JP5736456B2 - Conjugated block copolymer and photoelectric conversion element using the same - Google Patents

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本発明は、光電変換素子の有機光電変換層となる有機薄膜を形成する共役ブロック共重合体、及びそれを用いて作製した光電変換素子に関する。   The present invention relates to a conjugated block copolymer that forms an organic thin film that serves as an organic photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element produced using the same.

太陽電池は環境に優しい有力なエネルギー源として注目されている。現在、太陽電池の光電変換素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン及びアモルファスシリコンのようなシリコン系材料や、GaAs、CIGS及びCdTeのような化合物半導体材料などの無機物が使用されている。これらの光電変換素子は比較的高い光電変換効率を有するが、他の電源コストと比較して高価格なものである。コスト高の要因は、高真空かつ高温下で半導体薄膜を製造しなくてはならないプロセスにある。そこで、製造プロセスの簡略化が期待される半導体材料として、共役ポリマーや有機結晶などの有機半導体や有機色素を用いた有機太陽電池が検討されている。これらの有機半導体材料は、塗布法や印刷法により製膜できるため、製造プロセスが簡便化し、大量生産が可能で安価な有機太陽電池を得ることが可能であるとして注目されている。   Solar cells are attracting attention as a powerful energy source that is friendly to the environment. At present, inorganic materials such as silicon-based materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon, and compound semiconductor materials such as GaAs, CIGS, and CdTe are used as photoelectric conversion elements for solar cells. These photoelectric conversion elements have a relatively high photoelectric conversion efficiency, but are expensive compared to other power supply costs. The cause of the high cost is the process in which the semiconductor thin film must be manufactured under high vacuum and high temperature. Therefore, organic semiconductor cells using organic semiconductors such as conjugated polymers and organic crystals and organic dyes are being studied as semiconductor materials that are expected to simplify the manufacturing process. Since these organic semiconductor materials can be formed into a film by a coating method or a printing method, they are attracting attention because the manufacturing process is simplified, mass production is possible, and inexpensive organic solar cells can be obtained.

有機太陽電池は、2つの異種電極間に有機光電変換層を設けた構造をしている。一般に有機光電変換層は、共役ポリマー及びフラーレン誘導体の混合物から形成されている。代表例としては、共役ポリマーとしてポリ(3−ヘキシルチオフェン)、フラーレン誘導体として[6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル(PC61BM)をそれぞれ含む組成物が挙げられる。An organic solar cell has a structure in which an organic photoelectric conversion layer is provided between two different electrodes. Generally, the organic photoelectric conversion layer is formed from a mixture of a conjugated polymer and a fullerene derivative. Representative examples include compositions containing poly (3-hexylthiophene) as a conjugated polymer and [6,6] -phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PC 61 BM) as a fullerene derivative.

有機太陽電池の課題は、光電変換効率を高めることであり、特に有機光電変換層のモルフォロジを変えることで光電変換効率の向上を図る報告がなされている。有機光電変換層のモルフォロジを変える方法として、例えば、熱や溶媒蒸気により処理する方法、共役ポリマーやフラーレン誘導体を溶解させる溶媒を工夫する方法、高沸点化合物を添加する方法、溶媒の揮発速度を小さくする方法などが挙げられる。   The problem of the organic solar cell is to increase the photoelectric conversion efficiency, and in particular, reports have been made on improving the photoelectric conversion efficiency by changing the morphology of the organic photoelectric conversion layer. Methods for changing the morphology of the organic photoelectric conversion layer include, for example, a method of treating with heat or solvent vapor, a method of devising a solvent that dissolves a conjugated polymer or fullerene derivative, a method of adding a high-boiling compound, and a low volatilization rate of the solvent. The method of doing is mentioned.

また別の取り組みとして、共役ブロック共重合体を用いて有機光電変換層のモルフォロジを制御することで光電変換効率の向上を目指す報告がなされている。ブロック共重合体は通常、十分な分子量があればミクロ相分離することが知られている。共役ブロック共重合体においても、ミクロ相分離し、有機光電変換層である活性層の構造を制御することで変換効率が向上したという報告がなされている(特許文献1〜8、非特許文献1〜7)。   As another approach, there has been a report aiming at improving the photoelectric conversion efficiency by controlling the morphology of the organic photoelectric conversion layer using a conjugated block copolymer. It is known that block copolymers usually undergo microphase separation if they have a sufficient molecular weight. Also in the conjugated block copolymer, it has been reported that the conversion efficiency is improved by microphase separation and controlling the structure of the active layer which is an organic photoelectric conversion layer (Patent Documents 1 to 8, Non-Patent Document 1). ~ 7).

非特許文献1には、ブロック共重合体の一方のブロックに極性基を導入し、ミクロ相分離性能を向上させた共役ブロック共重合体が提案されている。しかし、極性が非常に高くN型有機半導体であるフラーレン誘導体との親和性が小さいため、フラーレン誘導体が凝集し易く、十分な変換効率を得られるものではなかった。この原因として、フラーレン誘導体が凝集するために良好なモルフォロジが形成されていないことが考えられる。   Non-Patent Document 1 proposes a conjugated block copolymer in which a polar group is introduced into one block of the block copolymer to improve the microphase separation performance. However, since the polarity is very high and the affinity with the fullerene derivative, which is an N-type organic semiconductor, is small, the fullerene derivative easily aggregates, and sufficient conversion efficiency cannot be obtained. This may be because the fullerene derivative is aggregated and a good morphology is not formed.

同様に、共役ポリマーと非共役ポリマーとのブロック共重合体の場合、非共役ポリマーが発電に寄与しないため高い性能は期待できない。また共役ポリマーと共役ポリマーとのブロック共重合体であっても、ポリチオフェンに代表される共役ポリマーを含有するブロック共重合体の場合、結晶部と非晶部との相分離が観察されており、ブロック共重合体のミクロ相分離でない場合が多い。この理由としては、これら共役ブロック共重合体の合成が難しいことから、類似の側鎖を有する2種類の単量体を用いることが多く、したがって得られる共役ブロック共重合体も類似な骨格を有するものになり、共結晶を作ったり非晶部で相溶したりしてしまうことが挙げられる。また、共結晶を形成する場合、ブロック共重合体特有のミクロ相分離を形成せず、結晶−非晶相分離が観察されるだけである。このような場合、共役ブロック共重合体用いる利点であるミクロ相分離によるモルフォロジの制御が達成できず、例えば、ブロック共重合体の一方のポリマードメインにフラーレン誘導体などのアクセプター材料を偏在させることができず、そのため変換効率の向上もあまり期待できない。   Similarly, in the case of a block copolymer of a conjugated polymer and a non-conjugated polymer, high performance cannot be expected because the non-conjugated polymer does not contribute to power generation. Moreover, even in the case of a block copolymer of a conjugated polymer and a conjugated polymer, in the case of a block copolymer containing a conjugated polymer typified by polythiophene, phase separation between a crystal part and an amorphous part has been observed, Often not microphase separation of block copolymers. The reason for this is that since it is difficult to synthesize these conjugated block copolymers, two types of monomers having similar side chains are often used. Therefore, the resulting conjugated block copolymers also have a similar skeleton. It becomes a thing, and a co-crystal is made or it melt | dissolves in an amorphous part. Moreover, when forming a co-crystal, the micro phase separation peculiar to a block copolymer is not formed, but crystal-amorphous phase separation is only observed. In such a case, the morphology control by microphase separation, which is an advantage of using a conjugated block copolymer, cannot be achieved, and for example, an acceptor material such as a fullerene derivative can be unevenly distributed in one polymer domain of the block copolymer. Therefore, improvement in conversion efficiency cannot be expected so much.

このため、ミクロ相分離によりモルフォロジの制御が可能で十分な光電変換効率を得られるものが望まれている。   For this reason, what can control morphology by micro phase separation and can obtain sufficient photoelectric conversion efficiency is desired.

国際公開第2009/056496号International Publication No. 2009/056496 米国特許第7452958号明細書US Pat. No. 7,452,958 米国特許出願公開第2008/0315751号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0315751 特開2007−211237号公報JP 2007-2111237 A 特開2008−223015号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-2223015 特開2010−074127号公報JP 2010-074127 A 特開2010−43217号公報JP 2010-43217 A 特許第4126019号公報Japanese Patent No. 4126019

ハイ・パフォーマンス・ポリマーズ(High Performance Polymers),2007年,第19巻,684−699頁High Performance Polymers, 2007, Vol. 19, pages 684-699 マクロモレキュールズ(Macromolecules),2007年,第40巻,4733−4735頁Macromolecules, 2007, 40, 4733-4735 マクロモレキュールズ(Macromolecules),2008年,第41巻,5289−5294頁Macromolecules, 2008, 41, 5289-5294 マクロモレキュールズ(Macromolecules),2009年,第42巻,7008−7015頁Macromolecules, 2009, 42, 7008-7015 マクロモレキュールズ(Macromolecules),2010年,第43巻,3306−3313頁Macromolecules, 2010, 43, 3306-3313 アドバンスト・マテリアルズ(Advanced Materuals),2010年,第22巻,763−768頁Advanced Materuals, 2010, Vol. 22, pp. 763-768 マクロモレキュールズ(Macromolecules),2011年,第44巻,530−539頁Macromolecules, 2011, 44, 530-539

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、溶媒への溶解性が良好でミクロ相分離によりモルフォロジの制御された有機薄膜の形成が可能である共役ブロック共重合体、及びそれを含有する有機薄膜を用い優れた光電変換効率を有する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 in order to solve the above-mentioned problems. A conjugated block copolymer having good solubility in a solvent and capable of forming an organic thin film with controlled morphology by microphase separation, and It aims at providing the photoelectric conversion element which has the photoelectric conversion efficiency which was excellent using the organic thin film to contain.

前記の目的を達成するためになされた、請求の範囲の請求項1に記載された共役ブロック共重合体は、二価の複素環基を主鎖に含み、かつフッ素原子若しくは水酸基で置換されてもよいアルキル基またはアルコキシ基である側鎖を含む共役重合体ブロックの少なくとも2種類を含有している共役ブロック共重合体であって、溶解度パラメーターが最大値を有する前記共役重合体ブロックと、溶解度パラメーターが最小値を有する共役重合体ブロックとの溶解度パラメーターの差が、0.6以上2.0以下であることを特徴とする。   The conjugated block copolymer according to claim 1, which has been made to achieve the above object, contains a divalent heterocyclic group in the main chain and is substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. A conjugated block copolymer containing at least two kinds of conjugated polymer blocks containing a side chain which is an alkyl group or an alkoxy group, wherein the conjugated polymer block has a maximum solubility parameter; A difference in solubility parameter from a conjugated polymer block having a minimum parameter is from 0.6 to 2.0.

請求項2に記載の共役ブロック共重合体は、請求項1に記載されたものであって、前記共役重合体ブロックが、少なくとも一つのチオフェン環を化学構造の一部に含む縮環π共役骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、及びジベンゾゲルモール骨格から選ばれる少なくとも一つの複素環骨格を有する二価の複素環基を主鎖に含むことを特徴とする.   The conjugated block copolymer according to claim 2 is the conjugated block copolymer according to claim 1, wherein the conjugated polymer block includes at least one thiophene ring as a part of a chemical structure. And a divalent heterocyclic group having at least one heterocyclic skeleton selected from a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, and a dibenzogermol skeleton in the main chain.

請求項3に記載の共役ブロック共重合体は、請求項1に記載されたものであって、 前記共役重合体ブロックが、シクロペンタジチオフェンジイル基、ジチエノピロールジイル基、ジチエノシロールジイル基、ジチエノゲルモールジイル基、ベンゾジチオフェンジイル基、ナフトジチオフェンジイル基、チエノチオフェンジイル基、チエノピロールジオンジイル基及びジケトピロロピロールジイル基から選ばれる少なくとも一つの二価の複素環基を主鎖に含むことを特徴とする。   The conjugated block copolymer according to claim 3 is the one according to claim 1, wherein the conjugated polymer block includes a cyclopentadithiophene diyl group, a dithienopyrrole diyl group, and a dithienosilole diyl group. At least one divalent heterocyclic group selected from dithienogermolediyl group, benzodithiophenediyl group, naphthodithiophenediyl group, thienothiophenediyl group, thienopyrroledionediyl group and diketopyrrolopyrrolediyl group It is contained in the main chain.

請求項4に記載の共役ブロック共重合体は、請求項1〜3のいずれかに記記載されたものであって、前記共役重合体ブロックの2種類が、前記二価の複素環基に最小で炭素数8のアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックと、同種又は異種の前記二価の複素環基に最大で炭素数6のアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックとであることを特徴とする。   The conjugated block copolymer according to claim 4 is the one described in any one of claims 1 to 3, wherein two types of the conjugated polymer block are minimum in the divalent heterocyclic group. A conjugated polymer block in which a side chain of an alkyl group or an alkoxy group having 8 carbon atoms is bonded to the same or different divalent heterocyclic group is an alkyl group or an alkoxy group having 6 carbon atoms at the maximum It is characterized by being a conjugated polymer block to which side chains are bonded.

請求項5に記載の共役ブロック共重合体は、請求項3に記記載されたものであって、 一方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和と他方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和との差が、6以上16以下であることを特徴とする。   The conjugated block copolymer according to claim 5 is the conjugated block copolymer according to claim 3, wherein the total number of carbon atoms in one side chain of one conjugated polymer block and the side chain of the other conjugated polymer block. The difference from the total number of carbon atoms is 6 or more and 16 or less.

請求項6に記載の共役ブロック共重合体は、請求項1〜3のいずれかに記記載されたものであって、前記共役重合体ブロックの2種類が、前記二価の複素環基にフッ素非含有であるアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックと、同種又は異種の前記二価の複素環基に最小で3つのフッ素原子で置換されているアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックとであることを特徴とする。   The conjugated block copolymer according to claim 6 is the one described in any one of claims 1 to 3, wherein two types of the conjugated polymer block are fluorine atoms in the divalent heterocyclic group. A conjugated polymer block to which a side chain of an alkyl group or an alkoxy group which is not contained is bonded, and an alkyl group substituted with at least three fluorine atoms on the same or different divalent heterocyclic group, or It is characterized by being a conjugated polymer block to which a side chain which is an alkoxy group is bonded.

請求項7に記載の組成物は、請求項1〜6のいずれかに記載の共役ブロック共重合体とフラーレン誘導体とを含有することを特徴とする。   The composition of Claim 7 contains the conjugated block copolymer in any one of Claims 1-6, and a fullerene derivative, It is characterized by the above-mentioned.

請求項8に記載の有機薄膜は、請求項1〜6のいずれかに記載の共役ブロック共重合体を含有することを特徴とする。   The organic thin film of Claim 8 contains the conjugated block copolymer in any one of Claims 1-6, It is characterized by the above-mentioned.

請求項9に記載の有機薄膜素子は、請求項8に記載の有機薄膜を基板に備えることを特徴とする。   The organic thin film element of Claim 9 equips a board | substrate with the organic thin film of Claim 8. It is characterized by the above-mentioned.

請求項10に記載の光電変換素子は、請求項6に記載の有機薄膜が、少なくとも2つの電極間に挟まれていることを特徴とする。   The photoelectric conversion element according to claim 10 is characterized in that the organic thin film according to claim 6 is sandwiched between at least two electrodes.

本発明の共役ブロック共重合体は、少なくとも2種類の共役重合体ブロックを含み、その溶解度パラメーターを調整することにより、ミクロ相分離を形成することができる。このミクロ相分離構造により、モルフォロジを制御した光電変換効率の高い有機薄膜を形成することが可能である。   The conjugated block copolymer of the present invention contains at least two kinds of conjugated polymer blocks, and microphase separation can be formed by adjusting the solubility parameter thereof. With this microphase separation structure, it is possible to form an organic thin film with high photoelectric conversion efficiency with controlled morphology.

本発明の組成物は、有機半導体材料であって、共に含有されるアクセプター材料との親和性が良好である共役ブロック共重合体により、ミクロ相分離によるモルフォロジの制御がなされた有機薄膜を形成することができる。   The composition of the present invention forms an organic thin film in which the morphology is controlled by microphase separation using a conjugated block copolymer which is an organic semiconductor material and has a good affinity with an acceptor material contained together. be able to.

本発明の有機薄膜は、優れた光電変換効率を有する光電変換素子を提供することができる。   The organic thin film of this invention can provide the photoelectric conversion element which has the outstanding photoelectric conversion efficiency.

本発明の光電変換素子は、優れた光電変換性能を有し、光電変換機能や光整流機能を利用した種々の光電変換デバイスへ応用して用いることができる。   The photoelectric conversion element of the present invention has excellent photoelectric conversion performance, and can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function and an optical rectification function.

以下、本発明を実施するための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 form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

本発明の共役ブロック共重合体は、少なくとも2種類の共役重合体ブロック、例えば共役重合体ブロックA及び共役重合体ブロックBが共重合されて結合しているブロック共重合体である。各ブロックを構成する共役重合体ブロックは、共役した二価の単量体から構成される重合体であって、その主鎖に二価の複素環基を含み、かつフッ素原子若しくは水酸基で置換されてもよいアルキル基またはフッ素原子若しくは水酸基で置換されてもよいアルコキシ基である側鎖を含むものある。ここで、主鎖とは、二価の複素環基からなる化合物の最も長い鎖をいう。この共役重合体ブロックを構成する共役した二価の単量体とは、分子中の結合の電子が非局在化している二価の基であり、二価の複素環基からなる化合物である。   The conjugated block copolymer of the present invention is a block copolymer in which at least two types of conjugated polymer blocks, for example, conjugated polymer block A and conjugated polymer block B are copolymerized and bonded. The conjugated polymer block constituting each block is a polymer composed of a conjugated divalent monomer, which contains a divalent heterocyclic group in its main chain and is substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. There are those containing a side chain which is an alkyl group which may be substituted or an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. Here, the main chain refers to the longest chain of a compound composed of a divalent heterocyclic group. The conjugated divalent monomer constituting the conjugated polymer block is a divalent group in which electrons of bonds in the molecule are delocalized, and is a compound composed of a divalent heterocyclic group. .

二価の複素環基としては、具体的に、ジベンゾシロールジイル基、ジベンゾゲルモールジイル基、ジベンゾフランジイル基、カルバゾールジイル基、チオフェンジイル基、フランジイル基、ピロールジイル基、ベンゾチアジアゾールジイル基、チエニレンビニレンジイル基、ベンゾトリアゾールジイル基などが挙げられる。チオフェンジイル基としては、単環構造のチオフェンジイル基及び縮環構造のチオフェンジイル基が挙げられ、縮環構造のチオフェンジイル基がより好ましい。縮環構造のチオフェンジイル基としては、シクロペンタジチオフェンジイル基、ジチエノピロールジイル基、ジチエノシロールジイル基、ジチエノゲルモールジイル基、ベンゾジチオフェンジイル基、ナフトジチオフェンジイル基、チエノチオフェンジイル基、チエノピロールジオンジイル基、ジケトピロロピロールジイル基などが挙げられる。また、これらの縮環構造のチオフェンジイル基は、さらに単環または縮環の芳香環若しくは複素環が直接結合した多環構造であってもよい。単環または縮環の芳香環若しくは複素環としては、例えばチオフェン、フラン、ベンゼン、ナフタレン、ピロール、ピリジン等が挙げられ、好ましくはチオフェンである。縮環構造のチオフェンジイル基に直接結合したこれらの芳香環若しくは複素環には、主鎖を構成する二価の複素環基とπ電子が共役しており、主鎖骨格の一部である。   Specific examples of the divalent heterocyclic group include dibenzosiloldiyl group, dibenzogermolediyl group, dibenzofurandiyl group, carbazolediyl group, thiophenediyl group, furandyl group, pyrrolediyl group, benzothiadiazolediyl group, and thienylene. Examples include vinylene diyl group and benzotriazole diyl group. Examples of the thiophenediyl group include a thiophenediyl group having a monocyclic structure and a thiophenediyl group having a condensed ring structure, and a thiophenediyl group having a condensed ring structure is more preferable. As the thiophene diyl group having a condensed ring structure, cyclopentadithiophene diyl group, dithienopyrrole diyl group, dithienosilole diyl group, dithienogermol diyl group, benzodithiophene diyl group, naphthodithiophene diyl group, thienothiophene Examples thereof include a diyl group, a thienopyrrole dione diyl group, and a diketopyrrolopyrrole diyl group. The thiophenediyl group of these condensed ring structures may be a polycyclic structure in which a monocyclic or condensed aromatic ring or heterocyclic ring is directly bonded. Examples of the monocyclic or condensed aromatic ring or heterocyclic ring include thiophene, furan, benzene, naphthalene, pyrrole, and pyridine, and thiophene is preferable. These aromatic rings or heterocyclic rings directly bonded to the condensed thiophenediyl group are conjugated with a divalent heterocyclic group constituting the main chain and π electrons, and are part of the main chain skeleton.

これらの二価の複素環基のなかで、モルフォロジが制御し易く、光電変換素子としての性能が高いという観点から、少なくとも一つのチオフェン環を化学構造の一部に含む縮環π共役骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、又はジベンゾゲルモール骨格であると好ましく、少なくとも一つのチオフェン環を化学構造の一部に含む縮環π共役骨格であることがより好ましい。一方、単環構造のチオフェンジイル基であると、合成が容易であるものの、吸収する光の波長範囲が短波長であり、光電変換素子に用いた場合、光電変換効率が高くない場合がある。   Among these divalent heterocyclic groups, a condensed π-conjugated skeleton containing at least one thiophene ring as a part of the chemical structure, carbazole, from the viewpoint that the morphology is easy to control and the performance as a photoelectric conversion element is high. A skeleton, a dibenzosilole skeleton, or a dibenzogermol skeleton is preferable, and a condensed π-conjugated skeleton including at least one thiophene ring as a part of the chemical structure is more preferable. On the other hand, a thiophenediyl group having a monocyclic structure is easy to synthesize, but the wavelength range of light to be absorbed is a short wavelength, and when used for a photoelectric conversion element, the photoelectric conversion efficiency may not be high.

本発明の共役ブロック共重合体に含まれる2種類以上の共役重合体ブロックの連結構造は、特に限定されるものではない。2種類の共役重合体ブロックを含有する場合は、例えば、A−B型ジブロック共重合体、A−B−A型トリブロック共重合体、A−B−A−B型テトラブロック共重合体、A−B−A−B−A型ペンタブロック共重合体などが挙げられる。3種類の共役重合体ブロックを含有する場合は、A−B−C型トリブロック共重合体、A−B−A−C型テトラブロック共重合体などが挙げられる。   The connection structure of two or more kinds of conjugated polymer blocks contained in the conjugated block copolymer of the present invention is not particularly limited. In the case of containing two kinds of conjugated polymer blocks, for example, an AB type diblock copolymer, an AB type triblock copolymer, an AB type AB block tetrablock copolymer And A-B-A-B-A type pentablock copolymer. In the case of containing three types of conjugated polymer blocks, examples include an ABC type triblock copolymer and an ABAC type tetrablock copolymer.

また共役ブロック共重合体の結合様式は、共役ブロック共重合体のミクロ相分離が形成されればよく、特に制限されるものではない。結合様式としては、共役重合体ブロックの末端同士が結合したリニアな共役ブロック共重合体や、共役重合体ブロックの末端と共役重合体ブロックの末端以外とが結合したT型の共役ブロック共重合体であってもよい。また結合部位は、π共役で連結されていてもよく、非共役構造で結合されていてもよい。   The bonding mode of the conjugated block copolymer is not particularly limited as long as microphase separation of the conjugated block copolymer is formed. As the bonding mode, a linear conjugated block copolymer in which the ends of the conjugated polymer block are bonded to each other, or a T-type conjugated block copolymer in which the end of the conjugated polymer block is bonded to other than the end of the conjugated polymer block. It may be. The binding sites may be linked by π conjugation or may be bound by a non-conjugated structure.

この共役重合体ブロックの単量体単位は、例えば単量体単位−a−のみを繰返す構造を一つの単位とするだけでなく、共役重合体ブロック中に一定の繰返し構造を複数有する限り、二価の複素環基を複数連結した構造、例えば単量体単位−a−b−を一つの単位とすることを含むものである。すなわち、単量体単位−a−と単量体単位−b−との完全交互共重合体ブロックは、置換基が同じである繰返し単位である限り単量体単位−a−b−の単独ポリマーブロックとみなすものとする。共役重合体ブロックA及び共役重合体ブロックBにおいて、単量体単位−a−b−の態様まで含む1種類の単量体単位中の置換基を除く環構造を構成する炭素原子のみの合計数は、6〜30であることが好ましい。このような単量体単位−a−b−の場合、側鎖であるフッ素原子若しくは水酸基で置換されてもよいアルキル基またはアルコキシ基は、少なくとも単量体単位−a−または単量体単位−b−のどちらかに結合していればよい。   The monomer unit of the conjugated polymer block is not limited to one unit having a structure in which only the monomer unit -a- is repeated, for example, as long as it has a plurality of constant repeating structures in the conjugated polymer block. This includes a structure in which a plurality of valent heterocyclic groups are linked, for example, the monomer unit -ab- as one unit. That is, the complete alternating copolymer block of the monomer unit -a- and the monomer unit -b- is a homopolymer of the monomer unit -ab as long as it is a repeating unit having the same substituent. It shall be regarded as a block. In the conjugated polymer block A and the conjugated polymer block B, the total number of only carbon atoms constituting the ring structure excluding a substituent in one type of monomer unit including up to the embodiment of the monomer unit -ab- Is preferably 6-30. In the case of such a monomer unit -ab-, the alkyl group or alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group as a side chain is at least the monomer unit -a- or the monomer unit-. What is necessary is just to couple | bond with either of b-.

より具体的には、例えば、シクロペンタジチオフェンジイル基(a)とベンゾチアジアゾールジイル基(b)とが交互に結合している場合、隣接したシクロペンタジチオフェンジイル基(a)とベンゾチアジアゾールジイル基(b)とを一つの単量体単位−a−b−として本発明の単量体単位とみなすことができる。   More specifically, for example, when the cyclopentadithiophene diyl group (a) and the benzothiadiazole diyl group (b) are alternately bonded, the adjacent cyclopentadithiophene diyl group (a) and the benzothiadiazole diyl group The group (b) can be regarded as a monomer unit of the present invention as one monomer unit -ab.

本発明の共役ブロック共重合体は、各ブロックを構成する共役重合体ブロックの溶解度パラメーターのうち、最大値の溶解度パラメーターを有する共役重合体ブロックAと最小値の溶解度パラメーターを有する共役重合体ブロックBとの差が0.6以上2.0以下のものである。この溶解度パラメーターの最大値と最小値との差は、0.6以上1.8以下であると好ましく、0.6以上1.6以下であるとさらに好ましい。   The conjugated block copolymer of the present invention includes a conjugated polymer block A having a maximum solubility parameter and a conjugated polymer block B having a minimum solubility parameter among the solubility parameters of the conjugated polymer block constituting each block. The difference is 0.6 or more and 2.0 or less. The difference between the maximum value and the minimum value of the solubility parameter is preferably 0.6 or more and 1.8 or less, and more preferably 0.6 or more and 1.6 or less.

この溶解度パラメーターの最大値と最小値との差を0.6以上とすることで共役ブロック共重合体がミクロ相分離することが可能となる。0.6未満の場合、それぞれのブロックの共役重合体ブロックの極性が近く、相分離し難くなる。また、溶解度パラメーターの最大値と最小値との差が2.0以下であることも重要である。溶解度パラメーターの最大値と最小値との差が2.0より大きいと、溶媒への溶解性が著しく低下してしまい、薄膜を得ることが困難となったり、共役ブロック共重合体がミセル構造で溶媒に溶解してしまい薄膜を作製した際、ミセル構造を保持したモルフォロジを形成してしまい理想とするミクロ相分離構造を形成できず、光電変換素子とした場合に高い変換効率が得られなかったりする場合がある。   When the difference between the maximum value and the minimum value of the solubility parameter is 0.6 or more, the conjugated block copolymer can be microphase-separated. When it is less than 0.6, the polarities of the conjugated polymer blocks of the respective blocks are close to each other, and phase separation is difficult. It is also important that the difference between the maximum and minimum solubility parameters is 2.0 or less. When the difference between the maximum value and the minimum value of the solubility parameter is larger than 2.0, the solubility in the solvent is remarkably lowered, and it becomes difficult to obtain a thin film, or the conjugated block copolymer has a micelle structure. When a thin film is produced by dissolving in a solvent, a morphology that retains a micelle structure is formed, and an ideal microphase separation structure cannot be formed, and high conversion efficiency cannot be obtained when a photoelectric conversion element is obtained. There is a case.

理想的なミクロ相分離構造とは、共役ブロック共重合体に含まれる2種以上のブロック成分が共連続構造であることを指す。これら相分離構造の1つのドメインに他のドメインより多くの電子受容性材料であるフラーレン誘導体を含有する点も合わせて重要である。このようなモルフォロジを形成することで再結合や失活することなく電荷を電極まで運ぶことができるため、短絡電流密度が大きくなり、高い性能の光電変換素子を作製することが可能となる。   An ideal microphase separation structure indicates that two or more block components contained in a conjugated block copolymer have a co-continuous structure. It is also important that one domain of these phase separation structures contains a fullerene derivative that is more electron accepting material than the other domains. By forming such a morphology, charges can be transported to the electrode without recombination or deactivation, so that the short-circuit current density is increased and a high-performance photoelectric conversion element can be manufactured.

共役重合体ブロックの溶解度パラメーターは、その分子構造により制御することができる。溶解度パラメーターを制御する方法としては、例えばジブロック共重合体を考えた場合、それぞれ共役重合体ブロックの主鎖骨格を変更することで溶解度パラメーターを調節することが可能である。しかし、一般的に共役ポリマーの主鎖骨格は類似しているため、側鎖構造や側鎖密度で溶解度パラメーターを調整する方が好ましい。側鎖構造を変えて溶解度パラメーターを制御する場合、側鎖の炭素数、側鎖炭素に結合する原子の種類、側鎖に結合する官能基、いずれによっても制御可能であるが、共役重合体ブロックに結晶性を持たせるためには、側鎖が、フッ素原子若しくは水酸基で置換されていてもよいアルキル基またはアルコキシ基であることが重要である。ここで側鎖とは共役した主鎖から枝分かれしている炭素を有する部分をいう。尚、主鎖が複数の側鎖を有する共重合体ブロックの側鎖構造を変えて溶解度パラメーターを制御する場合、互いに異なる側鎖の構造を変えて溶解度パラメーターを制御可能である。ここで互いに異なる側鎖とは、それぞれの共重合体ブロックにおいて構造の異なる側鎖をいう。側鎖の炭素数は1個上であると好ましく、2個以上であるとより好ましく、3個以上であるとさらに好ましい。また側鎖の炭素数は20個以下であると好ましく、16個以下であるとより好ましい。ここで、側鎖の炭素数とは主鎖に結合している側鎖1本あたりの炭素数をいう。   The solubility parameter of the conjugated polymer block can be controlled by its molecular structure. As a method for controlling the solubility parameter, for example, when a diblock copolymer is considered, it is possible to adjust the solubility parameter by changing the main chain skeleton of the conjugated polymer block. However, since the main chain skeleton of the conjugated polymer is generally similar, it is preferable to adjust the solubility parameter by the side chain structure or the side chain density. When controlling the solubility parameter by changing the side chain structure, it can be controlled by the number of carbons in the side chain, the type of atoms bonded to the side chain carbon, and the functional group bonded to the side chain, but the conjugated polymer block In order to impart crystallinity, it is important that the side chain is an alkyl group or an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. Here, the side chain means a portion having carbon branched from a conjugated main chain. When the solubility parameter is controlled by changing the side chain structure of the copolymer block having a plurality of side chains in the main chain, the solubility parameter can be controlled by changing the structure of different side chains. Here, different side chains refer to side chains having different structures in each copolymer block. The number of carbon atoms in the side chain is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and further preferably 3 or more. Further, the number of carbon atoms in the side chain is preferably 20 or less, and more preferably 16 or less. Here, the carbon number of the side chain means the carbon number per side chain bonded to the main chain.

共役重合体ブロックが異なる種類の側鎖を複数有する場合、そのうちの少なくとも一つが、フッ素原子若しくは水酸基で置換されていてもよいアルキル基またはアルコキシ基であればよい。当該アルキル基またはアルコキシ基以外の側鎖の含有量は、溶解度パラメーターの差が調整できる範囲であれば特に制限しない。そのような他の側鎖としては、アシル基、エステル基などが挙げられる。   When the conjugated polymer block has a plurality of different types of side chains, at least one of them may be an alkyl group or an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. The content of the side chain other than the alkyl group or alkoxy group is not particularly limited as long as the difference in solubility parameter can be adjusted. Examples of such other side chains include acyl groups and ester groups.

側鎖であるフッ素原子若しくは水酸基で置換されていてもよいアルキル基またはアルコキシ基の炭素に結合する官能基の種類により溶解度パラメーターを制御することは好ましくない。例えば、エーテル基、エポキシ基、アミノ基、アミド基、ヨウ素原子などの官能基を導入するとポリマーのパッキングが阻害され、結晶化度が低下し、ホール移動がスムーズに起こらないという点で好ましくない。また、フッ素原子若しくは水酸基で置換されていてもよいアルキル基またはアルコキシ基に結合する官能基が嵩高い官能基の場合も結晶化を阻害しホール移動がスムーズに起こらないという点で好ましくない。   It is not preferable to control the solubility parameter by the type of the functional group bonded to the carbon of the alkyl group or alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group as a side chain. For example, introduction of a functional group such as an ether group, an epoxy group, an amino group, an amide group, or an iodine atom is not preferable in that the packing of the polymer is inhibited, the crystallinity is lowered, and the hole movement does not occur smoothly. In addition, when the functional group bonded to the alkyl group or alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group is a bulky functional group, crystallization is inhibited, and hole movement does not occur smoothly.

一方、フッ素原子は、他のハロゲン原子と異なり結晶化を阻害せず、むしろ結晶化を促進する場合もあるため有用である。水酸基も水素結合による結晶化が期待できるため有用である。ただし、側鎖1本あたり水酸基が2個以上存在する場合、それら同士で強い水素結合を形成したり、1本のポリマー内の側鎖同士で水素結合することで、結晶化を阻害する場合があるため好ましくない。   On the other hand, unlike other halogen atoms, a fluorine atom is useful because it does not inhibit crystallization but rather promotes crystallization. A hydroxyl group is also useful because it can be expected to be crystallized by hydrogen bonding. However, when two or more hydroxyl groups are present per side chain, crystallization may be inhibited by forming strong hydrogen bonds between them or by hydrogen bonding between side chains in one polymer. This is not preferable.

水酸基で置換された好ましいアルキル基とは、具体的に、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシイソプロピル基、4−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシイソブチル基、ヒドロキシtert−ブチル基、5−ヒドロキシペンチル基、4−ヒドロキシイソペンチル基、6−ヒドロキシヘキシル基、6−ヒドロキシ−2−エチルヘキシル基、7−ヒドロキシヘプチル基、8−ヒドロキシオクチル基、9−ヒドロキシノニル基、10−ヒドロキシデシル基、12−ヒドロキシドデシル基、16−ヒドロキシヘキサデシル基、8−ヒドロキシ−3,7−ジメチルオクチル基などの、ω−ヒドロキシアルキル基やω−位以外にヒドロキシ基を有するアルキル基が挙げられる。   Specific examples of the preferred alkyl group substituted with a hydroxyl group include hydroxymethyl group, 2-hydroxyethyl group, 3-hydroxypropyl group, 3-hydroxyisopropyl group, 4-hydroxybutyl group, 3-hydroxybutyl group, 3 -Hydroxyisobutyl group, hydroxy tert-butyl group, 5-hydroxypentyl group, 4-hydroxyisopentyl group, 6-hydroxyhexyl group, 6-hydroxy-2-ethylhexyl group, 7-hydroxyheptyl group, 8-hydroxyoctyl group , 9-hydroxynonyl group, 10-hydroxydecyl group, 12-hydroxydodecyl group, 16-hydroxyhexadecyl group, 8-hydroxy-3,7-dimethyloctyl group, etc. other than ω-hydroxyalkyl group and ω-position An alkyl group having a hydroxy group The

水酸基で置換された好ましいアルコキシ基とは、具体的に、ヒドロキシメトキシ基、2−ヒドロキシエトキシ基、3−ヒドロキシプロポキシ基、3−ヒドロキシイソプロポキシ基、4−ヒドロキシブトキシ基、3−ヒドロキシブトキシ基、3−ヒドロキシイソブトキシ基、ヒドロキシtert−ブトキシ基、5−ヒドロキシペンチルオキシ基、4−ヒドロキシイソペンチルオキシ基、6−ヒドロキシヘキシルオキシ基、6−ヒドロキシ−2−エチルヘキシルオキシ基、7−ヒドロキシヘプチルオキシ基、8−ヒドロキシオクチルオキシ基、9−ヒドロキシノニルオキシ基、10−ヒドロキシオキシ基、12−ヒドロキシドデシルオキシ基、16−ヒドロキシヘキサデシルオキシ基、8−ヒドロキシ−3,7−ジメチルオクチルオキシ基などの、ω−ヒドロキシアルコキシ基やω−位以外にヒドロキシ基を有するアルコキシ基が挙げられる。   Specific examples of the preferred alkoxy group substituted with a hydroxyl group include a hydroxymethoxy group, a 2-hydroxyethoxy group, a 3-hydroxypropoxy group, a 3-hydroxyisopropoxy group, a 4-hydroxybutoxy group, a 3-hydroxybutoxy group, 3-hydroxyisobutoxy group, hydroxy tert-butoxy group, 5-hydroxypentyloxy group, 4-hydroxyisopentyloxy group, 6-hydroxyhexyloxy group, 6-hydroxy-2-ethylhexyloxy group, 7-hydroxyheptyloxy Group, 8-hydroxyoctyloxy group, 9-hydroxynonyloxy group, 10-hydroxyoxy group, 12-hydroxydodecyloxy group, 16-hydroxyhexadecyloxy group, 8-hydroxy-3,7-dimethyloctyloxy group, etc. of Except ω- hydroxyalkoxy group or ω- position and an alkoxy group having a hydroxy group.

側鎖の炭素数を用いて溶解度パラメーターの差を調整する場合、アルキル基またはアルコキシ基の炭素数が異なる共役重合体ブロックを組み合せることで所望の溶解度パラメーターの差に調整可能である。中でも、最小で炭素数8の側鎖を主に含有する共役重合体ブロックと、最大で炭素数6の側鎖を主に含有する共役重合体ブロックとの組み合せが好ましく、炭素数が8個以上20個以下の側鎖をを主に含有する共役重合体ブロックと、炭素数が3個以上6個以下の側鎖をを主に含有する共役重合体ブロックとの組み合わせがより好ましい。また、一方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和と他方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和との差がある一定以上あることも溶解度パラメーターの差を調整する観点から好ましい。側鎖の炭素数の総和の差は6以上16以下であることが好ましく、6以上10以下であることがさらに好ましい。   When adjusting the difference in solubility parameter using the number of carbons in the side chain, it is possible to adjust to the desired difference in solubility parameter by combining conjugated polymer blocks having different alkyl groups or alkoxy groups. Among them, a combination of a conjugated polymer block mainly containing at least a side chain having 8 carbon atoms and a conjugated polymer block mainly containing at most a side chain having 6 carbon atoms is preferable, and has 8 or more carbon atoms. A combination of a conjugated polymer block mainly containing 20 or less side chains and a conjugated polymer block mainly containing side chains having 3 to 6 carbon atoms is more preferred. Also, from the viewpoint of adjusting the solubility parameter difference, there is a certain difference between the total number of carbon atoms in the side chain of one conjugated polymer block and the total number of carbon atoms in the side chain of the other conjugated polymer block. preferable. The difference in the total number of carbon atoms in the side chain is preferably 6 or more and 16 or less, and more preferably 6 or more and 10 or less.

共役ブロック共重合体を構成する共役重合体ブロックが複数の側鎖を有する場合、それぞれの単量体単位に含まれる側鎖のうち互いに異なる少なくとも1つの側鎖を比較したとき、一方の共役重合体ブロックが最小で炭素数8の側鎖を有し、他方の共役重合体ブロックが最大で炭素数6の側鎖を有することが好ましい。   When the conjugated polymer block constituting the conjugated block copolymer has a plurality of side chains, when comparing at least one different side chain among the side chains contained in each monomer unit, It is preferred that the combined block has a minimum of 8 carbon side chains and the other conjugated polymer block has a maximum of 6 carbon side chains.

炭素数が少ない側鎖を有する共役重合体ブロックの場合、溶解度パラメーターの値を大きくすることが可能であるが、炭素数が少なすぎると共役ブロック共重合体の溶媒への溶解性が低下してしまい、好ましい有機薄膜が得られない。また炭素数が多い側鎖を有する共役重合体ブロックの場合、溶解度パラメーターの値を小さくすることが可能であるが、炭素数が20個以上と多いと、共役重合体ブロック鎖同士が近づき難く、共役重合体ブロック鎖間の電荷や励起子の移動が起こり難くなったり、光電変換に寄与しない成分が増加してしまい短絡電流密度が低下したりしてしまう。これら側鎖は、共役重合体ブロック中の側鎖すべてが、これら炭素数に限定された側鎖である必要はなく、他の側鎖と組み合せることも可能である。   In the case of a conjugated polymer block having a side chain with a small number of carbon atoms, it is possible to increase the value of the solubility parameter. However, if the number of carbon atoms is too small, the solubility of the conjugated block copolymer in the solvent decreases. Therefore, a preferable organic thin film cannot be obtained. In the case of a conjugated polymer block having a side chain with a large number of carbon atoms, it is possible to reduce the value of the solubility parameter, but when the number of carbon atoms is as large as 20 or more, it is difficult for the conjugated polymer block chains to approach each other, The movement of charges and excitons between conjugated polymer block chains is difficult to occur, and components that do not contribute to photoelectric conversion increase, resulting in a decrease in short-circuit current density. These side chains do not have to be all side chains limited to the number of carbon atoms in the conjugated polymer block, and can be combined with other side chains.

側鎖の炭素数を用いて共役重合体ブロックの溶解度パラメーターを調整する場合に好ましいアルキル基の具体例としては、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、n−ヘキサデシル基、3,7−ジメチルオクチル基、n−ドデシル基などが挙げられる。   Specific examples of preferred alkyl groups when adjusting the solubility parameter of the conjugated polymer block using the carbon number of the side chain include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, and isobutyl groups. , Sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, Examples include n-nonyl group, n-decyl group, n-hexadecyl group, 3,7-dimethyloctyl group, n-dodecyl group and the like.

側鎖の炭素数を用いて共役重合体ブロックの溶解度パラメーターを調整する場合に好ましいアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n−ブトキシ基、n−ヘキシル基、n−オクチルオキシ基、n−デシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、n−ドデシルオキシ基などが挙げられる。   Specific examples of preferred alkoxy groups when adjusting the solubility parameter of the conjugated polymer block using the carbon number of the side chain include methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, isopropyloxy group, n-butoxy group, n-hexyl group, n-octyloxy group, n-decyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, n-dodecyloxy group, n-hexadecyloxy group, 3,7-dimethyloctyloxy group, n-dodecyloxy group, etc. Is mentioned.

側鎖炭素に結合する原子の種類によって溶解度パラメーターの差を調整する場合、異なる原子が側鎖炭素に結合した側鎖を有する共役重合体ブロックを組み合せることで、所望の溶解度パラメーターの差に調整が可能である。その場合、フッ素原子は最大のポーリングの電気陰性度を有するため特に有用である。フッ素原子を水素原子の替わりに炭素と結合させる場合、フッ素原子の数は側鎖の炭素数にも依存するが、炭素数が6個以上の場合はフッ素原子の数が3個以上を含有する側鎖が好ましく、5個以上を含有する側鎖がより好ましく、5個以上13個以下を含有する側鎖がさらに好ましい。重合体ブロックが複数の側鎖を有する場合、それぞれの単量体単位に含まれる側鎖のうち互いに異なる少なくとも1つの側鎖を比較したとき、一方の重合体ブロックがフッ素原子を3個以上含有する側鎖を有することが好ましい。   When adjusting the difference in solubility parameter depending on the type of atom bonded to the side chain carbon, the difference in solubility parameter can be adjusted by combining conjugated polymer blocks having side chains in which different atoms are bonded to the side chain carbon. Is possible. In that case, fluorine atoms are particularly useful because they have the greatest Pauling electronegativity. When fluorine atoms are bonded to carbon instead of hydrogen atoms, the number of fluorine atoms depends on the number of carbons in the side chain, but when the number of carbon atoms is 6 or more, the number of fluorine atoms contains 3 or more. A side chain is preferred, a side chain containing 5 or more is more preferred, and a side chain containing 5 or more and 13 or less is more preferred. When the polymer block has a plurality of side chains, when comparing at least one different side chain among the side chains contained in each monomer unit, one polymer block contains 3 or more fluorine atoms It is preferable to have a side chain.

このような側鎖を有する共役重合体ブロックとフッ素原子を含有しない側鎖を有する共役重合体ブロックとを組み合せることで所望の溶解度パラメーターの差の共役ブロック共重合体を得ることできる。この場合、フッ素原子を含有する側鎖を有する共役重合体ブロックの溶解度パラメーターは、フッ素原子の数が多いほど小さくなる。フッ素原子数が少ない側鎖を有する共役重合体ブロックの場合、溶解度パラメーターを大きくすることができるが、フッ素原子の数が少な過ぎると溶解度パラメーターの最大値と最小値の差が小さくなってしまう。 By combining such a conjugated polymer block having a side chain and a conjugated polymer block having a side chain not containing a fluorine atom, a conjugated block copolymer having a desired difference in solubility parameter can be obtained. In this case, the solubility parameter of the conjugated polymer block having a side chain containing a fluorine atom decreases as the number of fluorine atoms increases. In the case of a conjugated polymer block having a side chain with a small number of fluorine atoms, the solubility parameter can be increased. However, if the number of fluorine atoms is too small, the difference between the maximum value and the minimum value of the solubility parameter becomes small.

一方、フッ素原子数が多い側鎖を有する共役重合体ブロックの場合、溶解度パラメーターを小さくすることができるが、フッ素原子の数が多すぎると溶解度パラメーターの最大値と最小値の差が大きくなりすぎてしまう。また、フッ素原子の数が多すぎると共役ブロック共重合体が溶媒へ溶解し難くなってしまう。これらフッ素原子を含有する側鎖は、共役重合体ブロック中の側鎖すべてがフッ素原子を含有する側鎖である必要はなく、他の側鎖と組み合せることも可能である。   On the other hand, in the case of a conjugated polymer block having a side chain with a large number of fluorine atoms, the solubility parameter can be reduced, but if the number of fluorine atoms is too large, the difference between the maximum and minimum solubility parameters becomes too large. End up. Moreover, when there are too many fluorine atoms, a conjugated block copolymer will become difficult to melt | dissolve in a solvent. These side chains containing fluorine atoms do not have to be all side chains in the conjugated polymer block, and may be combined with other side chains.

フッ素原子が側鎖炭素に結合した側鎖を設計して共役重合体ブロックの溶解度パラメーターを調整する場合、好ましいフッ素化アルキル基の具体例としては、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,2,1,1−ペンタフルオロエチル基、4,4,4−トリフルオロブチル基、6,6,6−トリフルオロヘキシル基、5,5,6,6,6−ペンタフルオロヘキシル基、7,7,7−トリフルオロヘプチル基、4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロヘプチル基、8,8,8−トリフルオロオクチル基、7,7,8,8,8−ペンタフルオロオクチル基、5,5,6,6,7,7,8,8,8−ノナフルオロオクチル基などの、ω−トリフルオロメチルアルキル基やパーフルオロアルキル基が挙げられる。   When adjusting the solubility parameter of a conjugated polymer block by designing a side chain in which a fluorine atom is bonded to a side chain carbon, specific examples of preferred fluorinated alkyl groups include trifluoromethyl group, 2,2,2-trimethyl. Fluoroethyl group, 2,2,2,1,1-pentafluoroethyl group, 4,4,4-trifluorobutyl group, 6,6,6-trifluorohexyl group, 5,5,6,6,6 -Pentafluorohexyl group, 7,7,7-trifluoroheptyl group, 4,4,5,5,6,6,7,7,7-nonafluoroheptyl group, 8,8,8-trifluorooctyl group , 7,7,8,8,8-pentafluorooctyl group, 5,5,6,6,7,7,8,8,8-nonafluorooctyl group, Fluoroalkyl group That.

フッ素原子が側鎖炭素に結合した側鎖を設計して共役重合体ブロックの溶解度パラメーターを調整する場合、好ましいフッ素化アルコキシ基の具体例としては、トリフルオロメトキシ基、2,2,2−トリフルオロエトキシ基、2,2,2,1,1−ペンタフルオロエトキシ基、4,4,4−トリフルオロブトキシ基、6,6,6−トリフルオロヘキシルオキシ基、5,5,6,6,6−ペンタフルオロヘキシルオキシ基、7,7,7−トリフルオロヘプチルオキシ基、4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロヘプチルオキシ基、8,8,8−トリフルオロオクチルオキシ基、7,7,8,8,8−ペンタフルオロオクチルオキシ基、5,5,6,6,7,7,8,8,8−ノナフルオロオクチルオキシ基などの、ω−トリフルオロメチルアルコキシ基やパーフルオロアルコキシ基が挙げられる。   When adjusting the solubility parameter of the conjugated polymer block by designing a side chain in which a fluorine atom is bonded to a side chain carbon, specific examples of preferred fluorinated alkoxy groups include trifluoromethoxy group, 2,2,2-trimethyl Fluoroethoxy group, 2,2,2,1,1-pentafluoroethoxy group, 4,4,4-trifluorobutoxy group, 6,6,6-trifluorohexyloxy group, 5,5,6,6, 6-pentafluorohexyloxy group, 7,7,7-trifluoroheptyloxy group, 4,4,5,5,6,6,7,7,7-nonafluoroheptyloxy group, 8,8,8- Ω- such as trifluorooctyloxy group, 7,7,8,8,8-pentafluorooctyloxy group, 5,5,6,6,7,7,8,8,8-nonafluorooctyloxy group Trifle B and methyl alkoxy group or a perfluoroalkoxy group.

溶解度パラメーターの測定方法や算出方法は幾つかあるが、本発明においては、Bicerano法を用いる。他の方法としては、例えば、Hildebrand法、Small法、Fedors法、Van Krevelen法、Hansen法、Hoy法、Ascadskii法、沖津法などが挙げられるが、これらの方法では複素環を有するポリマーの溶解度パラメーターが計算できなかったり、正確でなかったりするため使用することができない。Bicerano法による算出方法は、Jozef Biceranoが書いた、“Prediction of Polymer Properties, 3rd Ed.”(2002)、CRC Pressに記載されている。また、溶解度パラメーターの単位はMPa1/2である。Bicerano法を用いて溶解度パラメーターを算出する際、種々のコンピューターソフトウェアを用いることができる。コンピューターソフトウェアとしては、例えば、Scigress Explorer Professional 7.6.0.52 (富士通)やPolymer-Design Tools(DTW Associates, Inc)が挙げられる。Bicerano法にてデータのない元素を取り扱う場合、周期律表の同族元素であって周期番号1つ小さい元素で代用することとする。例えば、ケイ素のデータがない場合は炭素で代用した構造にて算出された溶解度パラメーターを使用する。Although there are several methods for measuring and calculating the solubility parameter, the Bicerano method is used in the present invention. Other methods include, for example, the Hildebrand method, Small method, Fedors method, Van Krevelen method, Hansen method, Hoy method, Ascadskii method, Okitsu method, etc. Cannot be used because it cannot be calculated or is not accurate. The calculation method by the Bicerano method is described in “Prediction of Polymer Properties, 3rd Ed.” (2002), CRC Press, written by Jozef Bicerano. The unit of the solubility parameter is MPa 1/2 . Various computer software can be used when calculating solubility parameters using the Bicerano method. Examples of the computer software include Scigress Explorer Professional 7.6.0.52 (Fujitsu) and Polymer-Design Tools (DTW Associates, Inc). When dealing with elements that have no data in the Bicerano method, substitute elements that are the same element in the periodic table and that have a smaller cycle number. For example, when there is no silicon data, the solubility parameter calculated with the structure substituted with carbon is used.

本発明の共役ブロック共重合体は、共役ブロック共重合体の各ブロックを構成する共役重合体ブロックに関して溶解度パラメーターを算出する必要がある。共役ブロック共重合体の各ブロックを構成する共役重合体ブロックがランダム共重合体の場合、下記数式(A)に示すように、ランダム共重合体の溶解度パラメーターを計算する。   In the conjugated block copolymer of the present invention, it is necessary to calculate a solubility parameter for the conjugated polymer block constituting each block of the conjugated block copolymer. When the conjugated polymer block constituting each block of the conjugated block copolymer is a random copolymer, the solubility parameter of the random copolymer is calculated as shown in the following formula (A).

[ランダム共重合体の溶解度パラメーター]=Σ(δi × φi)・・・(A)
δi=ランダム共重合体の成分であるi単位だけからなるポリマーの溶解度パラメーター
φi=ランダム共重合体の成分であるi単位の重量分率 (Σφi = 1)
[Solubility parameter of random copolymer] = Σ (δi × φi) (A)
δi = Solubility parameter of a polymer consisting only of i units that are components of a random copolymer φi = Weight fraction of i units that are components of a random copolymer (Σφi = 1)

本発明の共役ブロック共重合体に含まれる2種類以上の共役重合体ブロックのそれぞれの質量比は、特に限定されないが、95:5〜5:95質量比であると好ましく、90:10〜10:90質量比であるとより好ましく、85:15〜15:85であるとさらに好ましい。共役ブロック共重合体に含まれる2種類以上の共役重合体ブロックのうち、より高い光電変換効率を与える共役重合体ブロックの含量が多い方が好ましい。   The mass ratio of each of the two or more conjugated polymer blocks contained in the conjugated block copolymer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 95: 5 to 5:95 mass ratio, and 90:10 to 10 : 90 mass ratio is more preferable, and it is further more preferable in it being 85: 15-15: 85. Of the two or more types of conjugated polymer blocks contained in the conjugated block copolymer, it is preferable that the content of the conjugated polymer block giving higher photoelectric conversion efficiency is larger.

共役ブロック共重合体の数平均分子量は、特に限定されないが、ホール移動度や力学的物性の観点から、600〜100万g/モルであると好ましく、5000〜50万g/モルであるとより好ましく、1万〜20万g/モルであると最も好ましい。ここで、数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によるポリスチレン換算の分子量を意味する。   The number average molecular weight of the conjugated block copolymer is not particularly limited, but is preferably 600 to 1,000,000 g / mol and more preferably 5,000 to 500,000 g / mol from the viewpoint of hole mobility and mechanical properties. It is preferably 10,000 to 200,000 g / mol. Here, the number average molecular weight means a molecular weight in terms of polystyrene by gel permeation chromatography.

共役ブロック共重合体は、ホール移動度の観点から、少なくとも片方のブロックが結晶性ポリマーであると好ましい。ここでいう結晶性ポリマーとは、ポリマーの一部が結晶化しているまたは液晶状態のポリマーである。結晶性ポリマーの判別は、X線回折法やDSCにより分析することができる。本発明では、芳香環π−πスタックのみX線回折法で観測されるような、弱いポリマーのパッキング状態は、結晶性があるものとして判断する。   In the conjugated block copolymer, at least one block is preferably a crystalline polymer from the viewpoint of hole mobility. The crystalline polymer here is a polymer in which a part of the polymer is crystallized or in a liquid crystal state. Discrimination of the crystalline polymer can be analyzed by X-ray diffraction or DSC. In the present invention, the weak polymer packing state observed only by the aromatic ring π-π stack by the X-ray diffraction method is judged as having crystallinity.

本発明の共役ブロック共重合体は、その共役ブロック共重合体中及びその各ブロックを構成する共役重合体ブロック中において、前記二価の複素環基以外の二価の基を共重合することができる。二価の複素環基以外の二価の基を共重合する場合、その共重合率は、共役ブロック共重合体に対して30質量%以下であると好ましく、20質量%以下であるとより好ましく、10質量%以下であるとさらに好ましい。共重合率が高すぎる場合、光電変換素子の性能が低下する場合がある。二価の複素環基以外の二価の基の具体例としては、アセチレン基及びアリーレン基が挙げられる。   In the conjugated block copolymer of the present invention, a divalent group other than the divalent heterocyclic group can be copolymerized in the conjugated block copolymer and in the conjugated polymer block constituting each block. it can. When copolymerizing a divalent group other than a divalent heterocyclic group, the copolymerization rate is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, based on the conjugated block copolymer. More preferably, it is 10 mass% or less. When the copolymerization rate is too high, the performance of the photoelectric conversion element may deteriorate. Specific examples of the divalent group other than the divalent heterocyclic group include an acetylene group and an arylene group.

本発明の共役ブロック共重合体には、例示した共役重合体ブロック以外に共役ポリマーを含有していてもよい。その含有量は、モルフォロジ制御及び、モルフォロジを制御することで得られる光電変換素子の変換効率が高いという観点から、50質量%以下であると好ましく、30質量%以下であるとより好ましく、20質量%以下であるとさらに好ましい。本発明の共役ブロック共重合体以外の共役ポリマーとしては、本発明の共役ブロック共重合体の1つのブロックである構造と同じ共役ポリマーが好ましい。   The conjugated block copolymer of the present invention may contain a conjugated polymer in addition to the exemplified conjugated polymer block. The content is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass from the viewpoint of controlling the morphology and the conversion efficiency of the photoelectric conversion element obtained by controlling the morphology. % Or less is more preferable. The conjugated polymer other than the conjugated block copolymer of the present invention is preferably a conjugated polymer having the same structure as one block of the conjugated block copolymer of the present invention.

さらに共役ブロック共重合体は、2種類以上の共役重合体ブロックを含有していれば、他の非共役なポリマーブロックを含有していてもよい。非共役なポリマーブロックの含有量は光電変換素子の変換効率を低下させない範囲であれば特に制限されないが、共役ブロック共重合体全体の質量に対して50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、10質量%以下が最も好ましい。このような非共役重合体ブロックは本発明における溶解度パラメーターには関与しない。   Furthermore, the conjugated block copolymer may contain other non-conjugated polymer blocks as long as it contains two or more kinds of conjugated polymer blocks. The content of the non-conjugated polymer block is not particularly limited as long as it does not decrease the conversion efficiency of the photoelectric conversion element, but is preferably 50% by mass or less, and preferably 30% by mass or less with respect to the total mass of the conjugated block copolymer. More preferred is 10% by mass or less. Such non-conjugated polymer blocks are not involved in the solubility parameter in the present invention.

本発明の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 production method of the conjugated block copolymer of the present invention, each reaction step and production method will be described in detail.

共役ブロック共重合体を製造する第一の方法としては、各ブロックを構成する少なくとも2種類の共役重合体ブロック、例えば共役重合体ブロックA及び共役重合体ブロックBを別々に合成しておき、それらを連結する方法(以下、「連結法」と称することがある)がある。第二の方法としては、擬リビング重合により共役重合体ブロックA及び共役重合体ブロックBを逐次重合する方法(以下、「逐次重合法」と称することがある)がある。第三の方法としては、共役重合体ブロックA存在下に共役ブロックBを重合する方法(以下、「マクロイニシエーター法」と称することがある)がある。連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法は、合成する共役ブロック共重合体によって最適な方法が使用できる。。   As a first method for producing a conjugated block copolymer, at least two kinds of conjugated polymer blocks constituting each block, for example, conjugated polymer block A and conjugated polymer block B are synthesized separately, There is a method of connecting the two (hereinafter, referred to as “connection method”). As a second method, there is a method in which the conjugated polymer block A and the conjugated polymer block B are sequentially polymerized by pseudo-living polymerization (hereinafter sometimes referred to as “sequential polymerization method”). As a third method, there is a method of polymerizing the conjugated block B in the presence of the conjugated polymer block A (hereinafter sometimes referred to as “macroinitiator method”). As the linking method, sequential polymerization method, and macroinitiator method, an optimum method can be used depending on the conjugated block copolymer to be synthesized. .

連結法は、下記反応式(I)に示すように、共役重合体ブロックAを有する化合物A−Xと共役重合体ブロックBを有する化合物B−Mとを触媒存在下でカップリング反応を行うことにより製造することができる。

Figure 0005736456
Coupling method, as shown in the following reaction formula (I), the out the coupling reaction with the compound B-M p with Compound A-X and the conjugated polymer block B having a conjugated polymer block A in the presence of a catalyst Can be manufactured.
Figure 0005736456

式(I)中、A、Bは共役重合体ブロック、Xはハロゲン原子、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xは前記同様)を表す。In the formula (I), A and B are conjugated polymer blocks, X is a halogen atom, M p is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SnR a 3 (where R a has 1 to 4 carbon atoms) A straight-chain alkyl group, and X is as defined above.

共役重合体ブロックA、共役重合体ブロックBは、末端置換基が入れ替わっていてもよく、下記反応式(II)に示すように、共役重合体ブロックBを有する化合物B−Xと共役重合体ブロックAを有する化合物A−Mとを触媒存在下でカップリング反応を行うことにより製造することができる。

Figure 0005736456
In the conjugated polymer block A and the conjugated polymer block B, terminal substituents may be exchanged, and as shown in the following reaction formula (II), the compound BX having the conjugated polymer block B and the conjugated polymer block the compound a-M p with a can be prepared by carrying out the coupling reaction in the presence of a catalyst.
Figure 0005736456

式(II)中、B、Aは共役重合体ブロック、Xはハロゲン原子、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xは前記同様)を表す。In the formula (II), B and A are conjugated polymer blocks, X is a halogen atom, M p is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SnR a 3 (where R a has 1 to 4 carbon atoms) A straight-chain alkyl group, and X is as defined above.

下記反応式(III)に従い触媒の存在下で単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、いわゆるカップリング反応によって共役重合体ブロックAまたは共役重合体ブロックBを含む化合物A−Xまたは化合物B−Xを製造することができる。なお、Y及びMは本発明の共役ブロック共重合体の単量体単位を少なくとも一部を構成する複素環骨格を示す。

Figure 0005736456
According to the following reaction formula (III), the monomers M q1 -YM q1 and M q2 -ZM q2 are reacted in the presence of a catalyst, and the conjugated polymer block A or conjugated heavy is reacted by a so-called coupling reaction. Compound AX or compound BX containing combined block B can be prepared. Y and M represent a heterocyclic skeleton constituting at least a part of the monomer unit of the conjugated block copolymer of the present invention.
Figure 0005736456

式(III)中、Mq1、Mq2は同一でなくそれぞれ独立してハロゲン原子、またはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xは前記同様)を表し、A、BはYとZの共重合体を表し、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR を表す。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、−SnR 、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、−SnR となる。In formula (III), M q1 and M q2 are not the same and are each independently a halogen atom, or a boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SnR a 3 (wherein R a has 1 to 4 carbon atoms) A represents a copolymer of Y and Z, and M p represents a boronic acid, a boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SnR a 3 . . That is, when M q1 is a halogen atom, M q2 is boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SnR a 3 , and conversely, when M q2 is a halogen atom, M q1 is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SnR a 3

共役重合体ブロックAまたは共役重合体ブロックBは、化合物Mq1−Y−Mq1と化合物Mq2−Z−Mq2と式Ar−Mで示される化合物とを用いてカップリング反応を行うことにより製造することも可能である。ただし、Arはアリール基、MはMまたはXを表し、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR (Rは炭素数1〜4のアルキル基)、Xはハロゲン原子を表す。Conjugated polymer block A or a conjugated polymer block B may be carried out a coupling reaction using a compound represented as compound M q1 -Y-M q1 Compound M q2 -Z-M q2 the formula Ar-M r It is also possible to manufacture by. However, Ar is an aryl group, M r represents M p or X, M p is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SnR a 3 (R a represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) , X represents a halogen atom.

こうすることで化合物A−X、化合物B−X、化合物A−M、化合物B−Mのように重合体ブロックA及び重合体ブロックBの片方の末端基のみに連結のための官能基を導入しやすくなる。In this way, the functional group for linking only to one end group of the polymer block A and the polymer block B, such as the compound AX , the compound BX , the compound A-M p , and the compound B-M p. It becomes easy to introduce.

化合物A−X、化合物B−Xの共役重合体ブロックAまたは共役重合体ブロックBの主鎖骨格がポリチオフェンの場合、逐次重合法で説明した擬リビング重合法によって共役重合体ブロックAまたは共役重合体ブロックBを製造することもできる。   When the main chain skeleton of the conjugated polymer block A or the conjugated polymer block B of the compound AX or the compound BX is polythiophene, the conjugated polymer block A or the conjugated polymer is obtained by the pseudo-living polymerization method described in the sequential polymerization method. Block B can also be manufactured.

次に逐次重合法について詳細に説明する。逐次重合法は、特に共役重合体ブロックA及び共役重合体ブロックBの両方の主鎖骨格として、ポリチオフェンを用いる場合に有効な方法である。基本的な重合反応は以下に示す方法を用いて製造することができる。なお、共役重合体ブロックを製造する順番は共役重合体ブロックAの次に共役重合体ブロックBであってもよいし、その逆でもよく、目的とする共役ブロック共重合体により最適な順番が選択できる。   Next, the sequential polymerization method will be described in detail. The sequential polymerization method is an effective method particularly when polythiophene is used as the main chain skeleton of both the conjugated polymer block A and the conjugated polymer block B. The basic polymerization reaction can be produced using the method shown below. The order of producing the conjugated polymer block may be the conjugated polymer block B after the conjugated polymer block A, or vice versa, and the optimum order is selected according to the intended conjugated block copolymer. it can.

不活性溶媒中で、下化学記式(IV)

Figure 0005736456
In an inert solvent, the following chemical formula (IV)
Figure 0005736456

((IV)式中、Wは置換基を有してもよい2価のチエニレン基、Xはハロゲン原子、2つのXは同一であっても異なっていてもよい)で示される単量体と、グリニャール試薬である下記化学式(V)

Figure 0005736456
(Wherein W is a divalent thienylene group which may have a substituent, X is a halogen atom, and two X's may be the same or different); , Grignard reagent represented by the following chemical formula (V)
Figure 0005736456

((V)式中、R’は炭素数1〜10アルキル基、Xはハロゲン原子)で示される有機マグネシウムハロゲン化合物との交換反応であるグリニャールメタセシス反応により、下記化学式(VI)

Figure 0005736456
(In the formula (V), R ′ is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X is a halogen atom) The Grignard metathesis reaction, which is an exchange reaction with an organomagnesium halogen compound, represents the following chemical formula (VI)
Figure 0005736456

((VI)式中、Wは置換基を有してもよい2価のチエニレン基、Xはハロゲン原子、2つのXは同一または異なる)で示される有機マグネシウム化合物を得る。   (In the formula (VI), W is a divalent thienylene group which may have a substituent, X is a halogen atom, and two X's are the same or different).

得られた有機マグネシウム化合物(VI)を、溶媒中において、金属錯体触媒の存在下で、いわゆるカップリング反応により、共役ブロック共重合体を得る。一連の反応を模式反応式(VII)に示す。

Figure 0005736456
A conjugated block copolymer is obtained from the obtained organomagnesium compound (VI) by a so-called coupling reaction in a solvent in the presence of a metal complex catalyst. A series of reactions is shown in the schematic reaction formula (VII).
Figure 0005736456

式(VII)中、得られる共役ブロック共重合体のWは、置換基を有してもよい2価のチエニレン基からなる共重合体である。   In formula (VII), W of the resulting conjugated block copolymer is a copolymer composed of a divalent thienylene group which may have a substituent.

次にマクロイニシエーター法について詳細に説明する。マクロイニシエーター法は、末端官能化した共役重合体ブロックAを共役重合体ブロックBの重合初期、または重合中期に共存させて共役重合体ブロックBの重合を行う手法である。なお、共役重合体ブロックを製造する順番は共役重合体ブロックA存在下に共役重合体ブロックBを重合してもよいし、その逆でもよく、目的とする共役ブロック共重合体により最適な順番が選択できる。   Next, the macro initiator method will be described in detail. The macroinitiator method is a method in which the conjugated polymer block B is polymerized by allowing the terminal functionalized conjugated polymer block A to coexist in the initial stage of polymerization of the conjugated polymer block B or in the middle of polymerization. The order in which the conjugated polymer block is produced may be obtained by polymerizing the conjugated polymer block B in the presence of the conjugated polymer block A, or vice versa, depending on the target conjugated block copolymer. You can choose.

下記反応式(VIII)に従い共役重合体ブロックAであるA−X及び触媒の存在下で単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、いわゆるカップリング反応によって共役重合体ブロックAの末端と共役重合体ブロックBの重合性単量体もしくは重合体ブロックBを重合中に結合させることで、重合後に本発明の共役ブロック共重合体を得ることができる。また、下記反応式(IX)に従い共役重合体ブロックAであるA−M及び触媒の存在下で単量体であるMq1−Y−Mq1とMq2−Z−Mq2とを反応させ、カップリング反応によって共役重合体ブロックAの末端と共役重合体ブロックBの重合性単量体もしくは重合体ブロックBを重合中に結合させることで、重合後に本発明の共役ブロック共重合体を得ることができる。

Figure 0005736456
According to the following reaction formula (VIII), the conjugated polymer block A AX and the monomers M q1 -YM q1 and M q2 -ZM q2 are reacted in the presence of a catalyst to form a so-called cup. The conjugated block copolymer of the present invention can be obtained after the polymerization by bonding the terminal of the conjugated polymer block A and the polymerizable monomer of the conjugated polymer block B or the polymer block B during the polymerization by a ring reaction. it can. Further, by reacting an M q1 -Y-M q1 and M q2 -Z-M q2 is monomer in the presence of A-M p and catalyst is a conjugated polymer block A according to the following reaction formula (IX) The conjugated block copolymer of the present invention is obtained after the polymerization by bonding the terminal of the conjugated polymer block A and the polymerizable monomer of the conjugated polymer block B or the polymer block B during the polymerization by a coupling reaction. be able to.
Figure 0005736456

式(VIII)及び式(IX)中、Mq1、Mq2は同一でなくそれぞれ独立してハロゲン原子、またはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR (ただしRは炭素数1〜4の直鎖アルキル基、Xは前記同様)を表し、A、BはYとZの共重合体を表し、Mはボロン酸、ボロン酸エステル、−MgX、−ZnX、−SnR を表す。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、−SnR 、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、−SnR となる。In formula (VIII) and formula (IX), M q1 and M q2 are not the same and are each independently a halogen atom, or a boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SnR a 3 (where R a is C represents a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, X represents the same as above, A and B represent a copolymer of Y and Z, M p represents boronic acid, boronic ester, -MgX, -ZnX,- Represents SnR a 3 . That is, when M q1 is a halogen atom, M q2 is boronic acid, boronic acid ester, —MgX, —ZnX, —SnR a 3 , and conversely, when M q2 is a halogen atom, M q1 is boronic acid, boronic acid ester, -MgX, -ZnX, -SnR a 3

連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法ともに触媒として遷移金属の錯体を用いる必要がある。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がられる。具体的には、公知のNi,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Fe等の錯体が挙げられる。中でも、Ni錯体やPd錯体がより好ましい。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)プロパン等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、アセトニトリル等の含窒素系配位子などが含有されていることが好ましい。   It is necessary to use a transition metal complex as a catalyst for both the linking method, sequential polymerization method and macroinitiator method. Usually, transition metal complexes belonging to groups 3 to 10 of the periodic table (Group 18 long-period type periodic table), especially 8 to 10 are listed. Specifically, known complexes such as Ni, Pd, Ti, Zr, V, Cr, Co, and Fe can be used. Of these, Ni complexes and Pd complexes are more 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 Lico; tetramethyl ester Diamine, bipyridine, it is preferable that such a nitrogen-containing ligands such as acetonitrile is contained.

錯体の使用量は、連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法ともに製造する共役ブロック共重合体の種類によって異なるが、単量体に対して、0.001〜0.1モルであると好ましい。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り、また経済的にも不利である。一方、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。   The amount of the complex used varies depending on the kind of the conjugated block copolymer to be produced together with the linking method, the sequential polymerization method, and the macroinitiator method, but is preferably 0.001 to 0.1 mol with respect to the monomer. . If the amount of the catalyst is too large, it will cause a decrease in the molecular weight of the resulting polymer, which is also disadvantageous economically. On the other hand, if the amount is too small, the reaction rate becomes slow and stable production becomes difficult.

共役ブロック共重合体の製造に用いることができる溶媒は、製造する共役ブロック共重合体の種類によって使い分ける必要があるが、連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法ともに一般的に市販されている溶媒を選択することができる。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、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環式飽和炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等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。   Solvents that can be used for the production of the conjugated block copolymer need to be properly used depending on the type of the conjugated block copolymer to be produced, but are generally commercially available for both the linking method, sequential polymerization method and macroinitiator method. A solvent can be selected. For example, ether solvents such as 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 methyl ether, diphenyl ether , Aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, alkyl halide solvents such as dichloromethane and chloroform, chlorobenzene, di Aromatic aryl halide solvents such as chlorobenzene, amide solvents such as dimethylformamide, diethylformamide, N-methylpyrrolidone, water, and mixtures thereof And the like.

かかる有機溶媒の使用量としては製造する共役ブロック共重合体の単量体に対して1〜1000重量倍の範囲であることが好ましく、得られる連結体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10重量倍以上であることが好ましく、反応速度の観点からは100重量倍以下であることが好ましい。   The amount of the organic solvent used is preferably in the range of 1 to 1000 times by weight with respect to the monomer of the conjugated block copolymer to be produced, from the viewpoint of the solubility of the resulting conjugate and the stirring efficiency of the reaction solution. Is preferably 10 times by weight or more, and preferably 100 times by weight or less from the viewpoint of reaction rate.

製造する共役ブロック共重合体の種類によって重合温度は異なる。連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法ともに通常−80℃〜200℃の範囲で実施される。反応系の圧力は特に限定されないが、0.1〜10気圧が好ましい。通常1気圧前後で反応を行なう。また、反応時間は、製造する重合体ブロックAと重合体ブロックBとによって異なるが、通常、20分〜100時間である。   The polymerization temperature varies depending on the type of conjugated block copolymer to be produced. The linking method, sequential polymerization method and macroinitiator method are usually carried out in the range of -80 ° C to 200 ° C. Although the pressure of a reaction system is not specifically limited, 0.1-10 atmospheres is preferable. The reaction is usually carried out at around 1 atm. Moreover, although reaction time changes with the polymer block A and the polymer block B to manufacture, it is 20 minutes-100 hours normally.

連結法、逐次重合法及びマクロイニシエーター法によって得られる共役ブロック共重合体は、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)等、共役ブロック共重合体を溶液から単離する際の通常の操作によって、反応混合液から分離、取得することができる。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または抽出することで精製することができる。   Conjugated block copolymers obtained by the linking method, sequential polymerization method and macroinitiator method are, for example, reprecipitation, solvent removal under heating, solvent removal under reduced pressure, and solvent removal with steam (steam stripping). The conjugated block copolymer can be separated and obtained from the reaction mixture by a normal operation for isolating the conjugated block copolymer from the solution. The obtained crude product can be purified by washing or extraction using a commercially available solvent using a Soxhlet extractor.

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とエーテル系溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環式飽和炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等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。   For example, 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 methyl ether, diphenyl ether and ether solvents , Aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, cyclohexane, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ketone solvents such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, Alkyl halide solvents such as dichloromethane and chloroform, aromatic aryl halide solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene, dimethylformamide, diethylformamide Amide solvents such as N- methylpyrrolidone, water and mixtures thereof.

本発明の共役ブロック共重合体は、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、またはそれらの原子も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等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 conjugated block copolymer of the present invention has, as a terminal group, a halogen atom, a trialkyltin group, a boronic acid group, a boronic acid ester group or other coupling residue, or a hydrogen atom from which these atoms or groups are eliminated. It may have a terminal structure in which these terminal groups are further substituted with a terminal blocking agent composed of an aromatic halide such as benzene bromide or an aromatic boronic acid compound.

このようにして得られた共役ブロック共重合体は、電子受容性材料であるフラーレン誘導体と混合されることで、有機薄膜を形成する有機半導体材料である組成物として用いることができる。これらの共役ブロック共重合体は、組成物中に、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The conjugated block copolymer thus obtained can be used as a composition that is an organic semiconductor material that forms an organic thin film by being mixed with a fullerene derivative that is an electron-accepting material. These conjugated block copolymers may be used individually by 1 type in a composition, and may be used in combination of 2 or more type.

本発明の組成物は、溶媒存在下で、少なくとも共役ブロック共重合体とフラーレン誘導体とが混合されているものである。この組成物は、例えば、光電変換素子の機能層として有用である。   In the composition of the present invention, at least a conjugated block copolymer and a fullerene derivative are mixed in the presence of a solvent. This composition is useful, for example, as a functional layer of a photoelectric conversion element.

組成物における共役ブロック共重合体とフラーレン誘導体との割合は、共役ブロック共重合体100重量部に対して、フラーレン誘導体が10〜1000重量部であると好ましく、50〜500重量部であるとより好ましい。   The ratio of the conjugated block copolymer and the fullerene derivative in the composition is preferably 10 to 1000 parts by weight and more preferably 50 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conjugated block copolymer. preferable.

またこの組成物における必須成分である共役ブロック共重合体及びフラーレン誘導体の他に、非共役重合体、界面活性剤、1,8−ジヨードオクタンなどの高沸点溶剤、などの第3成分を含有していてもよい。この第3成分の含有量は、光電変換素子の性能の観点から、共役ブロック共重合体とフラーレン誘導体との総和の重量に対して、30質量%以下であると好ましく、10質量%以下であるとより好ましい。   In addition to the conjugated block copolymer and fullerene derivative, which are essential components in this composition, contains a third component such as a non-conjugated polymer, a surfactant, a high-boiling solvent such as 1,8-diiodooctane, etc. You may do it. The content of the third component is preferably 30% by mass or less and 10% by mass or less with respect to the total weight of the conjugated block copolymer and the fullerene derivative from the viewpoint of the performance of the photoelectric conversion element. And more preferred.

組成物に含有されるフラーレン誘導体としては、具体的に、C60、C70、C84及びその誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体の具体的な構造例を下記化学式(イ)〜(ヌ)に示す。

Figure 0005736456
Specific examples of the fullerene derivative contained in the composition include C 60 , C 70 , C 84 and derivatives thereof. Specific structural examples of the fullerene derivative are shown in the following chemical formulas (a) to (nu).
Figure 0005736456

共役ブロック共重合体及びフラーレン誘導体の混合方法は、特に限定されるものではない。共役ブロック共重合体及びフラーレン誘導体の混合方法として、例えば、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解・混合させる方法が挙げられる。   The mixing method of the conjugated block copolymer and the fullerene derivative is not particularly limited. As a mixing method of the conjugated block copolymer and the fullerene derivative, for example, after adding to a solvent at a desired ratio, one or a plurality of methods such as heating, stirring and ultrasonic irradiation are combined and dissolved and mixed in the solvent. A method is mentioned.

共役ブロック共重合体及びフラーレン誘導体を混合する際に用いる溶媒としては、大部分が溶解する溶媒であれば特に限定されない。溶媒としては、具体的に、テトラヒドロフランなどのエーテル類、メチレンクロライド、クロロホルムなどのハロゲン溶媒、ベンゼン、トルエン、オルトキシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、ピリジンなどの芳香族系溶媒などが挙げられる。   The solvent used when mixing the conjugated block copolymer and the fullerene derivative is not particularly limited as long as it is a solvent that can be mostly dissolved. Specific examples of the solvent include ethers such as tetrahydrofuran, halogen solvents such as methylene chloride and chloroform, and aromatic solvents such as benzene, toluene, orthoxylene, chlorobenzene, orthodichlorobenzene and pyridine.

共役ブロック共重合体及びフラーレン誘導体を含有する組成物は、公知の印刷法や塗布法により有機薄膜を形成することができる。製膜手法として、具体的に、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、スロットダイコート法、バーコート法、ロールコート法、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、ノズルコート法、キャピラリーコート法など、公知の手法を用いることができる。   The composition containing the conjugated block copolymer and the fullerene derivative can form an organic thin film by a known printing method or coating method. Specific film forming methods include spin coating, casting, micro gravure coating, gravure coating, slot die coating, bar coating, roll coating, dip coating, spray coating, screen printing, flexographic printing. Known methods such as a printing method, an offset printing method, an ink jet printing method, a nozzle coating method, and a capillary coating method can be used.

得られた有機薄膜は、有機トランジスタや光電変換素子として有用である。共役ブロック共重合体を含有する有機薄膜の膜厚は、目的とする用途により一概に定めることは困難であるが、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。光電変換素子として用いた場合、膜厚が薄すぎると光が十分に吸収されず、逆に厚すぎるとキャリアが電極へ到達し難くなり、高い変換効率が得られない。   The obtained organic thin film is useful as an organic transistor or a photoelectric conversion element. The film thickness of the organic thin film containing the conjugated block copolymer is difficult to determine in general depending on the intended use, but is usually 1 nm to 1 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm. It is -500 nm, More preferably, it is 20 nm -300 nm. When used as a photoelectric conversion element, if the film thickness is too thin, light is not sufficiently absorbed, and conversely if it is too thick, it becomes difficult for carriers to reach the electrode and high conversion efficiency cannot be obtained.

本発明の組成物から製膜される有機薄膜を用いた光電変換素子について例を挙げて説明する。   An example is given and demonstrated about the photoelectric conversion element using the organic thin film formed into a film from the composition of this invention.

本発明の光電変換素子は、少なくとも2つの異種電極、つまり正極と負極との間に本発明の共役ブロック共重合体を用いて製膜した有機光電変換層を有するものである。   The photoelectric conversion element of the present invention has an organic photoelectric conversion layer formed by using the conjugated block copolymer of the present invention between at least two different electrodes, that is, a positive electrode and a negative electrode.

光電変換素子の電極は、正極または負極のいずれかに光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、有機光電変換層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、光透過性や導電性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。なお、一方の電極が光透過性を有する場合、もう一方の電極において導電性を有していれば必ずしも光透過性を有する必要はない。さらに、この電極の厚さは特に限定されるものではない。   It is preferable that the electrode of a photoelectric conversion element has a light transmittance in either a positive electrode or a negative electrode. The optical transparency of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the organic photoelectric conversion layer and an electromotive force is generated. The thickness of an electrode should just be the range which has a light transmittance and electroconductivity, and although it changes with electrode materials, 20 nm-300 nm are preferable. Note that in the case where one electrode has light transparency, the light transmission property is not necessarily required as long as the other electrode has conductivity. Furthermore, the thickness of this electrode is not particularly limited.

電極材料としては、一方の電極には仕事関数の大きな導電性素材、もう一方の電極には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。仕事関数の大きな導電性素材を用いた電極は正極となる。この仕事関数の大きな導電性素材としては金、白金、クロム、ニッケルなどの金属のほか、透明性を有するインジウム、スズなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)など)が好ましく用いられる。ここで、正極に用いられる導電性素材は、有機光電変換層とオーミック接合するものであることが好ましい。さらに、後述する正孔輸送層を用いた場合においては、正極に用いられる導電性素材は正孔輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。   As an electrode material, it is preferable to use a conductive material having a high work function for one electrode and a conductive material having a low work function for the other electrode. An electrode using a conductive material having a large work function is a positive electrode. Conductive materials with a large work function include metals such as gold, platinum, chromium and nickel, transparent metal oxides such as indium and tin, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium Zinc oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), etc.) are preferably used. Here, the conductive material used for the positive electrode is preferably an ohmic junction with the organic photoelectric conversion layer. Furthermore, when a hole transport layer described later is used, it is preferable that the conductive material used for the positive electrode is an ohmic contact with the hole transport layer.

仕事関数の小さな導電性素材を用いた電極は負極となるが、この仕事関数の小さな導電性素材としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属、具体的にはリチウム、マグネシウム、カルシウムが使用される。また、錫や銀、アルミニウムも好ましく用いられる。さらに、前記の金属からなる合金や前記の金属の積層体からなる電極も好ましく用いられる。   An electrode using a conductive material having a low work function serves as a negative electrode. As the conductive material having a low work function, alkali metal or alkaline earth metal, specifically, lithium, magnesium, or calcium is used. Tin, silver, and aluminum are also preferably used. Furthermore, an electrode made of an alloy made of the above metal or a laminate of the above metal is also preferably used.

また、負極と後述する電子輸送層との界面にフッ化リチウムやフッ化セシウムなどの金属フッ化物を導入することで、取り出し電流を向上させることも可能である。ここで、負極に用いられる導電性素材は、有機光電変換層とオーミック接合するものであることが好ましい。さらに、電子輸送層を用いた場合においては、負極に用いられる導電性素材は電子輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。   Further, it is possible to improve the extraction current by introducing a metal fluoride such as lithium fluoride or cesium fluoride at the interface between the negative electrode and the electron transport layer described later. Here, the conductive material used for the negative electrode is preferably one that is in ohmic contact with the organic photoelectric conversion layer. Furthermore, when the electron transport layer is used, it is preferable that the conductive material used for the negative electrode is in ohmic contact with the electron transport layer.

光電変換素子は、通常、基材上に形成されるものである。この基板は、電極を形成し、有機光電変換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、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。不透明な基板を用いる場合には、反対の電極即ち、基板から遠い方の電極が透明または半透明でなければならない。基板の膜厚は特に限定されないが、通常1μm〜10mmの範囲である。   The photoelectric conversion element is usually formed on a base material. This substrate may be any substrate that does not change when the electrode is formed and the organic photoelectric conversion layer is formed. Examples of substrate materials include inorganic materials such as non-alkali glass and quartz glass, metal films such as aluminum, polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, epoxy resin, fluorine resin, and the like. A film or plate produced from any organic material by any method can be used. If an opaque substrate is used, the opposite electrode, i.e. the electrode far from the substrate, must be transparent or translucent. Although the film thickness of a board | substrate is not specifically limited, Usually, it is the range of 1 micrometer-10 mm.

また、前記基材の濡れ性、及び正極または負極の電極間に有機光電変換層を有する有機層と前記基材との界面密着性を向上させるために、紫外線オゾン処理、コロナ放電処理、プラズマ処理などの物理的な手段により、表面の洗浄や改質を施すことが好ましい。また、固体基材表面に、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、自己組織化単分子膜などの化学修飾を施す方法も同様に効果的である。   Further, in order to improve the wettability of the substrate and the interfacial adhesion between the organic layer having an organic photoelectric conversion layer between the positive electrode or the negative electrode and the substrate, ultraviolet ozone treatment, corona discharge treatment, plasma treatment It is preferable to clean and modify the surface by physical means such as A method of chemically modifying the surface of the solid substrate such as a silane coupling agent, a titanate coupling agent, or a self-assembled monolayer is also effective.

光電変換素子は、必要に応じて正極と有機光電変換層の間に正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層を形成する材料としては、ポリチオフェン系重合体、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が好ましく用いられる。特にポリチオフェン系重合体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたものが好ましく用いられる。正孔輸送層は5nm〜600nmの厚さが好ましく、より好ましくは20nm〜300nmで
ある。
In the photoelectric conversion element, a hole transport layer may be provided between the positive electrode and the organic photoelectric conversion layer as necessary. As a material for forming the hole transport layer, conductive polymers such as polythiophene polymers, poly-p-phenylene vinylene polymers, polyfluorene polymers, phthalocyanine derivatives (H 2 Pc, CuPc, ZnPc, etc.) ), Low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as porphyrin derivatives are preferably used. In particular, polyethylenedioxythiophene (PEDOT) which is a polythiophene polymer or PEDOT to which polystyrene sulfonate (PSS) is added is preferably used. The hole transport layer preferably has a thickness of 5 nm to 600 nm, more preferably 20 nm to 300 nm.

光電変換素子は、必要に応じて負極と有機光電変換層の間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層を形成する材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクへテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   A photoelectric conversion element may provide an electron carrying layer between a negative electrode and an organic photoelectric conversion layer as needed. As a material for forming the electron transport layer, n-type semiconductor materials such as phenanthrene compounds such as bathocuproine, naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and N-type inorganic oxides such as titanium oxide, zinc oxide, and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used. A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used.

光電変換素子は、さらに無機層を有していてもよい。該無機層に含まれる材料としては、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ガリウム、酸化ニッケル、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸ナトリウムなどの金属酸化物;ヨウ化銀、臭化銀、ヨウ化銅、臭化銅、フッ化リチウムなどの金属ハロゲン化物;硫化亜鉛、硫化チタン、硫化インジウム、硫化ビスマス、硫化カドミウム、硫化ジルコニウム、硫化タンタル、硫化モリブデン、硫化銀、硫化銅、硫化スズ、硫化タングステン、硫化アンチモンなどの金属硫化物;セレン化カドミウム、セレン化ジルコニウム、セレン化亜鉛、セレン化チタン、セレン化インジウム、セレン化タングステン、セレン化モリブデン、セレン化ビスマス、セレン化鉛などの金属セレン化物;テルル化カドミウム、テルル化タングステン、テルル化モリブデン、テルル化亜鉛、テルル化ビスマスなどの金属テルル化物;リン化亜鉛、リン化ガリウム、リン化インジウム、リン化カドミウムなどの金属リン化物;ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、また、これらの2種以上の混合物であってもよい。混合物としては、例えば酸化亜鉛と酸化スズとの混合物、及び酸化スズと酸化チタンとの混合物などが挙げられる。   The photoelectric conversion element may further have an inorganic layer. Examples of the material contained in the inorganic layer include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, strontium oxide, indium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, and vanadium oxide. , Metal oxides such as niobium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, nickel oxide, strontium titanate, barium titanate, potassium niobate, sodium tantalate; silver iodide, silver bromide, copper iodide, copper bromide, Metal halides such as lithium fluoride; metals such as zinc sulfide, titanium sulfide, indium sulfide, bismuth sulfide, cadmium sulfide, zirconium sulfide, tantalum sulfide, molybdenum sulfide, silver sulfide, copper sulfide, tin sulfide, tungsten sulfide, and antimony sulfide Sulfide; Cadmium selenide Metal selenides such as zirconium selenide, zinc selenide, titanium selenide, indium selenide, tungsten selenide, molybdenum selenide, bismuth selenide, lead selenide; cadmium telluride, tungsten telluride, molybdenum telluride, tellurium Metal tellurides such as zinc phosphide and bismuth telluride; metal phosphides such as zinc phosphide, gallium phosphide, indium phosphide and cadmium phosphide; gallium arsenide, copper-indium selenide, copper-indium sulfide, Examples thereof include silicon and germanium, and a mixture of two or more of these may be used. Examples of the mixture include a mixture of zinc oxide and tin oxide, a mixture of tin oxide and titanium oxide, and the like.

本発明の光電変換素子は、例えば以下の製造工程により得られる。ガラス上に正極となる電極が形成された基板上に、共役ブロック共重合体と電子受容性材料とで調製された組成物を、前記の製膜手法を用いて製膜した後乾燥して有機光電変換層を形成する。この有機光電変換層上に、負極となる電極を形成することで光電変換素子を製造することができる。   The photoelectric conversion element of this invention is obtained by the following manufacturing processes, for example. A composition prepared from a conjugated block copolymer and an electron-accepting material is formed on a substrate on which a positive electrode is formed on a glass by using the above-described film forming method, and then dried to form an organic material. A photoelectric conversion layer is formed. A photoelectric conversion element can be manufactured by forming the electrode used as a negative electrode on this organic photoelectric converting layer.

本発明の光電変換素子は、光電変換機能、光整流機能(photo diode)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、太陽電池など光電池、光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど電子素子、光メモリなど光記録材に有用である。   The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function (photo diode), and the like. For example, it is useful for optical recording materials such as photovoltaic cells such as solar cells, optical sensors, optical switches, electronic devices such as phototransistors, and optical memories.

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。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

共役ブロック共重合体を構成する共役重合体ブロックの合成を重合例1〜8、及びそれを用いた本発明の共役ブロック共重合体の合成を実施例1〜8に示す。また、本発明の適用外を比較例1〜9に示す。   Synthesis examples of conjugated polymer blocks constituting the conjugated block copolymer are shown in Polymerization Examples 1 to 8, and synthesis of the conjugated block copolymer of the present invention using the same is shown in Examples 1 to 8. Comparative examples 1 to 9 show the non-application of the present invention.

(重合例1)
下記反応式(1)に従い共役重合体ブロックA1の合成を行った。なお、以下の反応式中、置換基であるエチルヘキシルをEtHexまたはHexEtと略記する。

Figure 0005736456
(Polymerization example 1)
The conjugated polymer block A1 was synthesized according to the following reaction formula (1). In the following reaction formula, ethylhexyl as a substituent is abbreviated as EtHex or HexEt.
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(1.50g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(Pd(PPh))(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルボロン酸ピナコールエステル(273mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA1を得た(1.04g,41%)。In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) -cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene (1.50 g, 2.68 mmol). ), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.04 g, 2. 68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (Pd (PPh 3 ) 4 ) (61.9 mg, 53.5 μmol), aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) was added, followed by stirring at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, phenylboronic acid pinacol ester (273 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated polymer block A1 as a black purple solid (1.04 g, 41%).

得られた共役重合体ブロックA1の理化学分析を行った。
H−NMR(核磁気共鳴)測定により、分子構造を同定した。
H−NMR(270MHz):δ=8.10−7.95(m、2H)、7.80−7.61(m、2H)、2.35−2.12(m、4H)、1.60−1.32(m、18H)、1.18−0.82(m、12H)
数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、何れも、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た。ここでは、GPC装置として、東ソー株式会社製のHLC−8320GPCを用い、カラムとして、東ソー株式会社製のTSKgel SuperMultiporeHZ−Mの2本を直列に繋いだものを用いた。これらの数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)の値を用いて、(Mw)/(Mn)により分散度(PDI)を求めた。
GPC(CHCl):Mn=19600g/mol、Mw=45500g/mol、PDI=2.32
この理化学分析結果は、前記反応式(1)に示される化学構造を支持する。
The obtained conjugated polymer block A1 was subjected to physicochemical analysis.
The molecular structure was identified by 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) measurement.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.10-7.95 (m, 2H), 7.80-7.61 (m, 2H), 2.35-2.12 (m, 4H), 1 .60-1.32 (m, 18H), 1.18-0.82 (m, 12H)
The number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were both determined in terms of polystyrene based on measurement by gel permeation chromatography (GPC). Here, HLC-8320GPC manufactured by Tosoh Corporation was used as the GPC apparatus, and TSKgel SuperMultipore HZ-M manufactured by Tosoh Corporation was connected in series as the column. Using the values of the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw), the dispersity (PDI) was determined by (Mw) / (Mn).
GPC (CHCl 3 ): Mn = 19600 g / mol, Mw = 45500 g / mol, PDI = 2.32
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (1).

(重合例2)
下記反応式(2)に従い共役重合体ブロックA2の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization example 2)
The conjugated polymer block A2 was synthesized according to the following reaction formula (2).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]ゲルモール(1.66g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルボロン酸ピナコールエステル(273mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA2を得た(1.03g,38%)。   In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] germole (1.66 g, 2. 68 mmol), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.04 g, 2 .68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg, 53.5 μmol), aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) were added. Thereafter, the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, phenylboronic acid pinacol ester (273 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated polymer block A2 as a black purple solid (1.03 g, 38%).

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA2の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz)、δ=8.20−7.95(m、2H)、7.90−7.12(m、2H)、2.34−2.10(m、4H)、1.59−1.33(m、18H)、1.19−0.81(m、12H)
GPC(CHCl):Mn=17500g/mol、Mw=42400g/mol、PDI=2.42
この理化学分析結果は、前記反応式(2)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated polymer block A2 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz), δ = 8.20-7.95 (m, 2H), 7.90-7.12 (m, 2H), 2.34-2.10 (m, 4H), 1 .59-1.33 (m, 18H), 1.19-0.81 (m, 12H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 17500 g / mol, Mw = 42400 g / mol, PDI = 2.42
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (2).

(重合例3)
下記反応式(3)に従い共役重合体ブロックA3の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization Example 3)
The conjugated polymer block A3 was synthesized according to the following reaction formula (3).
Figure 0005736456

充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコAに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったテトラヒドロフラン(THF)25mLと、2−ブロモ−5−ヨ−ド−3−ヘキシルチオフェン1.865g(5mmol)と、i−プロピルマグネシウムクロリドの2.0M溶液2.5mLを加えて、0℃で30分攪拌し、上記反応式中の化学式(a1)で示す有機マグネシウム化合物の溶液を合成した。   To an eggplant flask A thoroughly dried and purged with argon, 25 mL of tetrahydrofuran (THF) subjected to dehydration and peroxide removal treatment, 1.865 g (5 mmol) of 2-bromo-5-iodo-3-hexylthiophene, Then, 2.5 mL of a 2.0M solution of i-propylmagnesium chloride was added and stirred at 0 ° C. for 30 minutes to synthesize an organomagnesium compound solution represented by the chemical formula (a1) in the above reaction formula.

乾燥させたアルゴン置換したナスフラスコBに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF25mLとNiCl(dppp)27mg(0.05mmol)を加えて35℃に加熱した後、有機マグネシウム化合物溶液(a1)を添加した。35℃で1.5時間加熱攪拌した後、5M塩酸50mLを加えて室温で1時間攪拌した。この反応液をクロロホルム450mLで抽出し、有機層を重曹水100mL、蒸留水100mLの順で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの30mLに溶かし、メタノ−ルの300mLに再沈殿し、充分に乾燥したものを、分取用GPCカラムを用いて精製することにより共役重合体ブロックA3(690mg)を得た。To the dried argon-substituted eggplant flask B, 25 mL of THF and 27 mg (0.05 mmol) of dehydrated and peroxide-removed treatment and 27 mg (0.05 mmol) of NiCl 2 (dppp) were added and heated to 35 ° C. Then, the organic magnesium compound solution (a1 ) Was added. After stirring with heating at 35 ° C. for 1.5 hours, 50 mL of 5M hydrochloric acid was added and stirred at room temperature for 1 hour. This reaction solution was extracted with 450 mL of chloroform, and the organic layer was washed with 100 mL of sodium bicarbonate water and 100 mL of distilled water in this order. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated to dryness. The obtained black-purple solid was dissolved in 30 mL of chloroform, reprecipitated into 300 mL of methanol, and sufficiently dried, and purified using a preparative GPC column to give a conjugated polymer block A3 ( 690 mg) was obtained.

なお、溶媒であるTHFは、和光純薬工業社製の脱水テトラヒドロフラン(安定剤不含)を、金属ナトリウム存在下蒸留精製を行なった後、和光純薬工業社製のモレキュラーシーブス5Aに一日以上接触させることで、精製を行った。また、重合体の精製には分取用のGPCカラムを用いてにて精製を行なった。用いた装置は、Japan Analytical Industry社製のRecycling Preparative HPLC LC−908を用いた。なお、カラムの種類は、日本分析工業社製のスチレン系ポリマーカラム 2H−40及び2.5H−40を2本直列に接続したものである。また、溶出溶媒はクロロホルムを用いた。   In addition, THF as a solvent was purified by distillation of dehydrated tetrahydrofuran (without stabilizer) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. in the presence of metallic sodium, and then on molecular sieves 5A manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. for one day or more. Purification was carried out by contact. The polymer was purified using a preparative GPC column. The apparatus used was Recycling Preparative HPLC LC-908 manufactured by Japan Analytical Industry. In addition, the kind of column connects the two styrene polymer columns 2H-40 and 2.5H-40 by Nippon Analytical Industry in series. Further, chloroform was used as an elution solvent.

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA3の理化学分析を行った。
H−NMR:δ=6.97(s、1H)、2.80(t、J=8.0Hz、2H)、1.89−1.27(m、10H)、0.91(t、J=6.8Hz、3H)
GPC(CHCl):Mn=21000g/mol、Mw=24150g/mol、PDI=1.15
この理化学分析結果は、前記反応式(3)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated polymer block A3 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR: δ = 6.97 (s, 1H), 2.80 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 1.89-1.27 (m, 10H), 0.91 (t, J = 6.8Hz, 3H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 21000 g / mol, Mw = 24150 g / mol, PDI = 1.15
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (3).

(実施例1)
下記反応式(4)に従い共役ブロック共重合体1の合成を行った。なお、以下の実施例における共役ブロック共重合体の構造式または反応式中、「−b−」はブロック共重合、「−r−」または「−ran−」はランダム共重合であることを示す。

Figure 0005736456
Example 1
The conjugated block copolymer 1 was synthesized according to the following reaction formula (4). In the structural formulas or reaction formulas of the conjugated block copolymers in the following examples, “-b-” indicates block copolymerization, and “-r-” or “-ran-” indicates random copolymerization. .
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに共役重合体ブロックA1(0.80g)と共役重合体ブロックA3(0.80g)、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えた後に80℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、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(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄した後に、クロロホルム(100mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(1L)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共役ブロック共重合体1を得た(0.53g,33%)。   Under a nitrogen atmosphere, a conjugated polymer block A1 (0.80 g), a conjugated polymer block A3 (0.80 g), toluene (20 mL), a 2M aqueous potassium carbonate solution (10 mL, 20 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) in a 100 mL three-necked flask. ) Palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (100 mL) and hexane (100 mL) using a Soxhlet extractor, and then extracted with chloroform (100 mL). The obtained solution was poured into methanol (1 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated block copolymer 1 as a black purple solid (0.53 g, 33%).

重合例1と同様に、得られた共役ブロック共重合体1の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.94(m、2H)、7.80−7.61(m、2H)、6.97(s、1H)2.35−2.12(m、6H)、1.62−1.31(m、26H)、1.19−0.83(m、15H)
GPC(CHCl):Mn=41000g/mol、Mw=86100g/mol、PDI=2.10
この理化学分析結果は、前記反応式(4)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer 1 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.94 (m, 2H), 7.80-7.61 (m, 2H), 6.97 (s, 1H) 2.35-2. 12 (m, 6H), 1.62-1.31 (m, 26H), 1.19-0.83 (m, 15H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 41000 g / mol, Mw = 86100 g / mol, PDI = 2.10
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (4).

(実施例2)
下記反応式(5)に従い共役ブロック共重合体2の合成を行った。

Figure 0005736456
(Example 2)
The conjugated block copolymer 2 was synthesized according to the following reaction formula (5).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに共役重合体ブロックA2(0.80g)と共役重合体ブロックA3(0.80g)、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えた後に80℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、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(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄した後に、クロロホルム(100mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(1L)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共役ブロック共重合体2を得た(0.53g,33%)。   Under a nitrogen atmosphere, a conjugated polymer block A2 (0.80 g), a conjugated polymer block A3 (0.80 g), toluene (20 mL), a 2M aqueous potassium carbonate solution (10 mL, 20 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) in a 100 mL three-necked flask. ) Palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (100 mL) and hexane (100 mL) using a Soxhlet extractor, and then extracted with chloroform (100 mL). The obtained solution was poured into methanol (1 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated block copolymer 2 as a black purple solid (0.53 g, 33%).

重合例1と同様に、得られた共役ブロック共重合体2の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.21−7.94(m、2H)、7.92−7.13(m、2H)、6.97(s、1H)、2.35−2.11(m、6H)、1.61−1.31(m、26H)、1.19−0.83(m、15H)
GPC(CHCl):Mn=41000g/mol、Mw=86100g/mol、PDI=2.10
この理化学分析結果は、前記反応式(5)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer 2 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.21-7.94 (m, 2H), 7.92-7.13 (m, 2H), 6.97 (s, 1H), 2.35-2 .11 (m, 6H), 1.61-1.31 (m, 26H), 1.19-0.83 (m, 15H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 41000 g / mol, Mw = 86100 g / mol, PDI = 2.10
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (5).

(重合例4)
下記反応式(6)に従い共役重合体ブロックA4の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization example 4)
The conjugated polymer block A4 was synthesized according to the following reaction formula (6).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(1.50g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルブロマイド(210mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA4を得た(1.06,42%)。   In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (2-ethylhexyl) -cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene (1.50 g, 2.68 mmol). ), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.04 g, 2. 68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg, 53.5 μmol), and aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol). Stir at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, phenyl bromide (210 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated polymer block A4 as a black purple solid (1.06, 42%).

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA4の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.10−7.96(m、2H)、7.81−7.61(m、2H)、2.35−2.13(m、4H)、1.59−1.32(m、18H)、1.18−0.81(m、12H)
GPC(CHCl):Mn=20100g/mol、Mw=44300g/mol、PDI=2.20
この理化学分析結果は、前記反応式(6)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated polymer block A4 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.10-7.96 (m, 2H), 7.81-7.61 (m, 2H), 2.35-2.13 (m, 4H), 1 .59-1.32 (m, 18H), 1.18-0.81 (m, 12H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 20100 g / mol, Mw = 44300 g / mol, PDI = 2.20
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (6).

(重合例5)
下記反応式(7)に従い共役重合体ブロックA5の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization Example 5)
The conjugated polymer block A5 was synthesized according to the following reaction formula (7).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ジヘキサデシルシクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(2.05g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルボロン酸ピナコールエステル(273mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA5を得た(1.11g,36%)。   In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-dihexadecylcyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene (2.05 g, 2.68 mmol), 4 , 7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole (1.04 g, 2.68 mmol), Toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg, 53.5 μmol), and aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) were added at 80 ° C. Stir for 2 hours. Thereafter, phenylboronic acid pinacol ester (273 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and then dried under reduced pressure to obtain a conjugated polymer block A5 as a black purple solid (1.11 g, 36%).

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA5の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.13−7.95(m、2H)、7.82−7.35(m、2H)、3.04−2.89(m、4H)、2.34−2.13(m、8H)、1.55−1.42(m、12H)、1.35−1.09(m、36H)、0.82(m、6H)
GPC(CHCl):Mn=18900g/mol、Mw=37200g/mol、PDI=1.97
この理化学分析結果は、前記反応式(7)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, physicochemical analysis of the resulting conjugated polymer block A5 was performed.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.13-7.95 (m, 2H), 7.82-7.35 (m, 2H), 3.04-2.89 (m, 4H), 2 .34-2.13 (m, 8H), 1.55-1.42 (m, 12H), 1.35-1.09 (m, 36H), 0.82 (m, 6H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 18900 g / mol, Mw = 37200 g / mol, PDI = 1.97
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (7).

(重合例6)
下記反応式(8)に従い共役重合体ブロックA6の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization Example 6)
The conjugated polymer block A6 was synthesized according to the following reaction formula (8).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロヘプチル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(2.29g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルボロン酸ピナコールエステル(273mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA6を得た(1.20g,43%)。   In a 100 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (4,4,5,5,6,6,7,7,7-nonafluoroheptyl) -cyclopenta [2,1- b: 3,4-b ′] dithiophene (2.29 g, 2.68 mmol), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [C] [1,2,5] thiadiazole (1.04 g, 2.68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg) , 53.5 μmol) and aliquat 336 (2 mg, 4.95 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, phenylboronic acid pinacol ester (273 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain conjugated polymer block A6 as a black purple solid (1.20 g, 43%).

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA6の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.97(m、2H)、7.90−7.32(m、2H)、2.75(t、J=7.56Hz、4H)、2.31−1.92(m、8H)
GPC(CHCl):Mn=19200g/mol、Mw=42700g/mol、PDI=2.22
この理化学分析結果は、前記反応式(8)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, physicochemical analysis of the resulting conjugated polymer block A6 was performed.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.97 (m, 2H), 7.90-7.32 (m, 2H), 2.75 (t, J = 7.56 Hz, 4H) 2.31-1.92 (m, 8H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 1920 g / mol, Mw = 42700 g / mol, PDI = 2.22
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (8).

(重合例7)
下記反応式(9)に従い共役重合体ブロックA7の合成を行った。

Figure 0005736456
(Polymerization Example 7)
The conjugated polymer block A7 was synthesized according to the following reaction formula (9).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに2,6−ジブロモ−4,4’−ビス(6,6,6−トリフルオロヘキシル)−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジチオフェン(1.64g,2.68mmol)、4,7−ビス(3,3,4,4−テトラメチル−2,5,1−ジオキサボロラン−1−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール(1.04g,2.68mmol)、トルエン(50mL)、2M炭酸カリウム水溶液(25mL,50mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(61.9mg,53.5μmol)、aliquat336(2mg,4.95μmol)を加えた後に80℃で2時間攪拌した。その後、フェニルボロン酸ピナコールエステル(273mg,1.34mmol)を加え、80℃で18時間攪拌した。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、水(100mL)、メタノール(100mL)で洗浄し、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(2L)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共役重合体ブロックA7を得た(1.18g,44%)。   Under a nitrogen atmosphere, 2,6-dibromo-4,4′-bis (6,6,6-trifluorohexyl) -cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene (1 .64 g, 2.68 mmol), 4,7-bis (3,3,4,4-tetramethyl-2,5,1-dioxaborolan-1-yl) benzo [c] [1,2,5] thiadiazole ( 1.04 g, 2.68 mmol), toluene (50 mL), 2M aqueous potassium carbonate (25 mL, 50 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (61.9 mg, 53.5 μmol), aliquat 336 (2 mg, 4. (95 μmol), and the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, phenylboronic acid pinacol ester (273 mg, 1.34 mmol) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (500 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (100 mL) and methanol (100 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. 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 (2 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated polymer block A7 as a black purple solid (1.18 g, 44%).

重合例1と同様に、得られた共役重合体ブロックA7の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.97(m、2H)、7.90−7.32(m、2H)、2.75(t、J=7.56Hz、4H)、2.31−1.92(m、16H)
GPC(CHCl):Mn=20600g/mol、Mw=46000g/mol、PDI=2.23
この理化学分析結果は、前記反応式(9)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated polymer block A7 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.97 (m, 2H), 7.90-7.32 (m, 2H), 2.75 (t, J = 7.56 Hz, 4H) 2.31-1.92 (m, 16H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 20600 g / mol, Mw = 46000 g / mol, PDI = 2.23
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (9).

(実施例3)
下記反応式(10)に従い共役ブロック共重合体3の合成を行った。

Figure 0005736456
(Example 3)
The conjugated block copolymer 3 was synthesized according to the following reaction formula (10).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに共役重合体ブロックA4(0.80g)と共役重合体ブロックA5(0.80g)、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えた後に80℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、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(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄した後に、クロロホルム(100mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(1L)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共役ブロック共重合体3を得た(0.58g,36%)。   Under a nitrogen atmosphere, a conjugated polymer block A4 (0.80 g), a conjugated polymer block A5 (0.80 g), toluene (20 mL), a 2M aqueous potassium carbonate solution (10 mL, 20 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) in a 100 mL three-necked flask. ) Palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (100 mL) and hexane (100 mL) using a Soxhlet extractor, and then extracted with chloroform (100 mL). The obtained solution was poured into methanol (1 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated block copolymer 3 as a black purple solid (0.58 g, 36%).

重合例1と同様に、得られた共役ブロック共重合体3の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.13−7.94(m、4H)、7.82−7.35(m、4H)、3.04−2.90(m、4H)2.35−2.12(m、12H)、1.60−1.30(m、30H)、1.35−1.20(m、36H)、1.18−0.82(m、18H)
GPC(CHCl):Mn=39600g/mol、Mw=83700g/mol、PDI=2.11
この理化学分析結果は、前記反応式(10)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer 3 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.13-7.94 (m, 4H), 7.82-7.35 (m, 4H), 3.04-2.90 (m, 4H) 35-2.12 (m, 12H), 1.60-1.30 (m, 30H), 1.35-1.20 (m, 36H), 1.18-0.82 (m, 18H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 39600 g / mol, Mw = 83700 g / mol, PDI = 2.11
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (10).

(実施例4)
下記反応式(11)に従い共役ブロック共重合体4の合成を行った。

Figure 0005736456
Example 4
The conjugated block copolymer 4 was synthesized according to the following reaction formula (11).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに重合体ブロックA4(0.80g)と重合体ブロックA6で示されるポリマー(0.80g)、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えた後に80℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、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(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄した後に、クロロホルム(100mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(1L)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共役ブロック共重合体4を得た(0.67g,42%)。   Under a nitrogen atmosphere, a polymer block A4 (0.80 g) and a polymer represented by the polymer block A6 (0.80 g), toluene (20 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (10 mL, 20 mmol), tetrakis (tri Phenylphosphine) palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (100 mL) and hexane (100 mL) using a Soxhlet extractor, and then extracted with chloroform (100 mL). The obtained solution was poured into methanol (1 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated block copolymer 4 as a black purple solid (0.67 g, 42%).

重合例1と同様に、得られた共役ブロック共重合体4の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.96(m、4H)、7.85−7.32(m、4H)、2.74(t、J=7.58Hz、4H)、2.35−1.31(m、30H)、1.19−0.82(m、12H)
GPC(CHCl):Mn=40200g/mol、Mw=86100g/mol、PDI=2.14
この理化学分析結果は、前記反応式(11)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer 4 was subjected to physicochemical analysis.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.96 (m, 4H), 7.85-7.32 (m, 4H), 2.74 (t, J = 7.58 Hz, 4H) 2.35-1.31 (m, 30H), 1.19-0.82 (m, 12H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 40200 g / mol, Mw = 86100 g / mol, PDI = 2.14
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (11).

(実施例5)
下記反応式(12)に従い共役ブロック共重合体5の合成を行った。

Figure 0005736456
(Example 5)
The conjugated block copolymer 5 was synthesized according to the following reaction formula (12).
Figure 0005736456

充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコAに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF20mLと、2−ブロモ−5−ヨ−ド−3−ヘキシルチオフェン1.512g(4.05mmol)と、i−プロピルマグネシウムクロリドの2.0M溶液2mLを加えて、0℃で30分攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a1−1)を合成した。別の充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコBで、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF5mLと2,5−ジブロモ−3−[6−(2−テトラヒドロピラニル)オキシヘキシル]チオフェン0.403g(0.95mmol)とt−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M溶液0.95mLを加えて、60℃で2時間攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a1−2)を合成した。   To a eggplant flask A thoroughly dried and purged with argon, 20 mL of THF subjected to dehydration and peroxide removal treatment, 1.512 g (4.05 mmol) of 2-bromo-5-iodo-3-hexylthiophene, i, 2 mL of a 2.0M solution of propylmagnesium chloride was added and stirred at 0 ° C. for 30 minutes to synthesize an organic magnesium compound solution (a1-1). In another eggplant flask B that had been thoroughly dried and replaced with argon, 5 mL of THF and 2,5-dibromo-3- [6- (2-tetrahydropyranyl) oxyhexyl] thiophene subjected to dehydration and peroxide removal treatment 403 g (0.95 mmol) and 0.95 mL of a 1.0M solution of t-butylmagnesium chloride were added and stirred at 60 ° C. for 2 hours to synthesize an organic magnesium compound solution (a1-2).

充分に乾燥させ、アルゴン置換したナスフラスコCに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF25mLとNiCl(dppp)27mg(0.05mmol)を加えて35℃に加熱した後、先に調製した有機マグネシウム化合物溶液(a1−1)の70%を添加し、35℃で1.5時間加熱攪拌した。次いで、残りの有機マグネシウム化合物溶液(a1−1)及び有機マグネシウム化合物溶液(a1−2)を添加し、35℃で2時間反応させた。反応終了後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液2mLを加え35℃にて1時間攪拌し、次いで5M塩酸30mLを加えて室温で1時間攪拌した。この反応液をクロロホルム450mLで抽出し、有機層を重曹水100mL、蒸留水100mLの順で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの30mLに溶かし、メタノ−ルの300mLに再沈殿し、充分に乾燥したものを、重合例3と同様に分取用GPCカラムを用いて精製することにより共役ブロック共重合体5(650mg)を得た。
To an eggplant flask C sufficiently dried and purged with argon, 25 mL of THF and 27 mg (0.05 mmol) of dehydrated and peroxide-removed treatment and 27 mg (0.05 mmol) of NiCl 2 (dppp) were added and heated to 35 ° C. 70% of the organomagnesium compound solution (a1-1) was added, and the mixture was heated and stirred at 35 ° C. for 1.5 hours. Subsequently, the remaining organomagnesium compound solution (a1-1) and organomagnesium compound solution (a1-2) were added and reacted at 35 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, 1.0M of t-butylmagnesium chloride
2 mL of THF solution was added and stirred at 35 ° C. for 1 hour, and then 30 mL of 5M hydrochloric acid was added and stirred at room temperature for 1 hour. This reaction solution was extracted with 450 mL of chloroform, and the organic layer was washed with 100 mL of sodium bicarbonate water and 100 mL of distilled water in this order. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated to dryness. By dissolving the obtained black-purple solid in 30 mL of chloroform, reprecipitating it in 300 mL of methanol, and thoroughly drying it using a preparative GPC column in the same manner as in Polymerization Example 3 Conjugated block copolymer 5 (650 mg) was obtained.

得られた共役ブロック共重合体5の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び分散度(PDI)を重合例1と同様に求めた。
GPC(CHCl):Mn=20,800、Mw=23,400、PDI=1.13
The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and dispersity (PDI) of the conjugated block copolymer 5 obtained were determined in the same manner as in Polymerization Example 1.
GPC (CHCl 3 ): Mn = 20,800, Mw = 23,400, PDI = 1.13

(実施例6)
下記反応式(13)に従い共役ブロック共重合体6の合成を行った。

Figure 0005736456
(Example 6)
The conjugated block copolymer 6 was synthesized according to the following reaction formula (13).
Figure 0005736456

充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコAに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF21mLと、2−ブロモ−5−ヨ−ド−3−ヘキシルチオフェン1.573g(4.2mmol)と、i−プロピルマグネシウムクロリドの2.0M溶液2.1mLを加えて、0℃で30分攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a2−1)を合成した。別の充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコBで、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF4mLと2,5−ジブロモ−3−(6,6,6−トリフルオロヘキシル)チオフェン0.393g(0.8mmol)とt−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M溶液0.8mLを加えて、60℃で2時間攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a2−2)を合成した。
充分に乾燥させ、アルゴン置換したナスフラスコCに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF25mLとNiCl(dppp)27mg(0.05mmol)を加えて35℃に加熱した後、先に調製した有機マグネシウム化合物溶液(a2−1)を添加し、35℃で1.5時間加熱攪拌した。次いで、有機マグネシウム化合物溶液(a2−2)を添加し、35℃で2時間反応させた。反応終了後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液2mLを加え35℃にて1時間攪拌し、次いで5M塩酸30mLを加えて室温で1時間攪拌した。この反応液をクロロホルム450mLで抽出し、有機層を重曹水100mL、蒸留水100mLの順で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの30mLに溶かし、メタノ−ルの300mLに再沈殿し、充分に乾燥したものを、重合例3と同様に分取用GPCカラムを用いて精製することにより共役ブロック共重合体6(699mg)を得た。
To a eggplant flask A thoroughly dried and purged with argon, 21 mL of THF subjected to dehydration and peroxide removal treatment, 1.573 g (4.2 mmol) of 2-bromo-5-iodo-3-hexylthiophene, i, -2.1 mL of a 2.0M solution of propylmagnesium chloride was added and stirred at 0 ° C for 30 minutes to synthesize an organic magnesium compound solution (a2-1). In another eggplant flask B that had been thoroughly dried and purged with argon, 4 mL of THF subjected to dehydration and peroxide removal treatment and 0.393 g of 2,5-dibromo-3- (6,6,6-trifluorohexyl) thiophene ( 0.8 mmol) and 0.8 mL of a 1.0M solution of t-butylmagnesium chloride were added and stirred at 60 ° C. for 2 hours to synthesize an organomagnesium compound solution (a2-2).
To an eggplant flask C sufficiently dried and purged with argon, 25 mL of THF and 27 mg (0.05 mmol) of dehydrated and peroxide-removed treatment and 27 mg (0.05 mmol) of NiCl 2 (dppp) were added and heated to 35 ° C. The organomagnesium compound solution (a2-1) was added, and the mixture was stirred with heating at 35 ° C. for 1.5 hours. Next, an organomagnesium compound solution (a2-2) was added and reacted at 35 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, 1.0M of t-butylmagnesium chloride
2 mL of THF solution was added and stirred at 35 ° C. for 1 hour, and then 30 mL of 5M hydrochloric acid was added and stirred at room temperature for 1 hour. This reaction solution was extracted with 450 mL of chloroform, and the organic layer was washed with 100 mL of sodium bicarbonate water and 100 mL of distilled water in this order. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated to dryness. By dissolving the obtained black-purple solid in 30 mL of chloroform, reprecipitating it in 300 mL of methanol, and thoroughly drying it using a preparative GPC column in the same manner as in Polymerization Example 3 Conjugated block copolymer 6 (699 mg) was obtained.

得られた共役ブロック共重合体6の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び分散度(PDI)を重合例1と同様に求めた。
GPC(CHCl):Mn=21,100、Mw=25,100、PDI=1.19
(重合例8)
下記反応式(14)に従い共役重合体ブロックA8の合成を行った。なお、以降の反応式中、置換基である3−ヘプチルを3−HepまたはHep−3と略記する。また、以降の反応式中、置換基であるメチルをMeと略記する。

Figure 0005736456
The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and dispersity (PDI) of the conjugated block copolymer 6 obtained were determined in the same manner as in Polymerization Example 1.
GPC (CHCl 3 ): Mn = 21,100, Mw = 25,100, PDI = 1.19
(Polymerization Example 8)
The conjugated polymer block A8 was synthesized according to the following reaction formula (14). In the following reaction formulas, 3-heptyl as a substituent is abbreviated as 3-Hep or Hep-3. In the following reaction formulas, methyl as a substituent is abbreviated as Me.
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、50mlのナスフラスコに共役重合体ブロックA8を構成する単量体である2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ジドデシルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.64g,0.75mmol)及び1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g,0.75mmol)と、DMF(6.2mL)、トルエン(25mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(9.2mg、7.8μmol)を加え、115℃で1時間30分加熱した。次に、リンカー化合物として2,5−ジブロモチオフェン(1.84g,7.6mmol)を加え、115℃で16時間加熱した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、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。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロホルム(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。   Under a nitrogen atmosphere, 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-didodecylbenzo [1,2-b: 4,5-, which is a monomer constituting conjugated polymer block A8, in a 50 ml eggplant flask b ′] dithiophene (0.64 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane-1-one (0.32 g, 0 .75 mmol), DMF (6.2 mL), toluene (25 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.2 mg, 7.8 μmol) were added, and the mixture was heated at 115 ° C. for 1 hour 30 minutes. Next, 2,5-dibromothiophene (1.84 g, 7.6 mmol) was added as a linker compound and heated at 115 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was concentrated, 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 organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chloroform (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL).

得られた共役重合体A8の精製には分取用のGPCカラムを用いて精製を行なった。精製用の装置は、Japan Analytical Industry(株)製のRecycling Preparative HPLC LC−908を用いた。なお、カラムの種類は、日本分析工業(株)製のスチレン系ポリマーカラム 2H−40及び2.5H−40を2本直列に接続したものである。また、カラム及びインジェクターは145℃とし、溶出溶媒はクロロホルムを用いた。   Purification of the resulting conjugated polymer A8 was performed using a preparative GPC column. As a device for purification, Recycling Preparative HPLC LC-908 manufactured by Japan Analytical Industry Co., Ltd. was used. In addition, the kind of column connects two styrene-type polymer columns 2H-40 and 2.5H-40 by Nippon Analysis Industry Co., Ltd. in series. The column and injector were 145 ° C., and the elution solvent was chloroform.

数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、何れも、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た。
ここでは、いずれもGPC装置として、Waters製のGPC/V2000を用い、カラムとして、昭和電工製のShodex AT−G806MSの2本を直列に繋いだものを用いた。また、カラム及びインジェクターは145℃とし、溶出溶媒として、o−ジクロロベンゼンを用いた。
The number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were both determined in terms of polystyrene based on measurement by gel permeation chromatography (GPC).
Here, GPC / V2000 manufactured by Waters was used as the GPC device, and a Shodex AT-G806MS manufactured by Showa Denko was connected in series as the column. The column and injector were 145 ° C., and o-dichlorobenzene was used as an elution solvent.

得られた共役重合体ブロックA8(0.51g,86%)の重量平均分子量(Mw)は33,100、数平均分子量(Mn)は14,600、多分散度は2.27であった。
1H NMR (270MHz,CDCl3): δ =7.60‐7.30 (br、 3H),3.30‐3.00 (Br、 5H),2.00‐1.10 (br、 52H),1.00‐0.70 (br、12H)
(実施例7)
下記反応式(15)に従い共役ブロック共重合体7の合成を行った。

Figure 0005736456
The resulting conjugated polymer block A8 (0.51 g, 86%) had a weight average molecular weight (Mw) of 33,100, a number average molecular weight (Mn) of 14,600, and a polydispersity of 2.27.
1H NMR (270 MHz, CDCl3): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 3.30-3.00 (Br, 5H), 2.00-1.10 (br, 52H), 1 .00-0.70 (br, 12H)
(Example 7)
The conjugated block copolymer 7 was synthesized according to the following reaction formula (15).
Figure 0005736456

アルゴン雰囲気下、5mLフラスコに共役重合体ブロックA8(160.0mg,0.12mol)と、重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルスズ)−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(113.0mg,0.16mmol)、2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ジプロピルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(40.9mg,0.07mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(86.0mg,0.20mmol)を加え、DMF(0.3mL)と、トルエン(1.4mL)と、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)とを加え、容器内をアルゴンガスで20分間バブリングした後に、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共役ブロック共重合体7(221.0mg,75.4%)を得た。前記重合例8と同様の方法及び条件で、得られた共役ブロック共重合体7の精製を行った。
前記重合例8と同様の方法及び条件で、得られた共役ブロック共重合体7の理化学分析を行った。以下の理化学分析結果は、前記反応式に示される化学構造を支持する。
H−NMR(270MHz,CDCl):δ=7.60−7.30(br,3H)、4.40−4.00(br,4H)、3.30−3.00(Br,4H)、2.00−0.60(br,51H)
GPC(CHCl):Mn=28800g/モル、Mw=86400g/モル、PDI=2.99
(実施例8)
下記反応式(16)に従い共役ブロック共重合体8の合成を行った。

Figure 0005736456
Under an argon atmosphere, conjugated polymer block A8 (160.0 mg, 0.12 mol) and 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis ( 2-Ethylhexyloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (113.0 mg, 0.16 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-dipropylbenzo [1 , 2-b: 4,5-b ′] dithiophene (40.9 mg, 0.07 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane- 1-one (86.0 mg, 0.20 mmol) was added, DMF (0.3 mL), toluene (1.4 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3.4 mg). 2.98Myumol) were added and the vessel was bubbled 20 minutes with argon gas, and heated at 110 ° C. 10 hours. 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 conjugated block copolymer 7 (221.0 mg, 75.4%) as a black purple solid. The obtained conjugated block copolymer 7 was purified by the same method and conditions as in Polymerization Example 8.
The obtained conjugated block copolymer 7 was subjected to physicochemical analysis under the same method and conditions as in Polymerization Example 8. The following physicochemical analysis results support the chemical structure shown in the above reaction formula.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 4.40-4.00 (br, 4H), 3.30-3.00 (Br, 4H) ), 2.00-0.60 (br, 51H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 28800 g / mol, Mw = 86400 g / mol, PDI = 2.99
(Example 8)
The conjugated block copolymer 8 was synthesized according to the following reaction formula (16).
Figure 0005736456

共役重合体ブロックA8(0.59g,0.75mmol)、重合体ブロックBを構成する単量体として2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ビス(5−(2−エチルヘキシル)チオフェンー2−イル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.68g,0.75mmol)および1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g、0.75mmol)を用いた以外は実施例7と同様の方法を用いて共役ブロック共重合体8を得た(0.48g,76%)。   Conjugated polymer block A8 (0.59 g, 0.75 mmol), 2,6-bis (trimethyltin) -4,8-bis (5- (2-ethylhexyl) thiophene as a monomer constituting polymer block B 2-yl) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (0.68 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl ) Conjugated block copolymer 8 was obtained using the same method as in Example 7 except that 2-ethylhexane-1-one (0.32 g, 0.75 mmol) was used (0.48 g, 76%). ).

前記重合例8と同様の方法及び条件で、得られた共役ブロック共重合体8の理化学分析を行った。以下の理化学分析結果は、前記反応式に示される化学構造を支持する。
1H−NMR (270MHz, CDCl): δ=7.60‐7.30 (br, 8H),6.95−6.85(br,2H)、3.30‐3.00 (br, 6H)、2.85−2.75(Br,4H)、2.00‐0.60 (br, 104H)
GPC(CHCl):Mn=27,500g/モル、Mw=67,600g/モル、PDI=2.46
The obtained conjugated block copolymer 8 was subjected to physicochemical analysis in the same manner and under the same conditions as in Polymerization Example 8. The following physicochemical analysis results support the chemical structure shown in the above reaction formula.
1H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): δ = 7.60-7.30 (br, 8H), 6.95-6.85 (br, 2H), 3.30-3.00 (br, 6H) 2.85-2.75 (Br, 4H), 2.00-0.60 (br, 104H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 27,500 g / mol, Mw = 67,600 g / mol, PDI = 2.46

(比較例1)
充分乾燥させたガラス製ナスフラスコAを充分にアルゴン置換した後、THF45質量部と重合触媒のNiCl2(dppp)の0.054質量部を加えた。別の乾燥したナスフラスコBに、THF29質量部と、2−ブロモー5−ヨード3−ヘキシルチオフェンの2.8質量部と、i−プロピルマグニシウムブロマイドの2.0M溶液の3.5質量部を加えて、0度で30分攪拌した。その後、反応液をナスフラスコAに加え、35℃で90分間かけて重合を行なった。その後、別の乾燥したナスフラスコCで、THF16質量部と2−ブロモー5−ヨードー3−(2−エチル)ヘキシルチオフェンの1.4質量部と、i−プロピルマグニシウムブロマイドの2.0M溶液の1.7質量部を加えて、0℃30分反応させた溶液をナスフラスコAに加え、7時間反応した。反応後、t−ブチルマグネシウムクロライドの1.0M THF溶液の4質量部を加え、1時間攪拌し、さらに5Mの塩酸の100質量部を加え、1時間攪拌し、重合を停止した。その後、クロロホルムの900質量部で抽出し、重曹水の200質量部、蒸留水の200質量部で洗浄し、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの56質量部に溶かし、アセトンの600質量部に再沈殿後、充分に乾燥して共役ブロック共重合体C1[ポリマー名:ポリ(3−ヘキシルチオフェン−ブロック−3−(2−エチルヘキシル)チオフェン)](P1)を得た。
(Comparative Example 1)
The glass eggplant flask A that had been sufficiently dried was sufficiently purged with argon, and then 45 parts by mass of THF and 0.054 parts by mass of NiCl 2 (dppp) as a polymerization catalyst were added. In another dried eggplant flask B, 29 parts by mass of THF, 2.8 parts by mass of 2-bromo-5-iodo-3-hexylthiophene, and 3.5 parts by mass of a 2.0 M solution of i-propylmagnesium bromide were added. In addition, the mixture was stirred at 0 degree for 30 minutes. Thereafter, the reaction solution was added to eggplant flask A, and polymerization was carried out at 35 ° C. for 90 minutes. Thereafter, in another dried eggplant flask C, 16 parts by mass of THF, 1.4 parts by mass of 2-bromo-5-iodo-3- (2-ethyl) hexylthiophene, and a 2.0 M solution of i-propylmagnesium bromide The solution which added 1.7 mass parts and was made to react at 0 degreeC for 30 minutes was added to the eggplant flask A, and it reacted for 7 hours. After the reaction, 4 parts by mass of 1.0M THF solution of t-butylmagnesium chloride was added and stirred for 1 hour, and further 100 parts by mass of 5M hydrochloric acid was added and stirred for 1 hour to terminate the polymerization. Thereafter, the mixture was extracted with 900 parts by mass of chloroform, washed with 200 parts by mass of sodium bicarbonate water and 200 parts by mass of distilled water, and concentrated to dryness. The obtained black-purple solid was dissolved in 56 parts by mass of chloroform, reprecipitated in 600 parts by mass of acetone, sufficiently dried, and conjugated block copolymer C1 [Polymer name: poly (3-hexylthiophene-block] -3- (2-Ethylhexyl) thiophene)] (P1).

重合例1と同様のGPC測定により、得られた共役ブロック共重合体C1の重量平均分子量は21,600、数平均分子量は17,900であった。ポリ(3−ヘキシルチオフェン)ブロックの含量は79mol%であった。   According to the same GPC measurement as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer C1 had a weight average molecular weight of 21,600 and a number average molecular weight of 17,900. The content of the poly (3-hexylthiophene) block was 79 mol%.

(比較例2)
下記反応式(17)に従い共役ブロック共重合体C2の合成を行った。

Figure 0005736456
(Comparative Example 2)
A conjugated block copolymer C2 was synthesized according to the following reaction formula (17).
Figure 0005736456

充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコAに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF21mLと、2−ブロモ−5−ヨ−ド−3−ヘキシルチオフェン1.573g(4.2mmol)と、i−プロピルマグネシウムクロリドの2.0M溶液2.1mLを加えて、0℃で30分攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a3−1)を合成した。別の充分に乾燥させアルゴン置換したナスフラスコBで、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF4mLと2,5−ジブロモ−3−(4,4,5,5,6,6,7,7,7−ノナフルオロヘプチル)チオフェン0.393g(0.8mmol)とt−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M溶液0.8mLを加えて、60℃で2時間攪拌し、有機マグネシウム化合物溶液(a3−2)を合成した。   To a eggplant flask A thoroughly dried and purged with argon, 21 mL of THF subjected to dehydration and peroxide removal treatment, 1.573 g (4.2 mmol) of 2-bromo-5-iodo-3-hexylthiophene, i, -2.1 mL of 2.0M solution of propylmagnesium chloride was added and stirred at 0 ° C for 30 minutes to synthesize an organic magnesium compound solution (a3-1). In another eggplant flask B that had been thoroughly dried and replaced with argon, 4 mL of THF and 2,5-dibromo-3- (4,4,5,5,6,6,7,7) were subjected to dehydration and peroxide removal treatment. , 7-Nonafluoroheptyl) thiophene 0.393 g (0.8 mmol) and 1.0 M solution of t-butylmagnesium chloride 0.8 mL were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 2 hours to obtain an organomagnesium compound solution (a3-2 ) Was synthesized.

充分に乾燥させ、アルゴン置換したナスフラスコCに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF25mLとNiCl(dppp)27mg(0.05mmol)を加えて35℃に加熱した後、先に調製した有機マグネシウム化合物溶液(a3−1)を添加し、35℃で1.5時間加熱攪拌した。次いで、有機マグネシウム化合物溶液(a3−2)を添加し、35℃で2時間反応させた。反応終了後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液2mLを加え35℃にて1時間攪拌し、次いで5M塩酸30mLを加えて室温で1時間攪拌した。この反応液をクロロホルム450mLで抽出し、有機層を重曹水100mL、蒸留水100mLの順で洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの30mLに溶かし、メタノ−ルの300mLに再沈殿し、充分に乾燥したものを、重合例3と同様に分取用GPCカラムを用いて精製することにより共役ブロック共重合体C2(721mg)を得た。
To an eggplant flask C sufficiently dried and purged with argon, 25 mL of THF and 27 mg (0.05 mmol) of dehydrated and peroxide-removed treatment and 27 mg (0.05 mmol) of NiCl 2 (dppp) were added and heated to 35 ° C. The organomagnesium compound solution (a3-1) was added, and the mixture was heated and stirred at 35 ° C. for 1.5 hours. Next, an organomagnesium compound solution (a3-2) was added and reacted at 35 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, 1.0M of t-butylmagnesium chloride
2 mL of THF solution was added and stirred at 35 ° C. for 1 hour, and then 30 mL of 5M hydrochloric acid was added and stirred at room temperature for 1 hour. This reaction solution was extracted with 450 mL of chloroform, and the organic layer was washed with 100 mL of sodium bicarbonate water and 100 mL of distilled water in this order. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated to dryness. By dissolving the obtained black-purple solid in 30 mL of chloroform, reprecipitating it in 300 mL of methanol, and thoroughly drying it using a preparative GPC column in the same manner as in Polymerization Example 3 A conjugated block copolymer C2 (721 mg) was obtained.

重合例1と同様のGPC測定により、得られた共役ブロック共重合体C2の重量平均分子量(Mw)は23,400、数平均分子量(Mn)は20,800、分散度(Mw/Mn)は1.13であった。   According to the same GPC measurement as in Polymerization Example 1, the obtained conjugated block copolymer C2 has a weight average molecular weight (Mw) of 23,400, a number average molecular weight (Mn) of 20,800, and a dispersity (Mw / Mn) of 1.13.

(比較例3)
3−ヘキシルチオフェンと3−フェノキシメチルチオフェンとのモル比が1:1のジブロック共重合体を合成し、比較例3の共役ブロック共重合体C3とした。共役ブロック共重合体C3の合成の詳細な手順は非特許文献3に従った。得られた共役ブロック共重合体C3の重量平均分子量(Mw)は22,500、数平均分子量(Mn)は19,800、分散度(Mw/Mn)は1.14であった。
(Comparative Example 3)
A diblock copolymer having a molar ratio of 3-hexylthiophene and 3-phenoxymethylthiophene of 1: 1 was synthesized to obtain a conjugated block copolymer C3 of Comparative Example 3. The detailed procedure of the synthesis of the conjugated block copolymer C3 followed Non-Patent Document 3. The resulting conjugated block copolymer C3 had a weight average molecular weight (Mw) of 22,500, a number average molecular weight (Mn) of 19,800, and a dispersity (Mw / Mn) of 1.14.

(比較例4)
3−ヘキシルチオフェンと3−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]メチルチオフェンとのモル比が1:1のジブロック共重合体を合成し、比較例4の共役ブロック共重合体C4とした。共役ブロック共重合体C4の合成の詳細な手順は非特許文献1に従った。得られた共役ブロック共重合体C4の重量平均分子量(Mw)は25,100、数平均分子量(Mn)は20,200、分散度(Mw/Mn)は1.24であった。
(Comparative Example 4)
A diblock copolymer having a molar ratio of 3-hexylthiophene and 3- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxy] methylthiophene of 1: 1 was synthesized to obtain a conjugated block copolymer C4 of Comparative Example 4. . The detailed procedure of the synthesis of the conjugated block copolymer C4 followed Non-Patent Document 1. The resulting conjugated block copolymer C4 had a weight average molecular weight (Mw) of 25,100, a number average molecular weight (Mn) of 20,200, and a dispersity (Mw / Mn) of 1.24.

(比較例5)
3−ヘキシルチオフェンとスチレンとのモル比が1:1のジブロック共重合体を合成し、比較例5の非共役ブロック共重合体C5とした。非共役ブロック共重合体C5の合成の詳細な手順は非特許文献2に従った。得られた非共役ブロック共重合体C5の重量平均分子量(Mw)は24,000、数平均分子量(Mn)は16,900、分散度(Mw/Mn)は1.42であった。
(Comparative Example 5)
A diblock copolymer having a molar ratio of 3-hexylthiophene to styrene of 1: 1 was synthesized to obtain a non-conjugated block copolymer C5 of Comparative Example 5. The detailed procedure for the synthesis of the non-conjugated block copolymer C5 followed Non-Patent Document 2. The obtained nonconjugated block copolymer C5 had a weight average molecular weight (Mw) of 24,000, a number average molecular weight (Mn) of 16,900, and a dispersity (Mw / Mn) of 1.42.

(比較例6)
下記反応式(18)に従い共役ブロック共重合体C6の合成を行った。

Figure 0005736456
(Comparative Example 6)
A conjugated block copolymer C6 was synthesized according to the following reaction formula (18).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、100mL三口フラスコに共役重合体ブロックA4(0.80g)と共役重合体ブロックA7で示されるポリマー(0.80g)、トルエン(20mL)、2M炭酸カリウム水溶液(10mL,20mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(20.5mg,17.7μmol)、aliquat336(0.8mg,1.98μmol)を加えた後に80℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をメタノール(200mL)に注ぎ、析出した固体を濾取し、水(20mL)、メタノール(20mL)で洗浄し、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(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄した後に、クロロホルム(100mL)で抽出した。得られた溶液をメタノール(1L)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共役ブロック共重合体C6を得た(0.67g,42%)。   Under a nitrogen atmosphere, a 100 mL three-necked flask was charged with a conjugated polymer block A4 (0.80 g) and a polymer represented by a conjugated polymer block A7 (0.80 g), toluene (20 mL), 2M aqueous potassium carbonate solution (10 mL, 20 mmol), tetrakis. (Triphenylphosphine) palladium (0) (20.5 mg, 17.7 μmol) and aliquat 336 (0.8 mg, 1.98 μmol) were added, followed by stirring at 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into methanol (200 mL), the precipitated solid was collected by filtration, washed with water (20 mL) and methanol (20 mL), and the resulting solid was dried under reduced pressure to obtain a crude product. It was. The crude product was washed with acetone (100 mL) and hexane (100 mL) using a Soxhlet extractor, and then extracted with chloroform (100 mL). The obtained solution was poured into methanol (1 L), and the precipitated solid was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain a conjugated block copolymer C6 as a black purple solid (0.67 g, 42%).

重合例1と同様に、得られた共役ブロック共重合体C6の理化学分析を行った。
H−NMR(270MHz):δ=8.12−7.96(m、4H)、7.85−7.32(m、4H)、2.74(t、J=7.58Hz、4H)、2.35−1.31(m、38H)、(m、12H)
GPC(CHCl):Mn=36000g/mol、Mw=80900g/mol、PDI=2.25
この理化学分析結果は、前記反応式(14)に示される化学構造を支持する。
In the same manner as in Polymerization Example 1, physicochemical analysis of the resulting conjugated block copolymer C6 was performed.
1 H-NMR (270 MHz): δ = 8.12-7.96 (m, 4H), 7.85-7.32 (m, 4H), 2.74 (t, J = 7.58 Hz, 4H) 2.35-1.31 (m, 38H), (m, 12H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 36000 g / mol, Mw = 80900 g / mol, PDI = 2.25
This physicochemical analysis result supports the chemical structure shown in the reaction formula (14).

(比較例7)
共役重合体ブロックA1を比較例7の共役ポリマーC7とした。
(Comparative Example 7)
The conjugated polymer block A1 was designated as conjugated polymer C7 of Comparative Example 7.

(比較例8)
共役重合体ブロックA3を比較例8の共役ポリマーC8とした。
(Comparative Example 8)
The conjugated polymer block A3 was designated as conjugated polymer C8 of Comparative Example 8.

(比較例9)
下記反応式(19)に従い共役ポリマーC9の合成を行った。

Figure 0005736456
(Comparative Example 9)
The conjugated polymer C9 was synthesized according to the following reaction formula (19).
Figure 0005736456

窒素雰囲気下、50mlのナスフラスコに共役ポリマーC9を構成する単量体である2,6−ビス(トリメチルスズ)−4,8−ジプロピルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(0.45g,0.75mmol)及び1−(4,6−ジブロモチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル)−2−エチルヘキサン−1−オン(0.32g,0.75mmol)と、DMF(6.2mL)、クロロベンゼン(25mL)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(9.2mg、7.8μmol)を加え、135℃で1時間30分加熱した。次に、末端封止剤として2,5−ジブロモチオフェン(1.84g,7.6mmol)を加え、115℃で16時間加熱した。反応終了後、反応溶液を濃縮し、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、クロロベンゼン(200mL)で抽出した。有機層を濃縮乾固し、得られた黒紫色の固体を、クロロベンゼン(30mL)に溶解させ、メタノール(300mL)で再沈殿した。
前記重合例8と同様の方法及び条件で、得られた共役ポリマーC9(0.31g,77%)の理化学分析を行った。以下の理化学分析結果は、前記反応式に示される化学構造を支持する。
1H NMR (270MHz,CDCl3): δ =7.60‐7.30 (br、 3H),3.30‐3.00 (Br、 5H),2.00‐1.10 (br、 12H),1.00‐0.70 (br、12H)
GPC(CHCl):Mn=10,400g/モル、Mw=24,400g/モル、PDI=2.34
2,6-bis (trimethyltin) -4,8-dipropylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′, which is a monomer constituting the conjugated polymer C9, in a 50 ml eggplant flask under a nitrogen atmosphere ] Dithiophene (0.45 g, 0.75 mmol) and 1- (4,6-dibromothieno [3,4-b] thiophen-2-yl) -2-ethylhexane-1-one (0.32 g, 0.75 mmol) ), DMF (6.2 mL), chlorobenzene (25 mL), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.2 mg, 7.8 μmol), and heated at 135 ° C. for 1 hour 30 minutes. Next, 2,5-dibromothiophene (1.84 g, 7.6 mmol) was added as a terminal blocking agent and heated at 115 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was concentrated, 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 chlorobenzene (200 mL). The organic layer was concentrated to dryness, and the resulting black purple solid was dissolved in chlorobenzene (30 mL) and reprecipitated with methanol (300 mL).
The obtained conjugated polymer C9 (0.31 g, 77%) was subjected to physicochemical analysis in the same manner and under the same conditions as in Polymerization Example 8. The following physicochemical analysis results support the chemical structure shown in the above reaction formula.
1H NMR (270 MHz, CDCl3): δ = 7.60-7.30 (br, 3H), 3.30-3.00 (Br, 5H), 2.00-1.10 (br, 12H), 1 .00-0.70 (br, 12H)
GPC (CHCl 3 ): Mn = 10,400 g / mol, Mw = 24,400 g / mol, PDI = 2.34

(比較例10)
重合例8で得た共役重合体ブロックA8と比較例9で得た共役ポリマーC9とを50:50の重量分率にて混合したポリマーブレンドD1を作製した。
(Comparative Example 10)
A polymer blend D1 was prepared by mixing the conjugated polymer block A8 obtained in Polymerization Example 8 and the conjugated polymer C9 obtained in Comparative Example 9 at a weight fraction of 50:50.

(共役ブロック共重合体と電子受容性材料の混合溶液の製造)
実施例1で得られた共役ブロック共重合体1を16.0mgと電子受容性材料としてPCBM(フロンティアカーボン社製E100H)を12.8mgと溶媒としてクロロベンゼン1mLとを40℃にて6時間かけて混合した。その後、室温20℃に冷却し、孔径0.45μmのPTFEフィルターで濾過して共役ブロック共重合体とPC61BMを含む溶液を製造した。
(Production of mixed solution of conjugated block copolymer and electron accepting material)
16.0 mg of the conjugated block copolymer 1 obtained in Example 1, 12.8 mg of PCBM (E100H manufactured by Frontier Carbon Co.) as an electron-accepting material, and 1 mL of chlorobenzene as a solvent at 40 ° C. over 6 hours. Mixed. Then cooled to room temperature 20 ° C., to produce a solution containing conjugated block copolymer and PC 61 BM was filtered through a PTFE filter having a pore size of 0.45 [mu] m.

実施例2、5、6及び比較例1〜5、8により得られた各重合体についても同じ方法により、PC61BMを含む溶液を製造した。A solution containing PC 61 BM was produced by the same method for each of the polymers obtained in Examples 2, 5, 6 and Comparative Examples 1-5, 8.

実施例3、4及び比較例6、7により得られた各重合体については重合体を5.0mgと電子受容性材料としてPC61BM(フロンティアカーボン社製E100H)を20.0mgとを使用した以外は共役ブロック共重合体1と同じ方法により、重合体とPC61BMを含む溶液を製造した。For each of the polymers obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 6 and 7, 5.0 mg of the polymer and 20.0 mg of PC 61 BM (E100H manufactured by Frontier Carbon Co.) were used as the electron-accepting material. Except for the above, a solution containing the polymer and PC 61 BM was produced in the same manner as in the conjugated block copolymer 1.

実施例7、8及び比較例9により得られた各重合体、及び比較例10より得られたポリマーブレンドD1については重合体を10.0mg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15.0mg混合した粉末に、2.5%の体積分率にて1,8−ジヨードオクタンを混合したクロロベンゼン1mLを溶媒として添加し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1.00μmのPTFEフィルターで濾過して重合体とPC71BMを含む溶液を製造した。For each of the polymers obtained in Examples 7 and 8 and Comparative Example 9, and for the polymer blend D1 obtained from Comparative Example 10, 10.0 mg of the polymer was used as an electron-accepting material, and PC 71 BM (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) 1 mL of chlorobenzene mixed with 1,8-diiodooctane at a volume fraction of 2.5% was added as a solvent to the powder mixed with 15.0 mg of E110) as a solvent and mixed at 100 ° C. for 6 hours. Then cooled to room temperature 20 ° C., to produce a solution containing was filtered through a PTFE filter having a pore size of 1.00μm polymer and PC 71 BM.

(有機太陽電池の作製、評価)
スパッタ法により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(H.C.Starck社製:CLEVIOS PH500)をスピンコート法により40nmの厚さに製膜した。ホットプレートにより140℃で20分間加熱乾燥した後、次にスピンコートにより上記により製造した重合体とPC61BMとを含む溶液又は重合体とPC71BMとを含む溶液を塗布し、有機薄膜太陽電池の有機光電変換層(膜厚約100nm)を得た。3時間真空乾燥した後、実施例1、2、5、6及び比較例1〜5、8に関しては120℃30分の熱アニールを施した。その後、真空蒸着機によりフッ化リチウムを膜厚1nmで蒸着し、次いでアルミニウムを膜厚100nmで蒸着した。蒸着のときの真空度は、すべて2×10-4Pa以下であった。これにより共役ブロック共重合体による光電変換素子である有機薄膜太陽電池が得られた。有機薄膜太陽電池の形状は5×5mmの正四角形であった。
(Production and evaluation of organic solar cells)
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 HC Starck: CLEVIOS PH500) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 40 nm by a spin coating method. After heating and drying at 140 ° C. for 20 minutes by a hot plate, a solution containing the polymer prepared above by spin coating and PC 61 BM or a solution containing the polymer and PC 71 BM was applied, and the organic thin film solar An organic photoelectric conversion layer (film thickness: about 100 nm) of the battery was obtained. After vacuum drying for 3 hours, Examples 1, 2, 5, 6 and Comparative Examples 1-5, 8 were subjected to thermal annealing at 120 ° C. for 30 minutes. Then, lithium fluoride was vapor-deposited with a film thickness of 1 nm by a vacuum vapor deposition machine, and aluminum was vapor-deposited with a film thickness of 100 nm. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 2 × 10 −4 Pa or less. As a result, an organic thin film solar cell which is a photoelectric conversion element using a conjugated block copolymer was obtained. The shape of the organic thin film solar cell was a 5 × 5 mm regular square.

(光電変換効率及び溶解度パラメーターの測定)
得られた各実施例、比較例の有機薄膜太陽電池の光電変換効率を300Wのソーラシミュレーター(ペクセルテクノロジー社製、商品名PEC L11:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm)で測定した。その測定結果を表1、表2及び表3に示す。また、各実施例の共役ブロック共重合体を構成する各重合体ブロックの溶解度パラメーターは、Bicerano法にてコンピューターソフトウェアScigress Explorer Professional 7.6.0.52 (富士通製)を用いて計算した。各比較例の重合体についても同様の方法により溶解度パラメーターを測定した。結果を併せて表1〜3に示す。
(Measurement of photoelectric conversion efficiency and solubility parameter)
The photoelectric conversion efficiencies of the organic thin-film solar cells obtained in each of the examples and comparative examples were measured with a 300 W solar simulator (trade name PEC L11: AM1.5G filter, irradiance 100 mW / cm 2 , manufactured by Pexel Technology). . The measurement results are shown in Table 1, Table 2, and Table 3. Further, the solubility parameter of each polymer block constituting the conjugated block copolymer of each example was calculated by the Bicerano method using computer software Scigress Explorer Professional 7.6.0.52 (manufactured by Fujitsu). The solubility parameter of each polymer of Comparative Examples was also measured by the same method. The results are also shown in Tables 1 to 3.

表1(実施例1〜4)、表2(実施例5〜8)、表3(比較例1〜5)、表4(比較例6〜10)には、共役ブロック共重合体を構成する共役重合体ブロックの構造、共役重合体ブロックの溶解度パラメーター(SP値)、SP値の差、及び有機薄膜太陽電池の光電変換効率を示した。また、共役ブロック共重合体を構成する共役重合体ブロックのうち、最大値の溶解度パラメーターを有する共役重合体ブロックを共役重合体ブロックA、最小値の溶解度パラメーターを有する共役重合体ブロックを共役重合体ブロックBとして示す。尚、比較例10にて得られたポリマーブレンドD1については、ブレンドした各ホモポリマーのSP値の差を表中に示した。
Table 1 (Examples 1 to 4), Table 2 (Examples 5 to 8), Table 3 (Comparative Examples 1 to 5), and Table 4 (Comparative Examples 6 to 10) constitute conjugated block copolymers. The structure of the conjugated polymer block, the solubility parameter (SP value) of the conjugated polymer block, the difference in SP value, and the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell are shown. Of the conjugated polymer blocks constituting the conjugated block copolymer, the conjugated polymer block having the maximum solubility parameter is the conjugated polymer block A, and the conjugated polymer block having the minimum solubility parameter is the conjugated polymer. Shown as block B. In addition, about the polymer blend D1 obtained in the comparative example 10, the difference of SP value of each blended homopolymer was shown in the table | surface.

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評価からわかるように各ブロックを構成する共役重合体ブロックの溶解度パラメーターのうち、最大値(ポリマーブロックA)と最小値(ポリマーブロックB)の差が0.6以上2.0以下である本発明の共役ブロック共重合体を用い有機薄膜太陽電池は、従来の共役ブロック共重合体と比較して高い変換効率であることがわかる。   As can be seen from the evaluation, among the solubility parameters of the conjugated polymer block constituting each block, the difference between the maximum value (polymer block A) and the minimum value (polymer block B) is 0.6 or more and 2.0 or less. It can be seen that the organic thin-film solar cell using the conjugated block copolymer has higher conversion efficiency than the conventional conjugated block copolymer.

実施例1と比較例7、8との比較、さらに実施例7、8と比較例9との比較により共役ブロック共重合体が、単独単量体単位からなる共役ポリマー(共役ホモポリマー)より変換効率が高いことがわかる。実施例1及び2では主鎖の二価の複素環基を変えることで溶解度パラメーターを調整し、好ましい共役ブロック共重合体を合成することができることがわかる。側鎖の長さを変えることで(実施例3)、または側鎖に結合するフッ素原子の数を適切に選ぶことで(実施例4、6)、各重合体ブロックが好ましい溶解度パラメーター差を持つ共役ブロック共重合体を合成することができることがわかる。また水酸基を側鎖に結合させることでも溶解度パラメーターを適切に調整することができることがわかる(実施例5)。実施例5及び7より、重合体ブロックAまたはBはランダム共重合体からなる重合体ブロックであってもよいことがわかる。   Comparison between Example 1 and Comparative Examples 7 and 8, and further comparison between Examples 7 and 8 and Comparative Example 9, the conjugated block copolymer was converted from a conjugated polymer (conjugated homopolymer) consisting of a single monomer unit. It turns out that efficiency is high. In Examples 1 and 2, it is understood that the solubility parameter can be adjusted by changing the divalent heterocyclic group of the main chain, and a preferred conjugated block copolymer can be synthesized. By changing the length of the side chain (Example 3) or by appropriately selecting the number of fluorine atoms bonded to the side chain (Examples 4 and 6), each polymer block has a favorable solubility parameter difference. It can be seen that a conjugated block copolymer can be synthesized. It can also be seen that the solubility parameter can be appropriately adjusted by bonding a hydroxyl group to the side chain (Example 5). From Examples 5 and 7, it can be seen that the polymer block A or B may be a polymer block made of a random copolymer.

一方、比較例1、2、3及び6から各ブロックを構成する共役重合体ブロックの溶解度パラメーターのうち、最大値(共役重合体ブロックA)と最小値(共役重合体ブロックB)の差が0.6以上2.0以下の範囲でなければ高い変換効率が得られないことがわかる。溶解度パラメーターの差が本発明の規定範囲内であっても、フッ素原子及び水酸基以外の官能基で置換されたアルキル基を側鎖に有する比較例4及び非共役重合体ブロックを、主として含むブロック共重合体である比較例5は変換効率が低いことがわかる。また、比較例10より溶解度パラメーターの差が0.6以上2.0以下のポリマーをブレンドしたポリマーブレンドであっても本発明の共役ブロック共重合体のような優れた変換効率は出ないことがわかる。 On the other hand, the difference between the maximum value (conjugated polymer block A) and the minimum value (conjugated polymer block B) among the solubility parameters of the conjugated polymer block constituting each block from Comparative Examples 1, 2, 3, and 6 is 0. It can be seen that high conversion efficiency cannot be obtained unless the range is from .6 to 2.0. Even if the difference in solubility parameter is within the prescribed range of the present invention, the block containing mainly Comparative Example 4 and an unconjugated polymer block having an alkyl group substituted with a functional group other than a fluorine atom and a hydroxyl group in the side chain. It turns out that the comparative example 5 which is a polymer has low conversion efficiency. Further, even in the case of a polymer blend obtained by blending polymers having a solubility parameter difference of 0.6 or more and 2.0 or less than Comparative Example 10, the conversion efficiency as in the conjugated block copolymer of the present invention may not be obtained. Recognize.

本発明のπ共役系である共役ブロック共重合体は、光電変換素子の光電変換層として利用できるものである。また、その共役ブロック共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汎用される。   The conjugated block copolymer which is a π-conjugated system of the present invention can be used as a photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element. Moreover, the photoelectric conversion element which consists of the conjugated block copolymer is used widely as various photosensors including a solar cell.

Claims (10)

二価の複素環基を主鎖に含み、かつフッ素原子若しくは水酸基で置換されてもよいアルキル基またはアルコキシ基である側鎖を含む共役重合体ブロックの少なくとも2種類を含有している共役ブロック共重合体であって、
溶解度パラメーターが最大値を有する前記共役重合体ブロックと、溶解度パラメーターが最小値を有する共役重合体ブロックとの溶解度パラメーターの差が、0.6以上2.0以下であることを特徴とする共役ブロック共重合体。
A conjugated block copolymer containing at least two types of conjugated polymer blocks containing a divalent heterocyclic group in the main chain and containing a side chain which is an alkyl group or an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom or a hydroxyl group. A polymer comprising:
The difference in solubility parameter between the conjugated polymer block having the maximum solubility parameter and the conjugated polymer block having the minimum solubility parameter is 0.6 or more and 2.0 or less. Copolymer.
前記共役重合体ブロックが、少なくとも一つのチオフェン環を化学構造の一部に含む縮環π共役骨格、カルバゾール骨格、ジベンゾシロール骨格、及びジベンゾゲルモール骨格から選ばれる少なくとも一つの複素環骨格を有する二価の複素環基を主鎖に含むことを特徴とする請求項1に記載の共役ブロック共重合体。   The conjugated polymer block has at least one heterocyclic skeleton selected from a condensed π-conjugated skeleton containing at least one thiophene ring as a part of the chemical structure, a carbazole skeleton, a dibenzosilole skeleton, and a dibenzogermol skeleton. The conjugated block copolymer according to claim 1, comprising a valent heterocyclic group in the main chain. 前記共役重合体ブロックが、シクロペンタジチオフェンジイル基、ジチエノピロールジイル基、ジチエノシロールジイル基、ジチエノゲルモールジイル基、ベンゾジチオフェンジイル基、ナフトジチオフェンジイル基、チエノチオフェンジイル基、チエノピロールジオンジイル基及びジケトピロロピロールジイル基から選ばれる少なくとも一つの二価の複素環基を主鎖に含むことを特徴とする請求項1に記載の共役ブロック共重合体。   The conjugated polymer block is a cyclopentadithiophene diyl group, a dithienopyrrole diyl group, a dithienosilole diyl group, a dithienogermol diyl group, a benzodithiophene diyl group, a naphthodithiophene diyl group, a thienothiophene diyl group, The conjugated block copolymer according to claim 1, wherein the main chain contains at least one divalent heterocyclic group selected from a thienopyrrole dione diyl group and a diketopyrrolopyrrole diyl group. 前記共役重合体ブロックの2種類が、前記二価の複素環基に最小で炭素数8のアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックと、同種又は異種の前記二価の複素環基に最大で炭素数6のアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックとであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の共役ブロック共重合体。   Two types of the conjugated polymer block are the same or different types of the conjugated polymer block in which a side chain which is an alkyl group or alkoxy group having a minimum of 8 carbon atoms is bonded to the divalent heterocyclic group. The conjugate according to any one of claims 1 to 3, which is a conjugated polymer block in which a side chain which is an alkyl group or alkoxy group having a maximum of 6 carbon atoms is bonded to a valent heterocyclic group. Block copolymer. 一方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和と他方の共役重合体ブロックの側鎖の炭素数の総和との差が、6以上16以下であることを特徴とする請求項3に記載の共役ブロック共重合体。   The difference between the total number of carbon atoms in the side chain of one conjugated polymer block and the total number of carbon atoms in the side chain of the other conjugated polymer block is 6 or more and 16 or less. Conjugated block copolymer. 前記共役重合体ブロックの2種類が、前記二価の複素環基にフッ素非含有であるアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックと、同種又は異種の前記二価の複素環基に最小で3つのフッ素原子で置換されているアルキル基またはアルコキシ基である側鎖が結合している共役重合体ブロックとであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の共役ブロック共重合体。   Two types of the conjugated polymer block are the same or different types of the divalent conjugated polymer block in which a side chain that is an alkyl group or an alkoxy group that does not contain fluorine is bonded to the divalent heterocyclic group. A conjugated polymer block in which a side chain which is an alkyl group or an alkoxy group substituted with a minimum of three fluorine atoms is bonded to the heterocyclic group of The conjugated block copolymer described in 1. 請求項1〜6の何れかに記載の共役ブロック共重合体とフラーレン誘導体とを含有することを特徴とする組成物。   A composition comprising the conjugated block copolymer according to any one of claims 1 to 6 and a fullerene derivative. 請求項1〜6の何れかに記載の共役ブロック共重合体を含有することを特徴とする有機薄膜。   An organic thin film comprising the conjugated block copolymer according to claim 1. 請求項8に記載の有機薄膜を基板に備えることを特徴とする有機薄膜素子。   An organic thin film element comprising the organic thin film according to claim 8 on a substrate. 請求項8に記載の有機薄膜が、少なくとも2つの電極間に挟まれていることを特徴とする光電変換素子。   The organic thin film of Claim 8 is pinched | interposed between at least two electrodes, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
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