizing the π-electron conjugated polymer of the present invention, it is important to control the oxygen concentration contained in the system to 1 to 50 ppm with respect to the polymerization solvent from the viewpoint of suppressing homocoupling due to oxidation of the polymerization catalyst. It is. By controlling the oxygen concentration within the above range, a donor-acceptor type π-electron conjugated polymer having a composition x value of 1 to 20% can be synthesized. In synthesizing the π-electron conjugated polymer of the present invention, a known method such as vacuum degassing, freeze degassing, N 2 bubbling, ultrasonic irradiation can be used to reduce the oxygen concentration in the system. . When synthesizing the π-electron conjugated polymer of the present invention, an oxygen absorbent may be added to reduce the oxygen concentration in the system. For example, when triphenylphosphine used as a ligand for the polymerization catalyst (palladium) is added, triphenylphosphine reacts strongly with oxygen in the system, thereby suppressing the oxidation of palladium and consequently suppressing homocoupling. Can do.

本発明のπ電子共役重合体は、前記の特徴を活かした有機半導体材料として用いることができる。特に、薄膜型有機トランジスタや有機EL素子、光電変換素子などの有機半導体デバイスに有用である。   The π-electron conjugated polymer of the present invention can be used as an organic semiconductor material taking advantage of the above characteristics. In particular, it is useful for organic semiconductor devices such as thin-film organic transistors, organic EL elements, and photoelectric conversion elements.

本発明におけるπ電子共役重合体を含む有機半導体組成物とは、本発明のπ電子共役重合体を含有している限り特に限定されず、本発明以外の有機半導体材料、溶媒、結晶化剤、酸化防止剤、各種形態の金属材料、無機結晶などあらゆるものとの組成物を含む。本発明のπ電子共役重合体を塗布プロセスにより製膜する場合は、π電子共役重合体を溶解し得る溶媒を少なくとも一成分以上含む溶液の形態であってもよい。   The organic semiconductor composition containing the π-electron conjugated polymer in the present invention is not particularly limited as long as it contains the π-electron conjugated polymer of the present invention, organic semiconductor materials other than the present invention, solvents, crystallization agents, It includes compositions with antioxidants, various forms of metal materials, inorganic crystals and so on. When the π-electron conjugated polymer of the present invention is formed by a coating process, it may be in the form of a solution containing at least one component that can dissolve the π-electron conjugated polymer.

本発明のπ電子共役重合体を含む組成物は、重合体の結晶性を向上させるために貧溶媒を添加した溶液であってもよく、本発明のπ電子共役重合体の安定性を向上させる目的で酸化防止剤などの安定化剤を含んでいてもよい。前記の溶液を種々の塗布法によって製膜し、溶媒を留去した後の薄膜も本発明の組成物に含まれる。また、本発明のπ電子共役重合体を含む組成物を光電変換素子に用いる場合には、電子受容性の半導体を含んでいてもよい。   The composition containing the π-electron conjugated polymer of the present invention may be a solution to which a poor solvent is added in order to improve the crystallinity of the polymer, and improves the stability of the π-electron conjugated polymer of the present invention. A stabilizer such as an antioxidant may be included for the purpose. A thin film after the solution is formed into a film by various coating methods and the solvent is distilled off is also included in the composition of the present invention. In addition, when the composition containing the π-electron conjugated polymer of the present invention is used for a photoelectric conversion element, it may contain an electron-accepting semiconductor.

本発明のπ電子共役重合体を含む有機半導体デバイスの例として、光電変換素子が好適に例示される。以下、図面を参照しながら説明する。   As an example of the organic semiconductor device containing the π-electron conjugated polymer of the present invention, a photoelectric conversion element is preferably exemplified. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

光電変換素子の好ましい一形態について、図1に示す。光電変換素子10は、基板26上に、透明電極である正電極25、任意の平滑層である正孔輸送層24、π電子共役重合体を含有する有機光電変換層である光電変換活性層23、任意の平滑層である電子輸送層22、及び負電極21が、順次積層されているものである。図1の例では基板26側が透明電極である正電極25であり、基板と遠い側が対抗電極である負電極21である。光電変換素子10の構造は、これらに限定されるものではなく、材料の特性に応じて正電極と負電極、正孔輸送材料と電子輸送材料が入れ替わっていてもよい。   A preferred embodiment of the photoelectric conversion element is shown in FIG. The photoelectric conversion element 10 includes a positive electrode 25 that is a transparent electrode, a hole transport layer 24 that is an arbitrary smooth layer, and a photoelectric conversion active layer 23 that is an organic photoelectric conversion layer containing a π-electron conjugated polymer on a substrate 26. The electron transport layer 22 and the negative electrode 21 which are arbitrary smooth layers are sequentially laminated. In the example of FIG. 1, the substrate 26 side is a positive electrode 25 that is a transparent electrode, and the side far from the substrate is a negative electrode 21 that is a counter electrode. The structure of the photoelectric conversion element 10 is not limited to these, and the positive electrode and the negative electrode, the hole transport material, and the electron transport material may be interchanged depending on the characteristics of the material.

本発明のπ電子共役重合体は、電子受容性材料との有機半導体組成物とすることにより光電変換素子10の光電変換活性層23に用いることができる。該組成物を構成する電子受容性材料は、n型半導体特性を示す有機材料であれば特に限定されないが、例えば1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(NTCDI−CH)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールや2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾールなどのオキサゾール誘導体;3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾールなどのトリアゾール誘導体;フェナントロリン誘導体、C60又はC70などのフラーレン誘導体;カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。これらはそれぞれ単体で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、安定且つキャリア移動度に優れるn型半導体という観点からフラーレン誘導体が好ましく用いられる。 The π-electron conjugated polymer of the present invention can be used for the photoelectric conversion active layer 23 of the photoelectric conversion element 10 by forming an organic semiconductor composition with an electron-accepting material. The electron-accepting material constituting the composition is not particularly limited as long as it is an organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), 3,4 , 9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (NTCDI-C 8 H), 2- (4-biphenylyl)- Oxazole derivatives such as 5- (4-t-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole and 2,5-di (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole; 3- (4 -Biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-t-butylphenyl) -1,2,4-triazole and other triazole derivatives; phenanthroline Conductor, fullerene derivatives such as C 60 or C 70; carbon nanotube (CNT), poly -p- phenylene vinylene-based polymer derivatives obtained by introducing cyano group into (CN-PPV) and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, fullerene derivatives are preferably used from the viewpoint of an n-type semiconductor that is stable and excellent in carrier mobility.

前記フラーレン誘導体としては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94をはじめとする無置換のフラーレン誘導体;[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C61−PCBM)、[5,6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドn−ブチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドi−ブチルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドヘキシルエステル、[6,6]−フェニルC61ブチリックアシッドドデシルエステル、[6,6]−ジフェニルC62ビス(ブチリックアシッドメチルエステル)([6,6]−C62−bis−PCBM)、[6,6]−フェニルC71ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−C71−PCBM)をはじめとする置換フラーレン誘導体などが挙げられる。 Examples of the fullerene derivatives include unsubstituted fullerene derivatives including C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , and C 94 ; [6,6] -phenyl C 61 butyric acid methyl ester ([6,6] -C 61 -PCBM) , [5,6] - phenyl C 61 butyric acid methyl ester, [6,6] - phenyl C 61 butyric acid n- butyl ester, [6,6] -phenyl C 61 butyric acid i-butyl ester, [6,6] -phenyl C 61 butyric acid hexyl ester, [6,6] -phenyl C 61 butyric acid dodecyl ester, [6 6 - diphenyl C 62-bis (butyric acid methyl ester) ([6,6] -C 62 -bis -PCB ), [6,6] - and substituted fullerene derivatives including phenyl C 71 butyric acid methyl ester ([6,6] -C 71 -PCBM) and the like.

前記組成物中の電子受容性材料の割合は、本発明のπ電子共役重合体100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜500質量部であることがより好ましい。   The ratio of the electron-accepting material in the composition is preferably 10 to 1000 parts by mass, and more preferably 50 to 500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the π-electron conjugated polymer of the present invention. .

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

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

溶媒としては特に限定されないが、本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料のそれぞれについて20℃における溶解度が1mg/mL以上の溶媒を用いることが有機薄膜製膜上の観点より好ましい。1mg/mL以下の溶解度である場合には、均質な有機薄膜を作製することが困難であり、本発明の組成物を得ることができない。さらに、有機薄膜の膜厚を任意に制御する観点からは、本発明のπ電子共役重合体及び電子受容性材料のそれぞれについて、20℃における溶解度が3mg/mL以上の溶媒を用いることがより好ましい。   Although it does not specifically limit as a solvent, It is preferable from a viewpoint on organic thin film forming to use the solvent whose solubility in 20 degreeC is 1 mg / mL or more about each of the (pi) electron conjugated polymer and electron-accepting material of this invention. When the solubility is 1 mg / mL or less, it is difficult to produce a homogeneous organic thin film, and the composition of the present invention cannot be obtained. Furthermore, from the viewpoint of arbitrarily controlling the film thickness of the organic thin film, it is more preferable to use a solvent having a solubility at 20 ° C. of 3 mg / mL or more for each of the π-electron conjugated polymer and the electron-accepting material of the present invention. .

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

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

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

光電変換活性層23の膜厚は、通常、1nm〜1μmであり、好ましくは2nm〜1000nmであり、より好ましくは5nm〜500nmであり、さらに好ましくは20nm〜300nmである。   The film thickness of the photoelectric conversion active layer 23 is usually 1 nm to 1 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 300 nm.

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

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

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

前記光電変換素子10においては、正電極25及び負電極21のいずれか一方の電極が光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、光電変換活性層23に入射光が到達して起電力が発生する程度であれば、特に限定されるものではない。電極の厚さは光透過性と導電性とを有する範囲であればよく、電極素材によって異なるが20nm〜300nmが好ましい。   In the photoelectric conversion element 10, it is preferable that one of the positive electrode 25 and the negative electrode 21 has light transmittance. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the photoelectric conversion active layer 23 and an electromotive force is generated. The thickness of the electrode may be in a range having light transparency and conductivity, and is preferably 20 nm to 300 nm, although it varies depending on the electrode material.

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

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

合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。   Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, calcium-aluminum alloy, and the like.

本発明の光電変換素子に用いる電極は、一方に仕事関数の大きな導電性素材、もう一方に仕事関数の小さな導電性素材を使用することが好ましい。このとき、仕事関数の大きな導電性素材を用いた電極は正電極となり、仕事関数の小さな導電性素材を用いた電極は負電極となる。   The electrode used for the photoelectric conversion element of the present invention preferably uses a conductive material having a high work function on one side and a conductive material having a low work function on the other side. At this time, an electrode using a conductive material having a high work function is a positive electrode, and an electrode using a conductive material having a low work function is a negative electrode.

前記光電変換素子10は、必要に応じて正電極25と光電変換活性層23の間に正孔輸送層24を設けてもよい。正孔輸送層24を形成する材料としては、p型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、ポリチオフェン系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(HPc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化バナジウムなどの金属酸化物が好ましく用いられる。正孔輸送層24は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは20nmから300nmである。 In the photoelectric conversion element 10, a hole transport layer 24 may be provided between the positive electrode 25 and the photoelectric conversion active layer 23 as necessary. The material for forming the hole transport layer 24 is not particularly limited as long as it has p-type semiconductor characteristics. However, the polythiophene polymer, the polyaniline polymer, the poly-p-phenylene vinylene polymer, and the polyfluorene polymer are not particularly limited. Conductive polymers such as polymers, low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as phthalocyanine derivatives (such as H 2 Pc, CuPc, and ZnPc), porphyrin derivatives, and metal oxides such as molybdenum oxide, zinc oxide, and vanadium oxide The product is preferably used. The thickness of the hole transport layer 24 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 20 nm to 300 nm.

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

前記光電変換素子10は、必要に応じて負電極21と光電変換活性層23の間に電子輸送層22を設けてもよい。電子輸送層22を形成する材料としては、n型半導体特性を有するものであれば特に限定されないが、上述の電子受容性材料(NTCDA、PTCDA、NTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、フラーレン誘導体、CNT、CN−PPVなど)などが好ましく用いられる。電子輸送層22は1nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは5nmから100nmである。   In the photoelectric conversion element 10, an electron transport layer 22 may be provided between the negative electrode 21 and the photoelectric conversion active layer 23 as necessary. The material for forming the electron transport layer 22 is not particularly limited as long as it has n-type semiconductor characteristics, but the above-described electron-accepting materials (NTCDA, PTCDA, NTCDI-C8H, oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, Fullerene derivatives, CNT, CN-PPV, etc.) are preferably used. The thickness of the electron transport layer 22 is preferably 1 nm to 600 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.

前記光電変換素子10は、負電極21と光電変換活性層23との間にさらに電荷移動を円滑にするバッファー層として金属フッ化物を設けてもよい。金属フッ化物としては、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化セシウムなどが挙げられ、特に好ましくはフッ化リチウム、フッ化セシウムである。バッファー層は0.05nmから50nmの厚さが好ましく、0.5nmから20nmがより好ましい。バッファー層は前述した電子輸送層22と併用して用いてもよく、併用する場合は、電極側にバッファー層を形成するのが好ましい。   In the photoelectric conversion element 10, a metal fluoride may be provided as a buffer layer that further facilitates charge transfer between the negative electrode 21 and the photoelectric conversion active layer 23. Examples of the metal fluoride include lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, cesium fluoride, and particularly preferably lithium fluoride and cesium fluoride. The buffer layer preferably has a thickness of 0.05 nm to 50 nm, more preferably 0.5 nm to 20 nm. The buffer layer may be used in combination with the electron transport layer 22 described above, and when used in combination, the buffer layer is preferably formed on the electrode side.

このように形成された光電変換素子は、タンデム型光電変換素子として用いてもよい。本発明におけるタンデム型光電変換素子は、文献公知の方法、例えば、サイエンス(Science),2007年,第317巻,pp222に記載の方法を用いて作製することができる。具体的には、電荷再結合層を本発明の有機半導体用組成物を用いて作製された活性層(1)と異なる吸収帯域の光電変換が可能な活性層(2)とで挟み込んだ構造を有し、活性層(1)と活性層(2)の接続順は逆であってもよい。   The photoelectric conversion element thus formed may be used as a tandem photoelectric conversion element. The tandem photoelectric conversion element in the present invention can be produced by a method known in the literature, for example, a method described in Science, 2007, Vol. 317, pp222. Specifically, a structure in which a charge recombination layer is sandwiched between an active layer (1) produced using the organic semiconductor composition of the present invention and an active layer (2) capable of photoelectric conversion in a different absorption band. The connection order of the active layer (1) and the active layer (2) may be reversed.

電荷再結合層とは、正電極側の活性層で生じた電子と、負電極側の活性層で生じた正孔を再結合させる働きをする。各活性層で電荷分離して生じた正孔と電子は、活性層中の内部電場によってそれぞれ正電極と負電極方向へと移動する。このとき、正電極側の活性層で生じた正孔及び負電極側の活性層で生じた電子はそれぞれ正電極及び負電極へ取り出され、正電極側の活性層で生じた電子及び負電極側の活性層で生じた正孔が再結合することによって、各活性層が電気的に直列に接続された電池として機能し開放電圧が増大する。   The charge recombination layer functions to recombine electrons generated in the active layer on the positive electrode side and holes generated in the active layer on the negative electrode side. Holes and electrons generated by charge separation in each active layer move toward the positive electrode and the negative electrode, respectively, by an internal electric field in the active layer. At this time, holes generated in the active layer on the positive electrode side and electrons generated in the active layer on the negative electrode side are taken out to the positive electrode and the negative electrode, respectively, and electrons generated on the active layer on the positive electrode side and the negative electrode side Recombination of holes generated in the active layer causes each active layer to function as a battery in which the active layers are electrically connected in series, increasing the open circuit voltage.

電荷再結合層は、複数の活性層が光吸収できるようにするため、光透過性を有することが好ましい。また、電荷再結合層は、十分に正孔と電子が再結合するように設計されていればよいので、必ずしも膜である必要はなく、例えば活性層上に一様に形成された金属クラスターであってもかまわない。従って、該電荷再結合層には、金、白金、クロム、ニッケル、リチウム、マグネシウム、カルシウム、スズ、銀、アルミニウムなどからなる数nm以下程度の光透過性を有する非常に薄い金属膜や金属クラスター(合金を含む)、ITO、IZO、AZO、GZO、FTO、酸化チタンや酸化モリブデンなどの光透過性の高い金属酸化物膜及びクラスター、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が添加されたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)などの導電性有機材料膜、又はこれらの複合体などが用いられる。   The charge recombination layer preferably has optical transparency so that a plurality of active layers can absorb light. In addition, the charge recombination layer only needs to be designed so that holes and electrons are sufficiently recombined. Therefore, the charge recombination layer does not necessarily have to be a film. For example, the charge recombination layer is a metal cluster uniformly formed on the active layer. It does not matter. Therefore, the charge recombination layer includes a very thin metal film or metal cluster made of gold, platinum, chromium, nickel, lithium, magnesium, calcium, tin, silver, aluminum or the like and having a light transmittance of several nm or less. (Including alloys), ITO, IZO, AZO, GZO, FTO, highly light-transmitting metal oxide films and clusters such as titanium oxide and molybdenum oxide, polyethylene dioxythiophene with added polystyrene sulfonic acid (PSS) ( A conductive organic material film such as PEDOT) or a composite thereof is used.

例えば銀を、真空蒸着法を用いて水晶振動子膜厚モニター上で数nm以下となるように蒸着すれば、一様な銀クラスターが形成できる。その他にも、酸化チタン膜を形成するならば、例えば、アドバンスト マテリアルズ(Advanced Materials),2006年,第18巻,p.572に記載のゾルゲル法を用いればよい。ITO、IZOなどの複合金属酸化物であるならば、スパッタリング法を用いて製膜すればよい。これら電荷再結合層形成法や種類は、電荷再結合層形成時の活性層への非破壊性や、次に積層される活性層の形成法などを考慮して適当に選択すればよい。   For example, uniform silver clusters can be formed by depositing silver so as to be several nm or less on a quartz oscillator film thickness monitor using a vacuum deposition method. In addition, if a titanium oxide film is formed, for example, Advanced Materials, 2006, Vol. 18, p. The sol-gel method described in 572 may be used. If it is a composite metal oxide such as ITO or IZO, the film may be formed by sputtering. These charge recombination layer formation methods and types may be appropriately selected in consideration of the non-destructive property to the active layer when forming the charge recombination layer, the formation method of the active layer to be laminated next, and the like.

前記光電変換素子10は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)などに有用である。   The photoelectric conversion element 10 can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells (such as solar cells), electronic devices (such as optical sensors, optical switches, phototransistors), optical recording materials (such as optical memories), and the like.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。また、前記各工程及び下記工程で製造される本発明のπ電子共役重合体の物性測定及び精製は、以下の如くして行った。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these examples. Moreover, the physical property measurement and purification of the π-electron conjugated polymer of the present invention produced in the above steps and the following steps were carried out as follows.

(酸素濃度測定)
重合系中の酸素濃度は、熱伝導度型検出器を備えたガスクロマトグラフィーにより定量した。装置は、GC−14B(島津製作所製)、カラムはWG−100(ジーエルサイエンス製)を用い、分析条件は、気化室温度50℃、カラム温度50℃、He流量40mL/min、検出器温度50℃、試料打ち込み量0.2μL。測定回数3回の平均値を酸素濃度とした。
(Oxygen concentration measurement)
The oxygen concentration in the polymerization system was quantified by gas chromatography equipped with a thermal conductivity detector. The apparatus is GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation), the column is WG-100 (manufactured by GL Science), and the analysis conditions are vaporization chamber temperature 50 ° C., column temperature 50 ° C., He flow rate 40 mL / min, detector temperature 50 ° C, sample injection amount 0.2 μL. The average value of 3 times of measurement was defined as the oxygen concentration.

(分子量の測定)
重量平均分子量(Mw)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求められたものである。本発明ではGPC装置として、東ソー(株)製のHLC−8020(品番)を用いた。分析用カラムは、溶離液にテトラヒドロフラン(THF)を用いた場合は、Shodex製KF804を、溶離液にクロロホルムを用いた場合には東ソー(株)製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。
(Measurement of molecular weight)
A weight average molecular weight (Mw) is calculated | required by the polystyrene conversion value based on the measurement by a gel permeation chromatography (GPC). In the present invention, HLC-8020 (product number) manufactured by Tosoh Corporation was used as the GPC apparatus. When tetrahydrofuran (THF) was used as the eluent, ShoF KF804 was connected in series when the column was used as an eluent, and TSKgel Multipore HZ manufactured by Tosoh Corporation was connected in series when chloroform was used as the eluent. A thing was used.

(分子構造の同定、組成x及びyの算出)
本発明におけるπ電子共役重合体の分子構造は、H−NMR(核磁気共鳴)測定を行い同定した。また、x及びyで示される組成は、13C−NMRより得られた−Ar−及び−Ar−にそれぞれ特徴的なカーボンの積分値の比より算出した。装置は600MHz超伝導核磁気共鳴装置 Avance600(Bruker社製)を用い、重クロロホルムに試料を20mg/mLの濃度で溶解し、0.45μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターでろ過してから25℃で測定した。積算回数は、H−NMRで64回、13C−NMRで113600回とした。
(Identification of molecular structure, calculation of composition x and y)
The molecular structure of the π-electron conjugated polymer in the present invention was identified by 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) measurement. Further, the composition represented by x and y, 13 C-NMR -Ar obtained from 1 - and -Ar 2 - are calculated from the specific characteristic integral value of carbon. The apparatus is a 600 MHz superconducting nuclear magnetic resonance apparatus Avance 600 (manufactured by Bruker), dissolved in deuterated chloroform at a concentration of 20 mg / mL, filtered through a 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter, and 25 Measured at ° C. The number of integrations was 64 times for 1 H-NMR and 113600 times for 13 C-NMR.

本明細書において使用される略字の意味は、EtHexは2−エチルヘキシル基、Meはメチル基を意味する。   The meaning of the abbreviations used herein is EtHex for 2-ethylhexyl group and Me for methyl group.

本発明のπ電子共役重合体の製造に用いる単量体(式(I)に示すAr、Ar、Mq1−Ar−Mq1、Mq2−Ar−Mq2)は、アドバンスト マテリアルズ(Advanced Materials),2009年,第21巻,p.209、アドバンスト ファンクショナル マテリアルズ(Advanced Functional Materials),2007年,第17巻,p.632などに記載されている方法に従って合成した。 Monomers (Ar 1 , Ar 2 , M q1 -Ar 1 -M q1 , M q2 -Ar 2 -M q2 shown in formula (I)) used in the production of the π-electron conjugated polymer of the present invention are advanced materials. (Advanced Materials), 2009, Vol. 21, p. 209, Advanced Functional Materials, 2007, Vol. 17, p. It was synthesized according to the method described in 632 and the like.

(実施例1)
下記反応式に従い、π電子共役重合体1の合成を行った。

Figure 2016003238
(Example 1)
The π-electron conjugated polymer 1 was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2016003238

π電子共役重合体1を構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(69.0mg,0.09mmol)及び2−エチルヘキシル−6−ジブロモ−3−フルオロチエノ[3,4−b]チオフェン−2−カルボキシレート(56.6mg,0.12mmol)を、重合溶媒としてDMF(0.3mL)、トルエン(1.4mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3.4mg,2.98μmol)を加え、容器内を窒素ガスで60分間バブリングした。ガスクロマトグラフィーを用いて定量した系中の酸素濃度は40ppmであった。窒素雰囲気下にて110℃で10時間加熱した。反応終了後、反応溶液をメタノール(500mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、得られた固体を減圧乾燥することで粗生成物を得た。粗生成物を、ソックスレー抽出機を用いてアセトン(200mL)、ヘキサン(200mL)で洗浄した後に、クロロホルム(200mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(300mL)に注ぎ、析出した固体を濾取した後に減圧乾燥することで黒紫色の固体としてπ電子共役重合体1を得た。得られたπ電子共役重合体1(42.9mg)の重量平均分子量は41,000、多分散度は1.6であった。   2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene as a monomer constituting the π-electron conjugated polymer 1 (69.0 mg, 0.09 mmol) and 2-ethylhexyl-6-dibromo-3-fluorothieno [3,4-b] thiophene-2-carboxylate (56.6 mg, 0.12 mmol) as the polymerization solvent (0.3 mL), toluene (1.4 mL), and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3.4 mg, 2.98 μmol) were added, and the inside of the container was bubbled with nitrogen gas for 60 minutes. The oxygen concentration in the system determined using gas chromatography was 40 ppm. Heated at 110 ° C. for 10 hours under nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, and the obtained solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was washed with acetone (200 mL) and hexane (200 mL) using a Soxhlet extractor and then extracted with chloroform (200 mL). The obtained solution was poured into methanol (300 mL), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain π-electron conjugated polymer 1 as a black purple solid. The obtained π-electron conjugated polymer 1 (42.9 mg) had a weight average molecular weight of 41,000 and a polydispersity of 1.6.

H−NMRのスペクトルデータは下記の通りであり、前記反応式で表される構造を支持する。
H−NMR:δ=7.90−7.00(br)、4.70−4.00(br)、2.40−1.20(br)、0.90−0.60(br)
13C−NMR:δ=11.2、13.9ppm(アルキル側鎖末端6C;1))、68.5ppm(チエノチオフェン(Ar)のカルボニル炭素1C;2))、1)の積分値を20としたときの2)の積分値は2.86。アクセプター単位(Ar)であるチエノチオフェン2.86に対し、ドナー単位(Ar)であるベンゾジチオフェンは(20/2−2.86)/2=3.57。よって、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)=55.5:44.5(mol%)。以上の結果より、式(1)に示すx=Ar−Ar=11.0%、y=89.0%となる。
The spectrum data of 1 H-NMR is as follows and supports the structure represented by the above reaction formula.
1 H-NMR: δ = 7.90-7.00 (br), 4.70-4.00 (br), 2.40-1.20 (br), 0.90-0.60 (br)
13 C-NMR: δ = 11.2, 13.9 ppm (alkyl side chain terminal 6C; 1) ), 68.5 ppm (carbonyl carbon 1C of thienothiophene (Ar 2 ); 2) ), 1) The integrated value of 2) when it is 20 is 2.86. The acceptor unit (Ar 2 ) is thienothiophene 2.86, while the donor unit (Ar 1 ) is benzodithiophene (20 / 2-2.86) /2=3.57. Therefore, donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ) = 55.5: 44.5 (mol%). From the above results, x = Ar 1 −Ar 2 = 11.0% and y = 89.0% shown in Formula (1) are obtained.

(実施例2)
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムの1/2当量のトリフェニルホスフィンを加えたこと以外は、実施例1と同様の方法によりπ電子共役重合体2を合成した。ガスクロマトグラフィーを用いて定量した重合系中の酸素濃度は14ppmであった。得られたπ電子共役重合体2(39.8mg)の重量平均分子量は40,400、多分散度は1.8であった。
13C−NMR:δ=11.2、13.9ppm(アルキル側鎖末端6C;3))、68.5ppm(チエノチオフェン(Ar)のカルボニル炭素1C;4))、3)の積分値を20としたときの4)の積分値は3.23。アクセプター単位(Ar)であるチエノチオフェン3.23に対し、ドナー単位(Ar)であるベンゾジチオフェンは(20/2−3.24)/2=3.38。よって、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)=51.1:48.9(mol%)。以上の結果より、式(1)に示すx=Ar−Ar=2.2%、y=97.8%となる。
(Example 2)
A π-electron conjugated polymer 2 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that ½ equivalent of triphenylphosphine of tetrakis (triphenylphosphine) palladium was added. The oxygen concentration in the polymerization system determined by gas chromatography was 14 ppm. The obtained π-electron conjugated polymer 2 (39.8 mg) had a weight average molecular weight of 40,400 and a polydispersity of 1.8.
13 C-NMR: δ = 11.2, 13.9 ppm (alkyl side chain terminal 6C; 3) ), 68.5 ppm (carbonyl carbon 1C of thienothiophene (Ar 2 ); 4) ), 3) The integration value of 4) when set to 20 is 3.23. The acceptor unit (Ar 2 ) is thienothiophene 3.23, while the donor unit (Ar 1 ) is benzodithiophene (20 / 2-3.24) /2=3.38. Therefore, donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ) = 51.1: 48.9 (mol%). From the above results, x = Ar 1 −Ar 2 = 2.2% and y = 97.8% shown in Formula (1) are obtained.

(実施例3)
2,6−ビス(トリメチルチン)−4,8−ビス(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェンの仕込み量を変更(84.3mg,0.11mmol)した以外は、実施例1と同様の方法によりπ電子共役重合体3を合成した。ガスクロマトグラフィーを用いて定量した重合系中の酸素濃度は35ppmであった。得られたπ電子共役重合体3(45.2mg)の重量平均分子量は69,000、多分散度は3.1であった。
13C−NMR:δ=11.2、13.9ppm(アルキル側鎖末端6C;5))、68.5ppm(チエノチオフェン(Ar)のカルボニル炭素1C;6))、5)の積分値を20としたときの6)の積分値は2.66。アクセプター単位(Ar)であるチエノチオフェン2.66に対し、ドナー単位(Ar)であるベンゾジチオフェンは(20/2−2.66)/2=3.67。よって、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)=58.0:42.0(mol%)。以上の結果より、式(1)に示すx=Ar−Ar=16.0%、y=84.0%となる。
(Example 3)
The amount of 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene was changed (84.3 mg, 0.11 mmol) The π-electron conjugated polymer 3 was synthesized by the same method as in Example 1 except that. The oxygen concentration in the polymerization system determined by gas chromatography was 35 ppm. The obtained π-electron conjugated polymer 3 (45.2 mg) had a weight average molecular weight of 69,000 and a polydispersity of 3.1.
13 C-NMR: δ = 11.2, 13.9 ppm (alkyl side chain terminal 6C; 5) ), 68.5 ppm (carbonyl carbon 1C of thienothiophene (Ar 2 ); 6) ), 5) The integrated value of 6) when it is 20 is 2.66. The acceptor unit (Ar 2 ) is thienothiophene 2.66, while the donor unit (Ar 1 ) is benzodithiophene (20 / 2-2.66) /2=3.67. Therefore, donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ) = 58.0: 42.0 (mol%). From the above results, x = Ar 1 −Ar 2 = 16.0% and y = 84.0% shown in Formula (1) are obtained.

(比較例1)
重合開始前の窒素バブリングを行わなかったこと以外は、実施例1と同様の方法によりπ電子共役重合体4を合成した。ガスクロマトグラフィーを用いて定量した重合系中の酸素濃度は230ppmであった。得られたπ電子共役重合体4(56.2mg)の重量平均分子量は42,500、多分散度は1.7であった。
13C−NMR:δ=11.2、13.9ppm(アルキル側鎖末端6C;7))、68.5ppm(チエノチオフェン(Ar)のカルボニル炭素1C;8))、7)の積分値を20としたときの8)の積分値は3.23。アクセプター単位(Ar)であるチエノチオフェン1.86に対し、ドナー単位(Ar)であるベンゾジチオフェンは(20/2−1.86)/2=4.07。よって、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)=68.6:31.4(mol%)。以上の結果より、式(1)に示すx=Ar−Ar=37.2%、y=62.8%となる。
(Comparative Example 1)
A π-electron conjugated polymer 4 was synthesized by the same method as in Example 1 except that nitrogen bubbling was not performed before the start of polymerization. The oxygen concentration in the polymerization system determined by gas chromatography was 230 ppm. The obtained π-electron conjugated polymer 4 (56.2 mg) had a weight average molecular weight of 42,500 and a polydispersity of 1.7.
13 C-NMR: δ = 11.2, 13.9 ppm (alkyl side chain terminal 6C; 7) ), 68.5 ppm (carbonyl carbon 1C of thienothiophene (Ar 2 ); 8) ), 7) The integrated value of 8) when set to 20 is 3.23. The acceptor unit (Ar 2 ) is thienothiophene 1.86, while the donor unit (Ar 1 ) is benzodithiophene (20 / 2-1.86) /2=4.07. Therefore, donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ) = 68.6: 31.4 (mol%). From the above results, x = Ar 1 −Ar 2 = 37.2% and y = 62.8% shown in Formula (1).

(比較例2)
重合開始前の窒素バブリングを行わなかったこと以外は、実施例3と同様の方法によりπ電子共役重合体5を合成した。ガスクロマトグラフィーを用いて定量した重合系中の酸素濃度は220ppmであった。得られたπ電子共役重合体5(49.7mg)の重量平均分子量は60,800、多分散度は2.5であった。
13C−NMR:δ=11.2、13.9ppm(アルキル側鎖末端6C;9))、68.5ppm(チエノチオフェン(Ar)のカルボニル炭素1C;10))、9)の積分値を20としたときの10)の積分値は1.54。アクセプター単位(Ar)であるチエノチオフェン1.54に対し、ドナー単位(Ar)であるベンゾジチオフェンは(20/2−1.54)/2=4.23。よって、ドナー単位(Ar):アクセプター単位(Ar)=73.3:26.7(mol%)。以上の結果より、式(1)に示すx=Ar−Ar=46.6%、y=53.4%となる。
(Comparative Example 2)
A π-electron conjugated polymer 5 was synthesized in the same manner as in Example 3 except that nitrogen bubbling was not performed before the start of polymerization. The oxygen concentration in the polymerization system determined by gas chromatography was 220 ppm. The obtained π-electron conjugated polymer 5 (49.7 mg) had a weight average molecular weight of 60,800 and a polydispersity of 2.5.
13 C-NMR: δ = 11.2, 13.9 ppm (alkyl side chain terminal 6C; 9) ), 68.5 ppm (carbonyl carbon 1C of thienothiophene (Ar 2 ); 10) ), 9) The integrated value of 10) when it is 20 is 1.54. The acceptor unit (Ar 2 ) is thienothiophene 1.54, while the donor unit (Ar 1 ) is benzodithiophene (20 / 2−1.54) /2=4.23. Therefore, donor unit (Ar 1 ): acceptor unit (Ar 2 ) = 73.3: 26.7 (mol%). From the above results, x = Ar 1 −Ar 2 = 46.6% and y = 53.4% shown in Formula (1) are obtained.

(光電変換特性評価)
実施例1〜3及び比較例1〜2により得られた本発明のπ電子共役重合体を3.0mgと電子受容性材料としてPC71BM(フロンティアカーボン社製E110)を6.0mgと溶媒として2.5vol%の1,8−ジヨードオクタンを含むクロロベンゼン0.25mLとを100℃にて6時間かけて混合した。その後、室温20℃に冷却し、孔径1.0μmのPTFEフィルターで濾過して本発明のπ電子共役重合体とPC71BMを含む組成物溶液を製造した。比較例1により得られたπ電子共役重合体についても同じ方法により、PC71BMを含む組成物溶液を製造した。
(Photoelectric conversion characteristics evaluation)
3.0 mg of the π-electron conjugated polymer of the present invention obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 and 6.0 mg of PC 71 BM (E110 manufactured by Frontier Carbon Co.) as an electron-accepting material and a solvent. The mixture was mixed with 0.25 mL of chlorobenzene containing 2.5 vol% 1,8-diiodooctane at 100 ° C. over 6 hours. Then cooled to room temperature 20 ° C., to produce a composition solution comprising a π-electron conjugated polymer and the PC 71 BM of the present invention was filtered through a PTFE filter having a pore size of 1.0 .mu.m. A composition solution containing PC 71 BM was produced by the same method for the π-electron conjugated polymer obtained in Comparative Example 1.

スパッタリング法により150nmの厚みでITO膜(抵抗値10Ω/□)を付けたガラス基板を15分間オゾンUV処理して表面処理を行った。基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(Heraeus社製:CLEVIOS P VP AI4083)をスピンコート法により30nmの厚さに成膜し、ホットプレートにより140℃で20分間加熱乾燥した。次にスピンコート法により前記の組成物溶液を塗布し、3時間真空乾燥させ、薄膜である光電変換層(膜厚約90nm)を形成した。次に、真空蒸着法によりフッ化リチウムを膜厚0.5nmで蒸着し、次いでAlを膜厚100nmで蒸着した。これにより、実施例1及び比較例1にて得られた各重合体を含む各光電変換素子を作製した。光電変換素子の受光面形状は5×5mmの正四角形であった。   A glass substrate provided with an ITO film (resistance value 10Ω / □) with a thickness of 150 nm by sputtering was subjected to surface treatment by ozone UV treatment for 15 minutes. A PEDOT: PSS aqueous solution (manufactured by Heraeus: CLEVIOS P VP AI4083) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 30 nm by a spin coating method, and dried by heating at 140 ° C. for 20 minutes using a hot plate. Next, the said composition solution was apply | coated with the spin coat method, and it vacuum-dried for 3 hours, and formed the photoelectric converting layer (film thickness of about 90 nm) which is a thin film. Next, lithium fluoride was vapor-deposited with a film thickness of 0.5 nm by a vacuum vapor deposition method, and then Al was vapor-deposited with a film thickness of 100 nm. Thereby, each photoelectric conversion element containing each polymer obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was produced. The light receiving surface shape of the photoelectric conversion element was a regular square of 5 × 5 mm.

光電変換効率は、ソーラーシミュレーター及びソースメーターを用いて、下記測定条件により測定した。測定時の照射強度は、フォトダイオード(BS−520、分光計器社製)を用い、太陽電池評価基準となるように調節した。測定時には、光電変換素子の受光面積と同じ面積の照射光マスクを着用し、余剰な光の入射を排除した。
<測定条件>
ソーラーシミュレーター:PEC−L11(ペクセルテクノロジー社製)
ソースメーター:KEITHLEY2400(KEITHLEY社製)
照射スペクトル:AM1.5
照射強度:100mW/cm
受光面積:0.25cm
The photoelectric conversion efficiency was measured under the following measurement conditions using a solar simulator and a source meter. The irradiation intensity at the time of measurement was adjusted to be a solar cell evaluation standard using a photodiode (BS-520, manufactured by Spectrometer Co., Ltd.). At the time of measurement, an irradiation light mask having the same area as the light receiving area of the photoelectric conversion element was worn to eliminate excessive light incidence.
<Measurement conditions>
Solar simulator: PEC-L11 (Peccell Technology)
Source meter: KEITHLEY2400 (manufactured by KEITHLEY)
Irradiation spectrum: AM1.5
Irradiation intensity: 100 mW / cm 2
Light receiving area: 0.25 cm 2

実施例及び比較例のπ電子共役重合体とそれを用いて作成した光電変換素子の光電変換効率を纏める。下記表中、ドナー単位(Ar)をD、アクセプター単位(Ar)をA、ドナー−アクセプター連鎖(Ar−Ar)をD−A連鎖として示す。 The photoelectric conversion efficiencies of the π-electron conjugated polymers of Examples and Comparative Examples and photoelectric conversion elements prepared using the same are summarized. In the table below, D represents the donor unit (Ar 1 ), A represents the acceptor unit (Ar 2 ), and D—A chain represents the donor-acceptor chain (Ar 1 -Ar 2 ).

Figure 2016003238
Figure 2016003238

表1より実施例に示した本発明のπ電子共役重合体を用いた光電変換素子と比較例に示したπ電子共役重合体を用いた光電変換素子との比較からわかるように、本発明のπ電子共役重合体を用いることで、同程度の分子量で比較した場合に高い光電変換効率を有する光電変換素子を得ることができた。   As can be seen from the comparison between the photoelectric conversion element using the π-electron conjugated polymer of the present invention shown in Table 1 and the photoelectric conversion element using the π-electron conjugated polymer shown in the comparative example from Table 1, By using a π-electron conjugated polymer, it was possible to obtain a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency when compared with the same molecular weight.

本発明のπ電子共役重合体は、光電変換素子の光電変換層として利用できるものであり、その重合体からなる光電変換素子は太陽電池をはじめとして各種の光センサとしての用途がある。   The π-electron conjugated polymer of the present invention can be used as a photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element, and the photoelectric conversion element comprising the polymer has applications as various photosensors including solar cells.

10は光電変換素子、21は負電極、22は電子輸送層、23は光電変換活性層、24は正孔輸送層、25は正電極、26は基板である。   10 is a photoelectric conversion element, 21 is a negative electrode, 22 is an electron transport layer, 23 is a photoelectric conversion active layer, 24 is a hole transport layer, 25 is a positive electrode, and 26 is a substrate.

Claims (10)

下記化学式(1)
Figure 2016003238
(式中、−Ar−は置換基を有し、チオフェン環を含む少なくとも三環が縮環した縮合ヘテロ環骨格からなるドナー性の基であり、−Ar−は置換基を有してもよいチエノチオフェン骨格又は置換を有してもよい窒素含有縮合ヘテロ環骨格を有するアクセプター性の基であり、x:yが1:99〜20:80であり、rはランダムであることを示す。)で表されることを特徴とするドナー−アクセプター型のπ電子共役重合体。
The following chemical formula (1)
Figure 2016003238
(In the formula, -Ar 1 -has a substituent, and is a donor group composed of a condensed heterocyclic skeleton in which at least three rings including a thiophene ring are condensed, and -Ar 2 -has a substituent. An acceptor group having a thienothiophene skeleton that may be substituted or a nitrogen-containing fused heterocyclic skeleton that may have a substituent, wherein x: y is from 1:99 to 20:80, and r is random A donor-acceptor type π-electron conjugated polymer,
重量平均分子量が30,000〜100,000g/モルであることを特徴とする請求項1に記載のπ電子共役重合体。   The π-electron conjugated polymer according to claim 1, wherein the weight average molecular weight is 30,000 to 100,000 g / mol. 前記−Ar−が、下記化学式(2)
Figure 2016003238
(式中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基である)であることを特徴とする請求項1又は2に記載のπ電子共役重合体。
The —Ar 1 — represents the following chemical formula (2)
Figure 2016003238
(Wherein R 1 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group, or an alkyloxycarbonyl group). The π-electron conjugated polymer according to claim 1 or 2, characterized in that
前記−Ar−が、下記化学式(3)
Figure 2016003238
(式中、Rは、置換基を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルカルボニル基又はアルキルオキシカルボニル基であり、Xは水素原子又はハロゲン原子である)であることを特徴とする請求項1又は2に記載のπ電子共役重合体。
The —Ar 2 — represents the following chemical formula (3)
Figure 2016003238
(Wherein R 2 is an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, an alkylcarbonyl group or an alkyloxycarbonyl group, and X 1 is hydrogen. The π-electron conjugated polymer according to claim 1, wherein the π-electron conjugated polymer is an atom or a halogen atom.
前記−Ar−が、下記化学式(4)
Figure 2016003238
であり、前記−Ar−が、下記化学式(5)
Figure 2016003238
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のπ電子共役重合体。
The —Ar 1 — represents the following chemical formula (4)
Figure 2016003238
The —Ar 2 — represents the following chemical formula (5)
Figure 2016003238
The π-electron conjugated polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein
請求項1〜5のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含むことを特徴とする有機半導体組成物。   An organic semiconductor composition comprising the π-electron conjugated polymer according to claim 1. 請求項1〜5のいずれかに記載のπ電子共役重合体を含むことを特徴とする有機半導体デバイス。   An organic semiconductor device comprising the π-electron conjugated polymer according to claim 1. 光電変換素子であることを特徴とする請求項7に記載の有機半導体デバイス。   It is a photoelectric conversion element, The organic-semiconductor device of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜5のいずれかに記載のπ電子共役重合体と電子受容性材料とを含む層を有することを特徴とする光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising a layer containing the π-electron conjugated polymer according to claim 1 and an electron-accepting material. 請求項8又は9に記載の光電変換素子を有することを特徴とするタンデム型光電変換素子。   A tandem photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion element according to claim 8.
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