JP5050625B2 - Copolymer and organic photoelectric conversion device using the same - Google Patents

Copolymer and organic photoelectric conversion device using the same Download PDF

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Description

本発明は、共重合体およびそれを用いた有機光電変換素子に関する。   The present invention relates to a copolymer and an organic photoelectric conversion device using the copolymer.

近年、有機半導体材料を有機光電変換素子(有機太陽電池、光センサー等)の活性層に用いる検討が活発に行われている。中でも、有機半導体材料として高分子化合物を用いれば、安価な塗布法で活性層を作製することができるため、有機溶媒に対する溶解性に優れるフルオレン共重合体について様々な検討がされている。例えば、2,7−ジブロモ−9、9−ジオクチルフルオレン、2、7−ビス(4、4、5、5−テトラメチル−1、3、2−ジオキサボロラン−2−イル)−9、9−ジオクチルフルオレンおよび4、7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2、1、3−ベンゾチアジアゾールをSuzukiカップリング反応で重合して得られた下記繰り返し単位(M)および下記繰り返し単位(N)からなるランダム共重合体を有機太陽電池に用いること(非特許文献1)が記載されている。   In recent years, studies using an organic semiconductor material for an active layer of an organic photoelectric conversion element (such as an organic solar cell or an optical sensor) have been actively conducted. In particular, if a polymer compound is used as the organic semiconductor material, an active layer can be produced by an inexpensive coating method, and therefore various studies have been made on fluorene copolymers having excellent solubility in organic solvents. For example, 2,7-dibromo-9,9-dioctylfluorene, 2,7-bis (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) -9,9-dioctyl The following repeating unit (M) and the following repeating unit (N) obtained by polymerizing fluorene and 4,7-bis (5-bromo-2-thienyl) -2,1,3-benzothiadiazole by the Suzuki coupling reaction (Patent Document 1) describes the use of a random copolymer comprising:

Figure 0005050625
繰り返し単位(M) 繰り返し単位(N)
Figure 0005050625
Repeating unit (M) Repeating unit (N)

Applied Physics Letters Vol.84, No.10 1653-1655 (2004)Applied Physics Letters Vol.84, No.10 1653-1655 (2004)

しかし、前記フルオレン共重合体を有機光電変換素子に用いても、光電変換効率が必ずしも十分ではないという問題がある。   However, even if the fluorene copolymer is used in an organic photoelectric conversion element, there is a problem that the photoelectric conversion efficiency is not always sufficient.

そこで、本発明は、有機光電変換素子の製造に用いた場合に優れた光電変換効率を付与することができる重合体を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the polymer which can provide the photoelectric conversion efficiency excellent when it uses for manufacture of an organic photoelectric conversion element.

本発明は第一に、下記式(1a)で表される構造および/または下記式(1b)で表される構造並びに下記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(A)と、下記式(1a)で表される構造および/または下記式(1b)で表される構造並びに下記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(B)とを含有する共重合体を提供するものである。

Figure 0005050625
(式中、R、R1およびR2は、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個のRは同一であっても相異なってもよい。) In the present invention, a block comprising a repeating unit consisting of a structure represented by the following formula (1a) and / or a structure represented by the following formula (1b) and a structure represented by the following formula (2) (A And a block (B) containing a repeating unit consisting of a structure represented by the following formula (1a) and / or a structure represented by the following formula (1b) and a structure represented by the following formula (3) A copolymer is provided.
Figure 0005050625
(In the formula, R, R 1 and R 2 are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an optionally substituted group having 6 to 60 carbon atoms. Represents an aryl group, and the hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom, and a plurality of R may be the same or different.

本発明は第二に、本発明の共重合体を含む有機層を有する有機光電変換素子を提供する。   The present invention secondly provides an organic photoelectric conversion device having an organic layer containing the copolymer of the present invention.

本発明は第三に、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に本発明の共重合体を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた電子供与性化合物を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子を提供する。   The present invention thirdly, a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, a first organic layer containing the copolymer of the present invention between the electrodes, and adjacent to the first organic layer. And an organic photoelectric conversion element having a second organic layer containing an electron donating compound.

本発明は第四に、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた本発明の共重合体を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子を提供する。   Fourthly, the present invention provides a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, a first organic layer containing an electron-accepting compound between the electrodes, and adjacent to the first organic layer. An organic photoelectric conversion device having a second organic layer containing the obtained copolymer of the present invention is provided.

本発明は第五に、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に本発明の共重合体および電子供与性化合物を含有する有機層を有する有機光電変換素子を提供する。   Fifth, the present invention provides an organic photoelectric conversion device having a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and an organic layer containing the copolymer of the present invention and an electron donating compound between the electrodes. .

本発明は第六に、少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物および本発明の共重合体を含有する有機層を有する有機光電変換素子を提供する。   Sixth, the present invention provides an organic photoelectric conversion device having a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and an organic layer containing an electron accepting compound and the copolymer of the present invention between the electrodes. .

本発明の共重合体は、有機光電変換素子の製造に用いた場合に優れた光電変換効率を付与することができるものである。また、有機溶媒への溶解性に優れ、塗布法にて有機光電変換素子の活性層を作製することができる。   The copolymer of the present invention can impart excellent photoelectric conversion efficiency when used in the production of an organic photoelectric conversion element. Moreover, it is excellent in the solubility to an organic solvent, and the active layer of an organic photoelectric conversion element can be produced by a coating method.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<共重合体>
本発明の共重合体は、前記式(1a)で表される構造および/または前記式(1b)で表される構造並びに前記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(A)と、前記式(1a)で表される構造および/または前記式(1b)で表される構造並びに前記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(B)を含有する共重合体であることを特徴とするものである。
<Copolymer>
The copolymer of the present invention is a block comprising a repeating unit comprising the structure represented by the formula (1a) and / or the structure represented by the formula (1b) and the structure represented by the formula (2) ( A) and a block (B) containing a repeating unit comprising the structure represented by the formula (1a) and / or the structure represented by the formula (1b) and the structure represented by the formula (3) It is characterized by being a copolymer.

前記式(1a)中、R、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個あるRは同一でも相異なっていてもよい。R1およびR2は、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基であることが好ましい。 In the formula (1a), R, R 1 and R 2 may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituent. A good aryl group having 6 to 60 carbon atoms is represented. The hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different. R 1 and R 2 are preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent.

前記式(1a)中、R、R1およびR2で表される炭素数1〜20のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、s−ブチル基、3−メチルブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基等が挙げられる。有機溶媒に対する溶解性と光電変換効率のバランスの観点からは、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基がより好ましい。前記アルキル基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。該当する置換基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。 In the formula (1a), R, the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 1 and R 2, a methyl group, an ethyl group, n- propyl group, i- propyl, n- butyl group, Examples include i-butyl, t-butyl, s-butyl, 3-methylbutyl, pentyl, hexyl, 2-ethylhexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, lauryl and the like. From the viewpoint of the balance between solubility in an organic solvent and photoelectric conversion efficiency, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a pentyl group, a hexyl group, a 2-ethylhexyl group, an octyl group, and a decyl group are more preferable. A hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the substituent include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluorobutyl group, a perfluorohexyl group, and a perfluorooctyl group.

前記式(1a)中、R、R1およびR2で表される炭素数1〜20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、i−プロピルオキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、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、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基等が挙げられる。前記アルコキシ基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。該当する置換基としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。 In the formula (1a), the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms represented by R, R 1 and R 2 includes a methoxy group, an ethoxy group, an n-propyloxy group, an i-propyloxy group, and n-butoxy. Group, i-butoxy group, s-butoxy group, t-butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyloxy group, octyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, 3 , 7-dimethyloctyloxy group, lauryloxy group and the like. A hydrogen atom in the alkoxy group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the substituent include a trifluoromethoxy group, a pentafluoroethoxy group, a perfluorobutoxy group, a perfluorohexyl group, and a perfluorooctyl group.

前記式(1a)中、R、R1およびR2で表される置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基としては、例えば、フェニル基、C1〜C12アルコキシフェニル基(C1〜C12は、炭素数1〜12であることを示す。以下も同様である。)、C1〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられ、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、C1〜C12アルコキシフェニル基、C1〜C12アルキルフェニル基がより好ましい。前記アリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基をその構造中に含むアルコキシ基が挙げられ、炭素数1〜12の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基が好ましい。前記アリール基中の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。 In the formula (1a), examples of the aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent represented by R, R 1 and R 2 include a phenyl group and a C 1 to C 12 alkoxyphenyl. group (C 1 -C 12 indicates that it is 1 to 12 carbon atoms. the same applies is less.), C 1 -C 12 alkylphenyl group, 1-naphthyl, 2-naphthyl and the like , An aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and a C 1 to C 12 alkoxyphenyl group and a C 1 to C 12 alkylphenyl group are more preferable. The aryl group may have a substituent. Examples of the substituent include a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an alkoxy group having a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in its structure. And a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferable. A hydrogen atom in the aryl group may be substituted with a fluorine atom.

式(1a)で表される構造としては、例えば下記の構造が挙げられる。 Examples of the structure represented by the formula (1a) include the following structures.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

前記式(1b)中、R、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個あるRは同一でも相異なっていてもよい。R1およびR2は、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基であることが好ましい。 In the formula (1b), R, R 1 and R 2 may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituent. A good aryl group having 6 to 60 carbon atoms is represented. The hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different. R 1 and R 2 are preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent.

前記式(1b)中、R、R1およびR2で表される炭素数1〜20のアルキル基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。 In the formula (1b), examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms represented by R, R 1 and R 2 include the same groups as in the case of the above (1a).

前記式(1b)中、R、R1およびR2で表される炭素数1〜20のアルコキシ基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。 In the formula (1b), examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms represented by R, R 1 and R 2 include the same groups as those in the above-mentioned (1a).

前記式(1b)中、R、R1およびR2で表される置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。 In the formula (1b), the aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent represented by R, R 1 and R 2 is the same group as in the case of the above (1a). can give.

式(1b)で表される構造としては、例えば下記の構造が挙げられる。 Examples of the structure represented by the formula (1b) include the following structures.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

前記式(2)中、Rは、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個あるRは同一でも相異なっていてもよい。   In the formula (2), R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. To express. The hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different.

前記式(2)中、Rで表される炭素数1〜20のアルキル基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the formula (2), examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms represented by R include the same groups as those described in the above (1a).

前記式(2)中、Rで表される炭素数1〜20のアルコキシ基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the formula (2), examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms represented by R include the same groups as those described in the above (1a).

前記式(2)中、Rで表される置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the formula (2), examples of the aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent represented by R include the same groups as those described in the above (1a).

式(2)で表される構造としては、例えば下記の構造が挙げられる。 Examples of the structure represented by the formula (2) include the following structures.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

前記式(1a)で表される構造および/または前記式(1b)で表される構造並びに前記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位としては、1種類以上の前記式(1a)で表される構造および1種類以上の前記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位、1種類以上の前記式(1b)で表される構造および1種類以上の前記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位、1種類以上の前記式(1a)で表される構造および1種類以上の前記式(1b)で表される構造および1種類以上の前記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位があげられる。   As the repeating unit comprising the structure represented by the formula (1a) and / or the structure represented by the formula (1b) and the structure represented by the formula (2), one or more types of the formula (1a) are used. A repeating unit comprising a structure represented by formula (1) and one or more types of structures represented by formula (2), one or more types of structures represented by formula (1b) and one or more types of formulas (2) A repeating unit composed of a structure represented by one or more types, a structure represented by one or more types of the formula (1a), a structure represented by one or more types of the formula (1b) and The repeating unit which consists of a structure is mentioned.

上記繰り返し単位の具体例としては、以下の繰り返し単位があげられる。   Specific examples of the repeating unit include the following repeating units.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

本発明の共重合体に含まれるブロック(A)は、上記繰り返し単位以外の繰り返し単位構造を含んでいてもよい。該繰り返し単位としては、例えば下記式(6−A)〜(6−H)で表される繰り返し単位等があげられる。   The block (A) contained in the copolymer of the present invention may contain a repeating unit structure other than the repeating unit. Examples of the repeating unit include repeating units represented by the following formulas (6-A) to (6-H).

Figure 0005050625
Figure 0005050625

Figure 0005050625
Figure 0005050625

Figure 0005050625

(式中、Rは、前記で定義したとおりである。複数個存在するRは、同一であっても異なっていてもよい。)
Figure 0005050625

(In the formula, R is as defined above. A plurality of R may be the same or different.)

ブロック(A)は、有機溶媒に対する溶解性及び吸収波長を長波長化する観点からは下記式(4)で表される繰り返し単位からなることが好ましい。

Figure 0005050625

(式中、R1およびR2は前述と同じ意味を表す。R3は、直鎖状の炭素数1〜20のアルキル基を表す。2個のR3は同一であっても相異なってもよい。) The block (A) is preferably composed of a repeating unit represented by the following formula (4) from the viewpoint of increasing the solubility in an organic solvent and increasing the absorption wavelength.
Figure 0005050625

(In the formula, R 1 and R 2 represent the same meaning as described above. R 3 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Two R 3 s may be the same or different. May be good.)

前記式(3)中、Rは、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個あるRは同一でも相異なっていてもよい。   In the formula (3), R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. To express. The hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different.

前記式(3)中、Rで表される炭素数1〜20のアルキル基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the formula (3), examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms represented by R include the same groups as those in the above (1a).

前記式(3)中、Rで表される炭素数1〜20のアルコキシ基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the above formula (3), examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms represented by R include the same groups as in the case of the above (1a).

前記式(3)中、Rで表される置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基としては、前述の(1a)の場合と同様の基があげられる。   In the formula (3), examples of the aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent represented by R include the same groups as those described in the above (1a).

本発明の共重合体に含まれるブロック(B)は、前記式(1a)で表される構造および/または前記式(1b)で表される構造並びに前記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。該繰り返し単位としては、例えば前記式(6−A)〜(6−H)で表される繰り返し単位等があげられる。   The block (B) contained in the copolymer of the present invention has a structure represented by the formula (1a) and / or a structure represented by the formula (1b) and a structure represented by the formula (3). A repeating unit other than the repeating unit may be included. Examples of the repeating unit include repeating units represented by the formulas (6-A) to (6-H).

式(3)で表される構造としては、例えば下記の構造が挙げられる。 Examples of the structure represented by the formula (3) include the following structures.


Figure 0005050625

Figure 0005050625

上記繰り返し単位としては、1種類以上の前記式(1a)で表される構造および1種類以上の前記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位、1種類以上の前記式(1b)で表される構造および1種類以上の前記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位、1種類以上の前記式(1a)で表される構造および1種類以上の前記式(1b)で表される構造および1種類以上の前記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位があげられる。   Examples of the repeating unit include one or more types of repeating units composed of a structure represented by the formula (1a) and one or more types of structures represented by the formula (3), and one or more types of the formula (1b). A repeating unit comprising a structure represented by one or more types of the formula (3), one or more structures represented by the formula (1a) and one or more types represented by the formula (1b) And repeating units composed of one or more types of structures represented by the formula (3).

上記繰り返し単位の具体例としては、以下の繰り返し単位があげられる。   Specific examples of the repeating unit include the following repeating units.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

本発明の共重合体に含まれるブロック(B)は、上記繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。該繰り返し単位としては、例えば前記式(6−A)〜(6−H)で表される繰り返し単位等があげられる。   The block (B) contained in the copolymer of the present invention may contain a repeating unit other than the above repeating unit. Examples of the repeating unit include repeating units represented by the formulas (6-A) to (6-H).

ブロック(B)は、電荷移動度、及び吸収波長を長波長化する観点からは、下記式(5)で表される繰り返し単位からなることが好ましい。

Figure 0005050625

(式中、R1、R2は、前述と同じ意味を表す。R4は、直鎖状の炭素数1〜20のアルキル基を表す。2個のR4は同一であっても相異なってもよい。) The block (B) is preferably composed of a repeating unit represented by the following formula (5) from the viewpoint of increasing the charge mobility and the absorption wavelength.
Figure 0005050625

(Wherein R 1 and R 2 represent the same meaning as described above. R 4 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Two R 4 s may be the same or different. May be.)

本発明の共重合体中の全繰返し単位の合計を100モルとすると、繰り返し単位として含まれる前記式(1a)で表される構造または前記式(1b)で表される構造の合計は、通常、10モル〜90モルの範囲であり、前記式(2)で示される繰返し単位は、通常、1モル〜60モルの範囲であり、前記式(3)で示される繰返し単位は、通常、1モル〜60モルの範囲である。また、本発明の共重合体が前記式(1a)で表される繰り返し単位、前記式(1b)で表される繰り返し単位、前記式(2)で表される繰り返し単位、前記式(3)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位含む場合、該繰返し単位の合計は、共重合体中の全繰返し単位に対して、通常、0.1モル〜30モルの範囲である。   When the total of all repeating units in the copolymer of the present invention is 100 mol, the structure represented by the formula (1a) or the structure represented by the formula (1b) contained as a repeating unit is usually The repeating unit represented by the formula (2) is usually in the range of 1 mol to 60 mol, and the repeating unit represented by the formula (3) is usually 1 mol. The range is from mol to 60 mol. The copolymer of the present invention is a repeating unit represented by the formula (1a), a repeating unit represented by the formula (1b), a repeating unit represented by the formula (2), and the formula (3). When the repeating unit other than the repeating unit represented by the formula (1) is included, the total of the repeating units is usually in the range of 0.1 mol to 30 mol with respect to all the repeating units in the copolymer.

本発明の共重合体は、素子の光電変換効率特性、有機溶媒に対する溶解性の観点から、ポリスチレン換算の数平均分子量が1×103〜1×108であることが好ましく、1×104〜1×107であることがより好ましい。ポリスチレン換算の重量平均分子量が1×103〜1×108であることが好ましく、1×104〜1×107であることがより好ましい。 The copolymer of the present invention preferably has a photoelectric conversion efficiency characteristics of the element, from the viewpoint of solubility in an organic solvent, a number average molecular weight in terms of polystyrene is 1 × 10 3 ~1 × 10 8 , 1 × 10 4 More preferably, it is ˜1 × 10 7 . The weight average molecular weight in terms of polystyrene is preferably 1 × 10 3 to 1 × 10 8 , and more preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 7 .

本発明の共重合体において、ブロック(A)は、素子の光電変換効率特性、及び溶解性の観点から、ポリスチレン換算の数平均分子量が1×103〜1×105であることが好ましく、1×104〜1×105であることがより好ましい。ポリスチレン換算の重量平均分子量が1×103〜1×105であることが好ましく、1×104〜1×105であることがより好ましい。 In the copolymer of the present invention, the block (A) preferably has a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 1 × 10 3 to 1 × 10 5 from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency characteristics of the device and solubility. It is more preferable that it is 1 × 10 4 to 1 × 10 5 . The weight average molecular weight in terms of polystyrene is 1 × 10 3 ~1 × 10 5 , more preferably 1 × 10 4 ~1 × 10 5 .

本発明において、ポリスチレン換算の数平均分子量および重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。   In the present invention, the polystyrene-equivalent number average molecular weight and weight average molecular weight can be determined by gel permeation chromatography (GPC).

本発明の共重合体に含まれるブロック(A)とブロック(B)の合計数を100とした場合にブロック(A)の数が5〜95であることが好ましく、10〜90であることがより好ましく、15〜85が好ましい。     When the total number of blocks (A) and blocks (B) contained in the copolymer of the present invention is defined as 100, the number of blocks (A) is preferably 5 to 95, and preferably 10 to 90. More preferred is 15 to 85.

また、本発明の共重合体の末端に重合活性基がそのまま残っていると、素子にしたときの光電変換効率が低下する可能性があるので、該共重合体の末端は安定な保護基で保護されていてもよい。保護基としては、主鎖の共役構造と連続した共役結合を有しているものが好ましく、例えば、炭素―炭素結合を介してアリール基又は複素環基と結合している構造を有するものが挙げられる。具体的には、特開平9−45478号公報の化10に記載の置換基等が例示される。   In addition, if a polymerization active group remains at the terminal of the copolymer of the present invention as it is, there is a possibility that the photoelectric conversion efficiency when it is made into an element may decrease, so the terminal of the copolymer is a stable protective group. It may be protected. As the protecting group, those having a conjugated bond continuous with the conjugated structure of the main chain are preferable, and examples thereof include those having a structure bonded to an aryl group or a heterocyclic group via a carbon-carbon bond. It is done. Specific examples include substituents described in Chemical formula 10 of JP-A-9-45478.

本発明の共重合体に対する良溶媒としては、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、n−ブチルベンゼンなどが例示される。共重合体の構造や分子量にもよるが、通常はこれらの溶媒に共重合体を0.1重量%以上溶解させることができる。   Examples of the good solvent for the copolymer of the present invention include chloroform, methylene chloride, dichloroethane, tetrahydrofuran, toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, and n-butylbenzene. Although depending on the structure and molecular weight of the copolymer, it is usually possible to dissolve the copolymer in an amount of 0.1% by weight or more in these solvents.

<共重合体の製造方法>
次に本発明の共重合体の製造方法について説明する。
共重合体の合成方法としては、例えば、高分子量のブロック(A)を合成し、ここへブロック(B)を構成するモノマーを添加し重合する方法、あらかじめ高分子量のブロック(A)と高分子量のブロック(B)を合成し、これらをあわせて重合する方法などが挙げられる。
<Method for producing copolymer>
Next, the manufacturing method of the copolymer of this invention is demonstrated.
As a method for synthesizing the copolymer, for example, a method of synthesizing a high molecular weight block (A), adding a monomer constituting the block (B) to the polymer and polymerizing the copolymer, a high molecular weight block (A) and a high molecular weight in advance. And a method of synthesizing these blocks (B) and polymerizing them together.

例えば、Y1−Ar1−Y2で示される化合物、Y3−Ar2−Y4で示される化合物、Y5−Ar3−Y6で示される化合物、Y7−Ar4−Y8で示される化合物、を原料として用い、これを縮合重合させることにより本発明の共重合体を製造することができる(式中、Ar1は前記式(1a)、Ar2は前記式(1b)、Ar3は前記式(2)、Ar4は前記式(3)で構造を表し、Y1〜Y8はおのおの独立に、縮合重合に関与する置換基を示す。) For example, a compound represented by Y 1 -Ar 1 -Y 2 , a compound represented by Y 3 -Ar 2 -Y 4 , a compound represented by Y 5 -Ar 3 -Y 6 , and Y 7 -Ar 4 -Y 8 The copolymer of the present invention can be produced by using the compound shown as a raw material and subjecting it to condensation polymerization (wherein Ar 1 is the formula (1a), Ar 2 is the formula (1b), Ar 3 represents the structure of the above formula (2), Ar 4 represents the structure of the above formula (3), and Y 1 to Y 8 each independently represent a substituent involved in the condensation polymerization.

本発明の共重合体の製造方法において、縮合重合に関与する置換基(Y1〜Y8)としては、ハロゲン原子、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、−B(OH)2、ホルミル基、シアノ基またはビニル基等が挙げられる。 In the method for producing a copolymer of the present invention, examples of the substituent (Y 1 to Y 8 ) involved in condensation polymerization include a halogen atom, an alkylsulfo group, an arylsulfo group, an arylalkylsulfo group, a borate group, and a sulfonium. Examples thereof include a methyl group, a phosphonium methyl group, a phosphonate methyl group, a monohalogenated methyl group, -B (OH) 2 , a formyl group, a cyano group, and a vinyl group.

アルキルスルホ基としては、メタンスルホ基、エタンスルホ基、トリフルオロメタンスルホ基などが例示される。アリールスルホ基としては、ベンゼンスルホ基、p−トルエンスルホ基などが例示される。アリールアルキルスルホ基としては、ベンジルスルホ基などが例示される。   Examples of the alkylsulfo group include a methanesulfo group, an ethanesulfo group, and a trifluoromethanesulfo group. Examples of the arylsulfo group include a benzenesulfo group and a p-toluenesulfo group. Examples of the arylalkylsulfo group include a benzylsulfo group.

ホウ酸エステル基としては、下記式で示される基が例示される。   Examples of the borate group include groups represented by the following formula.

Figure 0005050625

(式中、Meはメチル基を示し、Etはエチル基を示す。)
Figure 0005050625

(In the formula, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.)

スルホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2+Me2-、 −CH2+Ph2-
(式中、Xはハロゲン原子を示し、Meはメチル基を示し、Phはフェニル基を示す。)
Examples of the sulfonium methyl group include groups represented by the following formula.
-CH 2 S + Me 2 X - , -CH 2 S + Ph 2 X -
(In the formula, X represents a halogen atom, Me represents a methyl group, and Ph represents a phenyl group.)

ホスホニウムメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2+Ph3-
(式中、Xはハロゲン原子を示し、Phはフェニル基を示す。)
Examples of the phosphonium methyl group include groups represented by the following formula.
-CH 2 P + Ph 3 X -
(In the formula, X represents a halogen atom, and Ph represents a phenyl group.)

ホスホネートメチル基としては、下記式で示される基が例示される。
−CH2PO(OR’)2
(式中、R’はアルキル基、アリール基、アリールアルキル基を示す。)
Examples of the phosphonate methyl group include groups represented by the following formula.
-CH 2 PO (OR ') 2
(In the formula, R ′ represents an alkyl group, an aryl group, or an arylalkyl group.)

モノハロゲン化メチル基としては、フッ化メチル基、塩化メチル基、臭化メチル基またはヨウ化メチル基が例示される。   Examples of the monohalogenated methyl group include a methyl fluoride group, a methyl chloride group, a methyl bromide group, and a methyl iodide group.

縮合重合に関与する置換基として好ましい置換基は重合反応の種類によって異なるが、例えばYamamotoカップリング反応など0価ニッケル錯体(Ni(0)錯体)を用いる場合には、ハロゲン原子、アルキルスルホ基、アリールスルホ基またはアリールアルキルスルホ基が挙げられる。またSuzukiカップリング反応などニッケル触媒またはパラジウム触媒を用いる場合には、アルキルスルホ基、ハロゲン原子、ホウ酸エステル基、−B(OH)2などが挙げられる。 A preferable substituent as a substituent involved in the condensation polymerization varies depending on the kind of the polymerization reaction. For example, when a zero-valent nickel complex (Ni (0) complex) such as a Yamamoto coupling reaction is used, a halogen atom, an alkylsulfo group, An arylsulfo group or an arylalkylsulfo group is mentioned. In the case of using a nickel catalyst or a palladium catalyst such as a Suzuki coupling reaction, an alkylsulfo group, a halogen atom, a borate group, -B (OH) 2 and the like can be mentioned.

本発明の共重合体の製造方法は、具体的には、モノマーとなる、縮合重合に関与する置換基を2個有する化合物を、必要に応じ、有機溶媒に溶解し、例えばアルカリや適当な触媒を用い、有機溶媒の融点以上沸点以下の温度で行うことができる。例えば、“オルガニック リアクションズ(Organic Reactions)”,第14巻,270−490頁,ジョンワイリー アンド サンズ(John Wiley&Sons,Inc.),1965年、“オルガニック シンセシス(Organic Syntheses)”,コレクティブ第6巻(Collective Volume VI),407−411頁,ジョンワイリー アンド サンズ(John Wiley&Sons,Inc.),1988年、ケミカル レビュー(Chem.Rev.),第95巻,2457頁(1995年)、ジャーナル オブ オルガノメタリック ケミストリー(J.Organomet.Chem.),第576巻,147頁(1999年)、マクロモレキュラー ケミストリー マクロモレキュラー シンポジウム(Macromol.Chem.,Macromol.Symp.),第12巻,229頁(1987年)などに記載の公知の方法を用いることができる。   Specifically, the method for producing a copolymer of the present invention comprises dissolving a compound, which is a monomer and having two substituents involved in condensation polymerization, in an organic solvent as necessary, for example, an alkali or an appropriate catalyst. Can be used at a temperature not lower than the melting point of the organic solvent and not higher than the boiling point. For example, “Organic Reactions”, Vol. 14, pp. 270-490, John Wiley & Sons, Inc., 1965, “Organic Synthesis”, Collective Volume 6. (Collective Volume VI), 407-411, John Wiley & Sons, Inc., 1988, Chemical Review (Chem. Rev.), 95, 2457 (1995), Journal of Organometallic. Chemistry (J. Organomet. Chem.), 576, 147 (1999), Macromolecular Chemistry Macro Rekyura Symposium (Macromol.Chem., Macromol.Symp.), Vol. 12, page 229 (1987) may be a known method described, for example.

本発明の共重合体の製造方法において、縮合重合に関与する置換基に応じて、既知の縮合反応を用いることができる。例えば該当するモノマーを、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、ゼロ価ニッケル錯体により重合する方法、FeCl3等の酸化剤により重合する方法、電気化学的に酸化重合する方法、または適当な脱離基を有する中間体高分子の分解による方法などが例示される。これらのうち、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Grignard反応により重合する方法、及びゼロ価ニッケル錯体により重合する方法は、構造制御がしやすいので好ましい。 In the method for producing a copolymer of the present invention, a known condensation reaction can be used depending on the substituent involved in the condensation polymerization. For example, a method of polymerizing a corresponding monomer by a Suzuki coupling reaction, a method of polymerizing by a Grignard reaction, a method of polymerizing by a zerovalent nickel complex, a method of polymerizing by an oxidizing agent such as FeCl 3, a method of electrochemical oxidative polymerization Or a method by decomposition of an intermediate polymer having an appropriate leaving group. Among these, the method of polymerizing by Suzuki coupling reaction, the method of polymerizing by Grignard reaction, and the method of polymerizing by zero-valent nickel complex are preferable because the structure can be easily controlled.

本発明の共重合体の製造方法の中で、縮合重合に関与する置換基(Y1〜Y8)が独立に、ハロゲン原子、アルキルスルホ基、アリールスルホ基又はアリールアルキルスルホ基から選ばれ、ゼロ価ニッケル錯体存在下で縮合重合する製造方法が好ましい。原料化合物としては、例えば、ジハロゲン化化合物、ビス(アルキルスルホネート)化合物、ビス(アリールスルホネート)化合物、ビス(アリールアルキルスルホネート)化合物、ハロゲン−アルキルスルホネート化合物、ハロゲン−アリールスルホネート化合物、ハロゲン−アリールアルキルスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物、およびアリールスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物が挙げられる。これらのうち、原料化合物として、例えば、ハロゲン−アルキルスルホネート化合物、ハロゲン−アリールスルホネート化合物、ハロゲン−アリールアルキルスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールスルホネート化合物、アルキルスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物、又はアリールスルホネート−アリールアルキルスルホネート化合物を用いることにより、シーケンスを制御した共重合体を製造する方法が挙げられる。 In the method for producing a copolymer of the present invention, substituents (Y 1 to Y 8 ) involved in condensation polymerization are independently selected from a halogen atom, an alkylsulfo group, an arylsulfo group or an arylalkylsulfo group, A production method in which condensation polymerization is performed in the presence of a zerovalent nickel complex is preferred. Examples of the raw material compound include dihalogenated compounds, bis (alkyl sulfonate) compounds, bis (aryl sulfonate) compounds, bis (aryl alkyl sulfonate) compounds, halogen-alkyl sulfonate compounds, halogen-aryl sulfonate compounds, and halogen-aryl alkyl sulfonates. Compounds, alkyl sulfonate-aryl sulfonate compounds, alkyl sulfonate-aryl alkyl sulfonate compounds, and aryl sulfonate-aryl alkyl sulfonate compounds. Among these, as raw material compounds, for example, halogen-alkyl sulfonate compounds, halogen-aryl sulfonate compounds, halogen-aryl alkyl sulfonate compounds, alkyl sulfonate-aryl sulfonate compounds, alkyl sulfonate-aryl alkyl sulfonate compounds, or aryl sulfonate-aryl alkyls. The method of manufacturing the copolymer which controlled the sequence by using a sulfonate compound is mentioned.

また、本発明の製造方法の中で、縮合重合に関与する置換基(Y1〜Y8)が独立に、ハロゲン原子、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸基(−B(OH)2)、又はホウ酸エステル基から選ばれ、全原料化合物が有する、ハロゲン原子、アルキルスルホ基、アリールスルホ基及びアリールアルキルスルホ基のモル数の合計(J)と、ホウ酸基及びホウ酸エステル基のモル数の合計(K)との比K/Jが実質的に1(通常、0.7〜1.2の範囲)であり、ニッケル触媒またはパラジウム触媒を用いて縮合重合する製造方法が好ましい。具体的な原料化合物の組み合わせとしては、ジハロゲン化化合物、ビス(アルキルスルホネート)化合物、ビス(アリールスルホネート)化合物又はビス(アリールアルキルスルホネート)化合物とジホウ酸化合物又はジホウ酸エステル化合物との組み合わせが挙げられる。また、ハロゲン−ホウ酸化合物、ハロゲン−ホウ酸エステル化合物、アルキルスルホネート−ホウ酸化合物、アルキルスルホネート−ホウ酸エステル化合物、アリールスルホネート−ホウ酸化合物、アリールスルホネート−ホウ酸エステル化合物、アリールアルキルスルホネート−ホウ酸化合物、アリールアルキルスルホネート−ホウ酸エステル化合物が挙げられる。これらのうち、原料化合物として、例えば、ハロゲン−ホウ酸化合物、ハロゲン−ホウ酸エステル化合物、アルキルスルホネート−ホウ酸化合物、アルキルスルホネート−ホウ酸エステル化合物、アリールスルホネート−ホウ酸化合物、アリールスルホネート−ホウ酸エステル化合物、アリールアルキルスルホネート−ホウ酸化合物、アリールアルキルスルホネート−ホウ酸エステル化合物を用いることにより、シーケンスを制御した共重合体を製造する方法が挙げられる。 In the production method of the present invention, the substituents (Y 1 to Y 8 ) involved in the condensation polymerization are independently halogen atoms, alkylsulfo groups, arylsulfo groups, arylalkylsulfo groups, boric acid groups (— B (OH) 2 ) or a boric acid ester group, and the total number (M) of moles of halogen atoms, alkylsulfo groups, arylsulfo groups and arylalkylsulfo groups possessed by all raw material compounds, and boric acid groups And the ratio K / J to the total number of moles of boric acid ester groups (K) is substantially 1 (usually in the range of 0.7 to 1.2), and is a condensation polymerization using a nickel catalyst or a palladium catalyst. The manufacturing method is preferred. Specific examples of the combination of raw material compounds include a combination of a dihalogenated compound, a bis (alkyl sulfonate) compound, a bis (aryl sulfonate) compound or a bis (aryl alkyl sulfonate) compound and a diboric acid compound or a diboric acid ester compound. . Also, halogen-boric acid compounds, halogen-boric acid ester compounds, alkyl sulfonate-boric acid compounds, alkyl sulfonate-boric acid ester compounds, aryl sulfonate-boric acid compounds, aryl sulfonate-boric acid ester compounds, arylalkyl sulfonate-borates An acid compound and an arylalkyl sulfonate-borate ester compound are mentioned. Among these, as raw material compounds, for example, halogen-boric acid compounds, halogen-boric acid ester compounds, alkyl sulfonate-boric acid compounds, alkyl sulfonate-boric acid ester compounds, aryl sulfonate-boric acid compounds, aryl sulfonate-boric acid. The method of manufacturing the copolymer which controlled the sequence by using an ester compound, an arylalkyl sulfonate-borate compound, and an arylalkyl sulfonate-borate ester compound is mentioned.

反応に用いる溶媒は、用いる化合物や反応によっても異なるが、一般に副反応を抑制するために、十分に脱酸素処理を施すことが好ましい。反応は不活性雰囲気下で進行させることが好ましい。また、同様に、反応に用いる溶媒は、脱水処理を施すことが好ましい。
但し、Suzukiカップリング反応のような水との2相系での反応の場合にはその限りではない。
Although the solvent used for the reaction varies depending on the compound used and the reaction, it is generally preferable to perform sufficient deoxygenation treatment in order to suppress side reactions. The reaction is preferably allowed to proceed under an inert atmosphere. Similarly, the solvent used in the reaction is preferably subjected to dehydration treatment.
However, this is not the case in the case of a two-phase reaction with water, such as the Suzuki coupling reaction.

溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、デカリンなどの飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、n−ブチルベンゼン、キシレン、テトラリンなどの芳香族炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサンなどのハロゲン化飽和炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、t−ブチルアルコールなどのアルコール類、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサンなどのエーテル類、トリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、ピリジンなどのアミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルモルホリンオキシドなどのアミド類などが例示される。これらの溶媒は単一で、又は混合して用いてもよい。これらの中で、エーテル類が好ましく、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルがさらに好ましい。   Solvents include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, cyclohexane, decalin, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, n-butylbenzene, xylene, tetralin, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, Halogenated saturated hydrocarbons such as chlorobutane, bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane, bromocyclohexane, halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene, methanol, ethanol, propanol , Alcohols such as isopropanol, butanol and t-butyl alcohol, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and propionic acid, dimethyl ether, diethyl ether Ethers such as ter, methyl-t-butyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran and dioxane, amines such as trimethylamine, triethylamine, N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine and pyridine, N, N-dimethylformamide, Examples include amides such as N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, and N-methylmorpholine oxide. These solvents may be used alone or in combination. Of these, ethers are preferable, and tetrahydrofuran and diethyl ether are more preferable.

反応させるために適宜アルカリや適当な触媒を添加する。これらは用いる反応に応じて選択すればよい。該アルカリ又は触媒は、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい。アルカリとしては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基;トリエチルアミン等の有機塩基;フッ化セシウム等の無機塩が挙げられる。触媒としては、例えば、パラジウム〔テトラキス(トリフェニルホスフィン)〕、パラジウムアセテート類が挙げられる。アルカリ又は触媒を混合する方法としては、反応液をアルゴンや窒素などの不活性雰囲気下で攪拌しながらゆっくりとアルカリ又は触媒の溶液を添加するか、逆にアルカリ又は触媒の溶液に反応液をゆっくりと添加する方法が例示される。   In order to make it react, an alkali and a suitable catalyst are added suitably. These may be selected according to the reaction used. The alkali or catalyst is preferably one that is sufficiently dissolved in the solvent used in the reaction. Examples of the alkali include inorganic bases such as potassium carbonate and sodium carbonate; organic bases such as triethylamine; inorganic salts such as cesium fluoride. Examples of the catalyst include palladium [tetrakis (triphenylphosphine)] and palladium acetates. As a method of mixing the alkali or catalyst, slowly add the alkali or catalyst solution while stirring the reaction solution under an inert atmosphere such as argon or nitrogen, or conversely, slowly add the reaction solution to the alkali or catalyst solution. And the method of adding.

本発明の共重合体を有機太陽電池等に用いる場合、その純度が光電変換効率等の素子の性能に影響を与えるため、重合前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製したのちに重合することが好ましい。また重合後、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の純化処理をすることが好ましい。   When the copolymer of the present invention is used for an organic solar cell or the like, the purity affects the device performance such as photoelectric conversion efficiency. Therefore, the monomer before polymerization is purified by a method such as distillation, sublimation purification, and recrystallization. It is preferable to polymerize later. Further, after the polymerization, it is preferable to carry out a purification treatment such as reprecipitation purification and fractionation by chromatography.

<有機光電変換素子>
本発明の有機光電変換素子は、一対の電極と、該電極間に含まれる電子受容性化合物と電子供与性化合物とが隣接してヘテロ接合界面を形成していれば特に制限されず、具体的には、
1.一対の電極と、該電極間に本発明の共重合体を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた電子供与性化合物を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子;
2.一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた本発明の共重合体を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子;
3.一対の電極と、該電極間に本発明の共重合体及び電子供与性化合物を含有する有機層を少なくとも一層有する有機光電変換素子;
4.一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物および本発明の共重合体を含有する有機層を有する有機光電変換素子;
5.一対の電極と、該電極間に設けられ電子受容性化合物及び本発明の共重合体を含有する有機層を少なくとも一層有する有機光電変換素子であって、該電子受容性化合物がフラーレン誘導体である有機光電変換素子;
<Organic photoelectric conversion element>
The organic photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as long as a pair of electrodes, and an electron accepting compound and an electron donating compound contained between the electrodes are adjacent to form a heterojunction interface. Is
1. A pair of electrodes, a first organic layer containing the copolymer of the present invention between the electrodes, and a second organic layer containing an electron donating compound provided adjacent to the first organic layer An organic photoelectric conversion element having:
2. A pair of electrodes, a first organic layer containing an electron-accepting compound between the electrodes, and a second organic layer containing the copolymer of the present invention provided adjacent to the first organic layer An organic photoelectric conversion element having:
3. An organic photoelectric conversion element having at least one organic layer containing a pair of electrodes and the copolymer of the present invention and an electron donating compound between the electrodes;
4). An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and an organic layer containing an electron-accepting compound and the copolymer of the present invention between the electrodes;
5. An organic photoelectric conversion element having at least one organic layer containing a pair of electrodes and an electron-accepting compound and a copolymer of the present invention provided between the electrodes, wherein the electron-accepting compound is a fullerene derivative Photoelectric conversion element;

また、前記5.の有機光電変換素子では、フラーレン誘導体及び本発明の共重合体を含有する有機層におけるフラーレン誘導体の割合が、本発明の共重合体100重量部に対して、10〜1000重量部であることが好ましく、50〜500重量部であることがより好ましい。   In addition, said 5. In the organic photoelectric conversion device, the ratio of the fullerene derivative in the organic layer containing the fullerene derivative and the copolymer of the present invention is 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymer of the present invention. Preferably, it is 50-500 weight part.

次に、有機光電変換素子の動作機構を説明する。透明又は半透明の電極から入射した光エネルギーが電子受容性化合物及び/又は電子供与性化合物で吸収され、電子とホールの結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、電子受容性化合物と電子供与性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると界面でのそれぞれのHOMOエネルギー及びLUMOエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷(電子とホール)が発生する。発生した電荷は、それぞれ電極へ移動することにより外部へ電気エネルギー(電流)として取り出すことができる。   Next, the operation mechanism of the organic photoelectric conversion element will be described. Light energy incident from a transparent or translucent electrode is absorbed by the electron-accepting compound and / or the electron-donating compound to generate excitons in which electrons and holes are combined. When the generated excitons move and reach the heterojunction interface where the electron-accepting compound and the electron-donating compound are adjacent to each other, electrons and holes are separated due to the difference in HOMO energy and LUMO energy at the interface. Electric charges (electrons and holes) that can move are generated. The generated charges can be taken out as electric energy (current) by moving to the electrodes.

有機光電変換素子が高い変換効率を有するためには、前記電子受容性化合物、前記電子供与性化合物が所望の入射光のスペクトルを効率よく吸収することができる吸収域を有するものであること、ヘテロ接合界面が励起子を効率よく分離するためにヘテロ接合界面を多く含むこと、ヘテロ接合界面が生成した電荷を速やかに電極へ輸送する電荷輸送性を有することが重要である。   In order for the organic photoelectric conversion element to have high conversion efficiency, the electron-accepting compound and the electron-donating compound have an absorption region that can efficiently absorb a desired incident light spectrum, It is important that the junction interface includes many heterojunction interfaces in order to efficiently separate excitons, and that the junction interface has a charge transport property for quickly transporting the charges generated by the heterojunction interface to the electrode.

このような観点から、本発明の有機光電変換素子としては、前記3、前記4.又は前記5.が好ましく、ヘテロ接合界面を多く含むという観点からは、前記5.がより好ましい。また、本発明の有機光電変換素子には、少なくとも一方の電極と該素子中の有機層との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、例えば、ホール又は電子を輸送する電荷輸送層が挙げられる。   From such a viewpoint, the organic photoelectric conversion device of the present invention includes the above-mentioned 3, and 4. Or 5. From the viewpoint of including many heterojunction interfaces, 5. Is more preferable. In the organic photoelectric conversion element of the present invention, an additional layer may be provided between at least one electrode and the organic layer in the element. Examples of the additional layer include a charge transport layer that transports holes or electrons.

本発明の共重合体を電子供与体として用いる場合、有機光電変換素子に好適に用いられる電子受容体は、電子受容体のHOMOエネルギーが共重合体のHOMOエネルギーよりも高く、かつ、電子受容体のLUMOエネルギーが共重合体のLUMOエネルギーよりも高くなる。また、本発明の共重合体を電子受容体として用いる場合、有機光電変換素子に好適に用いられる電子供与体は、電子供与体のHOMOエネルギーが共重合体のHOMOエネルギーよりも低く、かつ、電子供与体のLUMOエネルギーが共重合体のLUMOエネルギーよりも低くなる。   When the copolymer of the present invention is used as an electron donor, the electron acceptor suitably used for the organic photoelectric conversion element is such that the HOMO energy of the electron acceptor is higher than the HOMO energy of the copolymer, and the electron acceptor. The LUMO energy of the copolymer becomes higher than the LUMO energy of the copolymer. In addition, when the copolymer of the present invention is used as an electron acceptor, the electron donor that is preferably used for the organic photoelectric conversion element has an electron donor whose HOMO energy is lower than that of the copolymer, The LUMO energy of the donor is lower than the LUMO energy of the copolymer.

本発明の有機光電変換素子は、通常、基板上に形成される。この基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に変化しないものであればよい。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコン等が挙げられる。不透明な基板の場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明又は半透明であることが好ましい。   The organic photoelectric conversion element of the present invention is usually formed on a substrate. This substrate may be any substrate that does not change when an electrode is formed and an organic layer is formed. Examples of the material for the substrate include glass, plastic, polymer film, and silicon. In the case of an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably transparent or translucent.

前記の透明又は半透明の電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。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)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作製された膜(NESA等)や、金、白金、銀、銅等が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、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、メッキ法等が挙げられる。また、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等の有機の透明導電膜を用いてもよい。さらに電極材料としては、金属、導電性高分子等を用いることができ、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、イッテルビウム等の金属、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等が用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。   Examples of the transparent or translucent electrode material include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and a composite film made of conductive glass made of indium / tin / oxide (ITO), indium / zinc / oxide, etc. (NESA) Etc.), gold, platinum, silver, copper and the like are used, and ITO, indium / zinc / oxide, 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, a plating method, and the like. Moreover, you may use organic transparent conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as an electrode material. Furthermore, as the electrode material, a metal, a conductive polymer, or the like can be used. Preferably, one of the pair of electrodes is preferably a material having a small work function. For example, metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and two of them One or more alloys, or one or more of them and an alloy of one or more of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, tin, graphite, or a graphite intercalation compound are used. It is done. Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, calcium-aluminum alloy and the like.

前記付加的な層としての電荷輸送層、即ち、ホール輸送層、電子輸送層に用いられる材料として、それぞれ後述の電子供与性化合物、電子受容性化合物を用いることができる。付加的な層としてのバッファ層として用いられる材料としては、フッ化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化物等を用いることができる。また、酸化チタン等無機半導体の微粒子を用いることもできる。   As materials used for the charge transport layer as the additional layer, that is, the hole transport layer and the electron transport layer, an electron donating compound and an electron accepting compound described later can be used, respectively. As a material used as a buffer layer as an additional layer, an alkali metal such as lithium fluoride, an alkaline earth metal halide, an oxide, or the like can be used. In addition, fine particles of an inorganic semiconductor such as titanium oxide can be used.

本発明の有機光電変換素子における前記有機層(本発明の共重合体を含有する有機層)としては、例えば、本発明の共重合体を含有する有機薄膜を用いることができる。   As said organic layer (organic layer containing the copolymer of this invention) in the organic photoelectric conversion element of this invention, the organic thin film containing the copolymer of this invention can be used, for example.

前記有機薄膜は、膜厚が、通常、1nm〜100μm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〜200nmである。   The organic thin film has a thickness of usually 1 nm to 100 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 200 nm.

前記有機薄膜は、本発明の共重合体を一種単独で含んでいても二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、前記有機薄膜のホール輸送性を高めるため、前記有機薄膜中に電子供与性化合物及び/又は電子受容性化合物として、低分子化合物及び/又は本発明の共重合体以外の重合体を混合して用いることもできる。   The said organic thin film may contain the copolymer of this invention individually by 1 type, or may contain it in combination of 2 or more types. In order to improve the hole transport property of the organic thin film, a low molecular compound and / or a polymer other than the copolymer of the present invention is mixed as an electron donating compound and / or an electron accepting compound in the organic thin film. Can also be used.

前記電子供与性化合物としては、本発明の共重合体のほか、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、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、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体等が挙げられる。   Examples of the electron donating compound include, in addition to the copolymer of the present invention, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof. And polysiloxane derivatives having an aromatic amine in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and the like.

前記電子受容性化合物としては、本発明の共重合体のほか、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、C60等のフラーレン類及びその誘導体、バソクプロイン等のフェナントレン誘導体等が挙げられ、とりわけフラーレン類及びその誘導体が好ましい。 Examples of the electron-accepting compound include, in addition to the copolymer of the present invention, oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and derivatives thereof, benzoquinone and derivatives thereof, naphthoquinone and derivatives thereof, anthraquinones and derivatives thereof, tetracyanoanthra Quinodimethane and derivatives thereof, fluorenone derivatives, diphenyldicyanoethylene and derivatives thereof, diphenoquinone derivatives, metal complexes of 8-hydroxyquinoline and derivatives thereof, polyquinoline and derivatives thereof, polyquinoxaline and derivatives thereof, polyfluorene and derivatives thereof, C 60 And fullerenes and derivatives thereof, phenanthrene derivatives such as bathocuproine, and the like. Fullerenes and derivatives thereof are particularly preferable.

フラーレン類としては、C60、C70、カーボンナノチューブ、及びその誘導体が挙げられる。誘導体の具体的構造としては、以下のようなものが挙げられる。 Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , carbon nanotubes, and derivatives thereof. Specific examples of the derivative include the following.

Figure 0005050625

Figure 0005050625

<有機薄膜の製造方法>
前記有機薄膜の製造方法は、特に制限されず、例えば、本発明の共重合体を含む溶液からの成膜による方法が挙げられるが、真空蒸着法により薄膜を形成してもよい。
<Method for producing organic thin film>
The method for producing the organic thin film is not particularly limited, and examples thereof include a method by film formation from a solution containing the copolymer of the present invention, but the thin film may be formed by vacuum deposition.

溶液からの成膜に用いる溶媒は、本発明の共重合体を溶解させるものであれば特に制限はない。この溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベゼン、テrt−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類系溶媒等が挙げられる。本発明の共重合体は、通常、前記溶媒に0.1重量%以上溶解させることができる。   The solvent used for film formation from a solution is not particularly limited as long as it dissolves the copolymer of the present invention. Examples of the solvent include unsaturated hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, bicyclohexyl, n-butylbenzene, sec-butylbezen, and tert-butylbenzene, carbon tetrachloride, chloroform, and dichloromethane. Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as dichloroethane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane and bromocyclohexane, and halogenated unsaturated hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene and trichlorobenzene Examples of the solvent include ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran. The copolymer of the present invention can usually be dissolved in the solvent in an amount of 0.1% by weight or more.

溶液からの成膜には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができ、スピンコート法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法が好ましい。   For film formation from solution, spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, spray coating method, screen printing method, flexographic method Coating methods such as a printing method, an offset printing method, an ink jet printing method, a dispenser printing method, a nozzle coating method, a capillary coating method can be used, and a spin coating method, a flexographic printing method, an ink jet printing method, and a dispenser printing method are preferable.

有機光電変換素子は、透明又は半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、有機薄膜太陽電池として動作させることができる。有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールとして用いることもできる。   By irradiating light such as sunlight from a transparent or translucent electrode, the organic photoelectric conversion element generates a photovoltaic force between the electrodes and can be operated as an organic thin film solar cell. It can also be used as an organic thin film solar cell module by integrating a plurality of organic thin film solar cells.

また、電極間に電圧を印加した状態で、透明又は半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、有機光センサーとして動作させることができる。有機光センサーを複数集積することにより有機イメージセンサーとして用いることもできる。   In addition, by applying light from a transparent or translucent electrode in a state where a voltage is applied between the electrodes, a photocurrent flows and it can be operated as an organic photosensor. It can also be used as an organic image sensor by integrating a plurality of organic photosensors.

<素子の用途>
本発明の有機光電変換素子は、複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュール、有機イメージセンサーを構成することができる。
<Application of device>
An organic thin film solar cell module and an organic image sensor can be configured by integrating a plurality of the organic photoelectric conversion elements of the present invention.

以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples will be shown below for illustrating the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

以下の実施例において、重合体の分子量は、島津製作所製GPC(商品名:LC−10Avp)またはGPCラボラトリー製GPC(PL−GPC2000)により、ポリスチレン換算の数平均分子量を求めた。LC−10Avpにて測定する場合、重合体を約0.5重量%の濃度となるようにテトラヒドロフランに溶解させ、GPCに50μL注入した。GPCの移動相は、テトラヒドロフランを用い、0.6mL/分の流速で流した。カラムは、TSKgel SuperHM−H(東ソー製)2本と、TSKgel SuperH2000(東ソー製)1本とを直列に繋げた。検出器には、示差屈折率検出器(島津製作所製、商品名:RID−10A)を用いた。PL−GPC2000にて測定する場合、重合体を約1重量%の濃度となるようにo−ジクロロベンゼンに溶解させた。GPCの移動相はo−ジクロロベンゼンを用い、測定温度140℃で、1mL/分の流速で流した。カラムは、PLGEL 10μm MIXED−B(PLラボラトリー製)を3本直列で繋げた。   In the following examples, the molecular weight of the polymer was determined as the number average molecular weight in terms of polystyrene by GPC (trade name: LC-10Avp) manufactured by Shimadzu Corporation or GPC (PL-GPC2000) manufactured by GPC Laboratory. When measured by LC-10Avp, the polymer was dissolved in tetrahydrofuran to a concentration of about 0.5% by weight, and 50 μL was injected into GPC. Tetrahydrofuran was used as the GPC mobile phase, and flowed at a flow rate of 0.6 mL / min. As for the column, two TSKgel SuperHM-H (manufactured by Tosoh) and one TSKgel SuperH2000 (manufactured by Tosoh) were connected in series. A differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: RID-10A) was used as the detector. When measured with PL-GPC2000, the polymer was dissolved in o-dichlorobenzene so as to have a concentration of about 1% by weight. As the mobile phase of GPC, o-dichlorobenzene was used and allowed to flow at a measurement temperature of 140 ° C. at a flow rate of 1 mL / min. As the column, three PLGEL 10 μm MIXED-B (manufactured by PL Laboratory) were connected in series.

実施例1
(重合体1の合成)
ブロック(A)およびブロック(B)を有する共重合体

Figure 0005050625

窒素雰囲気化、三つ口フラスコに化合物C、0.11g(0.23mmol)と化合物D、0.18g(0.24mmol)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)0.1mg、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation) 0.03gを入れ、あらかじめ30分間窒素バブリングしたトルエン5mlを加えた。105℃まで加熱し、2mol/lの炭酸ナトリウム水溶液0.5mlを滴下した。滴下終了後、2時間加熱還流し、室温まで冷却し、ブロックBを得た。続いて化合物C、0.47g(1.0mmol)と化合物E、0.61g(0.97mmol)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II) 0.4mg、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation) 0.2gと窒素バブリングしたトルエン13mlを加えた。105℃まで加熱し、2mol/lの炭酸ナトリウム水溶液2mlを滴下した後、4時間加熱環流した。フェニルボロン酸0.02gを加えて更に5時間加熱還流し、N,N-ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物0.5gとイオン交換水6.18mlを加えて90℃で3時間撹拌した。室温まで冷却後、水層を除去し、有機層を60℃のイオン交換水30mlで3回、2%酢酸水溶液で3回、更に60℃のイオン交換水で3回洗浄した。シリカゲル−アルミナカラムで精製し、メタノールに沈殿させることにより、ブロックAとブロックBからなる共重合体の重合体1を0.7g得た。ブロックAは下式繰り返し単位(A−1)からなり、ブロックBは下記繰り返し単位(B−1)からなる。得られた重合体1の分子量はポリスチレン換算で数平均分子量Mn=8.2×104、重量平均分子量Mw=2.9×105であった。

Figure 0005050625
繰り返し単位(B−1)

Figure 0005050625
繰り返し単位(A−1) Example 1
(Synthesis of polymer 1)
Copolymer having block (A) and block (B)
Figure 0005050625

In a nitrogen atmosphere, compound C, 0.11 g (0.23 mmol) and compound D, 0.18 g (0.24 mmol), dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) 0.1 mg, methyl trioctyl ammonium chloride (trade name) : Aliquat336, manufactured by Aldrich, CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884g / ml, 25 ° C, trademark of Henkel Corporation) Add 0.03g, and add 5ml of toluene bubbling nitrogen for 30 minutes in advance It was. The mixture was heated to 105 ° C., and 0.5 ml of a 2 mol / l aqueous sodium carbonate solution was added dropwise. After completion of dropping, the mixture was heated to reflux for 2 hours and cooled to room temperature to obtain Block B. Subsequently, Compound C, 0.47 g (1.0 mmol) and Compound E, 0.61 g (0.97 mmol), dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) 0.4 mg, methyltrioctylammonium chloride (trade name: aliquat336, manufactured by Aldrich, CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884 g / ml, 25 ° C., trademark of Henkel Corporation) 0.2 g and 13 ml of toluene bubbled with nitrogen were added. The mixture was heated to 105 ° C., 2 ml of a 2 mol / l aqueous sodium carbonate solution was added dropwise, and the mixture was refluxed with heating for 4 hours. 0.02 g of phenylboronic acid was added and the mixture was further heated under reflux for 5 hours, 0.5 g of sodium N, N-diethyldithiocarbamate trihydrate and 6.18 ml of ion-exchanged water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours. After cooling to room temperature, the aqueous layer was removed, and the organic layer was washed 3 times with 30 ml of 60 ° C. ion exchange water, 3 times with 2% aqueous acetic acid, and 3 times with ion exchange water at 60 ° C. Purification by a silica gel-alumina column and precipitation in methanol gave 0.7 g of copolymer 1 consisting of block A and block B. Block A consists of the following repeating unit (A-1), and block B consists of the following repeating unit (B-1). The molecular weight of the obtained polymer 1 was a number average molecular weight Mn = 8.2 × 10 4 and a weight average molecular weight Mw = 2.9 × 10 5 in terms of polystyrene.

Figure 0005050625
Repeating unit (B-1)

Figure 0005050625
Repeating unit (A-1)

参考合成例1
(重合体2の合成)

Figure 0005050625
化合物C、0.949gと化合物E、1.253gとメチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation)0.30gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II) 3.4mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで置換した。この反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして、脱気したトルエン 45mlを加えた。次に、この溶液に、攪拌下、予めアルゴンガスでバブリングして、脱気した16.7重量%炭酸ナトリウム水溶液 10mlを滴下し、12時間還流した。次に、反応溶液を冷却し、フェニルホウ酸0.1g/テトラヒドロフラン0.5ml混合溶液を加え、2時間還流した。なお、反応はアルゴンガス雰囲気下で行った。反応終了後、反応溶液を冷却した後、この反応溶液にトルエン60gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次に、このトルエン溶液を、アルミナカラムを通し、精製した。次に、このトルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。次に、この沈殿を、減圧乾燥した後、再びトルエンに溶解した。次に、このトルエン溶液をろ過した後、このトルエン溶液を、アルミナカラムを通し、精製した。次に、このトルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。この沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して重合体2、0.5gを得た。重合体2のポリスチレン換算の重量平均分子量は9.9×104であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は6.1×104であった。仕込みから推定される重合体2に含まれる繰り返し単位は、下記のとおりである。
Figure 0005050625
Reference synthesis example 1
(Synthesis of polymer 2)
Figure 0005050625
Compound C, 0.949 g and Compound E, 1.253 g and methyltrioctylammonium chloride (trade name: aliquat336, manufactured by Aldrich, CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884 g / ml, 25 C., trademark of Henkel Corporation) 0.30 g and dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) 3.4 mg were charged into a reaction vessel, and the inside of the reaction vessel was replaced with argon gas. To this reaction vessel, 45 ml of toluene deaerated by bubbling argon gas in advance was added. Next, 10 ml of a 16.7 wt% sodium carbonate aqueous solution deaerated by bubbling with argon gas in advance under stirring was added dropwise to the solution and refluxed for 12 hours. Next, the reaction solution was cooled, a mixed solution of 0.1 g of phenylboric acid / 0.5 ml of tetrahydrofuran was added, and the mixture was refluxed for 2 hours. The reaction was performed in an argon gas atmosphere. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, and 60 g of toluene was added to the reaction solution. The reaction solution was allowed to stand and separated to collect a toluene solution. Next, this toluene solution was filtered to remove insoluble matters. Next, this toluene solution was purified through an alumina column. Next, this toluene solution was poured into methanol and purified by reprecipitation, and the generated precipitate was recovered. Next, this precipitate was dried under reduced pressure and then dissolved again in toluene. Next, after filtering this toluene solution, this toluene solution was purified by passing through an alumina column. Next, this toluene solution was poured into methanol and purified by reprecipitation, and the generated precipitate was recovered. This precipitate was washed with methanol and then dried under reduced pressure to obtain 0.5 g of polymer 2. The polystyrene equivalent weight average molecular weight of the polymer 2 was 9.9 × 10 4 , and the polystyrene equivalent number average molecular weight was 6.1 × 10 4 . The repeating unit contained in the polymer 2 estimated from the preparation is as follows.
Figure 0005050625

参考合成例2
(重合体3の合成)

Figure 0005050625
化合物C、0.957gと化合物E、1.003gと化合物D、0.300gとメチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation)0.35gと、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II) 4.0mgとを反応容器に仕込み、反応容器内をアルゴンガスで置換した。この反応容器に、予めアルゴンガスをバブリングして、脱気したトルエン 45mlを加えた。次に、この溶液に、攪拌下、予めアルゴンガスでバブリングして、脱気した16.7重量%炭酸ナトリウム水溶液 10mlを滴下し、3時間還流した。次に、反応溶液を冷却し、フェニルホウ酸0.1g/テトラヒドロフラン1.0ml混合溶液を加え、1.5時間還流した。なお、反応はアルゴンガス雰囲気下で行った。
反応終了後、反応溶液を冷却した後、この反応溶液にトルエン80gを加えた。この反応溶液を静置し、分液して、トルエン溶液を回収した。次に、このトルエン溶液を濾過し、不溶物を除去した。次に、このトルエン溶液を、アルミナカラムを通し、精製した。次に、このトルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。次に、この沈殿を、減圧乾燥した後、再びトルエンに溶解した。次に、このトルエン溶液をろ過した後、このトルエン溶液を、アルミナカラムを通し、精製した。次に、このトルエン溶液をメタノール中に注ぎ込み、再沈精製し、生成した沈殿を回収した。この沈殿をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥して重合体3、0.67gを得た。重合体3のポリスチレン換算の重量平均分子量は1.0×104であり、ポリスチレン換算の数平均分子量は4.8×103であった。
仕込みから推定される重合体3は、下記繰り返し単位(C−1)と下記繰り返し単位(D−1)が、80/20のモル比で共重合したランダム共重合体である。
Figure 0005050625
繰り返し単位(C−1) 繰り返し単位(D−1) Reference synthesis example 2
(Synthesis of Polymer 3)
Figure 0005050625
Compound C, 0.957 g and Compound E, 1.003 g and Compound D, 0.300 g and methyltrioctylammonium chloride (trade name: aliquat336, manufactured by Aldrich, CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884 g / ml, 25 ° C., trademark of Henkel Corporation) 0.35 g and dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) 4.0 mg were charged into the reaction vessel, and the inside of the reaction vessel was replaced with argon gas. To this reaction vessel, 45 ml of toluene deaerated by bubbling argon gas in advance was added. Next, 10 ml of a 16.7 wt% aqueous sodium carbonate solution deaerated by bubbling with argon gas in advance under stirring was added dropwise to the solution and refluxed for 3 hours. Next, the reaction solution was cooled, a mixed solution of 0.1 g of phenylboric acid / 1.0 ml of tetrahydrofuran was added, and the mixture was refluxed for 1.5 hours. The reaction was performed in an argon gas atmosphere.
After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, and 80 g of toluene was added to the reaction solution. The reaction solution was allowed to stand and separated to collect a toluene solution. Next, this toluene solution was filtered to remove insoluble matters. Next, this toluene solution was purified through an alumina column. Next, this toluene solution was poured into methanol and purified by reprecipitation, and the generated precipitate was recovered. Next, this precipitate was dried under reduced pressure and then dissolved again in toluene. Next, after filtering this toluene solution, this toluene solution was purified by passing through an alumina column. Next, this toluene solution was poured into methanol and purified by reprecipitation, and the generated precipitate was recovered. The precipitate was washed with methanol and then dried under reduced pressure to obtain 0.67 g of polymer 3. The polystyrene equivalent weight average molecular weight of the polymer 3 was 1.0 × 10 4 , and the polystyrene equivalent number average molecular weight was 4.8 × 10 3 .
The polymer 3 estimated from preparation is a random copolymer obtained by copolymerizing the following repeating unit (C-1) and the following repeating unit (D-1) at a molar ratio of 80/20.
Figure 0005050625
Repeating unit (C-1) Repeating unit (D-1)

参考合成例3
(重合体4の合成)

Figure 0005050625
アルゴン置換した2L四つ口フラスコに化合物C(7.928g、16.72mmol)、化合物D(13.00g、17.60mmol)、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation)(4.979g)、およびトルエン405mlを入れ、撹拌しながら系内を30分間アルゴンバブリングする。ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(0.02g)を加え、105℃に昇温、撹拌しながら2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液42.2mlを滴下した。滴下終了後5時間反応させ、フェニルボロン酸(2.6g)とトルエン1.8mlを加えて105℃で16時間撹拌した。トルエン700mlおよび7.5%ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物水溶液200mlを加えて85℃で3時間撹拌した。水層を除去後、60℃のイオン交換水300mlで2回、60℃の3%酢酸300mlで1回、さらに60℃のイオン交換水300mlで3回洗浄した。有機層をセライト、アルミナ、シリカを充填したカラムに通し、熱トルエン800mlでカラムを洗浄した。溶液を700mlまで濃縮した後、2Lのメタノールに注加、再沈殿させた。重合体をろ過して回収し、500mlのメタノール、アセトン、メタノールで洗浄した。50℃で一晩真空乾燥することにより、下記式:
Figure 0005050625
で表されるペンタチエニル−フルオレンコポリマー(以下、「重合体4」という) 12.21gを得た。重合体4のポリスチレン換算の数平均分子量は5.4×104、重量平均分子量は1.1×105であった。 Reference synthesis example 3
(Synthesis of polymer 4)
Figure 0005050625
Compound C (7.928 g, 16.72 mmol), Compound D (13.00 g, 17.60 mmol), methyltrioctylammonium chloride (trade name: aliquat336, manufactured by Aldrich, CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884 g / ml, 25 ° C., trademark of Henkel Corporation) (4.979 g), and 405 ml of toluene, and argon bubbling in the system for 30 minutes while stirring. Dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) (0.02 g) was added, and the temperature was raised to 105 ° C. and 42.2 ml of a 2 mol / L aqueous sodium carbonate solution was added dropwise with stirring. After completion of the dropwise addition, the mixture was reacted for 5 hours, phenylboronic acid (2.6 g) and 1.8 ml of toluene were added, and the mixture was stirred at 105 ° C. for 16 hours. Toluene 700 ml and 7.5% sodium diethyldithiocarbamate trihydrate 200 ml were added and stirred at 85 ° C. for 3 hours. After removing the aqueous layer, washing was performed twice with 300 ml of ion exchange water at 60 ° C., once with 300 ml of 3% acetic acid at 60 ° C., and further three times with 300 ml of ion exchange water at 60 ° C. The organic layer was passed through a column filled with celite, alumina, and silica, and the column was washed with 800 ml of hot toluene. The solution was concentrated to 700 ml, poured into 2 L of methanol, and reprecipitated. The polymer was recovered by filtration and washed with 500 ml of methanol, acetone, and methanol. By vacuum drying overnight at 50 ° C., the following formula:
Figure 0005050625
12.21 g of a pentathienyl-fluorene copolymer represented by the following (hereinafter referred to as “polymer 4”) was obtained. The polystyrene equivalent number average molecular weight of the polymer 4 was 5.4 × 10 4 , and the weight average molecular weight was 1.1 × 10 5 .

実施例2
(有機薄膜太陽電池の作製、評価)
電子供与体として表1に示される重合体を0.75%(重量%)の濃度でキシレンに溶解させた。その後、重合体の重量に対して3倍重量のPCBM(Phenyl C61-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製、商品名E100)を電子受容体として溶液に混合した。ついで、1.0μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、塗布溶液を作製した。
Example 2
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
The polymer shown in Table 1 as an electron donor was dissolved in xylene at a concentration of 0.75% (wt%). Thereafter, PCBM (Phenyl C61-butyric acid methyl ester, trade name E100, manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) 3 times the weight of the polymer was mixed into the solution as an electron acceptor. Subsequently, it filtered with the 1.0 micrometer Teflon (trademark) filter, and produced the application | coating solution.

スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板をオゾンUV処理して表面処理を行った。次に、前記塗布液を用い、スピンコートにより塗布し、有機薄膜太陽電池の活性層(膜厚約80nm)を得た。その後、真空蒸着機によりフッ化リチウムを4nm次いでAlを100nm蒸着した。蒸着のときの真空度は、すべて1〜9×10-3Paであった。また、得られた有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正四角形であった。得られた有機薄膜太陽電池の光電変換効率をソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)で測定した。測定結果を表1に示す。 A glass substrate provided with an ITO film with a thickness of 150 nm by a sputtering method was subjected to surface treatment by ozone UV treatment. Next, the coating solution was applied by spin coating to obtain an active layer (film thickness of about 80 nm) of the organic thin film solar cell. Then, 4 nm of lithium fluoride and then 100 nm of Al were vapor-deposited by a vacuum vapor deposition machine. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1 to 9 × 10 −3 Pa in all cases. Moreover, the shape of the obtained organic thin-film solar cell was a regular square of 2 mm × 2 mm. The photoelectric conversion efficiency of the obtained organic thin film solar cell was measured with a solar simulator (manufactured by Spectrometer, trade name OTENTO-SUNII: AM1.5G filter, irradiance 100 mW / cm 2 ). The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0005050625
Figure 0005050625

−評価−
表1から分かるように、ブロック(A)およびブロック(B)とを含有する共重合体1を用いて形成した有機薄膜太陽電池(実施例2)は、本発明の共重合体以外の重合体を用いて形成した有機薄膜太陽電池(比較例1〜3)に比べて高い光電変換効率を示した。
-Evaluation-
As can be seen from Table 1, the organic thin film solar cell (Example 2) formed using the copolymer 1 containing the block (A) and the block (B) is a polymer other than the copolymer of the present invention. High photoelectric conversion efficiency was shown compared with the organic thin film solar cell (Comparative Examples 1-3) formed using.

Claims (10)

下記式(1a)で表される構造および/または下記式(1b)で表される構造並びに下記式(2)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(A)と、下記式(1a)で表される構造および/または下記式(1b)で表される構造並びに下記式(3)で表される構造からなる繰り返し単位を含むブロック(B)とを含有する共重合体。
Figure 0005050625
(式中、R、R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基または置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基を表す。これらの基に含まれる水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。複数個のRは同一であっても相異なってもよい。)
A block (A) containing a repeating unit composed of a structure represented by the following formula (1a) and / or a structure represented by the following formula (1b) and a structure represented by the following formula (2); And / or a block (B) containing a repeating unit consisting of a structure represented by the following formula (1b) and a structure represented by the following formula (3).
Figure 0005050625
(Wherein R, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms or an optionally substituted carbon group having 6 carbon atoms. Represents an aryl group of ˜60.The hydrogen atom contained in these groups may be substituted with a fluorine atom, and a plurality of R may be the same or different.
共重合体に含まれるブロック(A)とブロック(B)の合計数を100とした場合にブロック(A)の数が5〜95である請求項1に記載の共重合体。   The copolymer according to claim 1, wherein the number of blocks (A) is 5 to 95 when the total number of blocks (A) and blocks (B) contained in the copolymer is 100. ブロック(A)が下記式(4)で表される繰り返し単位からなる請求項1または2に記載の共重合体。
Figure 0005050625

(式中、R1、R2は前述と同じ意味を表す。R3は、直鎖状の炭素数1〜20のアルキル基を表す。2個のR3は同一であっても相異なってもよい。)
The copolymer according to claim 1 or 2, wherein the block (A) comprises a repeating unit represented by the following formula (4).
Figure 0005050625

(Wherein R 1 and R 2 represent the same meaning as described above. R 3 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Two R 3 s may be the same or different. May be.)
ブロック(B)が下記式(5)で表される繰り返し単位からなる請求項1〜3のいずれかに記載の共重合体。
Figure 0005050625

(式中、R1、R2は、前述と同じ意味を表す。R4は、直鎖状の炭素数1〜20のアルキル基を表す。2個のR4は同一であっても相異なってもよい。)
The copolymer according to any one of claims 1 to 3, wherein the block (B) comprises a repeating unit represented by the following formula (5).
Figure 0005050625

(Wherein R 1 and R 2 represent the same meaning as described above. R 4 represents a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Two R 4 s may be the same or different. May be.)
請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体を含む有機層を有する有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element which has an organic layer containing the copolymer in any one of Claims 1-4. 少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた電子供与性化合物を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子。   A pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, a first organic layer containing the copolymer according to any one of claims 1 to 4 between the electrodes, and adjacent to the first organic layer And an organic photoelectric conversion element having a second organic layer containing an electron donating compound. 少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子。   A pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, a first organic layer containing an electron-accepting compound between the electrodes, and the first organic layer adjacent to the first organic layer. An organic photoelectric conversion device having a second organic layer containing the copolymer according to any one of the above. 少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体および電子供与性化合物を含有する有機層を有する有機光電変換素子。   An organic photoelectric conversion device comprising a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and an organic layer containing the copolymer and the electron donating compound according to any one of claims 1 to 4 between the electrodes. 少なくとも一方が透明又は半透明である一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物および請求項1〜4のいずれかに記載の共重合体を含有する有機層を有する有機光電変換素子。   An organic photoelectric conversion device comprising a pair of electrodes, at least one of which is transparent or translucent, and an organic layer containing an electron-accepting compound and the copolymer according to claim 1 between the electrodes. 電子受容性化合物がフラーレン誘導体である請求項9に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion device according to claim 9, wherein the electron-accepting compound is a fullerene derivative.
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