JP5884423B2 - Polymer compound and organic photoelectric conversion device using the same - Google Patents

Polymer compound and organic photoelectric conversion device using the same Download PDF

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Description

本発明は、高分子化合物並びにそれを用いた有機光電変換素子及び有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to a polymer compound, and an organic photoelectric conversion element and an organic thin film transistor using the same.

有機半導体材料は、例えば有機太陽電池や光センサー等の有機光電変換素子に用いられる。有機半導体材料のなかでもとくに高分子化合物を用いれば、安価な塗布法で薄膜を作製することができ、素子の製造コストを削減することが可能である。   An organic semiconductor material is used for organic photoelectric conversion elements, such as an organic solar cell and an optical sensor, for example. In particular, when a high molecular compound is used among organic semiconductor materials, a thin film can be produced by an inexpensive coating method, and the manufacturing cost of the element can be reduced.

有機光電変換素子の諸特性を向上させるために、当該素子を構成する有機半導体材料について種々の高分子化合物が検討されている。例えば特許文献1には、繰り返し単位(A)及び繰り返し単位(B)からなる高分子化合物を含む有機層を有する有機薄膜太陽電池が記載されている。

Figure 0005884423
繰り返し単位(A) 繰り返し単位(B) In order to improve various characteristics of the organic photoelectric conversion element, various polymer compounds have been studied for organic semiconductor materials constituting the element. For example, Patent Document 1 describes an organic thin film solar cell having an organic layer containing a polymer compound composed of a repeating unit (A) and a repeating unit (B).
Figure 0005884423
Repeating unit (A) Repeating unit (B)

特表2009−506519号公報Special table 2009-506519

しかしながら、上記高分子化合物を用いた有機薄膜太陽電池は、イオン化ポテンシャルが浅く、開放端電圧(Voc)が十分でないという課題がある。   However, the organic thin film solar cell using the polymer compound has a problem that the ionization potential is shallow and the open-circuit voltage (Voc) is not sufficient.

そこで、本発明はイオン化ポテンシャルが深く、開放端電圧(Voc)が大きい高分子化合物を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a polymer compound having a deep ionization potential and a large open circuit voltage (Voc).

即ち、本発明は第一に、式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を提供する。

Figure 0005884423
(1)
〔式(1)中Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6〜60のアリール基をあらわす。Ar、Arは、同一であっても、相異なっていてもよい。Xは炭素原子、珪素原子、またはゲルマニウム原子を表す。〕
That is, the present invention first provides a polymer compound containing a repeating unit represented by the formula (1).
Figure 0005884423
(1)
[In the formula (1), Ar 1 and Ar 2 represent an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. X represents a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom. ]

本発明は第二に、式(1)で表される繰り返し単位に加え、式(2)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を提供する。

Figure 0005884423
(2)
〔式(2)中、Rは水素原子またはフッ素原子を表す。複数個あるRは、同一であっても、相異なっていてもよい。Qは酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子を表す。〕 Secondly, the present invention provides a polymer compound containing a repeating unit represented by the formula (2) in addition to the repeating unit represented by the formula (1).
Figure 0005884423
(2)
[In formula (2), R represents a hydrogen atom or a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different. Q represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom. ]

本発明は第三に、一対の電極と、該電極間に設けられた機能層とを有し、該機能層が電子受容性化合物と前記高分子化合物とを含む有機光電変換素子を提供する。   Thirdly, the present invention provides an organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a functional layer provided between the electrodes, wherein the functional layer includes an electron accepting compound and the polymer compound.

本発明は第四に、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と、ゲート電極とを備え、前記有機半導体層に前記高分子化合物を含む有機薄膜トランジスタを提供する。   Fourthly, the present invention provides an organic thin film transistor comprising a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer, and a gate electrode, wherein the organic semiconductor layer includes the polymer compound.

本発明の高分子化合物は、開放端電圧(Voc)が大きいため、極めて有用である。   The polymer compound of the present invention is extremely useful because it has a large open-circuit voltage (Voc).

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

<高分子化合物>
本発明の高分子化合物は、式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を提供する。

Figure 0005884423
(1)
〔式(1)中Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6〜60のアリール基をあらわす。Ar、Arは、同一であっても、相異なっていてもよい。Xは炭素原子、珪素原子、またはゲルマニウム原子を表す。〕 <Polymer compound>
The polymer compound of the present invention provides a polymer compound containing a repeating unit represented by the formula (1).
Figure 0005884423
(1)
[In the formula (1), Ar 1 and Ar 2 represent an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. X represents a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom. ]

式(1)中、Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6〜60のアリール基を示す。 In formula (1), Ar < 1 >, Ar < 2 > shows the C6-C60 aryl group which may have a substituent.

Ar、Arにおいて、Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6〜60のアリール基とは、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の芳香族炭化水素化合物における芳香環上の1つの水素原子を除いた基を示す。芳香族炭化水素化合物は、単環であっても縮合環であってもよい。これらの中でも、より優れた溶解性が得られ、かつ、製造が容易であるので、5つ以下の環が縮合した縮合環、又は単環が好ましく、2つの環が縮合した縮合環、又は単環がより好ましく、単環がさらに好ましい。 In Ar 1 and Ar 2 , Ar 1 and Ar 2 are an optionally substituted aryl group having 6 to 60 carbon atoms and an aromatic group having 6 to 60 carbon atoms that may have a substituent. The group remove | excluding one hydrogen atom on the aromatic ring in a hydrocarbon compound is shown. The aromatic hydrocarbon compound may be a single ring or a condensed ring. Among these, since excellent solubility is obtained and production is easy, a condensed ring or a single ring in which five or less rings are condensed is preferable, and a condensed ring or a single ring in which two rings are condensed is preferable. A ring is more preferable, and a single ring is more preferable.

芳香族炭化水素化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、ピレン、ペリレンが挙げられる。なかでも、ベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。   Examples of the aromatic hydrocarbon compound include benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, pyrene, and perylene. Of these, benzene or naphthalene is preferable, and benzene is more preferable.

芳香族炭化水素基は、置換基を更に有していてもよく、その場合は、置換基を含めた全体を芳香族炭化水素基とする。ただし、この場合、上述した好適な芳香族炭化水素基の炭素数には、置換基の炭素数は含まない。   The aromatic hydrocarbon group may further have a substituent, and in this case, the whole including the substituent is an aromatic hydrocarbon group. However, in this case, the carbon number of the above-described preferred aromatic hydrocarbon group does not include the carbon number of the substituent.

Ar、Arの置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、などがあげられる。 Examples of the substituent for Ar 1 and Ar 2 include a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, and a heteroaryl group.

ハロゲン原子としては、例えば臭素、塩素、フッ素が挙げられ、これらの中でもフッ素が好ましい。   Examples of the halogen atom include bromine, chlorine, and fluorine. Among these, fluorine is preferable.

アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、iso−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ペンタデシル基、n−オクタデシル基が挙げられる。アルキル基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で水素原子が置換されたアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基が挙げられる。   Examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n- Examples include a hexyl group, n-octyl group, iso-octyl group, n-decyl group, n-dodecyl group, n-pentadecyl group, and n-octadecyl group. A hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the alkyl group in which a hydrogen atom is substituted with a fluorine atom include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluorobutyl group, a perfluorohexyl group, and a perfluorooctyl group.

アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、iso−プロポキシ基、ブトキシ基、iso−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基が挙げられる。アルコキシ基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子で水素原子が置換されたアルコキシ基としては、例えば、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシルオキシ基、パーフルオロオクチルオキシ基が挙げられる。   Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an iso-propoxy group, a butoxy group, an iso-butoxy group, a sec-butoxy group, a tert-butoxy group, a pentyloxy group, a hexyloxy group, and a cyclohexyloxy group. , Heptyloxy group, octyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, nonyloxy group, decyloxy group, 3,7-dimethyloctyloxy group. A hydrogen atom in the alkoxy group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the alkoxy group in which a hydrogen atom is substituted with a fluorine atom include a trifluoromethoxy group, a pentafluoroethoxy group, a perfluorobutoxy group, a perfluorohexyloxy group, and a perfluorooctyloxy group.

アリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、水素原子1個を除いた原子団である。アリール基には、ベンゼン環を含む基、芳香族性を有する縮合環を含む基、2個以上のベンゼン環又は芳香族性を有する縮合環が直接結合した構造を有する基、2個以上のベンゼン環又は芳香族性を有する縮合環がビニレン等の基を介して結合した基などが含まれる。アリール基の炭素数は、6〜60であることが好ましく、6〜30であることがより好ましい。アリール基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基が挙げられる。芳香族炭化水素が有していてもよい置換基としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アルキル基、アルコキシ基が挙げられる。該アルキル基及びアルコキシ基の具体例は、Ar、Arの置換基として挙げた上記アルキル基及びアルコキシ基の具体例と同じである。 The aryl group is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic hydrocarbon which may have a substituent. The aryl group includes a group containing a benzene ring, a group containing a condensed ring having aromaticity, a group having a structure in which two or more benzene rings or a condensed ring having aromaticity are directly bonded, and two or more benzenes Examples include a group in which a ring or an aromatic condensed ring is bonded via a group such as vinylene. The aryl group preferably has 6 to 60 carbon atoms, more preferably 6 to 30 carbon atoms. A hydrogen atom in the aryl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the aryl group include a phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group. Examples of the substituent that the aromatic hydrocarbon may have include a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group, and an alkoxy group. Specific examples of the alkyl group and alkoxy group are the same as the specific examples of the alkyl group and alkoxy group mentioned as the substituents for Ar 1 and Ar 2 .

ヘテロアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族複素環式化合物から、水素原子1個を除いた原子団である。ヘテロアリール基としては、例えば、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基が挙げられる。ヘテロアリール基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよい。芳香族複素環式化合物が有していてもよい置換基としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アルキル基、アルコキシ基が挙げられる。該アルキル基及びアルコキシ基の具体例は、Ar、Arの置換基として上記アルキル基及びアルコキシ基の具体例と同じである。 A heteroaryl group is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic heterocyclic compound which may have a substituent. Examples of the heteroaryl group include a thienyl group, a pyrrolyl group, a furyl group, a pyridyl group, a quinolyl group, and an isoquinolyl group. The hydrogen atom in the heteroaryl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the substituent that the aromatic heterocyclic compound may have include a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group, and an alkoxy group. Specific examples of the alkyl group and alkoxy group are the same as the specific examples of the alkyl group and alkoxy group as substituents for Ar 1 and Ar 2 .

Ar、Arの置換基が、アルキル基又はアルコキシ基である場合、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、アルキル基又はアルコキシ基の炭素数は1〜20であることが好ましく、2〜18であることがより好ましい。 When the substituents of Ar 1 and Ar 2 are an alkyl group or an alkoxy group, the alkyl group or the alkoxy group preferably has 1 to 20 carbon atoms from the viewpoint of solubility of the polymer compound in a solvent. 2 to 18 is more preferable.

Ar、Arの置換基中の水素は、フッ素で置換されていてもよい。 Hydrogen in the substituents of Ar 1 and Ar 2 may be substituted with fluorine.

Xは炭素原子、珪素原子、またはゲルマニウム原子を表し、これらの中でも炭素原子が好ましい。   X represents a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom, and among these, a carbon atom is preferable.

式(1)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記繰り返し単位が挙げられる。

Figure 0005884423
Examples of the repeating unit represented by the formula (1) include the following repeating units.
Figure 0005884423

本発明の高分子化合物に含まれる式(1)で表される繰り返し単位の量は、該高分子化合物を含む機能層を有する有機光電変換素子の光電変換効率を高める観点からは、該高分子化合物が含有する繰り返し単位の合計量に対して、10〜90モル%であることが好ましく、30〜70モル%であることがより好ましい。   The amount of the repeating unit represented by the formula (1) contained in the polymer compound of the present invention is selected from the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency of an organic photoelectric conversion device having a functional layer containing the polymer compound. It is preferable that it is 10-90 mol% with respect to the total amount of the repeating unit which a compound contains, and it is more preferable that it is 30-70 mol%.

本発明の高分子化合物は、式(1)で表される繰り返し単位に加え、式(2)で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。

Figure 0005884423
(2)
式(2)中、Rは水素原子またはフッ素原子を表す。複数個あるRは、同一であっても、相異なっていてもよい。Qは酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子を表す。 The polymer compound of the present invention preferably contains a repeating unit represented by the formula (2) in addition to the repeating unit represented by the formula (1).
Figure 0005884423
(2)
In formula (2), R represents a hydrogen atom or a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different. Q represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom.

式(2)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記繰り返し単位が挙げられる。

Figure 0005884423
As a repeating unit represented by Formula (2), the following repeating unit is mentioned, for example.
Figure 0005884423

光電変換効率の観点からは、式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位とが直接結合した繰り返し単位を含むことが好ましい。   From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, it is preferable to include a repeating unit in which the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2) are directly bonded.

本発明の高分子化合物が式(1)で表される繰り返し単位に加えて、式(2)で表される繰り返し単位を含む場合、当該高分子化合物に含まれる式(1)で表される繰り返し単位と式(2)で表される繰り返し単位の合計量は、該高分子化合物を含む機能層を有する有機光電変換素子の光電変換効率を高める観点からは、該高分子化合物が含有する繰り返し単位の合計量に対して、20〜100モル%であることが好ましく、30〜100モル%であることがより好ましい。   When the polymer compound of the present invention contains a repeating unit represented by formula (2) in addition to the repeating unit represented by formula (1), it is represented by formula (1) contained in the polymer compound. From the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency of the organic photoelectric conversion element having the functional layer containing the polymer compound, the total amount of the repeating unit and the repeating unit represented by the formula (2) is a repeating amount contained in the polymer compound. It is preferably 20 to 100 mol%, more preferably 30 to 100 mol%, based on the total amount of units.

また本発明の高分子化合物に含まれる式(1)で表される繰り返し単位の数と、式(2)で表される繰り返し単位の数との比は、例えば1:9〜9:1であり、3:7〜7:3が好ましい。   The ratio of the number of repeating units represented by formula (1) contained in the polymer compound of the present invention to the number of repeating units represented by formula (2) is, for example, 1: 9 to 9: 1. Yes, 3: 7-7: 3 is preferred.

本発明の高分子化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは103〜108であり、より好ましくは103〜107であり、さらに好ましくは103〜106である。 The weight average molecular weight in terms of polystyrene of the polymer compound of the present invention is preferably 10 3 to 10 8 , more preferably 10 3 to 10 7 , and still more preferably 10 3 to 10 6 .

本発明の高分子化合物は、共役系高分子化合物であることが好ましい。ここで、共役系高分子化合物とは、高分子化合物の主鎖を構成する原子が実質的に共役している化合物を意味する。   The polymer compound of the present invention is preferably a conjugated polymer compound. Here, the conjugated polymer compound means a compound in which atoms constituting the main chain of the polymer compound are substantially conjugated.

本発明の高分子化合物は、式(1)で表される繰り返し単位、式(2)で表される繰り返し単位、以外の繰り返し単位を有していてもよい。該繰り返し単位としては、アリーレン基、ヘテロアリーレン基等が挙げられる。アリーレン基としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ピレンジイル基、フルオレンジイル基等が挙げられる。ヘテロアリーレン基としては、フランジイル基、ピロールジイル基、ピリジンジイル基等が挙げられる。   The polymer compound of the present invention may have a repeating unit other than the repeating unit represented by the formula (1) and the repeating unit represented by the formula (2). Examples of the repeating unit include an arylene group and a heteroarylene group. Examples of the arylene group include a phenylene group, a naphthalenediyl group, an anthracenediyl group, a pyrenediyl group, and a fluorenediyl group. Examples of the heteroarylene group include a flangyl group, a pyrrole diyl group, a pyridinediyl group, and the like.

<高分子化合物の製造方法>
本発明の高分子化合物は、如何なる方法で製造してもよいが、例えば、用いる重合反応に適した官能基を有するモノマーを合成した後に、必要に応じて該モノマーを有機溶媒に溶解し、アルカリ、触媒、配位子等を用いた公知のアリールカップリング反応を用いて重合することにより合成することができる。前記モノマーの合成は、例えば、特開2006−182920号公報、特開2006−335933号公報に示された方法を参考にして行うことができる。
<Method for producing polymer compound>
The polymer compound of the present invention may be produced by any method. For example, after synthesizing a monomer having a functional group suitable for the polymerization reaction to be used, the monomer is dissolved in an organic solvent, if necessary, , And can be synthesized by polymerization using a known aryl coupling reaction using a catalyst, a ligand and the like. The synthesis of the monomer can be performed, for example, with reference to the methods disclosed in JP-A Nos. 2006-182920 and 2006-335933.

アリールカップリング反応による重合は、例えば、Stilleカップリング反応による重合、Suzukiカップリング反応による重合、Yamamotoカップリング反応による重合、Kumada−Tamaoカップリング反応による重合が挙げられる。   Examples of the polymerization by the aryl coupling reaction include polymerization by Stille coupling reaction, polymerization by Suzuki coupling reaction, polymerization by Yamamoto coupling reaction, and polymerization by Kumada-Tamao coupling reaction.

Stilleカップリング反応による重合は、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[トリス(ジベンジリデンアセトン)]ジパラジウム、パラジウムアセテート、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロライドなどのパラジウム錯体を触媒として用い、必要に応じて、トリフェニルホスフィン、トリ(2−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(2-メトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィン等の配位子を添加し、有機スズ残基を有するモノマーと、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を有するモノマー、又は、トリフルオロメタンスルホネート基、p-トルエンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。Stilleカップリング反応による重合の詳細は、例えば、アンゲヴァンテ ケミー インターナショナル エディション(Angewandte Chemie International Edition),2005年,第44巻,p.4442−4489に記載されている。   Polymerization by Stille coupling reaction is necessary using palladium complexes such as palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], [tris (dibenzylideneacetone)] dipalladium, palladium acetate, bis (triphenylphosphine) palladium dichloride as catalysts. Depending on the ligand, ligands such as triphenylphosphine, tri (2-methylphenyl) phosphine, tri (2-methoxyphenyl) phosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, tri (tert-butyl) phosphine A monomer having an organotin residue and a monomer having a halogen atom such as a bromine atom, an iodine atom or a chlorine atom, or a sulfonate group such as a trifluoromethanesulfonate group or a p-toluenesulfonate group. This is a polymerization in which the monomer is reacted. The details of the polymerization by the Stille coupling reaction are described in, for example, Angewante Chemie International Edition, 2005, Vol. 44, p. 4442-4489.

Suzukiカップリング反応による重合は、無機塩基又は有機塩基の存在下、パラジウム錯体又はニッケル錯体を触媒として用い、必要に応じて配位子を添加し、ボロン酸残基又はホウ酸エステル残基を有するモノマーと、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を有するモノマー、又は、トリフルオロメタンスルホネート基、p-トルエンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。   Polymerization by Suzuki coupling reaction uses a palladium complex or nickel complex as a catalyst in the presence of an inorganic base or an organic base, and a ligand is added as necessary to have a boronic acid residue or a boric acid ester residue. This is a polymerization in which a monomer is reacted with a monomer having a halogen atom such as a bromine atom, an iodine atom or a chlorine atom, or a monomer having a sulfonate group such as a trifluoromethanesulfonate group or a p-toluenesulfonate group.

無機塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、リン酸三カリウム、フッ化カリウムが挙げられる。有機塩基としては、例えば、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムが挙げられる。パラジウム錯体としては、例えば、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[トリス(ジベンジリデンアセトン)]ジパラジウム、パラジウムアセテート、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロライドが挙げられる。ニッケル錯体としては、例えば、ビス(シクロオクタジエン)ニッケルが挙げられる。配位子としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ(2−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(2-メトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィンが挙げられる。   Examples of the inorganic base include sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, tripotassium phosphate, and potassium fluoride. Examples of the organic base include tetrabutylammonium fluoride, tetrabutylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, and tetraethylammonium hydroxide. Examples of the palladium complex include palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], [tris (dibenzylideneacetone)] dipalladium, palladium acetate, and bis (triphenylphosphine) palladium dichloride. Examples of the nickel complex include bis (cyclooctadiene) nickel. Examples of the ligand include triphenylphosphine, tri (2-methylphenyl) phosphine, tri (2-methoxyphenyl) phosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, and tri (tert-butyl) phosphine. It is done.

Suzukiカップリング反応による重合の詳細は、例えば、ジャーナル オブ ポリマー サイエンス:パート エー:ポリマー ケミストリー(Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry),2001年,第39巻,p.1533−1556に記載されている。   Details of the polymerization by the Suzuki coupling reaction are described in, for example, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry (Part A: Polymer Chemistry), 2001, Vol. 39, p. 1533-1556.

Yamamotoカップリング反応による重合は、触媒と還元剤とを用い、ハロゲン原子を有するモノマー同士、トリフルオロメタンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマー同士又はハロゲン原子を有するモノマーとスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。   Polymerization by Yamamoto coupling reaction uses a catalyst and a reducing agent to react monomers having halogen atoms, monomers having sulfonate groups such as trifluoromethanesulfonate groups, or monomers having halogen atoms and monomers having sulfonate groups. Polymerization.

触媒としては、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル等のニッケルゼロ価錯体とビピリジル等の配位子からなる触媒、[ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]ニッケルジクロライド、[ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルジクロライド等のニッケルゼロ価錯体以外のニッケル錯体と、必要に応じ、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィン等の配位子からなる触媒が挙げられる。還元剤としては、例えば、亜鉛、マグネシウムが挙げられる。Yamamotoカップリング反応による重合は、脱水した溶媒を反応に用いてもよく、不活性雰囲気下で反応を行ってもよく、脱水剤を反応系中に添加して行ってもよい。   Catalysts include nickel zero-valent complexes such as bis (cyclooctadiene) nickel and ligands such as bipyridyl, [bis (diphenylphosphino) ethane] nickel dichloride, [bis (diphenylphosphino) propane] nickel. A catalyst comprising a nickel complex other than a nickel zero-valent complex such as dichloride and a ligand such as triphenylphosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, tri (tert-butyl) phosphine, if necessary. . Examples of the reducing agent include zinc and magnesium. Polymerization by the Yamamoto coupling reaction may be performed using a dehydrated solvent in the reaction, may be performed in an inert atmosphere, or may be performed by adding a dehydrating agent to the reaction system.

Yamamotoカップリングによる重合の詳細は、例えば、マクロモルキュルズ(Macromolecules),1992年,第25巻,p.1214−1223に記載されている。   Details of the polymerization by Yamamoto coupling are described in, for example, Macromolecules, 1992, Vol. 25, p. 1214-1223.

Kumada−Tamaoカップリング反応による重合は、[ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]ニッケルジクロライド、[ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルジクロライド等のニッケル触媒を用い、ハロゲン化マグネシウム基を有する化合物とハロゲン原子を有する化合物とを反応させる重合するである。反応は、脱水した溶媒を反応に用いてもよく、不活性雰囲気下で反応を行ってもよく、脱水剤を反応系中に添加して行ってもよい。   Polymerization by Kumada-Tamao coupling reaction uses a nickel catalyst such as [bis (diphenylphosphino) ethane] nickel dichloride, [bis (diphenylphosphino) propane] nickel dichloride, and a compound having a magnesium halide group and a halogen atom. Polymerization to react with the compound having For the reaction, a dehydrated solvent may be used for the reaction, the reaction may be performed in an inert atmosphere, or a dehydrating agent may be added to the reaction system.

前記アリールカップリング反応による重合では、通常、溶媒が用いられる。該溶媒は、用いる重合反応、モノマー及びポリマーの溶解性等を考慮して選択すればよい。具体的には、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が挙げられる。Stilleカップリング反応に用いる溶媒はテトラヒドロフラン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が好ましい。Stilleカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。Suzukiカップリング反応に用いる溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が好ましい。Suzukiカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。Yamamotoカップリング反応に用いる溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒が好ましい。Yamamotoカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。   In the polymerization by the aryl coupling reaction, a solvent is usually used. The solvent may be selected in consideration of the polymerization reaction used, the solubility of the monomer and polymer, and the like. Specifically, tetrahydrofuran, toluene, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, an organic solvent such as a mixed solvent obtained by mixing two or more of these solvents, an organic solvent Examples thereof include a solvent having two phases of a phase and an aqueous phase. The solvent used in the Stille coupling reaction is preferably an organic solvent such as tetrahydrofuran, toluene, N, N-dimethylformamide, a mixed solvent obtained by mixing two or more of these solvents, or a solvent having two phases of an organic solvent phase and an aqueous phase. The solvent used for the Stille coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions. Solvents used in the Suzuki coupling reaction are organic solvents such as tetrahydrofuran, toluene, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and mixed solvents in which two or more of these solvents are mixed. A solvent and a solvent having two phases of an organic solvent phase and an aqueous phase are preferred. The solvent used for the Suzuki coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions. The solvent used for the Yamamoto coupling reaction is an organic solvent such as tetrahydrofuran, toluene, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, or a mixed solvent in which two or more of these solvents are mixed. A solvent is preferred. The solvent used for the Yamamoto coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions.

前記アリールカップリング反応による重合の中でも、反応性の観点からは、Stilleカップリング反応により重合する方法、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Yamamotoカップリング反応により重合する方法が好ましく、Stilleカップリング反応により重合する方法、Suzukiカップリング反応による重合する方法、ニッケルゼロ価錯体を用いたYamamotoカップリング反応による重合する方法がより好ましい。   Among the polymerizations by the aryl coupling reaction, from the viewpoint of reactivity, a method of polymerizing by a Stille coupling reaction, a method of polymerizing by a Suzuki coupling reaction, a method of polymerizing by a Yamamoto coupling reaction are preferable, and a Stille coupling reaction More preferred are a method of polymerizing, a method of polymerizing by a Suzuki coupling reaction, and a method of polymerizing by a Yamamoto coupling reaction using a nickel zero-valent complex.

前記アリールカップリング反応の反応温度の下限は、反応性の観点からは、好ましくは−100℃であり、より好ましくは−20℃であり、特に好ましくは0℃である。反応温度の上限は、モノマー及び高分子化合物の安定性の観点からは、好ましくは200℃であり、より好ましくは150℃であり、特に好ましくは120℃である。   The lower limit of the reaction temperature of the aryl coupling reaction is preferably −100 ° C., more preferably −20 ° C., and particularly preferably 0 ° C. from the viewpoint of reactivity. The upper limit of the reaction temperature is preferably 200 ° C., more preferably 150 ° C., and particularly preferably 120 ° C. from the viewpoint of the stability of the monomer and the polymer compound.

前記アリールカップリング反応による重合において、反応終了後の反応溶液からの本発明の高分子化合物を取り出す方法としては、公知の方法が挙げられる。例えば、メタノール等の低級アルコールに反応溶液を加え、析出した沈殿をろ過し、ろ物を乾燥することにより、本発明の高分子化合物を得ることができる。得られた高分子化合物の純度が低い場合は、再結晶、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等により精製することができる。   In the polymerization by the aryl coupling reaction, a known method can be used as a method for removing the polymer compound of the present invention from the reaction solution after completion of the reaction. For example, the polymer compound of the present invention can be obtained by adding a reaction solution to a lower alcohol such as methanol, filtering the deposited precipitate, and drying the filtrate. When the purity of the obtained polymer compound is low, it can be purified by recrystallization, continuous extraction with a Soxhlet extractor, column chromatography, or the like.

本発明の高分子化合物を有機光電変換素子の製造に用いる場合、高分子化合物の末端に重合活性基が残っていると、有機光電変換素子の耐久性等の特性が低下することがあるため、高分子化合物の末端を安定な基で保護することが好ましい。   When the polymer compound of the present invention is used for the production of an organic photoelectric conversion element, if a polymerization active group remains at the terminal of the polymer compound, characteristics such as durability of the organic photoelectric conversion element may be deteriorated. It is preferable to protect the terminal of the polymer compound with a stable group.

末端を保護する安定な基としては、アルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、アリール基、アリールアミノ基、1価の複素環基等が挙げられる。アリールアミノ基としては、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基等が挙げられる。
1価の複素環基としては、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基等が挙げられる。また、高分子化合物の末端に残っている重合活性基を、安定な基に代えて、水素原子で置換してもよい。ホール輸送性を高める観点からは、末端を保護する安定な基がアリールアミノ基などの電子供与性を付与する基であることが好ましい。高分子化合物が共役高分子化合物である場合、高分子化合物の主鎖の共役構造と末端を保護する安定な基の共役構造とが連続するような共役結合を有している基も末端を保護する安定な基として好ましく用いることができる。該基としては、例えば、アリール基、芳香族性を有する1価の複素環基が挙げられる。
Examples of the stable group for protecting the terminal include an alkyl group, an alkoxy group, a fluoroalkyl group, a fluoroalkoxy group, an aryl group, an arylamino group, and a monovalent heterocyclic group. Examples of the arylamino group include a phenylamino group and a diphenylamino group.
Examples of the monovalent heterocyclic group include thienyl group, pyrrolyl group, furyl group, pyridyl group, quinolyl group, and isoquinolyl group. Further, the polymerization active group remaining at the terminal of the polymer compound may be replaced with a hydrogen atom instead of a stable group. From the viewpoint of enhancing hole transportability, it is preferable that the stable group for protecting the terminal is a group imparting electron donating properties such as an arylamino group. When the polymer compound is a conjugated polymer compound, the end of a group having a conjugated bond in which the conjugated structure of the main chain of the polymer compound and the conjugated structure of a stable group protecting the end are continuous is also protected. It can preferably be used as a stable group. Examples of the group include an aryl group and a monovalent heterocyclic group having aromaticity.

Suzukiカップリングを用いて本発明の高分子化合物を製造する場合、例えば、式(3)で表される化合物と式(4)で表される化合物とを重合して該高分子化合物を製造することができる。

Figure 0005884423
(3)
(式(3)中、R、Qは、それぞれ前述と同じ意味を表す。Zは、ホウ酸、ホウ酸エステル残基を表す。2個あるZは、同一でも相異なっていてもよい。)
Figure 0005884423
(4)
(式(4)中、X、Ar、Arはそれぞれ前述と同じ意味を表す。) When the polymer compound of the present invention is produced using Suzuki coupling, for example, the polymer compound is produced by polymerizing the compound represented by the formula (3) and the compound represented by the formula (4). be able to.
Figure 0005884423
(3)
(In formula (3), R and Q each represent the same meaning as described above. Z represents boric acid or a boric acid ester residue. The two Zs may be the same or different.)
Figure 0005884423
(4)
(In the formula (4), X, Ar 1 and Ar 2 each have the same meaning as described above.)

式(3)中、Zで表されるホウ酸エステル残基は、ホウ酸エステルから水素原子を1個
除いた基を表し、その具体例としては、下記式で表される基が挙げられる。

Figure 0005884423
(式中、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。) In formula (3), the boric acid ester residue represented by Z represents a group in which one hydrogen atom has been removed from the boric acid ester, and specific examples thereof include groups represented by the following formula.
Figure 0005884423
(In the formula, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.)

式(3)で表される化合物としては、例えば、下記化合物が挙げられる。   As a compound represented by Formula (3), the following compound is mentioned, for example.

Figure 0005884423
Figure 0005884423

本発明の式(4)で表される化合物は、如何なる方法で製造してもよいが、例えば、Tetrahedron、2008年、64巻、9033頁のスキーム7に示された方法や、WO2008109701号公報の(0082)段落に示された方法を参考にして行うことができる。   The compound represented by the formula (4) of the present invention may be produced by any method. For example, the method shown in Scheme 7 of Tetrahedron, 2008, Vol. 64, page 9033, WO2008109701 (0082) The method shown in the paragraph can be used as a reference.

式(4)で表される化合物としては、例えば、下記化合物が挙げられる。

Figure 0005884423
As a compound represented by Formula (4), the following compound is mentioned, for example.
Figure 0005884423

<有機光電変換素子>
また、本発明の高分子化合物は、大きな解放端電圧を得ることができる。
<Organic photoelectric conversion element>
Moreover, the high molecular compound of this invention can obtain a big open end voltage.

本発明の有機光電変換素子は、一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と本発明の高分子化合物を含有する。電子受容性化合物としては、フラーレンまたはフラーレン誘導体が好ましい。有機光電変換素子の具体例としては、
1.一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と、本発明の高分子化合物とを含有する有機光電変換素子;
2.一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と、本発明の高分子化合物とを含有する有機光電変換素子であって、該電子受容性化合物がフラーレン誘導体である有機光電変換素子;
が挙げられる。前記一対の電極は、通常、少なくとも一方が透明又は半透明であり、以下、その場合を一例として説明する。
The organic photoelectric conversion device of the present invention has a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, and the functional layer contains the electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention. As an electron-accepting compound, fullerene or a fullerene derivative is preferable. As a specific example of the organic photoelectric conversion element,
1. An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, the functional layer containing an electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention;
2. An organic photoelectric conversion element comprising a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, the functional layer containing an electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention, wherein the electron-accepting compound is a fullerene An organic photoelectric conversion element which is a derivative;
Is mentioned. In general, at least one of the pair of electrodes is transparent or translucent. Hereinafter, this case will be described as an example.

前記1.の有機光電変換素子では、電子受容性化合物及び前記高分子化合物を含有する機能層における該電子受容性化合物の量が、前記高分子化合物100重量部に対して、10〜1000重量部であることが好ましく、20〜500重量部であることがより好ましい。また、前記2.の有機光電変換素子では、フラーレン誘導体及び前記高分子化合物を含有する機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、10〜1000重量部であることが好ましく、20〜500重量部であることがより好ましい。光電変換効率を高める観点からは、機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、20〜400重量部であることが好ましく、40〜250重量部であることがより好ましく、80〜120重量部であることがさらに好ましい。短絡電流密度を高める観点からは、機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、20〜250重量部であることが好ましく、40〜120重量部であることがより好ましい。   1 above. In the organic photoelectric conversion element, the amount of the electron-accepting compound in the functional layer containing the electron-accepting compound and the polymer compound is 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. Is preferable, and it is more preferable that it is 20-500 weight part. In addition, 2. In the organic photoelectric conversion element, the amount of the fullerene derivative in the functional layer containing the fullerene derivative and the polymer compound is preferably 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound, More preferably, it is -500 weight part. From the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency, the amount of the fullerene derivative in the functional layer is preferably 20 to 400 parts by weight, and preferably 40 to 250 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. More preferably, it is 80 to 120 parts by weight. From the viewpoint of increasing the short-circuit current density, the amount of the fullerene derivative in the functional layer is preferably 20 to 250 parts by weight, and preferably 40 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. More preferred.

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

このような観点から、有機光電変換素子としては、前記1.、前記2.の有機光電変換素子が好ましく、ヘテロ接合界面を多く含むという観点からは、前記2.の有機光電変換素子がより好ましい。また、本発明の有機光電変換素子には、少なくとも一方の電極と該素子中の機能層との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、ホール又は電子を輸送する電荷輸送層、バッファ層等が挙げられる。   From such a viewpoint, as the organic photoelectric conversion element, the above 1. , 2. From the standpoint of including a large number of heterojunction interfaces, the organic photoelectric conversion element is preferable. The organic photoelectric conversion element is more preferable. Further, in the organic photoelectric conversion element of the present invention, an additional layer may be provided between at least one electrode and the functional layer in the element. Examples of the additional layer include a charge transport layer that transports holes or electrons, and a buffer layer.

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

一対の電極の材料には、金属、導電性高分子等を用いることができる。一対の電極のうち一方の電極の材料は仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、及びそれらの金属のうちの2つ以上の金属の合金、又はそれらの金属のうちの1つ以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうちの1つ以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物等が用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金が挙げられる。   As a material for the pair of electrodes, a metal, a conductive polymer, or the like can be used. The material of one of the pair of electrodes is preferably a material having a low work function. For example, metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and those metals An alloy of two or more of these metals, or one or more of those metals and one or more of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, tin An alloy with metal, graphite, a graphite intercalation compound, or the like is used. Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, and calcium-aluminum alloy.

前記の透明又は半透明の電極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性材料を用いて作製された膜、NESA、金、白金、銀、銅が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。電極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、電極材料として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機の透明導電膜を用いてもよい。   Examples of the material of the transparent or translucent electrode include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, a film formed using a conductive material made of indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, etc., which is a composite thereof, NESA Gold, platinum, silver, and copper are used, and ITO, indium / zinc / oxide, and tin oxide are preferable. Examples of the method for producing the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plating method, and the like. Moreover, you may use organic transparent conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as an electrode material.

前記付加的な層としての電荷輸送層、即ち、ホール輸送層又は電子輸送層に用いられる材料として、それぞれ後述の電子供与性化合物、電子受容性化合物を用いることができる。   As a material used for the charge transport layer as the additional layer, that is, the hole transport layer or the electron transport layer, an electron donating compound and an electron accepting compound described later can be used, respectively.

付加的な層としてのバッファ層に用いられる材料としては、フッ化リチウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物又は酸化物等を用いることができる。また、酸化チタン等の無機半導体の微粒子を用いることもできる。   As a material used for the buffer layer as an additional layer, halides or oxides of alkali metals or alkaline earth metals such as lithium fluoride can be used. In addition, fine particles of an inorganic semiconductor such as titanium oxide can be used.

<有機薄膜>
本発明の有機光電変換素子における前記機能層としては、例えば、本発明の高分子化合物と電子受容性化合物とを含有する有機薄膜を用いることができる。
<Organic thin film>
As the functional layer in the organic photoelectric conversion element of the present invention, for example, an organic thin film containing the polymer compound of the present invention and an electron-accepting compound can be used.

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

前記有機薄膜は、前記高分子化合物を一種単独で含んでいても二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、前記有機薄膜のホール輸送性を高めるため、前記有機薄膜中に電子供与性化合物として、低分子化合物及び/又は前記高分子化合物以外の高分子化合物を混合して用いることもできる。   The organic thin film may contain the polymer compound alone or in combination of two or more. Moreover, in order to improve the hole transport property of the organic thin film, a low molecular compound and / or a high molecular compound other than the high molecular compound can be mixed and used as the electron donating compound in the organic thin film.

本発明の高分子化合物以外に有機薄膜が含んでいてもよい電子供与性化合物としては、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体が挙げられる。   Examples of the electron-donating compound that the organic thin film may contain in addition to the polymer compound of the present invention include, for example, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and its derivatives, polyvinylcarbazole and its Derivatives, polysilanes and derivatives thereof, polysiloxane derivatives having aromatic amines in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof Is mentioned.

前記電子受容性化合物としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、C60等のフラーレン及びその誘導体、カーボンナノチューブ、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン等のフェナントロリン誘導体が挙げられ、とりわけフラーレン及びその誘導体が好ましい。 Examples of the electron-accepting compound include oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and derivatives thereof, benzoquinone and derivatives thereof, naphthoquinone and derivatives thereof, anthraquinones and derivatives thereof, tetracyanoanthraquinodimethane and derivatives thereof, and fluorenone derivatives. , diphenyldicyanoethylene and derivatives thereof, diphenoquinone derivatives, 8-hydroxyquinoline and metal complexes of derivatives thereof, polyquinoline and derivatives thereof, polyquinoxaline and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, fullerene and derivatives thereof such as C 60, carbon nanotube And phenanthroline derivatives such as 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, and fullerene and derivatives thereof are particularly preferable.

なお、前記電子供与性化合物、前記電子受容性化合物は、これらの化合物のエネルギー準位のエネルギーレベルから相対的に決定される。   The electron-donating compound and the electron-accepting compound are relatively determined from the energy levels of these compounds.

フラーレン及びその誘導体としては、C60、C70、C84及びその誘導体が挙げられる。
フラーレン誘導体とは、フラーレンの少なくとも一部が修飾された化合物を表す。
Fullerenes and derivatives thereof include C 60 , C 70 , C 84 and derivatives thereof.
A fullerene derivative represents a compound in which at least a part of fullerene is modified.

フラーレン誘導体としては、例えば、式(I)で表される化合物、式(II)で表される化合物、式(III)で表される化合物、式(IV)で表される化合物が挙げられる。

Figure 0005884423
(I) (II) (III) (IV)
(式(I)〜(IV)中、Rは、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はエステル構造を有する基である。複数個あるRは、同一であっても相異なってもよい。Rはアルキル基又はアリール基を表す。複数個あるRは、同一であっても相異なってもよい。) Examples of the fullerene derivative include a compound represented by the formula (I), a compound represented by the formula (II), a compound represented by the formula (III), and a compound represented by the formula (IV).
Figure 0005884423
(I) (II) (III) (IV)
(In formulas (I) to (IV), R a is an alkyl group, aryl group, heteroaryl group or group having an ester structure. A plurality of R a may be the same or different. R b represents an alkyl group or an aryl group, and a plurality of R b may be the same or different.)

及びRで表されるアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義、具体例は、Ar、Arの置換基として挙げた上記アルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義、具体例と同じである。 Definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group represented by R a and R b are the definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group described above as substituents for Ar 1 and Ar 2. Same as example.

で表されるエステル構造を有する基は、例えば、式(V)で表される基が挙げられる。

Figure 0005884423
Examples of the group having an ester structure represented by Ra include a group represented by the formula (V).
Figure 0005884423

(V)
(式(V)中、u1は、1〜6の整数を表す、u2は、0〜6の整数を表す、Rは、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)
(V)
(In formula (V), u1 represents an integer of 1 to 6, u2 represents an integer of 0 to 6, and R c represents an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.)

で表されるアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義、具体例は、Ar、Arの置換基として挙げた上記アルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義、具体例と同じである。 The definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group represented by R c are the same as the definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group mentioned as the substituents for Ar 1 and Ar 2. It is.

60の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。

Figure 0005884423

Figure 0005884423

Figure 0005884423
Specific examples of the C 60 derivative include the following.
Figure 0005884423

Figure 0005884423

Figure 0005884423

70の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。

Figure 0005884423
Specific examples of the C 70 derivative include the following.
Figure 0005884423

<有機薄膜の製造方法>
前記有機薄膜は、如何なる方法で製造してもよく、例えば、本発明の高分子化合物を含む溶液からの成膜による方法で製造してもよいし、真空蒸着法により有機薄膜を形成してもよい。溶液からの成膜により有機薄膜を製造する方法としては、例えば、一方の電極上に該溶液を塗布し、その後、溶媒を蒸発させて有機薄膜を製造する方法が挙げられる。
<Method for producing organic thin film>
The organic thin film may be produced by any method. For example, the organic thin film may be produced by a film formation method from a solution containing the polymer compound of the present invention, or an organic thin film may be formed by a vacuum deposition method. Good. Examples of the method for producing an organic thin film by film formation from a solution include a method of producing an organic thin film by applying the solution on one electrode and then evaporating the solvent.

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

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

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

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

<有機トランジスタ>
本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と、ゲート電極とを備え、前記有機半導体層に、式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む高分子化合物、または式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を含有する。
<Organic transistor>
The organic thin film transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer, and a gate electrode. The organic semiconductor layer is represented by the repeating unit represented by the formula (A) and the formula (B). A polymer compound containing a repeating unit or a polymer compound containing a repeating unit represented by formula (1).

本発明の高分子化合物は電荷移動度が高いため、本発明の高分子化合物を含む有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタは、電界効果移動度が高くなる。   Since the polymer compound of the present invention has high charge mobility, the organic thin film transistor having the organic semiconductor layer containing the polymer compound of the present invention has high field effect mobility.

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

高分子化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量はサイズエクスクルージョンクロマトグラフィー(SEC)により求めた。   The polystyrene equivalent weight average molecular weight of the polymer compound was determined by size exclusion chromatography (SEC).

カラム: TOSOH TSKgel SuperHM-H(2本)+ TSKgel SuperH2000(4.6mm I.d. × 15cm);検出器:RI (SHIMADZU RID-10A);移動相:テトラヒドロフラン(THF)   Column: TOSOH TSKgel SuperHM-H (2) + TSKgel SuperH2000 (4.6 mm I.d. x 15 cm); Detector: RI (SHIMADZU RID-10A); Mobile phase: Tetrahydrofuran (THF)

参考例1
(4,4’−ジヘキサデシルベンゾフェノンの合成)
フラスコに、1−ヘキセンを19.6g(87.4mmol)、9−ボラビシクロ[3.3.1]ノナンのテトラヒドロフラン溶液(0.5mol/L、175mL)を入れて16時間撹拌した。この溶液に、4,4’−ジブロモベンゾフェノンを9.90g(29.1mmol)、ジクロロ[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウムを0.480g(0.582mmol)を加えた。さらにこの溶液に、5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を47mL滴下し、5時間還流させた。反応液をエバポレーターで濃縮し、トルエンと水を加えてトルエンで抽出した。トルエン溶液をエバポレーターで蒸発させた。得られた固体をヘキサンを展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行い、ヘキサン溶液を回収した。その後、ヘキサン溶液をエバポレーターで蒸発させて4,4’−ジヘキサデシルベンゾフェノンを得た。得量は11.2gであり、収率は61%であった。
Reference example 1
(Synthesis of 4,4′-dihexadecylbenzophenone)
Into the flask, 19.6 g (87.4 mmol) of 1-hexene and a tetrahydrofuran solution (0.5 mol / L, 175 mL) of 9-borabicyclo [3.3.1] nonane were added and stirred for 16 hours. To this solution, 9.90 g (29.1 mmol) of 4,4′-dibromobenzophenone and 0.480 g (0.582 mmol) of dichloro [1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] palladium were added. Furthermore, 47 mL of 5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was dripped at this solution, and it was made to recirculate | reflux for 5 hours. The reaction solution was concentrated with an evaporator, toluene and water were added, and the mixture was extracted with toluene. The toluene solution was evaporated with an evaporator. The obtained solid was purified with a silica gel column using hexane as a developing solvent, and a hexane solution was recovered. Thereafter, the hexane solution was evaporated by an evaporator to obtain 4,4′-dihexadecylbenzophenone. The yield was 11.2 g, and the yield was 61%.

参考例2
(3−ブロモ−2,2’−ビチオフェンの合成)
フラスコに、2,3−ジブロモチオフェンを19.3g(79.7mmol)、ジクロロ[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウムを0.501g(0.613mmol)、ジエチルエーテル100mLを入れた。この溶液に、2−チエニルマグネシウムブロマイドのジエチルエーテル溶液(1.2mol/L、50mL)を滴下し、6時間還流させた。反応液を水に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出した。ジエチルエーテル溶液をエバポレーターで蒸発させた。得られた固体をヘキサンを展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行い、ヘキサン溶液を回収した。その後、ヘキサン溶液をエバポレーターで蒸発させて3−ブロモ−2,2’−ビチオフェンを得た。得量は11.9gであり、収率は79%であった。
H−NMR(300MHz,CDCl)δ7.42(m,1H),7.34(m,1H),7.19(m,1H),7.08(m,1H),7.01(m,1H)
Reference example 2
(Synthesis of 3-bromo-2,2′-bithiophene)
Add 19.3 g (79.7 mmol) of 2,3-dibromothiophene, 0.501 g (0.613 mmol) of dichloro [1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] palladium and 100 mL of diethyl ether to the flask. It was. To this solution, a diethyl ether solution of 2-thienylmagnesium bromide (1.2 mol / L, 50 mL) was added dropwise and refluxed for 6 hours. The reaction mixture was poured into water and extracted with diethyl ether. The diethyl ether solution was evaporated with an evaporator. The obtained solid was purified with a silica gel column using hexane as a developing solvent, and a hexane solution was recovered. Thereafter, the hexane solution was evaporated by an evaporator to obtain 3-bromo-2,2′-bithiophene. The yield was 11.9 g, and the yield was 79%.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 7.42 (m, 1H), 7.34 (m, 1H), 7.19 (m, 1H), 7.08 (m, 1H), 7.01 ( m, 1H)

参考例3
(化合物1の合成)
フラスコに、3−ブロモ−2,2’−ビチオフェンを11.0g(44.9mmol)、ジエチルエーテル100mLを入れ、−78℃に冷却した。この溶液に、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.6mol/L、17.3mL)を滴下し、1時間撹拌した。この溶液に、4,4’−ジヘキサデシルベンゾフェノンを28.3g(44.9mmol)を加えた。反応液を徐々に室温まで昇温し、室温で3時間撹拌した。反応液を水に注ぎ、ジエチルエーテルで抽出した。ジエチルエーテル溶液をエバポレーターで蒸発させた。得られた固体をヘキサンとクロロホルムの混合溶液(容量比4/1)を展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行い、ヘキサンとクロロホルムの混合溶液を回収した。その後、ヘキサンとクロロホルムの混合溶液をエバポレーターで蒸発させて化合物1を得た。得量は29.1gであり、収率は81%であった。なお化合物1、後述の化合物2、後述の化合物3の構造は、後述の高分子化合物1の合成の項における反応式中においてそれぞれ示す。
H−NMR(300MHz,CDCl)δ7.09−7.23(m,10H),6.84(m,1H),6.63(m,1H),6.40(m,1H),2.60(t,4H),1.00−1.70(m,56H),0.88(t,6H)
Reference example 3
(Synthesis of Compound 1)
The flask was charged with 11.0 g (44.9 mmol) of 3-bromo-2,2′-bithiophene and 100 mL of diethyl ether, and cooled to −78 ° C. To this solution, a hexane solution of n-butyllithium (2.6 mol / L, 17.3 mL) was added dropwise and stirred for 1 hour. To this solution, 28.3 g (44.9 mmol) of 4,4′-dihexadecylbenzophenone was added. The reaction was gradually warmed to room temperature and stirred at room temperature for 3 hours. The reaction mixture was poured into water and extracted with diethyl ether. The diethyl ether solution was evaporated with an evaporator. The obtained solid was purified with a silica gel column using a mixed solution of hexane and chloroform (volume ratio 4/1) as a developing solvent, and a mixed solution of hexane and chloroform was recovered. Thereafter, a mixed solution of hexane and chloroform was evaporated with an evaporator to obtain Compound 1. The yield was 29.1 g, and the yield was 81%. In addition, the structure of the compound 1, the below-mentioned compound 2, and the below-mentioned compound 3 is shown in the reaction formula in the synthesis | combining section of the below-mentioned high molecular compound 1, respectively.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 7.09-7.23 (m, 10H), 6.84 (m, 1H), 6.63 (m, 1H), 6.40 (m, 1H), 2.60 (t, 4H), 1.00-1.70 (m, 56H), 0.88 (t, 6H)

参考例4
(化合物2の合成)
フラスコに、化合物1を29.1g(36.5mmol)、三フッ化ホウ素ジエチルエーテレートを3mL、クロロホルム400mLを入れ、5時間還流した。反応液を水に注ぎ、クロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をエバポレーターで蒸発させた。得られた固体をヘキサンを展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行い、ヘキサン溶液を回収した。その後、ヘキサンをエバポレーターで蒸発させて化合物2を得た。得量は2.88gであり、収率は10%であった。
H−NMR(300MHz,CDCl)δ7.00−7.21(m,12H),2.53(t,4H),1.55(t,4H),1.10−1.40(m,52H),0.88(t,6H)
Reference example 4
(Synthesis of Compound 2)
A flask was charged with 29.1 g (36.5 mmol) of Compound 1, 3 mL of boron trifluoride diethyl etherate, and 400 mL of chloroform, and refluxed for 5 hours. The reaction solution was poured into water and extracted with chloroform. The chloroform solution was evaporated with an evaporator. The obtained solid was purified with a silica gel column using hexane as a developing solvent, and a hexane solution was recovered. Thereafter, hexane was evaporated with an evaporator to obtain Compound 2. The yield was 2.88g, and the yield was 10%.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 7.00-7.21 (m, 12H), 2.53 (t, 4H), 1.55 (t, 4H), 1.10-1.40 (m , 52H), 0.88 (t, 6H)

参考例5
(化合物3の合成)
フラスコに、化合物2を2.88g(3.70mmol)、N−ブロモスクシンイミドを1.38g(7.76mmol)、クロロホルム100mLを入れ、2時間撹拌した。反応液を水に注ぎ、クロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をエバポレーターで蒸発させた。得られた固体をヘキサンとクロロホルムの混合溶液(容量比9/1)を展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行い、ヘキサンとクロロホルムの混合溶液を回収した。その後、ヘキサンとクロロホルムの混合溶液をエバポレーターで蒸発させて化合物3を得た。得量は2.00gであり、収率は58%であった。
H−NMR(300MHz,CDCl)δ6.90−7.10(m,10H),2.54(t,4H),1.57(t,4H),1.10−1.40(m,52H),0.88(t,6H)
Reference Example 5
(Synthesis of Compound 3)
To the flask, 2.88 g (3.70 mmol) of compound 2, 1.38 g (7.76 mmol) of N-bromosuccinimide and 100 mL of chloroform were added and stirred for 2 hours. The reaction solution was poured into water and extracted with chloroform. The chloroform solution was evaporated with an evaporator. The obtained solid was purified with a silica gel column using a mixed solution of hexane and chloroform (volume ratio 9/1) as a developing solvent, and a mixed solution of hexane and chloroform was recovered. Thereafter, a mixed solution of hexane and chloroform was evaporated by an evaporator to obtain Compound 3. The yield was 2.00 g, and the yield was 58%.
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 6.90-7.10 (m, 10H), 2.54 (t, 4H), 1.57 (t, 4H), 1.10-1.40 (m , 52H), 0.88 (t, 6H)

実施例1
高分子化合物1の合成
フラスコ内の気体を窒素で置換したフラスコに、化合物3を0.300g(0.320mmol)、4,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)ベンゾ−2,1,3−チアジアゾールを0.124g(0.320mmol)、トルエンを50mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを5.9mg、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを7.4mg入れて撹拌した。この溶液に、2mol/Lの炭酸カリウム水溶液を1.6mL滴下し、5時間還流させた。反応液に、フェニルボロン酸を7.8mg加えて、1時間還流させた。次に、反応液にN,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物を0.1g加えて、3時間還流させた。その後、反応液を水に注ぎ、トルエンを加え、トルエン層を抽出した。トルエン溶液を酢酸水溶液及び水で洗浄した後、トルエン溶液をアセトンに滴下し、析出物を得た。析出物をクロロベンゼンに溶解させ、クロロベンゼンを展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行った。精製後のクロロベンゼン溶液をメタノールに滴下し、析出物をろ過し、下記反応式において4で表される高分子化合物1を得た。得量は250mgであり、ポリスチレン換算の数平均分子量は1.5×10であり、重量平均分子量は2.9×10であった。

Figure 0005884423
Example 1
Synthesis of Polymer Compound 1 0.300 g (0.320 mmol) of compound 3 and 4,7-bis (4,4,5,5-tetramethyl-1,3) were placed in a flask in which the gas in the flask was replaced with nitrogen. , 2-dioxaborolan-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole 0.124 g (0.320 mmol), toluene 50 mL, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium 5.9 mg, tri-tert-butyl 7.4 mg of phosphonium tetrafluoroborate was added and stirred. To this solution, 1.6 mL of a 2 mol / L potassium carbonate aqueous solution was dropped and refluxed for 5 hours. To the reaction solution, 7.8 mg of phenylboronic acid was added and refluxed for 1 hour. Next, 0.1 g of sodium N, N-diethyldithiocarbamate trihydrate was added to the reaction solution, and the mixture was refluxed for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into water, toluene was added, and the toluene layer was extracted. After the toluene solution was washed with an acetic acid aqueous solution and water, the toluene solution was added dropwise to acetone to obtain a precipitate. The precipitate was dissolved in chlorobenzene and purified with a silica gel column using chlorobenzene as a developing solvent. The purified chlorobenzene solution was added dropwise to methanol, and the precipitate was filtered to obtain a polymer compound 1 represented by 4 in the following reaction formula. The yield was 250 mg, the polystyrene-equivalent number average molecular weight was 1.5 × 10 4 , and the weight average molecular weight was 2.9 × 10 4 .

Figure 0005884423

参考例6
高分子化合物2の合成

Figure 0005884423
フラスコ内の気体を窒素で置換したフラスコに、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’]ジチオフェンを3.8g(4.9mmol)、4,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾールを1.9g(4.9mmol)、テトラヒドロフランを170mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを89mg、トリ−tert−ブチルホスホニウムテトラフルオロボレートを0.11g入れて撹拌した。この溶液に、2mol/Lの炭酸カリウム水溶液を24mL滴下し、3時間還流させた。反応液に、フェニルボロン酸を0.11g加えて、1時間還流させた。次に、反応液にN,N−ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム三水和物を0.1g加えて、3時間還流させた。その後、反応液を水に注ぎ、トルエンを加え、トルエン層を抽出した。トルエン溶液を酢酸水溶液及び水で洗浄した後、トルエン溶液をアセトンに滴下し、析出物を得た。析出物をクロロホルムに溶解させ、クロロホルムを展開溶媒として用いたシリカゲルカラムで精製を行った。精製後のクロロホルム溶液をメタノールに滴下し、析出物をろ過し、高分子化合物2を得た。得量は3.4gであり、ポリスチレン換算の数平均分子量は6.4×10であり、重量平均分子量は2.9×10であった。 Reference Example 6
Synthesis of polymer compound 2
Figure 0005884423
3.8 g (4.9 mmol) of 2,6-dibromo-4,4-dihexadecylcyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene was added to the flask where the gas in the flask was replaced with nitrogen. ), 4,7-bis (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) -2,1,3-benzothiadiazole 1.9 g (4.9 mmol), 170 mL of tetrahydrofuran, 89 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium, and 0.11 g of tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate were added and stirred. To this solution, 24 mL of a 2 mol / L potassium carbonate aqueous solution was dropped and refluxed for 3 hours. To the reaction solution, 0.11 g of phenylboronic acid was added and refluxed for 1 hour. Next, 0.1 g of sodium N, N-diethyldithiocarbamate trihydrate was added to the reaction solution, and the mixture was refluxed for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into water, toluene was added, and the toluene layer was extracted. After the toluene solution was washed with an acetic acid aqueous solution and water, the toluene solution was added dropwise to acetone to obtain a precipitate. The precipitate was dissolved in chloroform and purified with a silica gel column using chloroform as a developing solvent. The purified chloroform solution was added dropwise to methanol, and the precipitate was filtered to obtain polymer compound 2. The obtained amount was 3.4 g, the number average molecular weight in terms of polystyrene was 6.4 × 10 4 , and the weight average molecular weight was 2.9 × 10 5 .

実施例2
(有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
電子受容性化合物であるフラーレン誘導体C70PCBM(Phenyl C71-butyric acid methyl ester、アメリカンダイソース社製、商品名:ADS71BFA(ロット番号11A004E)と、電子供与性化合物である高分子化合物1とを、2:1の重量比で混合し、混合物の濃度が2.25重量%となるよう、o−ジクロロベンゼンに溶解させた。得られた溶液を、孔径0.5μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、塗布溶液1を調製した。
Example 2
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
A fullerene derivative C70PCBM (Phenyl C71-butyric acid methyl ester, manufactured by American Dye Source Co., Ltd., trade name: ADS71BFA (Lot No. 11A004E), which is an electron-accepting compound, and a polymer compound 1 which is an electron-donating compound are The mixture was dissolved in o-dichlorobenzene so that the concentration of the mixture was 2.25% by weight, and the resulting solution was filtered through a Teflon filter having a pore size of 0.5 μm. A coating solution 1 was prepared.

スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板をオゾンUV処理して表面処理を行った。次に、PEDOT:PSS溶液(H.C.スタルク社製CleviosP VP AI4083)をスピンコートによりITO膜上に塗布し、大気中120℃で10分間加熱することにより、膜厚50nmの正孔注入層を作成した。次に、前記塗布溶液1を、スピンコートによりITO膜上に塗布し、有機薄膜太陽電池の機能層を得た。機能層の膜厚は100nmであった。その後、真空蒸着機によりカルシウムを膜厚4nmで蒸着し、次いで、アルミニウムを膜厚100nmで蒸着することにより、有機薄膜太陽電池を作製した。蒸着のときの真空度は、すべて1〜9×10-3Paであった。こうして得られた有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正方形であった。得られた有機薄膜太陽電池にソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定した。Voc(開放端電圧)は0.56Vであった。 A glass substrate provided with an ITO film with a thickness of 150 nm by a sputtering method was subjected to surface treatment by ozone UV treatment. Next, a PEDOT: PSS solution (CleviosP VP AI4083 manufactured by HC Starck Co., Ltd.) is applied onto the ITO film by spin coating, and heated at 120 ° C. for 10 minutes in the atmosphere to thereby form a hole injection layer having a thickness of 50 nm. It was created. Next, the coating solution 1 was applied onto the ITO film by spin coating to obtain a functional layer of an organic thin film solar cell. The film thickness of the functional layer was 100 nm. Then, the organic thin film solar cell was produced by vapor-depositing calcium with a film thickness of 4 nm with a vacuum evaporation machine, and vapor-depositing aluminum with a film thickness of 100 nm. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1 to 9 × 10 −3 Pa in all cases. The shape of the organic thin film solar cell thus obtained was a square of 2 mm × 2 mm. The obtained organic thin film solar cell is irradiated with a certain amount of light using a solar simulator (trade name: OTENTO-SUNII: AM1.5G filter, irradiance: 100 mW / cm 2 ), and the generated current and voltage are measured. did. Voc (open end voltage) was 0.56V.

比較例1
(有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
高分子化合物1の代わりに高分子化合物2を用いた以外は、実施例2と同様にして有機薄膜太陽電池を作成し、評価した。Voc(開放端電圧)は0.53Vであった。
Comparative Example 1
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the polymer compound 2 was used instead of the polymer compound 1. Voc (open end voltage) was 0.53V.

実施例3
(有機薄膜のイオン化ポテンシャルの測定)
高分子化合物1を0.75重量%でo−ジクロロベンゼンに溶解させた。得られた溶液を、孔径0.5μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、スピンコートで塗布した。塗布操作は23℃で行った。その後、大気下120℃の条件で5分間ベークし、膜厚約100nmの有機薄膜を得た。得られた薄膜を用いて大気中光電子分光装置(理研計器製AC-2)を用いてイオン化ポテンシャルを測定した。得られたイオン化ポテンシャルは、4.90eVであった。
Example 3
(Measurement of ionization potential of organic thin film)
The polymer compound 1 was dissolved in o-dichlorobenzene at 0.75% by weight. The obtained solution was filtered through a Teflon (registered trademark) filter having a pore size of 0.5 μm and applied by spin coating. The coating operation was performed at 23 ° C. Then, it baked for 5 minutes on 120 degreeC conditions in air | atmosphere, and obtained the organic thin film with a film thickness of about 100 nm. The ionization potential was measured using an atmospheric photoelectron spectrometer (AC-2, manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.) using the obtained thin film. The obtained ionization potential was 4.90 eV.

比較例2
(有機薄膜のイオン化ポテンシャルの測定)
高分子化合物1の代わりに高分子化合物2を用いた以外は実施例3と同様にして有機薄膜のイオン化ポテンシャルを測定した。得られたイオン化ポテンシャルは、4.78eVであった。
Comparative Example 2
(Measurement of ionization potential of organic thin film)
The ionization potential of the organic thin film was measured in the same manner as in Example 3 except that the polymer compound 2 was used instead of the polymer compound 1. The obtained ionization potential was 4.78 eV.

このように、式(1)で表される繰り返し単位を用いた高分子化合物1は、式(1)で表される繰り返し単位を用いない高分子化合物2に比べて、薄膜のイオン化ポテンシャルが深く、高い開放端電圧を示した。   Thus, the polymer compound 1 using the repeating unit represented by the formula (1) has a deeper ionization potential of the thin film than the polymer compound 2 not using the repeating unit represented by the formula (1). , Showed a high open circuit voltage.

Claims (5)

式(1)で表される繰り返し単位と、式(2)で表される繰り返し単位とを有する高分子化合物であって、高分子化合物に含まれる式(1)で表される繰り返し単位及び式(2)で表される繰り返し単位の合計量は、該高分子化合物が含有する繰り返し単位の合計量に対して、30〜100モル%である高分子化合物
Figure 0005884423
(1)
〔式(1)中Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6〜60のアリール基をあらわす。Ar、Arは、同一であっても、相異なっていてもよい。Xは炭素原子、珪素原子、またはゲルマニウム原子を表す。〕
Figure 0005884423
(2)
〔式(2)中、Rは水素原子またはフッ素原子を表す。複数個あるRは、同一であっても、相異なっていてもよい。Qは酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子を表す。〕
A polymer compound having a repeating unit represented by the formula (1) and a repeating unit represented by the formula (2), the repeating unit and the formula represented by the formula (1) contained in the polymer compound (2) The high molecular compound whose total amount of the repeating unit represented by this polymer compound is 30-100 mol% with respect to the total amount of the repeating unit which this high molecular compound contains .
Figure 0005884423
(1)
[In the formula (1), Ar 1 and Ar 2 represent an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. X represents a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom. ]
Figure 0005884423
(2)
[In formula (2), R represents a hydrogen atom or a fluorine atom. A plurality of R may be the same or different. Q represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom. ]
一対の電極と、該電極間に設けられた機能層とを有し、該機能層が電子受容性化合物と
請求項1に記載の高分子化合物とを含む有機光電変換素子。
An organic photoelectric conversion element comprising a pair of electrodes and a functional layer provided between the electrodes, wherein the functional layer includes an electron-accepting compound and the polymer compound according to claim 1 .
前記機能層中に含まれる電子受容性化合物の量が、前記高分子化合物100重量部に対して、10〜1000重量部である請求項に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion element according to claim 2 , wherein the amount of the electron-accepting compound contained in the functional layer is 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. 電子受容性化合物が、フラーレン誘導体である請求項又はに記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion device according to claim 2 or 3 , wherein the electron-accepting compound is a fullerene derivative. ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と、ゲート電極とを備え、前記有機半導体層に請求項1に記載の高分子化合物を含む有機薄膜トランジスタ。 An organic thin film transistor comprising a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer, and a gate electrode, wherein the organic semiconductor layer includes the polymer compound according to claim 1 .
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