JP6275110B2 - ポリマーブレンドおよび関連光電子デバイス - Google Patents

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Description

有機フォトボルタイクス(OPV)は、この数年で有意な進歩があった。この分野の鍵となる画期的な出来事は、光活性層としてのバルクヘテロ接合(BHJ)ブレンドの開発である。BHJ太陽電池では、電子供与体(正孔輸送、p型)半導体材料と電子受容体(電子輸送、n型)半導体材料とを典型的に溶液中でブレンドする。次いで、混合物を電極の1つ(例えば、透明陽極として機能する高仕事関数インジウムスズ酸化物)上に溶液相技術によってキャストし、溶媒乾燥プロセスの間に供与体および受容体相が分離して、両連続相互浸透ネットワークの形態を有するBHJ光活性層が形成する。AlまたはCaなどの仕事関数の低い金属は、通常、陰極として機能する上層として析出される。図1は、OPV電池の代表的な構造を例示する。劇的に改善された供与体−受容体界面領域のため、BHJブレンドに基づくOPV電池は、通常、平面二層構造より非常に良好な性能を有する。
新規材料を設計することは、OPVデバイス性能における継続的な改善のために重要であるが、最近の研究は主に、優位な受容体として残存する[6,6]−フェニル−C61−酪酸メチルエステル(C60PCBMまたはPCBM)および[6,6]−フェニル−C71−酪酸メチルエステル(C70PCBM)などの可溶性分子フラーレン誘導体とともに、供与体材料としての新規共役ポリマーの開発に焦点を合わせている。フラーレン誘導体は、広範囲の種々の供与体材料との優れた電荷分離挙動および良好な電子伝達を示すが、可視およびNIR領域のそれらの吸収は限定される。加えて、OPVの開放回路電圧(VOC)を決定する特性である、それらの最低空軌道(LUMO)エネルギー準位は固定されて、容易に調節することができない。したがって、現在のOPVの2つの主要な損失機構は、不十分な光子吸収による低い光電流(JSC)、ならびに供与体および受容体材料の最適ではないLUMO−LUMOオフセットによる吸収剤のバンドギャップに比較して低いVOCである。加えて、プロセシングに関して、供与体ポリマーとの受容体ポリマー(フラーレン誘導体などの分子受容体の代わりに)の使用は、より均一な膜が広い領域において形成することを可能にし、したがって、OPVモジュールの大規模な製造を促進する。
フラーレン誘導体を他の有機受容体材料に置き換える努力は、現在までのところあまり成功していない。特に、OPVで受容体としてn型ポリマーを使用するというアプローチでは、良好な電子輸送特性、ならびに可視およびNIRスペクトルにおける良好な吸収を有する材料の範囲が利用可能であったとしても、高い電力変換効率(PCE)は得られなかった。特に、薄膜トランジスタ(TFT)用途において高い性能を示す電子輸送またはn型ポリマー半導体は、OPV受容体として必ずしも優れているわけではないということが観察の1つである。Anthonyら、「N−Type Organic Semiconductors in Organic Electronics」、Adv.Mater.,22(34):3876−3892(2010)を参照のこと。現在までのところ、フラーレンを含まない全ポリマーのOPVに関して、3%を超えるPCEは報告されていない。
例えば、様々なグループが、供与体材料としてのポリ(3−ヘキシルチオフェン)、P3HTと、受容体材料としてのポリ([N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−ナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)、P(NDI2OD−T2)との組み合わせに基づくOPVを調査している。第1の研究では、約0.2%の非常に低いPCEが得られた。Mooreら、「Polymer Blend Solar Cells Based on a High−Mobility Naphthalenediimide−Based Polymer Acceptor:Device Physics,Photophysics and Morphology」、Adv.Energy Mater.,1(2):230−240(2011)を参照のこと。改善されたプロセシング溶媒によって0.6%まで、次いで、溶媒混合物および熱溶媒プロセシングによってP(NDI2OD−T2)の凝集を制御することによって1.4%までのPCEの有意な改善は達成された。Fabianoら、「Role of Photoactive Layer Morphology in High Fill Factor All−Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells」、J.Mater.Chem.,21(16):5891−5896(2011)、ならびにSchubertら、「Influence of Aggregation on the Performance of All−Polymer Solar Cells Containing Low−Bandgap Naphthalenediimide Copolymers」、Adv.Energy.Mater.,2(3):369−380(2012)を参照のこと。
Anthonyら、「N−Type Organic Semiconductors in Organic Electronics」、Adv.Mater.,22(34):3876−3892(2010) Mooreら、「Polymer Blend Solar Cells Based on a High−Mobility Naphthalenediimide−Based Polymer Acceptor:Device Physics,Photophysics and Morphology」、Adv.Energy Mater.,1(2):230−240(2011) Fabianoら、「Role of Photoactive Layer Morphology in High Fill Factor All−Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells」、J.Mater.Chem.,21(16):5891−5896(2011) Schubertら、「Influence of Aggregation on the Performance of All−Polymer Solar Cells Containing Low−Bandgap Naphthalenediimide Copolymers」、Adv.Energy.Mater.,2(3):369−380(2012)
したがって、当該技術において、高効率の全ポリマーOPVデバイスを可能にすることができる新規のポリマーブレンドが望まれている。
上記を考慮して、本教示は、電子供与体ポリマーと電子受容体ポリマーとを含むポリマーブレンドであって、従来技術ポリマーブレンドと比較して、OPVデバイスにおいて予想外に高い電力変換効率を与えることができるポリマーブレンドに関する。
本教示の上記および他の特徴および利点は、以下の図面、説明、実施例および請求の範囲からより完全に理解されるであろう。
以下に記載する図面が例示目的のみであることは理解されるべきである。図面は必ずしも一定の比率であるというわけではなく、一般に、本教示の原理を例示することが強調される。図面は、いずれかの様式に本教示の範囲を限定するように意図されない。
図1は、光活性層として本ポリマーブレンドを組み込むことができる代表的な有機光起電性デバイス(太陽電池としても知られる)の構造を例示する。
本出願を通して、組成物が特定の成分を有するか、含むか、または含んでなるものとして記載されるか、あるいはプロセスが特定のプロセス工程を有するか、含むか、または含んでなるものとして記載される場合、本教示の組成物が列挙された成分から本質的になるか、またはそれからなること、あるいは本教示のプロセスが列挙されたプロセス工程から本質的になるか、またはそれからなることも考えられる。
本願において、要素または成分が、列挙された要素または成分のリストに含まれて、かつ/またはそれから選択されると記載される場合、要素または成分が、列挙された要素または成分のいずれか1つであることができるか、あるいは要素または成分が、列挙された要素または成分のうちの2つ以上からなる群から選択されることができることは理解されるべきである。さらに、本明細書に記載される組成物、装置または方法の要素および/または特徴は、本明細書に明示されているか、または暗示されているかに関係なく、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、様々な様式で組み合わせることができることは理解されるべきである。
「含む」、「含んでいる」、「有する」、または「有している」という用語の使用は、一般に、他に具体的に明示されない限り、制限がなく、非限定的であるとして理解されるべきである。
本明細書において、単数の使用は、他に具体的に明示されない限り、複数を含む(その逆も同様)。そのほかに、定量的値の前に「約」という用語が使用される場合、本教示は、他に具体的に明示されない限り、具体的な定量的値それ自体も含む。本明細書に使用される場合、「約」という用語は、他に示されるか、推測されない限り、名目上の値から±10%の変動を指す。
工程の順番または特定の行為を実行するための順番は、本教示が実施可能である限り、重要ではないことを理解すべきである。さらに、2つ以上の工程または行為が同時に実行されてもよい。
本明細書に使用される場合、光子を吸収して光電流の生成のために励起子を生じることができる1種または複数の化合物を成分(薄膜層など)が含有する場合、それは「光活性である」と考えることができる。
本明細書に使用される場合、フィルファクター(FF)は、実際の最大の入手可能な電力(PまたはVmp mp)対理論的な(実際に入手可能ではない)電力(Jsc oc)の比率(パーセントとして与えられる)である。したがって、FFは方程式を使用して決定することができる。
FF=(Vmp mp)/(Jsc oc
式中、JmpおよびVmpは、それぞれ、最大出力点(P)における電流密度および電圧を表し、この点は、JVが最大値になるまで回路の抵抗を変化させることによって得られる。JscおよびVocは、それぞれ、短絡電流および開放回路電圧を表す。フィルファクターは、太陽電池の性能を評価することにおける鍵となるパラメーターである。市販の太陽電池は、典型的に約0.60%以上のフィルファクターを有する。
本明細書に使用される場合、開回路電圧(Voc)は、外部負荷が連結されていない時のデバイスの陽極と陰極との間の電位の差異である。
本明細書に使用される場合、太陽電池の電力変換効率(PCE)は、入射光線から電気エネルギーに変換された電力のパーセントである。太陽電池のPCEは、標準試験条件(STC)下、太陽電池の表面積(A、m)で、最大出力点(P)を入力光線放射照度(E、W/m)で割ることによって算出することができる。STCは、典型的に、25℃の温度およびエアマス1.5(AM1.5)スペクトルによる1000W/mの放射照度を指す。
本明細書に使用される場合、「ポリマー化合物」(または「ポリマー」)は、共有化学結合によって結合された1つまたは複数の繰り返し単位を複数含む分子を指す。ポリマー化合物は、一般式:

(式中、Mは繰り返し単位またはモノマーである)によって表すことができる。ポリマー化合物は、1種類のみの繰り返し単位、ならびに2種類以上の異なる繰り返し単位を有することができる。ポリマー化合物が1種類のみの繰り返し単位を有する場合、ホモポリマーと呼ぶことができる。ポリマー化合物が2種類以上の異なる繰り返し単位を有する場合、その代わりに、「コポリマー」または「コポリマー化合物」という用語を使用することができる。例えば、コポリマー化合物は、

(式中、MおよびMは2つの異なる繰り返し単位を表す)の繰り返し単位を含むことができる。他に明記されない限り、コポリマーの繰り返し単位の集合は、ヘッドトゥーテール(head−to−tail)、ヘッドトゥーヘッド(head−to−head)またはテールトゥーテール(tail−to−tail)であることができる。加えて、他に明記されていない限り、コポリマーはランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであることができる。例えば、一般式:

を使用して、コポリマー中にxモルのMフラクションおよびyモルのMフラクションを有する、MおよびMのコポリマーを表すことができ、コモノマーのMおよびMが繰り返す様式が、交互、ランダム、レジオランダム、レジオレギュラーまたはブロックであることができる。その組成に加えて、ポリマー化合物は、重合度(n)およびモル質量(例えば、測定技術次第で数平均分子量(M)および/または重量平均分子量(M))によって、さらに特徴づけることができる。
本明細書に使用される場合、「溶液加工可能」とは、スピンコーティング、印刷(例えば、インクジェット印刷、グラビア印刷、オフセット印刷など)、スプレーコーティング、エレクトロスプレーコーティング、ドロップキャスティング、ディップコーティングおよびブレードコーティングを含む様々な溶液相プロセスに使用することができる化合物(例えば、ポリマー)、材料または組成物を指す。
本明細書に使用される場合、「ハロ」または「ハロゲン」は、フルオロ、クロロ、ブロモおよびヨードを指す。
本明細書に使用される場合、「オキソ」は、二重結合の酸素(すなわち=O)を指す。
本明細書で使用される場合、「アルキル」は直鎖または分枝鎖飽和炭化水素基を指す。アルキル基の例には、メチル(Me)、エチル(Et)、プロピル(例えば、n−プロピルおよびイソプロピル)、ブチル(例えば、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル)、ペンチル基(例えば、n−ペンチル、イソ−ペンチル、ネオ−ペンチル)、ヘキシル基などが含まれる。様々な実施形態において、アルキル基は1〜40個の炭素原子(すなわち、C1〜40アルキル基)、例えば1〜20個の炭素原子(すなわち、C1〜20アルキル基)を有することができる。いくつかの実施形態において、アルキル基は1〜6個の炭素原子を有することができ、これは「低級アルキル基」と記載されることができる。低級アルキル基の例には、メチル、エチル、プロピル(例えば、n−プロピルおよびイソプロピル)、ならびにブチル(例えばn−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル)が含まれる。いくつかの実施形態において、アルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。アルキル基は、一般に、別のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基によって置換されない。
本明細書で使用される場合、「ハロアルキル」は、1個または複数のハロゲン置換基を有するアルキル基を指す。様々な実施形態において、ハロアルキル基は、1〜40個の炭素原子(すなわち、C1〜40ハロアルキル基)、例えば、1〜20個の炭素原子(すなわち、C1〜20ハロアルキル基)を有することができる。ハロアルキル基の例には、CF、C、CHF、CHF、CCl、CHCl、CHCl、CClなどが含まれる。ペルハロアルキル基、すなわち、全ての水素原子がハロゲン原子によって置換されたアルキル基(例えば、CFおよびC)は、「ハロアルキル」の定義に含まれる。例えば、C1〜40ハロアルキル基は、式−C2s+1−t (式中、Xは、それぞれ、F、Cl、BrまたはIであり、sは1〜40の範囲の整数であり、かつtは1〜81の範囲の整数であるが、tが2s+1以下であることを条件とする)を有することができ、ペルハロアルキル基ではないハロアルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「アルコキシ」は−O−アルキル基を指す。アルコキシ基の例は、限定されないが、メトキシ、エトキシ、プロポキシ(例えば、n−プロポキシおよびイソプロポキシ)、t−ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ基などが含まれる。−O−アルキル基中のアルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「アルキルチオ」は−S−アルキル基を指す。アルキルチオ基の例には、限定されないが、メチルチオ、チオエチル、プロピルチオ(例えば、n−プロピルチオおよびイソプロピルチオ)、t−ブチルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ基などが含まれる。−S−アルキル基中のアルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「アルケニル」は、1個または複数の炭素−炭素二重結合を有する直鎖または分枝鎖アルキル基を指す。アルケニル基の例には、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、ヘキサジエニル基などが含まれる。1個または複数の炭素−炭素二重結合は、内部(2−ブテンなど)または末端(1−ブテンなど)であることができる。様々な実施形態において、アルケニル基は、2〜40個の炭素原子(すなわち、C2〜40アルケニル基)、例えば、2〜20個の炭素原子(すなわち、C2〜20アルケニル基)を有することができる。いくつかの実施形態において、アルケニル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。アルケニル基は、一般に、別のアルケニル基、アルキル基またはアルキニル基によって置換されない。
本明細書で使用される場合、「アルキニル」は、1個または複数の炭素−炭素三重結合を有する直鎖または分枝鎖アルキル基を指す。アルキニル基の例には、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニルなどが含まれる。1個または複数の炭素−炭素三重結合は、内部(2−ブチンなど)または末端(1−ブチンなど)であることができる。様々な実施形態において、アルキニル基は、2〜40個の炭素原子(すなわち、C2〜40アルキニル基)、例えば、2〜20個の炭素原子(すなわち、C2〜20アルキニル基)を有することができる。いくつかの実施形態において、アルキニル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。アルキニル基は、一般に、別のアルキニル基、アルキル基またはアルケニル基によって置換されない。
本明細書で使用される場合、「環式部分」は、1個または複数(例えば、1〜6個)の炭素環または複素環式環を含むことができる。環式部分は、シクロアルキル基、ヘテロシクロアルキル基、アリール基またはヘテロアリール基であることができ(すなわち、飽和結合のみを含むことができるか、あるいは芳香族性に関係なく1個または複数の不飽和結合を含むことができる)、それぞれ、例えば、3〜24個の環原子を含み、かつ任意選択で本明細書に記載されるように置換可能である。環式部分が「単環式部分」である実施形態において、「単環式部分」は、3〜14員芳香族または非芳香族、炭素環または複素環式環を含むことができる。単環式部分は、例えば、フェニル基または5員もしくは6員ヘテロアリール基を含むことができ、それぞれは任意選択で本明細書に記載されるように置換可能である。環式部分が「多環式部分」である実施形態において、「多環式部分」は互いに縮合し(すなわち、結合を共有する)、かつ/あるいはスピロ原子、または1個もしくはそれ以上の架橋原子を通して互いに結合した2個以上の環を含むことができる。多環式部分は、C8〜24アリール基または8〜24員ヘテロアリール基などの8〜24員芳香族または非芳香族、炭素環または複素環式環を含むことができ、それぞれは任意選択で本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「縮合環」または「縮合環部分」は、環の少なくとも1個が芳香族である少なくとも2個の環を有する多環式環系を指し、そのような芳香環(炭素環または複素環式)は、芳香族または非芳香族、および炭素環または複素環式であることが可能な少なくとも1個の他の環との結合を有する。これらの多環式環系は高度にπ共役可能であり、任意選択で本明細書に記載されるように置換される。
本明細書で使用される場合、「シクロアルキル」は、環化されたアルキル、アルケニルおよびアルキニル基を含む非芳香族炭素環式基を指す。様々な実施形態において、シクロアルキル基は、3〜24個の炭素原子、例えば、3〜20個の炭素原子を有することができる(例えば、C3〜14シクロアルキル基)。シクロアルキル基は、単環式(例えば、シクロヘキシル)または多環式(例えば、縮合、架橋および/またはスピロ環系を含有する)であることができ、炭素原子は環系の中、または外に位置する。シクロアルキル基のいずれかの適切な環位置は、定義された化学構造に共有結合によって結合可能である。シクロアルキル基の例には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロヘキサジエニル、シクロヘプタトリエニル、ノルボルニル、ノルピニル、ノルカルイル、アダマンチルおよびスピロ[4.5]デカニル基、ならびにそれらの相同物、異性体などが含まれる。いくつかの実施形態において、シクロアルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「ヘテロ原子」は、炭素または水素以外のいずれかの元素の原子を指し、例えば、窒素、酸素、シリコン、硫黄、リンおよびセレンを含む。
本明細書で使用される場合、「シクロヘテロアルキル」は、O、S、Se、N、PおよびSi(例えばO、SおよびN)から選択される少なくとも1個の環ヘテロ原子を含有し、かつ任意選択で1個または複数の二重または三重結合を含有する非芳香族化合物シクロアルキル基を指す。シクロヘテロアルキル基は、3〜24個の環原子、例えば、3〜20個の環原子を有することができる(例えば、3〜14員シクロヘテロアルキル基)。シクロヘテロアルキル環中の1個または複数のN、P、SまたはSe原子(例えば、NまたはS)は、酸化されてもよい(例えば、モルホリンN−酸化物、チオモルホリンS−酸化物、チオモルホリンS,S−二酸化物)。いくつかの実施形態において、シクロヘテロアルキル基の窒素またはリン原子は、置換基、例えば、本明細書に記載されるように、水素原子、アルキル基または他の置換基を有することが可能である。シクロヘテロアルキル基は、オキソピペリジル、オキソオキサゾリジル、ジオキソ−(1H,3H)−ピリミジル、オキソ−2(1H)−ピリジルなどの1個または複数のオキソ基を含有することもできる。シクロヘテロアルキル基の例には、とりわけ、モルホリニル、チオモルホリニル、ピラニル、イミダゾリジニル、イミダゾリニル、オキサゾリジニル、ピラゾリジニル、ピラゾリニル、ピロリジニル、ピロリニル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチオフェニル、ピペリジニル、ピペラジニルなどが含まれる。いくつかの実施形態において、シクロヘテロアルキル基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「アリール」は、2個以上の芳香族炭化水素環が一緒に縮合する(すなわち、共通の結合を有する)か、あるいは少なくとも1個の芳香族単環式炭化水素環が1個または複数のシクロアルキルおよび/またはシクロヘテロアルキル環に縮合する芳香族単環式炭化水素環系または多環式環系を指す。アリール基は、その環系で6〜24個の炭素原子を有することができ(例えば、C6〜20アリール基)、それは複数の縮合環を含むことができる。いくつかの実施形態において、多環式アリール基は、8〜24個の炭素原子を有することができる。アリール基のいずれかの適切な環位置は、定義された化学構造に共有結合することができる。芳香族炭素環式環のみを有するアリール基の例には、フェニル、1−ナフチル(二環式)、2−ナフチル(二環式)、アントラセニル(三環式)、フェナントレニル(三環式)、ペンタセニル(五環式)などの基が含まれる。少なくとも1個の芳香族炭素環式環が1個または複数のシクロアルキルおよび/またはシクロヘテロアルキル環に縮合する多環式環系の例には、特に、シクロペンタン(すなわち、5,6−二環式シクロアルキル/芳香環系であるインダニル基)、シクロヘキサン(すなわち、6,6−二環式シクロアルキル/芳香環系であるテトラヒドロナフチル基)、イミダゾリン(すなわち、5,6−二環式シクロヘテロアルキル/芳香環系であるベンズイミダゾリニル基)、およびピラン(すなわち、6,6−二環式シクロヘテロアルキル/芳香環系であるクロメニル基)のベンゾ誘導体が含まれる。アリール基の他の例には、ベンゾジオキサニル、ベンゾジオキソリル、クロマニル、インドリニル基などが含まれる。いくつかの実施形態において、アリール基は、本明細書に記載されるように置換可能である。いくつかの実施形態において、アリール基は1個または複数のハロゲン置換基を有することが可能であり、「ハロアリール」基と呼ばれることができる。ペルハロアリール基、すなわち、水素原子の全てがハロゲン原子によって置換されたアリール基(例えば、−C)、「ハロアリール」の定義に含まれる。特定の実施形態において、アリール基は別のアリール基によって置換されて、ビアリール基と呼ばれることができる。ビアリール基中の各アリール基は、本明細書に開示されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「アリールアルキル」は、アリールアルキル基がアルキル基を通して定義された化学構造に共有結合する−アルキルアリール基を指す。アリールアルキル基は、−Y−C6〜14アリール基(式中、Yは本明細書に定義される通りである)の定義の範囲内である。アリールアルキル基の例は、ベンジル基(−CH−C)である。アリールアルキル基は任意選択で置換可能であり、すなわち、アリール基および/またはアルキル基が本明細書に開示されるように置換可能である。
本明細書で使用される場合、「ヘテロアリール」は、酸素(O)、窒素(N)、硫黄(S)、シリコン(Si)およびセレン(Se)から選択される少なくとも1個の環ヘテロ原子を含有する芳香族単環式環系、または環系に存在する環の少なくとも1個が芳香族であり、かつ少なくとも1個の環ヘテロ原子を含有する多環式環系を指す。多環式ヘテロアリール基は、一緒に縮合した2個以上のヘテロアリール環を有するもの、ならびに1個または複数の芳香族炭素環式環、非芳香族炭素環式環および/または非芳香族シクロヘテロアルキル環に縮合した少なくとも1個の単環式ヘテロアリール環を有するものを含む。ヘテロアリール基は、全体として、例えば、5〜24個の環原子を有することができ、1〜5個の環ヘテロ原子を含有することができる(すなわち、5〜20員ヘテロアリール基)。ヘテロアリール基は、安定な構造をもたらす、いずれかのヘテロ原子または炭素原子において定義された化学構造に結合することができる。一般に、ヘテロアリール環はO−O、S−SまたはS−O結合を含有しない。しかしながら、ヘテロアリール基中の1個または複数のNまたはS原子は酸化可能である(例えば、ピリジンN−酸化物、チオフェンS−酸化物、チオフェンS,S−二酸化物)。ヘテロアリール基の例には、例えば、以下:

(式中、Tは、O、S、NH、N−アルキル、N−アリール、N−(アリールアルキル)(例えば、N−ベンジル)、SiH、SiH(アルキル)、Si(アルキル)、SiH(アリールアルキル)、Si(アリールアルキル)またはSi(アルキル)(アリールアルキル)である)で示される5員または6員単環式、および5〜6員二環式環系が含まれる。そのようなヘテロアリール環の例には、ピロリル、フリル、チエニル、ピリジル、ピリミジル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアゾリル、テトラゾイル、ピラゾリル、イミダゾリル、イソチアゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、イソキサゾリル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、インドリル、イソインドリル、ベンゾフリル、ベンゾチエニル、キノリル、2−メチルキノリル、イソキノリル、キノキサリル、キナゾリル、ベンゾトリアゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンズイソチアゾリル、ベンズイソキサゾリル、ベンゾキサジアゾリル、ベンゾキサゾリル、シンノリニル、1H−インダゾリル、2H−インダゾリル、インドリジニル、イソベンゾフイル、ナフチリジニル、フタラジニル、プテリジニル、プリニル、オキサゾロピリジニル、チアゾロピリジニル、イミダゾピリジニル、フロピリジニル、チエノピリジニル、ピリドピリミジニル、ピリドピリダジニル、チエノチアゾリル、チエノキサゾリル、チエノイミダゾリル基などが含まれる。ヘテロアリール基のさらなる例には、4,5,6,7−テトラヒドロインドリル、テトラヒドロキノリニル、ベンゾチエノピリジニル、ベンゾフロピリジニル基などが含まれる。いくつかの実施形態において、ヘテロアリール基は、本明細書に記載されるように置換可能である。
本教示の化合物は、本明細書において、2個の他の部分と共有結合を形成することが可能な結合基として定義される「二価の基」を含むことができる。例えば、本教示の化合物は、二価C1〜20アルキル基(例えば、メチレン基)、二価C2〜20アルケニル基(例えば、ビニリル基)、二価C2〜20アルキニル基(例えば、エチニリル基)、二価C6〜14アリール基(例えば、フェニリル基)、二価3〜14員シクロヘテロアルキル基(例えば、ピロリジリル)、および/または二価5〜14員ヘテロアリール基(例えば、チエニリル基)を含むことができる。一般に、化学基(例えば、−Ar−)は、基の前後に2つの結合の含有によって二価であると理解される。
置換基の全ての一般的な種類を反映する数百の最も一般的な置換基の電子供与または電子求引性は、決定され、定量化され、公開されている。電子供与および電子求引性の最も一般的な定量化は、Hammett σ値に関する。水素はゼロのHammett σ値を有するが、他の置換基は、それらの電子求引性または電子供与性に直接関係して正または負に増加するHammett σ値を有する。負のHammett σ値を有する置換基は、電子供与性であると考えられ、正のHammett σ値を有するものは電子求引性であると考えられる。Lange’s Handbook of Chemistry,第12版,McGraw Hill,1979,の表3〜12、第3−134ページ〜第3−138ページを参照のこと。これは、多数の一般的な置換基のHammett σ値を記載しており、本明細書に参照によって組み込まれる。
「電子受容基」という用語は、本明細書において、「電子受容体」および「電子求引性基」と同義的に使用することができることを理解すべきである。特に、「電子求引性基」(「EWG」)または「電子受容基」または「電子受容体」は、それが分子において同一の位置を占有する場合、水素原子よりも、それ自体へと電子を引き寄せる官能基を指す。電子−求引性基の例には、限定されないが、ハロゲンまたはハロ(例えば、F、Cl、Br、I)、−NO、−CN、−NC、−S(R 、−N(R 、−SOH、−SO、−SO、−SONHR、−SON(R、−COOH、−COR、−COOR、−CONHR、−CON(R、C1〜40ハロアルキル基、C6〜14アリール基および5〜14員電子不足ヘテロアリール基が含まれ、式中、Rは、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基、C1〜20ハロアルキル基、C1〜20アルコキシ基、C6〜14アリール基、C3〜14シクロアルキル基、3〜14員シクロヘテロアルキル基、および5〜14員ヘテロアリール基であり、それぞれ、本明細書に記載されるように任意選択で置換可能である。例えば、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基、C1〜20ハロアルキル基、C1〜20アルコキシ基、C6〜14アリール基、C3〜14シクロアルキル基、3〜14員シクロヘテロアルキル基、および5〜14員ヘテロアリール基は、それぞれ、F、Cl、Br、−NO、−CN、−NC、−S(R 、−N(R 、−SOH、−SO、−SO、−SONHR、−SON(R、−COOH、−COR、−COOR、−CONHRおよび−CON(Rなどの1〜5個の小さい電子求引性基によって任意選択で置換可能である。
「電子供与基」という用語は、本明細書において、「電子供与体」と同義的に使用することができることを理解すべきである。特に、「電子供与基」または「電子供与体」は、それが分子において同一の位置を占有する場合、水素原子よりも、近隣の原子へと電子を供与する官能基を指す。電子供与基の例には、−OH、−OR、−NH、−NHR、−N(Rおよび5〜14員の電子豊富なヘテロアリール基が含まれ、式中、Rは、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基、C6〜14アリール基またはC3〜14シクロアルキル基である。
様々な未置換のヘテロアリール基は、電子豊富(またはπ過剰)または電子不足(またはπ不足)として記載されることができる。そのような分類は、ベンゼンの炭素原子のものと比較した、各環原子上の平均電子密度に基づく。電子豊富な系の例には、フラン、ピロールおよびチオフェンなどの1個のヘテロ原子を有する5員ヘテロアリール基、ならびにベンゾフラン、ベンゾピロールおよびベンゾチオフェンなどのそれらのベンゾ縮合対応物が含まれる。電子不足系の例には、アゾール(例えば、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾールおよびイソキサゾール)ならびに単環式アジン(例えば、ピリジン、ピラジン、ピリダジンおよびピリミジン)などの少なくとも1個の電子不足窒素環原子を有する5員または6員ヘテロアリール基、ならびにキノリン、イソキノリン、キノキサリン、シンノリン、フタラジン、ナフチリジン、キナゾリン、フェナントリジン、アクリジンおよびプリンなどのそれらのベンゾ縮合対応物が含まれる。混合された複素環式芳香族環は、環の1個または複数のヘテロ原子の種類、数および位置次第でいずれかのクラスに属することができる。Katritzky,A.RおよびLagowski,J.M.,Heterocyclic Chemistry(John Wiley & Sons,New York,1960)を参照のこと。
本明細書の様々な場所で、置換基は群または範囲で開示される。説明にはそのような群および範囲の部員のそれぞれおよび全ての個々の部分的組み合わせも含まれることが具体的には意図される。例えば、「C1〜6アルキル」という用語は、C、C、C、C、C、C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜C、C〜CおよびC〜Cアルキルを個々に開示することを具体的に意図される。他の例として、0〜40の範囲の整数は、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39および40を個々に開示するように具体的には意図され、1〜20の範囲の整数は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19および20を個々に開示するように具体的には意図される。さらなる例には、「1〜5個の置換基によって任意選択で置換される」という句は、0、1、2、3、4、5、0〜5、0〜4、0〜3、0〜2、0〜1、1〜5、1〜4、1〜3、1〜2、2〜5、2〜4、2〜3、3〜5、3〜4および4〜5個の置換基を含むことが可能な化学基を個々に開示するように具体的には意図されることが含まれる、。
本明細書に記載される化合物は、非対称原子を含有することができ(またキラル中心として記載される)、化合物のいくつかは、2個以上の非対称原子または中心を含有することができ、したがって、光学異性体(鏡像異性体)および幾何異性体(ジアステレオ異性体)を生じさせることができる。本教示は、そのような光学および幾何異性体を含み、それらのそれぞれの分割された鏡像異性的またはジアステレオ異性的に純粋な異性体(例えば、(+)または(−)立体異性体)およびそれらのラセミ混合物、ならびに鏡像異性体およびジアステレオ異性体の他の混合物を含む。いくつかの実施形態において、光学異性体は、例えば、キラル分離、ジアステレオ異性塩形成、速度論的光学分割および非対称合成を含む当業者に既知の標準手順によって、鏡像異性的に濃縮されたか、または純粋な形態で得ることができる。本教示は、アルケニル部分(例えば、アルケン、アゾおよびイミン)を含有する化合物のcisおよびtrans異性体を包含する。また、本教示の化合物が、純粋な形態の全ての可能なレジオ異性体およびそれらの混合物を包含することは理解されなければならない。いくつかの実施形態において、本化合物の調製は、例えば、カラムクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、疑似移動床クロマトグラフィーおよび高性能液体クロマトグラフィーの1つまたは複数を使用することによる、当業者に既知の標準分離手順を使用するそのような異性体の分離を含むことができる。しかしながら、レジオ異性体の混合物は、本明細書に記載される本教示の各個のレジオ異性体の使用および/または当業者に既知の各個のレジオ異性体の使用と同様に使用することができる。
他に具体的に明示されない限り、1つのレジオ異性体の描写には、他のいずれかのレジオ異性体およびいずれかのレジオ異性体混合物が含まれることが具体的に考えられる。
本明細書で使用される場合、「脱離基」(「LG」)は、例えば、置換または脱離反応の結果として安定な種として置換可能である、荷電した、または荷電していない原子(または原子の群)を指す。脱離基の例には、限定されないが、ハロゲン(例えば、Cl、Br、I)、アジド(N)、チオシアネート(SCN)、ニトロ(NO)、シアネート(CN)、水(HO)、アンモニア(NH)およびスルホネート基(例えば、OSO−R、(式中、Rは、それぞれ任意選択でC1〜10アルキル基および電子求引性基から独立して選択される1〜4個の基によって置換されたC1〜10アルキル基またはC6〜14アリール基であることができる))、例えば、トシレート(トルエンスルホネート、OT)、メシレート(メタンスルホネート、OM)、ブロシレート(p−ブロモベンゼンスルホネート、OB)、ノシレート(4−ニトロベンゼンスルホネート、ON)およびトリフレート(トリフルオロメタンスルホネート、OTf)が含まれる。
明細書を通して、構造は化学名で提示されても、化学名で提示されなくてもよい。何等かの疑問が命名法に関して生じる場合、構造が優先である。
本教示は、電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーを含むポリマー−ポリマーブレンド半導体材料であって、OPV電池などの光電子デバイスの光活性層として使用される場合に、予想外に高い電力変換効率(PCE)を提供することができるものに関する。特に、電子受容体ポリマーおよび電子供与体ポリマーをπ共役ポリマーと記載することができ、ここでは、ポリマー骨格鎖の繰り返し単位は、sp原子およびπ共有結合から構成されて、ポリマー骨格鎖に沿って二重結合および単結合が交互に得られる。電子受容体ポリマーおよび電子供与体ポリマーは、異なる電子親和力および光学的エネルギーギャップを有する。具体的には、電子供与体ポリマーは、電子受容体ポリマーより低い電子親和力(またはより低いイオン化エネルギー)を有し、したがって、ブレンド中でp型(正孔輸送)伝導領域として機能する。反対に、電子受容体ポリマーは、電子供与体ポリマーより高い電子親和力(またはより高いイオン化エネルギー)を有し、したがって、ブレンド中でn型(電子輸送)伝導領域として機能する。加えて、電子受容体ポリマーは、電子供与体ポリマーのものよりも低いEHOMO(最高被占分子軌道エネルギー準位)およびより低いELUMO(最低空分子軌道エネルギー)によって特徴づけられることができる。好ましい実施形態において、電子受容体ポリマーのEHOMOは、電子供与体ポリマーのEHOMOより少なくとも約−0.3eV低いことが可能であり、一方、電子受容体ポリマーのELUMOは、電子供与体ポリマーのELUMOより少なくとも約−0.3eV低いことが可能である。
本発明者らは、その骨格鎖に芳香族縮合環ジイミド単位を含んでなるコポリマーである電子輸送ポリマーと、その骨格鎖に1個または複数のチエニルまたはチエノチエニル単位および少なくとも1個の電子不足単位を含んでなるコポリマーである正孔輸送ポリマーとを含むポリマー−ポリマーブレンド(「全ポリマーブレンド」)の様々な実施形態が、予想外に、OPV電池において光活性層として組み込まれたときに約3.0%より高い電力変換効率(PCE)を導くことができることを発見した。電子輸送ポリマーは、電子受容体ポリマー、または単に受容体ポリマーとして交換可能に本明細書に記載され、一方、正孔輸送ポリマーは、電子供与体ポリマーまたは単に供与体ポリマーとして交換可能に本明細書に記載される。電子輸送ポリマーは、典型的に、約10−5cm/Vsより高い、好ましくは約10−3cm/Vsより高い、より好ましくは約10−2cm/Vsより高い電子移動度を示すが、一方、正孔輸送ポリマーは、典型的に、約10−5cm/Vsより高い、好ましくは約10−3cm/Vsより高い、より好ましくは約10−2cm/Vsより高い正孔移動度を示す。特に、特定のポリチオフェン(PT)、ポリフェニレンビニレン(PPV)およびポリフルオレン(PF)は、全ポリマー光起電性デバイスの電子供与体ポリマーとして調査されており、例としては、

が含まれる。これらの報告されたデバイスのPCE値は約2.3%以下である。例えば、Granstrom,M.ら、「Laminated fabrication of polymeric photovoltaic diodes」、Nature,395:257−260(1998)(供与体ポリマーとしてPOPTを使用して約1.9%のPCEを報告する);Yin,C.ら、「Tuning of the excited−state properties and photovoltaic performance in PPV−based polymer blends」、J.Phys.Chem.C,112:14607−14617(2008)(供与体ポリマーとしてM3EH−PPVを使用して約1.7%のPCEを報告する);Mikroyannidis,J.A.ら、「A novel alternating phenylenevinylene copolymer with perylene bisimide units:synthesis,photophysical,electrochemical,and photovoltaic properties」、J.Phys.Chem.C,113(18):7904−7912(2009)(供与体ポリマーとしてPPHTを使用して約2.3%のPCEを報告する);Mori,D.ら、「Polymer/polymer blend solar cells with 2.0% efficiency developed by thermal purification of nanoscale−phase−separated morphology」、ACS Appl.Mater.Interfaces,3(8):2924−2927(2011)(供与体ポリマーとしてP3HTを使用して約2.0%のPCEを報告する);およびZhou,E.ら、「All−Polymer Solar Cells from Perylene Diimide Based Copolymers:Material Design and Phase Separation Control」、Angew.Chem.Int.Ed.,50(12):2799−2803(2011)(供与体ポリマーとしてTTV6−PT6を使用して、約2.23%のPCEを報告する)を参照のこと。本発明者らの知るところでは、現在までのところ、約3.0%より高い電力変換効率(PCE)を有するいずれかの全ポリマー光起電性デバイス、特に、1個または複数の電子不足単位を含んでなる電子供与体ポリマーを含む全ポリマー光起電性デバイスの報告はない。以下により詳細に記載されるように、本全ポリマーブレンド中の供与体ポリマーの電子不足単位は、少なくとも1個の電子不足窒素環原子を含む任意選択で置換された単環式ヘテロアリール基、任意選択で置換された電子不足8〜20員多環式ヘテロアリール基、および/または1〜2個の電子求引性基で置換された1個または複数のチエニルまたはチエノチエニル基を含んでなることができる。電子不足8〜20員多環式ヘテロアリール基は、多環式基中の環原子組成のため、/または多環式基上の置換のため、電子不足でありえる。いずれかの特定の理論によって拘束されることを望むことなく、予想外に高い電力変換効率は、供与体ポリマーと受容体ポリマーとの間の好ましい分子間相互作用に関する最適化されたブレンドモルフォロジー/微細構造による、供与体ポリマーのHOMOと受容体ポリマーのLUMOとの間のバンドギャップ調整、微調整されたLUMO−LUMOエネルギーオフセット、太陽スペクトルにわたる組み合わせられた光吸収、および/または改善された電荷輸送特徴に関する有利な供与体/受容体の組合せの結果であると考えられる。
本ポリマー−ポリマーブレンド中の芳香族縮合環ジイミドをベースとする受容体ポリマーは、他の繰り返し単位(すなわち、いずれかの芳香族縮合環ジイミドを含まない繰り返し単位)が、1個または複数の単環式または多環式C6〜20アリール部分または5〜20員ヘテロアリール部分などの1個または複数の共役部分を含むことができる、交互またはランダムコポリマーであることができる。芳香族縮合環ジイミドは、ビス(イミド)アレーン単位として交換可能に本明細書に記載される。特定の実施形態において、芳香族縮合環ジイミドをベースとする受容体ポリマーは、式1

(式中、
π−1は、任意選択で置換された縮合環部分であり、
は、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基、C1〜30ハロアルキル基、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基からなる群から選択され、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基は、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基またはC1〜30ハロアルキル基によって任意選択で置換され、
は、リレンジイミドを含まない1個または複数の共役部分を含んでなる繰り返し単位であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数である)によって表される交互ポリマーであることができる。
特定の実施形態において、芳香族縮合環ジイミドをベースとする受容体ポリマーは、式2

(式中、
π−1およびπ−1’は、同一または異なることができ、独立して、任意選択で置換された縮合環部分であり、
およびR1’は、同一または異なることができ、独立して、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基、C1〜30ハロアルキル基、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基からなる群から選択され、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基は、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基またはC1〜30ハロアルキル基によって任意選択で置換され、
およびMa’は、同一または異なることができ、独立して、リレンジイミドを含まない1個または複数の共役部分を含んでなる繰り返し単位であり、
pおよびqは、独立して実数であり、0.1≦p≦0.9、0.1≦q≦0.9であって、pおよびqの合計は約1であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数であるが、
ただし、以下の少なくとも1つは真である:(a)π−1’はπ−1とは異なる、(b)R1’はRとは異なる、または(c)Ma’はMとは異なる)によって表されるランダムポリマーであることができる。
様々な実施形態において、芳香族縮合環ジイミドは、ペリレンジイミド、ナフタレンジイミド、アントラセンジイミド、コロネンジイミドおよびジチエノコロネンジイミドからなる群から選択されることができ、π−1およびπ−1’は、独立して、

からなる群から選択される縮合環部分である。
共繰り返し単位MおよびMa’の1個または複数の共役部分は、Ar、π−2およびZによって表すことができ、Arは、任意選択で置換された単環式アリールまたはヘテロアリール基であり、π−2は、任意選択で置換された多環式共役部分であり、Zは共役直鎖リンカーである。様々な実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、m、m’およびm’’は、独立して0、1、2、3、4、5または6である)から選択される式を有することができる。
例えば、いくつかの実施形態において、π−2は、多環式C8〜24アリール基または多環式8〜24員ヘテロアリール基であることができ、これらの基のそれぞれは、1〜6個のR基によって任意選択で置換することができる。
は、それぞれ、独立して、a)ハロゲン、b)−CN、c)−NO、d)オキソ、e)−OH、f)=C(R、g)C1〜40アルキル基、h)C2〜40アルケニル基、i)C2〜40アルキニル基、j)C1〜40アルコキシ基、k)C1〜40アルキルチオ基、l)C1〜40ハロアルキル基、m)−Y−C3〜10シクロアルキル基、n)−Y−C6〜14アリール基、o)−Y−C6〜14ハロアリール基、p)−Y−3〜12員シクロヘテロアルキル基、またはq)−Y−5〜14員ヘテロアリール基であり、C1〜40アルキル基、C2〜40アルケニル基、C2〜40アルキニル基、C3〜10シクロアルキル基、C6〜14アリール基、C6〜14ハロアリール基、3〜12員シクロヘテロアルキル基および5〜14員ヘテロアリール基のそれぞれは、1〜4個のR基によって任意選択で置換され、
は、それぞれ、独立して、a)ハロゲン、b)−CN、c)−NO、d)オキソ、e)−OH、f)−NH、g)−NH(C1〜20アルキル)、h)−N(C1〜20アルキル)、i)−N(C1〜20アルキル)−C6〜14アリール、j)−N(C6〜14アリール)、k)−S(O)H、l)−S(O)−C1〜20アルキル、m)−S(O)OH、n)−S(O)−OC1〜20アルキル、o)−S(O)−OC6〜14アリール、p)−CHO、q)−C(O)−C1〜20アルキル、r)−C(O)−C6〜14アリール、s)−C(O)OH、t)−C(O)−OC1〜20アルキル、u)−C(O)−OC6〜14アリール、v)−C(O)NH、w)−C(O)NH−C1〜20アルキル、x)−C(O)N(C1〜20アルキル)、y)−C(O)NH−C6〜14アリール、z)−C(O)N(C1〜20アルキル)−C6〜14アリール、aa)−C(O)N(C6〜14アリール)、ab)−C(S)NH、ac)−C(S)NH−C1〜20アルキル、ad)−C(S)N(C1〜20アルキル)、ae)−C(S)N(C6〜14アリール)、af)−C(S)N(C1〜20アルキル)−C6〜14アリール、ag)−C(S)NH−C6〜14アリール、ah)−S(O)NH、ai)−S(O)NH(C1〜20アルキル)、aj)−S(O)N(C1〜20アルキル)、ak)−S(O)NH(C6〜14アリール)、al)−S(O)N(C1〜20アルキル)−C6〜14アリール、am)−S(O)N(C6〜14アリール)、an)−SiH、ao)−SiH(C1〜20アルキル)、ap)−SiH(C1〜20アルキル)、aq)−Si(C1〜20アルキル)、ar)C1〜20アルキル基、as)C2〜20アルケニル基、at)C2〜20アルキニル基、au)C1〜20アルコキシ基、av)C1〜20アルキルチオ基、aw)C1〜20ハロアルキル基、ax)C3〜10シクロアルキル基、ay)C6〜14アリール基、az)C6〜14ハロアリール基、ba)3〜12員シクロヘテロアルキル基、またはbb)5〜14員ヘテロアリール基であり、
Yは、それぞれ、二価C1〜6アルキル基、二価C1〜6ハロアルキル基および共有結合から独立して選択され、かつ
wは0、1または2である。
例示のため、特定の実施形態において、π−2は、

(式中、
k、k’、lおよびl’は、独立して、−CR=、=CR−、−C(O)−および−C(C(CN))−から選択することができ、
p、p’、qおよびq’は、独立して、−CR=、=CR−、−C(O)−、−C(C(CN))−、−O−、−S−、−N=、=N−、−N(R)−、−SiR=、=SiR−および−SiR−から選択することができ、
rおよびsは、独立して、−CR−または−C(C(CN))−であることができ、
u、u’、vおよびv’は、独立して、−CR=、=CR−、−C(O)−、−C(C(CN))−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、−O−、−N=、=N−、−SiR=、=SiR−、−SiR−、−CR−CR−および−CR=CR−から選択することができ、かつ
は、それぞれ、独立して、HまたはRであることができ、Rは本明細書において定義された通りである)
から選択することができる。
特定の実施形態において、π−2は、

(式中、k、l、p、p’、q、q’、r、sおよびRは、本明細書において定義された通りである)から選択することができる。いくつかの実施形態において、kおよびlは、独立して、−CR=、=CR−および−C(O)−から選択することができ、p、p’、qおよびq’は、独立して、−O−、−S−、−N(R)−、−N=、=N−、−CR=および=CR−から選択することができ、uおよびvは、独立して、−CR=、=CR−、−C(O)−、−C(C(CN))−、−S−、−O−、−N=、=N−、−CR−CR−および−CR=CR−から選択することができ、Rは、本明細書において定義された通りである。例えば、Rは、それぞれ、独立して、H、ハロゲン、−CN、−OR、−N(R、C1〜20アルキル基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、Rは、本明細書において定義された通りである。rおよびsのそれぞれは、CHであることができる。
特定の実施形態において、π−2は、1個または複数のチエニル、チアゾリルまたはフェニル基を含む多環式部分であることができ、これらの基は、それぞれ、本明細書に開示されるように任意選択で置換可能である。例えば、π−2は、

(式中、Rは、本明細書に定義される通りである)から選択することができる。例えば、Rは、H、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができる。
いくつかの実施形態において、Arは、それぞれ、独立して、

(式中、
a、b、cおよびdは、独立して、−S−、−O−、−CH=、=CH−、−CR=、=CR−、−C(O)−、−C(C(CN))−、−N=、=N−、−NH−および−NR−から選択され、
は、それぞれ、独立して、a)ハロゲン、b)−CN、c)−NO、d)−N(R、e)−OR、f)−C(O)R、g)−C(O)OR、h)−C(O)N(R、i)C1〜40アルキル基、j)C2〜40アルケニル基、k)C2〜40アルキニル基、l)C1〜40アルコキシ基、m)C1〜40アルキルチオ基、n)C1〜40ハロアルキル基、o)−Y−C3〜14シクロアルキル基、p)−Y−C6〜14アリール基、q)−Y−3〜14員シクロヘテロアルキル基およびr)−Y−5〜14員ヘテロアリール基から選択され、C1〜40アルキル基、C2〜40アルケニル基、C2〜40アルキニル基、C3〜14シクロアルキル基、C6〜14アリール基、3〜14員シクロヘテロアルキル基および5〜14員ヘテロアリール基のそれぞれは、任意選択で、1〜5個のR基によって置換され、
は、それぞれ、独立して、H、C1〜6アルキル基および−Y−C6〜14アリール基から選択され、
YおよびRは、本明細書に定義される通りである)から選択される任意選択で置換された単環式部分であることができる。
特定の実施形態において、各Arは、独立して、5員または6員アリールまたはヘテロアリール基であることができる。例えば、各Arは、フェニル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イソチアゾリル基、チアゾリル基、1,2,4−チアジアゾリル基、1,3,4−チアジアゾリル基および1,2,5−チアジアゾリル基から選択することができ、各基は、二価または一価であることができ、かつハロゲン、−CN、オキソ基、C1〜6アルキル基、C1〜6アルコキシ基、C1〜6ハロアルキル基、NH、NH(C1〜6アルキル)およびN(C1〜6アルキル)から独立して選択される1〜4個の置換基によって任意選択で置換可能である。特定の実施形態において、各Arは、チエニル基、イソチアゾリル基、チアゾリル基、1,2,4−チアジアゾリル基、1,3,4−チアジアゾリル基、1,2,5−チアジアゾリル基、フェニル基およびピロリル基から選択することができ、各基は、ハロゲン、−CN、オキソ基、C1〜6アルキル基、C1〜6アルコキシ基、C1〜6ハロアルキル基、NH、NH(C1〜6アルキル)およびN(C1〜6アルキル)から独立して選択される1〜2個の置換基によって任意選択で置換可能である。いくつかの実施形態において、Arは未置換であることが可能である。いくつかの実施形態において、Arは、チエニル基、イソチアゾリル基、チアゾリル基、1,2,4−チアジアゾリル基、1,3,4−チアジアゾリル基、1,2,5−チアジアゾリル基であることができ、各基は、1〜2個のC1〜6アルキル基によって任意選択で置換される。
例証として、(Ar)、(Ar)m’および(Ar)m’’は、

(式中、Rは、それぞれ、独立して、HまたはRであり、かつRは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。特定の実施形態において、





(式中、Rは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。
様々な実施形態において、リンカーZは、単独で共役系であることができる(例えば、2個以上の二重または三重結合を含む)か、あるいはその近隣成分とともに共役系を形成することができる。例えば、Zが直鎖リンカーである実施形態において、Zは、二価エテニル基(すなわち、1個の二重結合を有する)、二価エチニル基(すなわち、1個の三重結合を有する)、2個以上の共役二重または三重結合を含むC4〜40アルケニルまたはアルキニル基、あるいはSi、N、Pなどのヘテロ原子を含むことができるいくつかの他の非環式共役系であることができる。例えば、Zは、

(式中、Rは、本明細書に定義される通りである)から選択することができる。特定の実施形態において、Zは、

から選択することができる。
いくつかの実施形態において、MおよびMa’は、少なくとも1個の任意選択で置換された単環式アリールまたはヘテロアリール基を含むことができる。例えば、MおよびMa’は、次式

(式中、m’’は、1、2、3、4、5または6から選択され、かつArは、本明細書に定義される通りである)を有することができる。例えば、MおよびMa’は、

(式中、RおよびRは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。特定の実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、Rは、独立して、ハロゲン、−CN、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、Rは、独立して、H、ハロゲン、−CN、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、かつRは、それぞれ、独立して、HまたはC1〜6アルキル基であることができる)から選択することができる。
いくつかの実施形態において、MおよびMa’は、1個または複数の任意選択で置換された単環式アリールまたはヘテロアリール基に加えて、リンカーを含むことができる。例えば、MおよびMa’は、次式

(式中、mおよびm’は、1、2、4または6から選択され、m’’は、1、2、3または4から選択され、かつArおよびZは本明細書に定義される通りである)を有することができる。特定の実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、RおよびRは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。
いくつかの実施形態において、MおよびMa’は、1個または複数の任意選択で置換された単環式アリールまたはヘテロアリール基に加えて、1個または複数の任意選択で置換された多環式部分を含むことができる。例えば、MおよびMa’は、次式

(式中、mおよびm’は、1、2、4または6から選択され、かつArおよびπ−2は本明細書に定義される通りである)を有することができる。特定の実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、RおよびRは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。
いくつかの実施形態において、MおよびMa’は、1個または複数の任意選択で置換された単環式アリールまたはヘテロアリール基に加えて、1個または複数のリンカーおよび/または任意選択で置換された多環式部分を含むことができる。例えば、MおよびMa’は、

(式中、m、m’およびm’’は、1、2、3または4から選択され、かつAr、π−2およびZは本明細書に定義される通りである)から選択される式を有することができる。
特定の実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、Rは本明細書に定義される通りである)から選択することができる。
他の実施形態において、MおよびMa’は、

(式中、π−2およびZは本明細書に定義される通りである)から選択される式を有することができる。
例示のため、MおよびMa’は、

(式中、g、h、iおよびjは、独立して、−CR=、=CR−、−S−、−N=、=N−および−N(R)−から選択することができ、RおよびRは、それぞれ、独立して、HまたはRであることができ、かつRは本明細書に定義された通りである)からなる群から選択することができる。
特定の実施形態において、本ポリマー−ポリマーブレンドの電子受容体ポリマーは、式3または4

(式中、
π−1およびπ−1’は、同一または異なることができ、独立して、任意選択で置換された縮合環部分であり、
およびR1’は、同一または異なることができ、独立して、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基、C1〜30ハロアルキル基、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基からなる群から選択され、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基は、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基またはC1〜30ハロアルキル基によって任意選択で置換され、
R’およびR’’は、同一または異なることができ、独立して、H、F、Cl、−CNおよび−L−Rからなる群から選択され、Lは、それぞれ、独立して、−O−、−S−、−C(O)、−C(O)O−および共有結合からなる群から選択され、かつRは、それぞれ、独立して、C6〜20アルキル基、C6〜20アルケニル基およびC6〜20ハロアルキル基からなる群から選択することができ、
mおよびm’は、独立して、1、2、3、4、5または6であることができ、かつ
pおよびqは、独立して実数であり、0.1≦p≦0.9、0.1≦q≦0.9であって、pおよびqの合計は約1であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数であるが、
ただし、以下の少なくとも1つは真である:(a)π−1’はπ−1とは異なる、(b)R1’はRとは異なる、または(c)R’’はR’とは異なる)によって表すことができる。
さらなる例示のため、本ポリマー−ポリマーブレンドの電子受容体ポリマーの実施形態は、式5、6、7または8

(式中、R、R1’、p、qおよびnは本明細書に定義される通りである)によって表すことができる。
例えば、RおよびR1’は、

などの分枝鎖C3〜20アルキル基、分枝鎖C4〜20アルケニル基および分枝鎖C3〜20ハロアルキル基からなる群から選択される。
本ポリマー−ポリマーブレンド中の供与体ポリマーは、式9

(式中、供与体サブユニット(D)は、1個または複数の電子供与基によって任意選択で置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富な8〜20員ヘテロアリール基を含んでなることができ、かつ受容体サブユニット(A)は、1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、1個または複数の電子不足窒素環原子を含む少なくとも1個の任意選択で置換された単環式ヘテロアリール基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子不足8〜20員ヘテロアリール基を含んでなることができる)によって表される交互プッシュプル構造を有することができる。電子供与基の例には、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20アルキルチオ基が含まれる。電子求引性基の例には、F、Cl、Br、−NO、−CN、−NC、−S(R 、−N(R 、−SOH、−SO、−SO、−SONHR、−SON(R、−COOH、−COR、−COOR、−CONHR、−CON(RまたはC1〜20ハロアルキル基が含まれ、Rは本明細書において定義された通りであり、例えば、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基またはC1〜20ハロアルキル基である。1個または複数の電子不足窒素環原子を含む単環式ヘテロアリール基の例には、単環式アジン、例えば、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、ピリミジン、ならびにアゾール、例えば、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾールおよびイソキサゾールが含まれる。
いくつかの実施形態において、供与体ポリマーは、1個または複数の様々に置換されたチエニル基を含んでなるコポリマーであることができ、少なくともいくつかのチエニル基は、1〜2個の電子求引性基で置換される。例えば、供与体ポリマーは、1個または複数の未置換チエニル基、すなわち、供与体サブユニット(D)と、1個または複数の塩素化チエニル基、すなわち、受容体サブユニット(A)とを含んでなるコポリマーであることができる。別の実施形態において、供与体ポリマーは、1個または複数のアルキル化またはアルコキシル化チエニル基、すなわち、供与体サブユニット(D)と、1個または複数の塩素化チエニル基、すなわち、受容体サブユニット(A)とを含んでなるコポリマーであることができる。特定の実施形態において、供与体ポリマーは、1個または複数の塩素化基(例えば、1個または複数の塩素化チエニル基、あるいは1個または複数のクロロ基によって置換された電子豊富なコアを有する8〜20員多環式ヘテロアリール基)を含んでなるコポリマーであることができる。
好ましい実施形態において、供与体ポリマーは、少なくとも1個の任意選択で置換された8〜20員電子豊富多環式ヘテロアリール基、および1個または複数の任意選択で置換されたチエニル基、および/または1個または複数の電子不足窒素環原子を含む少なくとも1個の任意選択で置換された単環式ヘテロアリール基を含んでなるコポリマーであることができる。例えば、供与体ポリマーは、少なくとも1個の任意選択で置換された電子不足8〜20員ヘテロアリール基、すなわち、受容体サブユニット(A)と、1個または複数の未置換(またはアルキル化もしくはアルコキシル化)チエニル基、すなわち、供与体サブユニット(D)とを含んでなるコポリマーであることができる。別の実施形態において、供与体ポリマーは、少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富8〜20員ヘテロアリール基、すなわち、供与体サブユニット(D)と、1個または複数の塩素化チエニル基、すなわち、受容体サブユニット(A)とを含んでなるコポリマーであることができる。なお別の実施形態において、供与体ポリマーは、少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富8〜20員ヘテロアリール基、すなわち、供与体サブユニット(D)と、1個または複数の任意選択で置換された5員または6員窒素含有ヘテロアリール基、すなわち、受容体サブユニット(A)とを含んでなるコポリマーであることができる。
より好ましい実施形態において、供与体サブユニット(D)は、ベンゾジチオフェン部分、ナフトジチオフェン部分、チエノジチオフェン部分およピリドジチオフェン部分からなる群から選択される架橋ジチオフェン部分であって、それぞれ、本明細書に記載される通り任意選択で置換可能である、少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富8〜20員ヘテロアリール基を含むことができる。特定の実施形態において、架橋ジチオフェン部分に加えて、供与体サブユニット(D)はまた、それぞれが独立して未置換であるか、または1〜2個のC1〜20アルキル基および/またはC1〜20アルコキシ基によって置換可能である、1個または複数のチエニルまたはチエノチエニル基を含むことができる。
例示のため、供与体サブユニット(D)の架橋ジチオフェン部分は、

(式中、Rは、それぞれ、独立して、−L’−R、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択することができ、L’は、−O−、−S−、−C(O)O−、−OC(O)−および共有結合からなる群から選択され、Rは、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基である)からなる群から選択することができる。
例えば、特定の実施形態において、Rは、直鎖C5〜40アルキル基、分枝鎖C5〜40アルキル基、直鎖C5〜40アルコキシ基、分枝鎖C5〜40アルコキシ基、直鎖C5〜40アルキルチオ基および分枝鎖C5〜40アルキルチオ基からなる群から選択することができる。したがって、代表的な供与体サブユニットDとしてベンゾジチオフェンを使用することは、

(式中、Rは、それぞれ、直鎖または分枝鎖C5〜40アルキル基であることができる)からなる群から選択することができる。
他の実施形態において、各Rは−L’−Ar’または−L’−Ar’−Ar’であることができ、L’およびAr’は本明細書に定義される通りである。例えば、各Ar’は、チエニル基またはチエニル縮合多環式基であることができ、それぞれ、本明細書に記載される通り任意選択で置換されることができる。例示のため、架橋ジチオフェン部分は、チエニル基、ビチエニル基またはチエニル縮合多環式基によって官能化されることが可能であり、それぞれ、本明細書に記載される通り任意選択で置換されることができる。さらなる例示のため、代表的な供与体サブユニットDとして再びベンゾジチオフェンを使用することは、

からなる群から選択することができ、式中、

は、

からなる群から選択することができ、それぞれ、1〜2個のR基によって任意選択で置換されることができ、かつRは、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基であることができる。
さらなる実施形態において、供与体サブユニット(D)は、

(式中、
ArおよびArは、独立して、任意選択で置換されたC6〜14アリール基または任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基であり、
ArおよびArは、独立して、任意選択で置換されたフェニル基または任意選択で置換された5員または6員ヘテロアリール基であり、
Lは、それぞれ、独立して、−O−、−S−、−Se−、−OC(O)−、−C(O)O−、二価C1〜20アルキル基、二価C1〜20ハロアルキル基および共有結合から選択され、
は、それぞれ、独立して、−O−、−S−、−Se−、−OC(O)−、−C(O)O−、二価C1〜20アルキル基および二価C1〜20ハロアルキル基から選択され、
UおよびU’は、独立して、−O−、−S−および−Se−から選択され、
VおよびV’は、独立して、−CR=または−N=であり、
Wは、それぞれ、独立して、−O−、−S−および−Se−であり、
W’は、それぞれ、独立して、−CR=または−N=であり、かつ
Rは、それぞれ、独立して、H、ハロゲン、−CNおよびL’R’から選択され、L’は、それぞれ、−O−、−S−、−Se−、−C(O)、−OC(O)−、−C(O)O−および共有結合からなる群から選択され、かつR’は、それぞれ、独立して、C1〜40アルキル基、C2〜40アルケニル基、C2〜40アルキニル基およびC1〜40ハロアルキル基から選択される)から選択される式を有することができる。
特定の実施形態において、U、U’およびWのそれぞれは−S−であることができ、かつV、V’およびW’のそれぞれは−CH=または−CCl=であることができ、したがって、

(式中、Ar、Ar、Ar、Ar、LおよびLは、本明細書において定義される通りである)から選択される式を有するπ基が提供される。例示のため、LおよびLは、−O−、−S−、−OC(O)−、−C(O)O−、二価C1〜20アルキル基および共有結合から選択することができる。
特定の実施形態において、供与体サブユニット(D)は、塩素化架橋ジチオフェン単位を含むことができる。塩素化架橋ジチオフェン単位の例には、

(式中、Rは、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基であることができる)が含まれる。
いくつかの実施形態において、供与体サブユニット(D)は、1〜2個のC1〜20アルキルまたはアルコキシ基によって任意選択で置換された1個または複数のチエニル基を含むことができる。
受容体サブユニット(A)は、電子不足共役部分(δ)を含むことができる。特定の実施形態において、電子不足共役部分は、任意選択で置換された単環式窒素含有ヘテロアリール基(例えば任意選択で置換されたアゾールまたは単環式アジン)、NおよびSから選択される2個以上のヘテロ原子を有する少なくとも1個の環、および/またはF、Cl、オキソ基、カルボニル基、カルボン酸エステル基またはスルホニル基などの1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個の環を含む8〜14員多環式ヘテロアリール部分であることができる。特定の実施形態において、電子不足共役部分は、任意選択で置換されたチエニルまたはチエノ[3,2−b]チオフェニル基の側面に位置することができる。特定の実施形態において、電子不足共役部分(δ)は、1個または複数の塩素化チエニル基を含むことができる。
したがって、様々な実施形態において、受容体サブユニット(A)は、次式

(式中、δは、電子不足共役部分を表し、かつRは、それぞれ、Clなどの電子求引性基であることができる)によって表すことができる。
電子不足共役部分(δ)の例には、限定されないが、

(式中、Rは、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択することができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O)−C1〜20アルキル、−C(O)−OC1〜20アルキル、−C(O)−C1〜20アルキル、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C1〜20アルコキシ基、C1〜20アルキルチオ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択することができる)が含まれる。例えば、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択することができ、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができる。
したがって、いくつかの実施形態において、電子供与体ポリマーは、式10、11または12

(式中、
は、それぞれ、−L’−R、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択することができ、L’は、−O−、−S−および共有結合からなる群から選択され、Rは、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基であり、
は、それぞれ、HまたはRであり、Rは、それぞれ、独立して、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、
δは、

からなる群から選択され、
は、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基から選択することができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O)−C1〜20アルキル、−C(O)−OC1〜20アルキル、−C(O)−C1〜20アルキル、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C1〜20アルコキシ基、C1〜20アルキルチオ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択することができ、例えば、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択することができ、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数である)を有する交互コポリマーであることができる。
他の実施形態において、電子供与体ポリマーは、式13または14

(式中、
は、それぞれ、−L’−R、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択することができ、L’は、−O−、−S−および共有結合からなる群から選択され、Rは、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基であり、
Rは、それぞれ、独立して、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、
δは、それぞれ、独立して、

からなる群から選択することができ、
は、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択することができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O)−C1〜20アルキル、−C(O)−OC1〜20アルキル、−C(O)−C1〜20アルキル、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C1〜20アルコキシ基、C1〜20アルキルチオ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択することができ、例えば、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択することができ、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、
xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9であって、xおよびyの合計は約1であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数である)を有するランダムコポリマーであることができる。
したがって、本ポリマー−ポリマーブレンドは、式1〜8のいずれかによる電子受容体ポリマーおよび式10〜14のいずれかによる電子供与体ポリマーいくらかの式を含むことができる。特定の好ましい実施形態において、本ポリマー−ポリマーブレンドは、式5〜8のいずれかによる電子受容体ポリマー、および


(式中、Rは、それぞれ、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であることができ、Rは、それぞれ、H、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、かつnは5〜5,000の範囲の整数であることができる)からなる群から選択される式の交互コポリマーである電子供与体ポリマーを含むことができる。
他の好ましい実施形態において、本ポリマー−ポリマーブレンドは、式5〜8のいずれかによる電子受容体ポリマー、および




(式中、Rは、それぞれ、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であることができ、Rは、それぞれ、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9(0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8)であって、xおよびyの合計は約1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択される式のランダムコポリマーである電子供与体ポリマーを含むことができる。
特定の好ましい実施形態において、本ポリマー−ポリマーブレンドは、式5〜8のいずれかによる電子受容体ポリマー、および




(式中、R、R、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であることができ、Rは、それぞれ、H、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択することができ、Rは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択することができ、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であることができ、rは0または1であることができ、かつnは5〜5,000の範囲の整数であることができる)からなる群から選択される式の交互コポリマーである電子供与体ポリマーを含むことができる。特定の実施形態において、電子供与体ポリマーは、式43〜56のいずれか2個の繰り返し単位を有するランダムなコポリマーであることができる。例えば、電子供与体ポリマーは、1つの繰り返し単位において、rは1であり、かつRはHであり、他の繰り返し単位において、rは1であり、かつRはC6〜20アルキル基である、式43の2個の繰り返し単位を有するランダムコポリマーであることができる。
電子供与体ポリマーが供与体サブユニットとしてナフトジチオフェン部分を含む実施形態の実例は、

(式中、R、R、R、R、x、yおよびnは本明細書に定義された通りである)を含むことができる。
電子供与体ポリマーが1個または複数である塩素化基を含んでなる実施形態の実例は、


(式中、Rは、−L’−Ar’または−L’−Ar’−Ar’であることができ、L’は、−O−、−S−、−C(O)O−、−OC(O)−、および共有結合からなる群から選択され、各Ar’は、チエニル基またはチエニル縮合多環式基であることができ、それぞれ、本明細書に記載される通り、任意選択で置換可能であり、Rは、それぞれ、C6〜20アルキル基であることができ、xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9(0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8)であって、xおよびyの合計は約1であり、nは5〜5,000の範囲の整数であり、かつδは、本明細書に記載される通り、電子不足共役部分である)を含む。電子供与体ポリマーが1個または複数の塩素化基を含んでなる実施形態のさらなる例は、




(式中、Rは、それぞれ、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であることができ、Rは、それぞれ、C6〜20アルキル基であることができ、xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9(0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8)であって、xおよびyの合計は約1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)を含む。
本教示による電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマー、ならびにそれらに導くモノマーは、実施形態に記載の手順と同様の手順に従って調製することができる。特に、スティルカップリングまたは鈴木カップリング反応は、H NMRスペクトル、元素分析および/またはGPC測定によって確認されるように、高分子量、高収率(≧75%)および純度の本教示によるコポリマー化合物を調製するために使用することができる。あるいは、本ポリマーは、商業的に入手可能な出発材料、文献で既知の化合物から、または他の容易に調製される中間体を介して、当業者に既知の標準合成方法および手順を使用することによって調製することができる。有機分子の調製および官能基変換および操作のための標準合成方法および手順は、関連する科学文献から、または当該分野の標準教科書から容易に得ることができる。
本ポリマー−ポリマーブレンドの電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーは、様々な一般的な有機溶媒に可溶性である。本明細書で使用される場合、ポリマーは、ポリマーの少なくとも0.1mgを溶媒1mLに溶解することができる場合に溶媒に可溶性であると考えることができる。一般的な有機溶媒の例には、石油エーテル、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびメシチレンなどの芳香族炭化水素、アセトンおよびメチルエチルケトンなどのケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、ジエチルエーテル、ジ−イソプロピルエーテルおよびt−ブチルメチルエーテルなどのエーテル、メタノール、エタノール、ブタノールおよびイソプロピルアルコールなどのアルコール、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸イソプロピルおよび酢酸ブチルなどのエステル、ジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミドなどのアミド、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド、ジクロロメタン、クロロホルム、塩化エチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンおよびトリクロロベンゼンなどのハロゲン化脂肪族化合物および芳香族炭化水素、ならびにシクロペンタノン、シクロヘキサノンおよび2−メチルピロリドンなどの環式溶媒が含まれる。好ましい実施形態において、溶媒は、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン(o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼンまたはそれらの混合物)、トリクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、キシレン、α,α,α−トリクロロトルエン、メチルナフタレン(例えば、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレンまたはそれらの混合物)、クロロナフタレン(例えば1−クロロナフタレン、2−クロロナフタレンまたはそれらの混合物)ならびにそれらの混合物からなる群から選択することができる。
本明細書に記載される電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーは、溶液プロセシング技術のために適切な混合物組成物を提供するために、単一溶媒または溶媒混合物中で溶解、分散または懸濁が可能である。一般的な溶液プロセシング技術は、例えば、スピンコーティング、スロットコーティング、ドクターブレーディング、ドロップ−キャスティング、ゾーンキャスティング、ディップコーティング、ブレードコーティングまたは噴霧を含む。溶液プロセシング技術の別の例は印刷である。本明細書で使用される場合、「印刷」には、インクジェット印刷、マイクロディスペンシングなどのノンコンタクトプロセス、ならびにスクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、リソグラフ印刷、パッド印刷、マイクロコンタクト印刷などのコンタクトプロセスが含まれる。
有機光活性半導体成分は、本教示によるポリマー−ポリマーブレンドを含有する溶液または分散系から析出されたブレンド膜として調製することができる。例えば、本教示による全ポリマーブレンドは、クロロホルム、クロロベンゼンまたはそれらの混合物に溶解することができ、そこで、電子供与体および電子受容体ポリマーは、一緒になって、溶液中に、約0.5重量%〜約10重量%、好ましくは約0.8重量%〜約5重量%、より好ましくは約1重量%〜約3重量%で存在することができる。ブレンド中の電子供与体ポリマー対電子受容体ポリマーの重量比は、約20:1〜約1:20、例えば、約10:1〜約1:10、好ましくは約5:1〜約1:5、約3:1〜約1:3、約2:〜約1:2、より好ましくは約1:1であることができる。光活性層は、約5〜約95重量%で存在することができるポリマー結合剤を含有することができる。ポリマー結合剤は、例えば、ポリスチレン(PS)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリプロピレン(PP)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される半結晶性ポリマーであることができる。いくつかの実施形態において、ポリマーブレンドは、光学活性であるさらなる成分、例えば、励起子をブレンド中の電子供与体ポリマー/電子−受容体ポリマーの一方または両方で捕獲および移動することによって光収穫を促進することができる成分、ならびに/あるいはプロセシングおよび/またはデバイス性能を変更および/または改善する光学的に非活性な成分と一緒に使用することができる。そのような光学的に非活性な成分は、当該技術で既知であるように、アルカンチオール(例えば、アルカンジチオール)および他のα,ω官能性アルカン(例えば、ジヨードアルカン)を含むことができる。例えば、米国特許第8,227,691号明細書を参照のこと。
有機半導体膜は、電子正孔対の分離をもたらすいずれか形態で本教示によるポリマーブレンドから調製することができる。いくつかの実施形態において、有機半導体膜は、平面二層型であることができる。他の実施形態において、有機半導体膜は、拡散界面を有する二層型であることができる。好ましい実施形態において、有機半導体膜は、バルクヘテロ接合(BHJ)型の単一層であることができる。本明細書で使用される場合、「膜」は、高い長さ対厚さ比および高い幅対厚さ比を有する物質の連続的な部分を意味する。
本教示によるポリマーブレンドから調製される有機半導体膜は、タンデムバルク−ヘテロ接合電池を製造するために使用することができる。これらのデバイスにおいて、導電層によって分離される少なくとも2枚の有機半導体膜は、デバイスの陽極と陰極との間に存在する。本教示のポリマーは、相補的な吸収およびHOMO−LUMOエネルギー分離を有することができるため、本教示の全ポリマーブレンドは、直列または並列タンデム太陽電池を製造するために特に適切である。
本教示による全ポリマーブレンドから調製される有機半導体膜は、その中の電子供与体ポリマーおよび/または電子受容体ポリマーが、光子を吸収することが可能であり、光電流の生成のために励起子を生じるため、光活性であることができる。したがって、本全ポリマーブレンドは、光電子デバイスにおける光活性成分を調製するために使用することができ、ここでは、溶媒また中で溶解または分散された本明細書に開示された電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーを含むブレンド組成物(例えば、溶液または分散系)を最初に調製する工程と、好ましくは溶液相プロセスによって、基板(例えば電極基板)上にブレンド組成物を析出する工程と、溶媒または溶媒混合物を除去し、光活性層を提供する工程とによって光活性成分または層を製造することができる。電子供与体ポリマーと電子受容体ポリマーとの密接な混合物として提供されるブレンド組成物によって、(任意選択で減圧および/または高温での)溶媒除去時にバルクヘテロ接合を作成することができ、その間、電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーのナノスケール相分離が生じる。いくつかの実施形態において、析出工程は、インクジェット印刷および様々なコンタクト印刷技術を含む印刷(例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、パッド印刷、リソグラフ印刷、フレキソ印刷およびマイクロコンタクト印刷)によって実行することができる。他の実施形態において、析出工程は、スピンコーティング、スロット−ダイコーティング、ドロップ−キャスティング、ゾーンキャスティング、ディップコーティング、ブレードコーティングまたは噴霧によって実行することができる。膜がスピンコーティングによって形成される場合、スピン速度は、約300rpm〜約6000rpm、または約500rpm〜約2000rpmの範囲であることができる。後処理工程は、析出された膜の熱焼き鈍しまたは照射を含むことができる。例えば、ブレンドされた膜は、約50℃〜約300℃、好ましくは約70℃〜約200℃、より好ましくは約90℃〜約180℃で、約1分〜約20分間の焼き鈍しを行うことができる。焼き鈍し工程は、不活性雰囲気(例えば、窒素下)で実行することができる。析出された膜の照射は、赤外線光線または紫外線光線を使用して実行することができる。本明細書で使用される場合、「焼き鈍し」は、60秒より長い時間、周囲または減圧/増圧下での半結晶性ポリマー膜への析出後の熱処理を指し、「焼き鈍し温度」は、ポリマー膜が焼き鈍しのプロセスの間に少なくとも30秒間暴露される最大温度を指す。いずれかの特定の理論によって拘束されることを望むことなく、焼き鈍しが全ポリマーブレンドの改善されたPCEをもたらすことができると考えられている。さらにまた、本全ポリマーブレンドの利点は、既知のポリマー:フラーレンブレンドと比較して、焼き鈍し工程の間の改善された安定性を含むことができる。光活性層は、典型的に、約30nm〜約500nmの範囲の厚さを有することができる。好ましい実施形態において、光活性層は、約80〜300nmの厚さを有する薄膜であることができる。
本教示による全ポリマーブレンから調製される光活性層を組み込むことができる光電子デバイスには、限定されないが、光起電性/太陽電池、光検出器(またはフォトダイオード)、発光ダイオードおよび発光トランジスタが含まれる。本ポリマーブレンドは、これらのデバイスの製造および/または使用において、プロセシングおよび操作利点を提供することができる。
例えば、本明細書に記載される様々なデバイスなどの製造物品は、第1の電極、第2の電極、および第1の電極と第2の電極との間に配置され、本教示のポリマーブレンドを含む光活性成分を含む光電子デバイスであることが可能である。
様々な実施形態において、光電子デバイスは、太陽電池、特にバルク−ヘテロ接合太陽電池として構成されることができる。図1は、本教示によるポリマーブレンドを組み込むことができるバルク−ヘテロ接合有機太陽電池の代表的な構造を例示する。図の通り、代表的な太陽電池は、一般に、基板20、陽極22、陰極26および陽極と陰極との間の光活性層24を含む。いくつかの実施形態において、1層または複数の任意選択の中間層が、陽極と光活性層との間および/または陰極と光活性層との間で存在することができる。
基板は、頑丈さをデバイスに提供するように設計された固体、剛性または可撓性層であることができる。好ましい実施形態において、基板は、関心のスペクトル領域において透明であるか、または半透明であることができる。本明細書で使用される場合、材料は、それが50%以上の透過率を有する場合に「透明」であると考えられ、材料は、それが約50%〜約5%の透過率を有する場合に「半透明」であると考えられる。基板は、ガラスまたは可撓性プラスチック(ポリマー)フィルムなどの当該技術で既知のいずれかの適切な材料を含んでなることができる。
第1および第2の電極は、異なる仕事関数を有さなければならず、約4.5eV以上でより高い仕事関数を有する電極(「高仕事関数電極」)は、正孔注入電極または陽極として機能し、約4.3eV以下でより低い仕事関数を有する電極(「低仕事関数電極」)は、電子注入電極として機能する。従来のOPVデバイス構造において、高仕事関数電極または陽極は、典型的に、インジウムスズ酸化物(ITO)、ガリウムインジウムスズ酸化物(GITO)および亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)、または金もしくは銀の透明薄層などの透明導電性金属酸化物または金属硫化物から構成される。低仕事関数電極または陰極は、典型的に、アルミニウム、インジウム、カルシウム、バリウムおよびマグネシウムなどの低仕事関数金属から構成される。電極は、熱蒸着、電子ビームエバポレーション、RFまたは導電管スパッター、化学蒸着などで析出することができる。
様々な実施形態において、太陽電池は、陽極と光活性層との間および/または陰極と光活性層との間で1層または複数の任意選択のインターフェース層(「中間層」)を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、任意選択の平滑化層(例えば、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)または3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)のフィルム)が陽極と光活性層との間で存在することができる。任意選択の中間層は、光活性層と電極との間のエネルギーバリアを低下させる、単一種のキャリアのための選択的接触を(例えば正孔ブロッキング層)形成する、隣接する電極の仕事関数を変更する、および/またはその下の光活性層を保護するなどの他の機能を実行することができる。いくつかの実施形態において、p型バッファとしてPEDOTまたはPEDOT:PSSを使用する代わりに、V、MoO、WOおよびNiOなどの遷移金属酸化物層をITO陽極上に析出することができる。陰極の変更によってデバイス安定性を改善するため、LiF、CsFまたは同様のフッ化物から構成されるn型バッファを陰極と光活性層との間に提供することができる。他のn型バッファ材料には、TiO、ZnOおよびCsドーピングTiOが含まれる。組成次第で、中間層は、溶液処理(例えば、ゾルゲル析出、自己集合単層)、あるいは熱エバポレーションまたはスパッタリングなどの真空プロセスによる析出が可能である。
特定の実施形態において、本教示による太陽電池は、その上にインジウムスズ酸化物(ITO)製電極層(陽極)が適用される透明ガラス基板を含むことができる。この電極層は比較的粗い表面を有することができ、ドーピングによって導電性にされたポリマー、典型的にPEDOT:PSSから製造される平滑化層を、その表面モルフォロジーを向上させるために電極層上に適用することができる。他の同様の中間層は、デバイスの機械的、化学的および/または電子的特性を改善するために、陽極と光活性層との間に任意選択で存在することができる。光活性層は、上記のような全ポリマーブレンドから構成され、例えば約80nm〜数μmの層厚さを有することができる。対電極(陰極)が適用される前に、電気絶縁移行層を光活性層上へ適用することができる。この移行層はハロゲン化アルカリ、例えばLiFから製造することができ、真空蒸着が可能である。再び、陽極と同様に、他の同様の中間層は、デバイスの機械的、化学的および/または電子的特性を改善するために、光活性層と陰極との間に任意選択で存在することができる。
特定の実施形態に、本教示による太陽電池は、変性ITOフィルムが陰極として使用される、反転デバイス構造を有することができる。例えば、ITOは、TiO、ZnO、CsドーピングTiOおよびセシウムカルボネートなどのn型金属酸化物または金属炭酸塩によって変性されることができる。特定の実施形態において、反転OPVは、Lloydら、「Influence of the hole−transport layer on the initial behavior and lifetime of inverted organic photovoltaics」、Solar Energy Materials and Solar Cells,95(5):1382−1388(2011)に記載の通り、溶液処理されたZnO n型インターフェース層を含むことができる。従来のデバイス構造と比較して、反転型デバイスは、腐食および吸湿性正孔輸送PEDOT:PSSおよび低仕事関数金属陰極のニーズを回避することによって、より良好な長期的周囲安定性を実行することができる。反転OPV電池の陽極は、Ag、Auなどから構成されることができ、任意選択のp型インターフェース層は、V、MoO、WOおよびNiOなどの遷移金属酸化物から構成される。
以下の実施例は本教示をさらに例示し、その理解を深めるために提供される。これは、いずれかの形態で本発明を限定するようには意図されない。
全ての試薬は、商業的供給源から購入し、特に明記しない限り、さらなる精製をせずに使用した。特徴決定データは、いくつかの場合、H−NMR、13C−NMRおよび/または元素分析によって提供される。NMRスペクトルは、Inova 500 NMR分光計(H、500MHz)によって記録された。元素分析は、Midwest Microlab,LLCによって実行された。
電子受容体ポリマーの調製
実施例1.ポリ{[N,N’−ビス(2−エチルヘキシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(NDI2EH−T2)]の調製
2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボキシ二無水物(NDA−Br)の調製:1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(2.8g、10.3mmol)および油剤(20%SO、100mL)混合物を2時間55℃で撹拌した。この混合物に、油剤(50mL)中のジブロモイソシアヌル酸(3.0g、10.5mmol)の溶液を40分かけて添加した。次いで、得られた混合物を85℃まで加温し、43時間この温度で維持した。室温まで冷却後、反応混合物を破砕された氷(420g)上に注ぎ入れ、水(400mL)で希釈し、次いで1時間、室温で撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離によって収集し、水およびメタノールで洗浄し、遠心分離によって収集して、最後に真空下で乾燥させて、緑がかった黄色の固体(3.6g、8.5mmol、収率82.2%)が得られた。元素分析(理論値C39.47、H0.47、N0.00):実測値C38.20、H0.79、N0.00。
N,N’−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI2EH−Br)の調製:NDA−Br(上記、1.6g、3.9mmol)、2−エチルヘキシルアミン(1.4mL、8.5mmol)、o−キシレン(6mL)およびプロピオン酸(2mL)の混合物を1時間140℃で撹拌した。室温まで冷却後、メタノール(10mL)を反応混合物に添加し、得られた沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥し、赤色固体(0.81g)として粗製生成物が得られた。溶離剤としてクロロホルム:ヘキサン(体積比5:1)の混合物を使用して、シリカゲル上カラムクロマトグラフィーによってさらなる精製を実行したところ、わずかに黄色の固体が生成物として得られた(0.61g、0.94mmol、収率24.4%)。H NMR(CDCl,500MHz):δ9.01(s,2H),4.10−4.25(m,4H),19.4−1.97(m,2H),1.20−1.40(m,16H),0.87−1.03(m,12H)。13C NMR(CDCl,125MHz):δ161.4,161.2,139.4,128.6,127.9,125.5,124.3,45.3,38.0,30.8,28.7,24.2,23.3,14.3,10.8。
P(NDI2EH−T2)の調製:アルゴン下、無水トルエン(5mL)中のNDI2EH−Br(上記、98mg、0.15mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(74mg、0.15mmol)およびPd(PPhCl(3.5mg、0.005mmol)の混合物を4日間90℃で撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(0.3mL)を反応物に添加し、得られた混合物をさらに12時間撹拌した。室温に冷却後、水(2.5mL)中のフッ化カリウム(1.2g)の溶液を添加した。この混合物を室温で2時間撹拌し、沈殿物を濾過によって収集した。固体を少量のクロロホルムで溶解し、メタノールを添加して、固体を濾過によって収集した。クロロホルムおよびアセトンを使用して、この手順を繰り返し、粗製生成物として濃青色の固体が得られた。この粗製生成物を、24時間、アセトンを用いてソックスレー抽出によって精製した(80mg、収率80.7%)。H NMR(CDCl,500MHz):δ8.82(br,2H),7.35(br,4H),4.15(br,4H),1.97(br,2H),1.18−1.70(m,br,16H).0.80−1.12(m,br,12H)。元素分析(理論値C69.91、H6.18、N4.29):実測値C69.63、H5.66、N3.71。
実施例2.ポリ{[N,N’−ビス(2−エチルヘキシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−2,5−チオフェン}[P(NDI2EH−T1)]の調製
P(NDI2EH−T1)の調製:アルゴン下、無水トルエン(5mL)中のNDI2EH−Br(実施例1、84mg、0.13mmol)、2,5’−ビス(トリメチルスタンニル)チオフェン(53mg、0.13mmol)およびPd(PPhCl(3.0mg、0.004mmol)の混合物を4日間90℃で撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(0.3mL)を添加し、得られた混合物を90℃でさらに12時間撹拌した。室温に冷却時、水(2.5mL)中のフッ化カリウム(1.2g)の溶液を添加した。この混合物を室温で2時間撹拌し、沈殿物を濾過によって収集した。固体を少量のクロロホルムで溶解し、メタノールを添加して、得られた固体を濾過によって収集した。クロロホルムおよびアセトンを使用して、この手順を繰り返し、粗製生成物として濃青色の固体が得られた(20.0mg、収率20.7%)。元素分析(理論値C71.55、H6.71、N4.91):実測値C71.59、H6.00、N4.56。
実施例3.ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(NDI2OD−T2)]の調製
1−ヨード−2オクチルドデカンの調製:0℃でジクロロメタン80mL中の2−オクチル−1−ドデカノール(12.42g、41.6mmol)、トリフェニルホスフィン(13.17g、50.2mmol)およびイミダゾール(3.42g、50.2mmol)の溶液に、ヨウ素(12.25g、48.3mmol)を添加した。30分間撹拌後、反応混合物を4時間かけて室温まで加温し、その後、12mLの飽和NaSO(水溶液)を添加した。有機物をエバポレーションによって濃縮し、混合物を500mLのペンタンに溶解し、200mLの水で3回、150mLの塩水で1回洗浄した。次いで、混合物を3cmのシリカゲルプラグに通過させて、NaSO上で乾燥させた。有機物をエバポレーションによって濃縮し、無色油状物(15.78g、収率92.9%)が得られた。H NMR(CDCl 500MHz):δ:2.60(d,J=5.0Hz,2H),2.00(t,J=5.0Hz,1H),1.30−1.20(b,32H),0.89(t,J=7.5Hz,6H);MS(EI):m/z(%)408.23(100)[M]。元素分析(理論値C58.81、H10.12):実測値C58.70、H9.97。
2−オクチルドデシルアミンの調製:1−ヨード−2オクチルドデカン(5.90g、14.5mmol)およびカリウムフタルイミド(2.94g、15.9mmol)を25mLのDMF中に溶解し、25℃で72時間、強力に撹拌した。反応混合物を200mLのペンタン中に注ぎ入れて、100mLの水で4回洗浄した。次いで、混合物を3cmのシリカゲルプラグに通過させて、濃縮し、無色油状物を得た。次に油状物を150mLのエタノールに溶解し、4mLのヒドラジン水和物を添加し、得られた混合物を加熱して、一晩還流した。得られた沈殿物を濾過によって収集し、100mLの水に溶解し、6M NaOH(水溶液)の添加によって溶液をアルカリ性にした。得られた混合物を200mLのペンタンに溶解し、100mLの水で4回、70mLの塩水で1回洗浄し、MgSO上で乾燥させ、濃縮し、無色油状物(3.08g、72%収率)を得た。H NMR(CDCl 500MHz):δ:2.60(d,J=5.0Hz,2H),2.00(t,J=5.0Hz,1H),1.30−1.20(b,32H),0.89(t,J=7.5Hz,6H);MS(EI):m/z(%)297.34(100)[M]。元素分析(理論値C80.73、H14.57):実測値C80.78、H14.52。
N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI2OD−Br)の調製:NDA−Br(実施例1、2.34g、5.49mmol)、2−オクチルドデシルアミン(4.10g、13.78mmol)、o−キシレン(18mL)およびプロピオン酸(6mL)の混合物を1時間140℃で撹拌した。室温に冷却時に、大部分の溶媒は真空下で除去され、溶離剤としてクロロホルム:ヘキサン(体積比1:1)の混合物を用いて、シリカゲル上でカラムクロマトグラフィーによって残渣を精製し、わずかに黄色の固体が生成物として得られた(1.98g、2.01mmol、収率36.7%)。H NMR(CDCl 500MHz):δ:8.95(s,2H),4.12(d,J=7.5Hz,4H),1.97(m,2H),1.20−1.40(m,64H),0.84−0.89(m,12H)。13C NMR(CDCl,125MHz):δ:161.3,161.1,139.3,128.5,127.8,125.4,124.2,45.6,36.6,32.1,32.0,31.7,30.2,29.9,29.8,29.7,29.6,29.5,26.5,22.9,22.8,14.3。元素分析(理論値C65.84、H8.60、N2.84):実測値C65.68、H8.60、N2.89。
P(NDI2OD−T2)の調製:アルゴン下、無水トルエン(5mL)中のNDI−2OD−Br(95mg、0.096mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(48mg、0.096mmol)およびPd(PPhCl(3.5mg、0.005mmol)の混合物を4日間90℃で撹拌した。次いでブロモベンゼン(0.2mL)を添加し、反応混合物をさらに12時間90℃で維持した。室温に冷却時に、水(2mL)中のフッ化カリウム(1g)の溶液を添加した。この混合物を2時間室温で撹拌し、その後、クロロホルム(60mL×2)で抽出した。有機層を組み合わせて、水(50mL×2)で洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥させて、ロータリーエバポレーションで濃縮した。残渣を少量のクロロホルムに溶解し、順番にメタノールおよびアセトン中で沈殿させた。得られた青色固体生成物を、アセトンを用いて48時間ソックスレー抽出によって精製した。残りの固体残渣をクロロホルム(50mL)に再溶解し、得られた混合物を加熱し、沸騰させた。室温に冷却時に、クロロホルム溶液を5μmフィルタに通して濾過し、濾液をメタノール(50mL)にゆっくり添加した。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、生成物として濃青色の固体が得られた(88.0mg、収率92.1%)。H NMR(CDCl 500MHz):δ:8.53−8.84(m,br,2H),7.20−7.48(br,4H),4.13(s,br,2H),2.00(s,br,4H),1.05−1.30(s,br,64H),0.87(s,br,12H)。GPC:M=47.8KDa,M=264.4KDa,PDI=5.53。元素分析(理論値C75.26、H8.96、N2.83、Br0.00):実測値C75.22、H9.01、N2.77、Br0.00。
実施例4.ポリ{[N,N’−ビス(1−メチルヘキシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(NDI1MH−T2)]の調製
N,N’−ビス(1−メチルヘキシル)−2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI1MH−Br)の調製:NDA−Br(実施例1、2.42g、5.68mmol)、1−メチルヘキシルアミン(2.5mL、16.55mmol)、プロピオン酸(12mL)およびo−キシレン(36mL)の混合物をアルゴン下、17時間140℃で撹拌した。室温に冷却時に、溶媒は真空下で除去され、溶離剤としてCHCl:ヘキサン(体積比1:1)の混合物を用いて、シリカゲル上カラムクロマトグラフィーを残渣に行い、わずかに黄色の固体が生成物として得られた(0.24g、0.39mmol、収率6.9%)。H NMR(CDCl,500MHz):δ8.96(s,2H),5.24(m,2H),2.13(m,2H),1.94(m,2H),1.56(d,J=7.0Hz,6H),1.10−1.40(m,12H),0.81−0.86(t,J=7.0Hz,6H)。13C NMR(CDCl,125MHz):δ:161.3,161.3,139.3,128.3,127.8,125.7,124.5,51.5,33.5,31.8,26.9,22.7,18.3,14.2。
P(NDI1MH−T2)の調製:アルゴン下、無水トルエン(12mL)中のNDI1MH−Br(上記、151mg、0.24mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(120mg、0.24mmol)およびPd(PPhCl(6.5mg、0.009mmol)の混合物を24時間90℃で撹拌した。次いでブロモベンゼン(0.2mL)を添加し、反応混合物をさらに12時間90℃で維持した。室温に冷却時に、反応混合物をメタノール(50mL)にゆっくり添加し、得られた混合物を10分間室温で撹拌した。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄した。次いで単離された固体をクロロホルム(30mL)に溶解し、5分間超音波処理した。水(8mL)中のフッ化カリウム(4g)の溶液を添加し、この混合物を1時間室温で強力に撹拌した。次いで、混合物をクロロホルム(100mL)で希釈し、水(100mL×2)で洗浄した。有機層をロータリーエバポレーション上で濃縮した。残渣をクロロホルム(30mL)に溶解し、その後、5分間超音波処理した。この混合物をメタノール(150mL)中で沈殿させ、濃青色の沈殿物が得られ、これを濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させた(143mg、収率94%)。アセトンを用いたソックスレー抽出およびメタノール中でのもう1回の沈殿を含むさらなる精製を行った。H NMR(CDCl,500MHz):δ8.70−8.82(br,2H),7.05−7.73(m,br,3H),6.64(br,1H),5.15−5.50(m,br,2H),0.71−2.43(m,br,28H)。
実施例5.ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’’’−(クオーターチオフェン)}[P(NDI2OD−T4)]の調製
N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−2,6−ビス(2−チエニル)ナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI2OD−T1)の調製:アルゴン下、無水トルエン(20mL)中のNDI2OD−Br(実施例1、280.0mg、0.28mmol)、2−トリメチルスタンニルチオフェン(400.0mg、1.62mmol)、Pd(PPhCl(28.0mg、0.04mmol)の混合物を22時間90℃で撹拌した。室温に冷却時に、反応混合物をクロロホルム(100mL)で希釈し、得られた混合物を水(80mL×2)で洗浄し、無水硫酸ナトリウム(NaSO)上で乾燥させて、ロータリーエバポレーション上で濃縮した。溶離剤としてクロロホルム:ヘキサン(体積比3:2)の混合物を使用して、シリカゲル上カラムクロマトグラフィーを残渣に行い、生成物としてオレンジ色固体が得られた(240.0mg、0.24mmol、85.2%)。H NMR(CDCl 500MHz):δ:8.77(s,2H),7.57(d,J=5.0Hz,2H),7.31(d,J=3.5Hz,2H),7.21(m,2H),4.07(d,J=7.5Hz,4H),1.95(m,2H),1.18−40(m,br,64H),0.84−0.88(m,12H);13C NMR(CDCl 125MHz):δ:162.8,162.6,141.1,140.4,136.8,128.4,128.2,127.7,127.6,125.6,123.6,45.0,36.6,32.1,31.7.30.3,29.9,29.8,29.7,29.6,29.5,26.6,22.9,14.4,14.3。
N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−2,6−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)ナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI2OD−BrT1)の調製:アルゴン下、DMF(20mL)中のNDI2OD−T1(200.0mg、0.20mmol)およびNBS(125.0mg、0.70mmol)の混合物を25時間80℃で撹拌した。室温に冷却時に、反応混合物を水(100mL)中に注ぎ入れ、得られた混合粒をクロロホルム(100mL)で抽出した。有機層が分離し、これを水(100mL×2)で洗浄し、無水NaSO上で乾燥させて、ロータリーエバポレーション上で濃縮した。溶離剤としてクロロホルム:ヘキサン(体積比2:3、徐々に1:1に上昇)の混合物を使用して、シリカゲル上カラムクロマトグラフィーを残渣に行い、生成物として赤色固体が得られた(145.0mg、0.13mmol、62.5%)。H NMR(CDCl,500MHz):δ:8.73(s,2H),7.15(d,J=4.0Hz,2H),7.09(d,J=4.0,2H),4.08(d,J=7.5Hz,4H),1.93−1.98(m,2H),1.20−1.40(br,m,64H),0.83−0.89(m,12H)。元素分析(理論値C64.79、H7.72、N2.44):実測値C64.50、H7.74、N2.49。
P(NDI2OD−T4)の調製:アルゴン下、無水トルエン(5mL)中のNDI2OD−BrT1(92.1mg、0.08mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(39.4mg、0.08mmol)およびPd(PPhCl(2.8mg、0.004mmol)の混合物を4日間90℃で撹拌した。次いでブロモベンゼン(0.3mL)を添加し、得られた混合物をさらに12時間撹拌した。室温に冷却後、水(2mL)中のフッ化カリウム(1g)の溶液を添加した。この混合物を1時間室温で撹拌し、その後、クロロホルム(150mL)で希釈した。得られた混合物を水(100mL×3)で洗浄し、無水NaSO上で乾燥させて、ロータリーエバポレーションで濃縮した。残渣をクロロホルム(30mL)に溶解し、順番にメタノール(50mL)中で沈殿させた。クロロホルムおよびアセトンを使用して、この手順を繰り返し、粗製生成物として濃青色の固体が得られた。得られた粗製生成物を、アセトンを用いて48時間ソックスレー抽出によって精製した。単離した固体をクロロホルム(50mL)に溶解し、次いでこれを加熱し、沸騰させた。室温に冷却後、クロロホルム溶液をシリンジフィルタ(5μm)に通過させ、濾液をメタノール(50mL)中で沈殿させた。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、濃青色の固体が得られた(87.0mg、94.1%)。H NMR(CDClCDCl,500MHz):δ:8.70−8.81(m,br,2H),7.10−7.40(m,br,8H),4.10(br,4H),1.99(s,br,2H),1.10−1.45(m,br,64H),0.86(m,br,12H)。GPC:M=67.4KDa,M=170.3KDa,PDI=2.5。元素分析(理論値C72.87、H8.04、N2.43):実測値C72.69、H8.06、N2.47。
実施例6.ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチアゾール)}[P(NDI2OD−TZ2)]の調製
P(NDI2OD−TZ2)の調製:アルゴン下、無水トルエン(12mL)中のNDI2OD−Br(実施例1、235mg、0.239mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチチアゾール(118mg、0.239mmol)およびPd(PPhCl(7.0mg、0.010mmol)の混合物を3日間90℃で撹拌した。次いでブロモベンゼン(0.3mL)を添加し、得られた混合物をさらに12時間撹拌した。室温に冷却後、水(4mL)中のフッ化カリウム(2g)の溶液を添加した。この混合物を1時間室温で撹拌して振盪し、その後、クロロホルム(150mL)で希釈した。得られた混合物を水(100mL×3)で洗浄し、無水NaSO上で乾燥させて、ロータリーエバポレーションで濃縮した。残渣をクロロホルム(50mL)に溶解し、メタノール(100mL)中で沈殿させた。クロロホルムおよびアセトンを使用して、この手順を繰り返し、粗製生成物として濃い赤色の固体が得られた。この粗製生成物を、アセトンを用いて72時間ソックスレー抽出によって精製した。単離した固体をクロロホルム(80mL)に溶解し、次いでこれを加熱し、沸騰させた。室温に冷却時、クロロホルム溶液をシリンジフィルタ(5μm)に通過させ、濾液をメタノール(80mL)中で沈殿させた。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、生成物として濃い赤色の固体が得られた(222mg、93.7%)。H NMR(CDCl,500MHz):δ:7.71(m,br,2H),7.54(m,br,2H),4.20−4.25(m,br,4H),1.69(m,br,2H),1.15−1.50(m,br,64H)0.80−0.95(m,br,12H)。元素分析(理論値C72.68、H8.74、N5.65):実測値C72.07、H8.61、N5.56。
実施例7.ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5−(4’,7’−ジ−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)}[P(NDI2OD−TBT)]の調製
P(NDI2OD−TBT)の調製(鈴木カップリング反応):アルゴン下、無水トルエン(4mL)およびDMF(2mL)中のN,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−2,6−ビス(5’−ブロモ−2’−チエニル)ナフタレン−1,4,5,8−ビス(ジカルボキシイミド)(NDI2OD−BrT1)(実施例5、85.0mg、0.074mmol)、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(28.7mg、0.074mmol)、炭酸カリウム(81.0mg、0.586mmol)およびPd(PPh(1.8mg、0.002mmol)の混合物を3日間100℃で撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(0.3mL)を添加し、得られた混合物をさらに12時間撹拌した。室温に冷却後、反応混合物をメタノール(200mL)に注ぎ入れ、得られた混合物を15分間室温で撹拌した。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、生成物として暗色固体を得た(62.0mg、74.6%)。元素分析(理論値C72.68、H8.07、N4.99):実測値C72.41、H7.90、N5.00。
P(NDI2OD−TBT)の調製(スティルカップリング反応):アルゴン下、無水トルエン(6.5mL)中のNDI2OD−Br(実施例1、84.3mg、0.086mmol)、5,5−ビス(トリメチルスタンニル)−4’,7’−ジ−2−チエニル)−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール(53.6mg、0.086mmol)およびPd(PPhCl(2.5mg、0.004mmol)の混合物を3日間90℃で撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(0.3mL)を添加し、得られた混合物をさらに12時間撹拌した。室温に冷却後、水(2mL)中のフッ化カリウム(1g)の溶液を添加した。この混合物を1時間室温で撹拌し、その後、クロロホルム(150mL)で希釈した。得られた混合物を水(100mL×3)で洗浄し、無水NaSO上で乾燥させて、ロータリーエバポレーションで濃縮した。残渣をクロロホルム(50mL)に溶解し、メタノール(100mL)中で沈殿させた。クロロホルムおよびアセトンを使用して、この手順を繰り返し、粗製生成物として暗色固体が得られた(58.0mg、60.3%)。
実施例8.ポリ{[N,N’−ビス(2−ヘキシルデシル)−1,4,5,8−ナフタレンジイミド−2,6−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(NDI2HD−T2)]の調製
P(NDI2HD−T2)の調製:アルゴン下、無水クロロベンゼン(100mL)中のNDI2OD−Br(1.02g、1.17mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(0.58g、1.17mmol)、Pddba(21.4mg、0.023mmol)およびP(o−tol)(28.4mg、0.093mmol)の混合物を18時間90℃で撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(2mL)を添加し、反応混合物をさらに14時間90℃で維持した。室温に冷却時に、水(8mL)中のKF(4g)の溶液を添加し、得られた混合物を1時間撹拌した。この反応混合物をクロロホルム(300mL)で希釈し、得られた混合物を水(200mL×3)で洗浄し、無水NaSO上で乾燥させて、真空下で濃縮した。残渣をクロロホルム(250mL)に溶解し、順番にメタノール(300mL)およびアセトン(300mL)中で沈殿させた。次いで、得られた粗製生成物に、メタノール(15時間)、アセトン(24時間)およびヘキサン(24時間)を用いてソックスレー抽出を行った。単離した固体生成物をクロロホルム(600mL)に溶解し、この溶液をメタノール(600mL)中で沈殿させた。濾液を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、濃青色の固体が得られた(1.01g、98.1%)。H NMR(CDClCDCl,500MHz):δ:8.50−8.80(br,2H),7.37(br,4H),4.13(br,4H),2.00(br,2H),1.20−1.60(br,m,48H),0.87(br,12H)。元素分析(理論値C73.93、H8.27、N3.19):実測値C74.29、H8.31、N3.37。高温GPC:M=16.7,M=55.4,PDI=3.3。
実施例9.ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−3,4:9,10−ペリレンジイミド−(1,7&1,6)−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(PDI2OD−T2)]の調製
N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−(1,7&1,6)−ジブロモペリレン−3,4:9,10−ビス(ジカルボキシアミド)(PDI2OD−Br)の調製:PDA−Br(0.44g、0.80mmol)、2−オクチルドデシルアミン(0.71g、2.4mmol)、o−キシレン(3mL)およびプロピオン酸(1mL)の混合物を2時間140℃で撹拌した。室温に冷却時に、大部分の溶媒は真空下で除去され、溶離剤としてクロロホルム:ヘキサン(体積比1:1、徐々に2:1に上昇)の混合物を用いて、シリカゲル上でカラムクロマトグラフィーによって残渣を精製し、生成物として赤色固体が得られた(0.63g、0.57mmol、収率71.5%)。H NMR(CDCl 500MHz):δ:9.51(d,J=8.0Hz,2H),8.94(s,2H),8.71(d,J=8.0Hz,2H),4.15(d,J=7.0Hz,4H),2.01(m,2H),1.20−1.50(m,64H),0.84−0.89(m,12H)。元素分析(理論値C69.30、H8.00、N2.53):実測値C69.42、H8.13、N2.61。
ポリ{[N,N’−ビス(2−オクチルドデシル)−3,4:9,10−ペリレンジイミド−(1,7&1,6)−ジイル]−alt−5,5’−(2,2’−ビチオフェン)}[P(PDI2OD−T2)]の調製:アルゴン下、無水トルエン(6mL)中のPDI2OD−Br(113.9mg、0.103mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(50.5mg、0.103mmol)およびPd(PPhCl(3.1mg、0.004mmol)の混合物を2日間90℃で撹拌した。次いでブロモベンゼン(0.2mL)を添加し、反応混合物をさらに12時間90℃で維持した。室温に冷却時に、水(2mL)中のフッ化カリウム(1g)の溶液を添加した。この混合物を2時間室温で撹拌し、その後、クロロホルム(150mL)で希釈した。得られた混合物を水(100mL×3)で洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥させて、ロータリーエバポレーションで濃縮した。残渣をクロロホルム(25mL)に溶解し、順番にメタノール(50mL)およびアセトン(50mL)中で沈殿させた。単離した暗色固体をクロロホルム(25mL)に溶解し、これを加熱し、沸騰させた。室温に冷却時、クロロホルム溶液を5μmフィルタに通過させ、濾液をメタノール(50mL)にゆっくり添加した。沈殿物を濾過によって収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させ、生成物として濃青色の固体が得られた(105.0mg、収率91.5%)。H NMR(CDClCDCl 500MHz):δ:8.72(m,br,2H),8.40(s,br,4H),7.12−7.45(m,br,4H),4.11(s,br,4H),2.01(s,br,2H),1.15−1.50(m,br,64H),0.84(s,br,12H)。GPC:M=11.0KDa,M=32.1KDa,PDI=2.9。元素分析(理論値C77.65、H8.33、N2.52):実測値C76.60、H7.94、N2.47。
実施例10.ジチエノコロネンジイミドをベースとするコポリマー[P(DTC2OD−T2)]の調製
PDI2OD−T2Br2の調製:乾燥DMF(100mL)中のPDI2OD−T2(1.95g、1.75mmol)およびNBS(1.12g、6.29mmol)の混合物を窒素下で17時間110℃で加熱した。室温に冷却後、反応混合物を乾燥するまでエバポレーションし、半固体粗製生成物を得た。粗製生成物を最初にカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ジクロロメタン:ヘキサン(体積比2:1))によって精製し、1,6および1,7の異性体混合物を得た。これは、第2のカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ジクロロメタン:ヘキサン(体積比1:1))の後、分離し、深紫色固体(1.0g、収率45%)として純粋な1,7異性体を得た。
DTC2OD−Brの調製:PDI2OD−T2Br(347mg、0.272mmol)およびヨウ素(147mg、0.552mmol)の混合物をベンゼン(200mL)に溶解し、16個のRPR3000Åランプを備えたRayonet RPR−100光化学反応器で15時間紫外線に暴露した。光化学反応を実行後、沈殿物を濾過し、メタノール、アセトンおよびヘキサンで連続的に洗浄し、真空オーブン(60℃、一晩)中で乾燥させ、オレンジ色固体(326mg、収率94%)として純粋な化合物が得られた。
P(DTC2OD−T2)の調製:無水トルエン(4mL)中で、試薬5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(11.6mg、0.024mmol)、DTC2OD−Br(30mg、0.024mmol)およびPd(PPhCl(0.8mg、0.0012mmol)を、密封されたフラスコ中、窒素下で19時間、90℃で加熱した。室温に冷却後、濃い緑色の粘性反応混合物をメタノール(20mL)中に注ぎ入れた。2時間撹拌後に、重力濾過によって沈殿した暗色固体を収集した。
電子供与体ポリマーの調製
実施例11.ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.23、y=0.77)の調製
Schlenkフラスコに、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(46.23mg、0.101mmol)、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ
[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(141.65mg、0.135mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(24.6mg、0.0309mmol)、Padba(4.93mg、0.00538mmol)およびP(o−tol)(13.10mg、0.431mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、窒素を充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をアセトンで1時間、ジクロロメタンで3時間、クロロホルムで3時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロベンゼンで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、表題のポリマー(40mg)を得た。
実施例12.ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.29、y=0.71)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(129.74mg、0.123mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(39.53mg、0.0863mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(27.43mg、0.345mmol)、Padba(4.513mg、0.000493mmol)およびP(o−tol)(12.00mg、0.394mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、窒素を充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(200mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体を酢酸エチルで5時間、THFで5時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロベンゼンで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、表題のポリマーを得た(64mg、収率49%)。
実施例13.ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.38、y=0.62)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(117.27mg、0.111mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(30.62mg、0.0668mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(33.64mg、0.0423mmol)、Padba(4.08mg、0.0045mmol)およびP(o−tol)(10.85mg、0.0356mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、窒素を充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで8時間、酢酸エチルで5時間、次いでジクロロメタンで15時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、表題のポリマー88mgを得た(収率72%)。
実施例14.ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.5、y=0.5)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(600mg、0.60mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(137.9mg、0.301mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(229.60mg、0.289mmol)、Padba(22.05mg、0.024mmol)およびP(o−tol)(58.63mg、0.193mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(90mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(200mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで5時間、酢酸エチルで5時間、ヘキサンで15時間、次いでジクロロメタンで5時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、表題のポリマー511mgを得た(収率75%)。
実施例15:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル(2,5−チオフェンジイル)}(x=0.5、y=0.5)の調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(20.77mg、0.025mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(12.35mg、0.025mmol)、4,8−ビス−(2−ヘキシル−デシルオキシ)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(52.3mg、0.055mmol)、Pd(dba)(1.83mg、2.0μmol)およびP(o−tol)(2.43mg、8.0μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系にアルゴンパージをし、その後、10mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間130℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーをメタノールから沈殿し、メタノール、酢酸エチルおよびジクロロメタンを用いて、ソックスレー抽出を使用して、さらに精製した。生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒の除去および真空下での乾燥後、16.0mgの重量であった(収率27.5%)。
実施例16:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル(2,5−チオフェンジイル)}(x=0.6、y=0.4)の調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(24.92mg、0.03mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(9.88mg、0.02mmol)、4,8−ビス−(2−ヘキシル−デシル)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(52.3mg、0.055mmol)、Pd(dba)(1.83mg、2.0μmol)およびP(o−tol)(2.43mg、8.0μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系にアルゴンパージをし、その後、10mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間131℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーを150mlのメタノールから沈殿し、メタノール、アセトン、ヘキサン、酢酸エチルおよびジクロロメタンを用いて、ソックスレー抽出によってさらに精製した。生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒の除去および真空下での乾燥後、38.0mgの重量であった(収率64.0%)。
実施例17:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル(2,5−チオフェンジイル)}(x=0.7、y=0.3)の調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(29.08mg、0.035mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(7.413mg、0.015mmol)、4,8−ビス−(2−ヘキシル−デシルオキシ)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(52.3mg、0.055mmol)、Pd(dba)(1.83mg、2.0μmol)およびP(o−tol)(2.43mg、8.0μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系にアルゴンパージをし、その後、10mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間135℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーをメタノールから沈殿し、メタノール、酢酸エチルおよびジクロロメタンを用いて、ソックスレー抽出を使用して、さらに精製した。生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒の除去および真空下での乾燥後、48.0mgの重量であった(収率77.5%)。
実施例18:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル(2,5−チオフェンジイル)}(x=0.8、y=0.2)の調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(33.23mg、0.04mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(4.94mg、0.01mmol)、4,8−ビス−(2−ヘキシル−デシルオキシ)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(52.3mg、0.055mmol)、Pd(dba)(1.83mg、2.0μmol)およびP(o−tol)(2.43mg、8.0μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系にアルゴンパージをし、その後、10mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間135℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーをメタノールから沈殿し、メタノール、アセトン、ヘキサン、酢酸エチルおよびジクロロメタンを用いて、ソックスレー抽出を使用して、さらに精製した。生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒の除去および真空下での乾燥後、36.0mgの重量であった(収率60%)。
実施例19:ポリ[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}(x=0.5、y=0.5)の調製
無水クロロベンゼン(10mL)中の試薬4,8−ビス−(2−ブチルオクチルオキシ)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(70mg、0.08mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(33.87mg、0.04mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(31.45mg、0.04mmol)、Pd(dba)(2.9mg、0.0032mmol)およびP(o−トリル)(3.85mg、0.0127mmol)を、密封フラスコ中、窒素下で16時間135℃で加熱した。室温に冷却後、濃い紫色の粘性反応混合物をメタノール(100mL)中に注ぎ入れた。最終的な沈殿ポリマーは、減圧濾過によって収集し、真空オーブン中で乾燥させ、黒色固体としてポリマーを得た(83.3mg、収率87%)。
実施例20:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.5、y=0.5)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(110mg、0.110mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(27.18mg、0.0552mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(43.93mg、0.053mmol)、Pddba(4.04mg、0.00441mmol)およびP(o−tol)(10.75mg、0.0353mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(10mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(94mg、収率72%)。
実施例21:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.45、y=0.55)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(104.66mg、0.105mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(27.10mg、0.055mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(37.32mg、0.045mmol)、Pddba(3.66mg、0.0042mmol)およびP(o−tol)(9.76mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(102mg、収率86.4%)。
実施例22:ポリ[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.4、y=0.6)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[(2−ヘキシルデシル)オキシ]−2,6−ビス(1,1,1トリメチル−スタンナニル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(104.66mg、0.105mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(29.56mg、0.06mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(33.17mg、0.04mmol)、Pddba(3.66mg、0.0042mmol),およびP(o−tol)(9.76mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロベンゼンで抽出した。クロロベンゼン溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(81.7mg、収率76.3%)。
実施例23:ポリ[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジクロロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}(x=0.5、y=0.5)の調製
無水クロロベンゼン(10mL)中の試薬4,8−ビス−(2−ブチルオクチルオキシ)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(60.0mg、0.068mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジクロロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(29.3mg、0.034mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(26.9mg、0.034mmol)、Pd(dba)(2.5mg、0.0027mmol)およびP(o−トリル)(3.3mg、0.011mmol)を、密封フラスコ中、窒素下で16時間135℃で加熱した。室温に冷却後、濃い紫色の粘性反応混合物をメタノール(100mL)中に注ぎ入れた。最終的な沈殿ポリマーは、減圧濾過によって収集し、真空オーブン中で乾燥させ、黒色固体としてポリマーを得た(78mg、収率93.8%)。
実施例24:ポリ[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−フルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[(2−ブチルオクチル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}(x=0.5、y=0.5)の調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5−フルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(20.32mg、0.025mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(19.87mg、0.025mmol)、4,8−ビス−(2−ブチル−オクチル)−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(44.23mg、0.050mmol)、Pd(dba)(1.83mg、2.0μmol)およびP(o−tol)(2.43mg、8.0μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系にアルゴンパージをし、その後、10mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を22時間132℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーをメタノールから沈殿し、メタノール、酢酸エチル、ヘキサンおよびジクロロメタンを用いて、ソックスレー抽出によってさらに精製した。生成物をジクロロメタンで抽出し、溶媒の除去および真空下での乾燥後、43mgの重量であった(収率71.6%)。
実施例25:ポリ[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.45、y=0.55)の調製
4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−1,5−ジチア−s−インダセンの調製:2−(2−ヘキシルデシル)チオフェン(7.12g、0.013mol)を500mLフラスコに添加した。系を3回真空にし、アルゴンを充填し、その後、250mLの無水THFを添加した。系を30分間0℃に冷却した後、ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、8.8mL、0.022mol)を滴下した。得られた混合物を1.5時間室温で撹拌し、その後、2.2gの1,5−ジチア−s−インダセン−4,8−ジオン(0.01mol)をアルゴンの流れの下で添加した。混合物を2時間60℃で加熱し、その後、室温に冷却した。150mLの30%HCl中9.5gのSnClの溶液を反応系にゆっくり添加した。混合物をさらに3時間60℃で加熱し、その後、室温に冷却した。ヘキサン(500mL)を添加し、白色固体が観察されなくなるまで、混合物を飽和NaCO溶液で洗浄し、次いで、MgSO上で乾燥させた。溶媒の除去後、溶離剤としてヘキサンを用いてクロマトグラフィーによる精製によって、4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−1,5−ジチア−s−インダセン(5.0g、収率62.2%)が得られた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.67(d,2H,J=5.5Hz),δ7.48(d,2H,J=5.5Hz),δ7.32(d,2H,J=3.5Hz),δ6.91(d,2H,J=3.5Hz),δ2.88(d,4H,J=6.5Hz),δ1.76(s,2H),δ1.38〜1.32(m,48H),δ0.91(m,12H)。
4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセンの調製:
4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−1,5−ジチア−s−インダセン(2.06g、2.56mmol)を200mLフラスコに添加した。系を3回真空にし、アルゴンを充填し、その後、80mLの無水THFを注入した。系を−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、2.3mL、5.6mmol)を添加した。混合物を30分間−78℃、次いでさらに1時間室温で撹拌した。系を再び−78℃に冷却し、その後、トリメチルスズクロリド(0.5g、2.5mmol)を数回に分けて添加した。撹拌を室温で一晩継続した。ヘキサン(200mL)を添加し、有機層を150mLの水で洗浄した。水層を100mLのヘキサンで2回抽出した。組み合わせた有機層を無水NaSO上で乾燥させた。真空下での溶媒の除去によって、一晩真空で乾燥させた後、最終生成物として黄色液体(2.2g、収率76.0%)が得られた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.57(s,2H),δ7.21(d,2H,J=3.0Hz),δ6.78(d,2H,J=3.5Hz),δ2.76(d,4H,J=6.5Hz),δ1.62(s,2H),δ1.26〜1.19(m,48H),δ0.76(m,12H),δ0.29(m,18H)。
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセン(118.5mg、0.105mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(27.10mg、0.055mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(37.32mg、0.045mmol)、Pddba(3.66mg、0.0042mmol)、およびP(o−tol)(9.76mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(59mg、収率43.3%)。
実施例26:ポリ[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.35、y=0.65)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセン(118.5mg、0.105mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(32.02mg、0.065mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(29.03mg、0.035mmol)、Pddba(3.66mg、0.0042mmol)およびP(o−tol)(9.76mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(110mg、収率84.9%)。
実施例27:ポリ[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.3、y=0.7)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセン(118.5mg、0.105mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−2−チエニル)5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(34.49mg、0.07mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−5−クロロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(24.88mg、0.03mmol)、Padba(3.66mg、0.0042mmol)、P(o−tol)(4.86mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(70.0mg、61.3%)。
実施例28:ポリ[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.5、y=0.5)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル1,5−ジチア−s−インダセン(118.5mg、0.105mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(24.71mg、0.050mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5,6−ジフルオロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(41.54mg、0.050mmol)、Padba(3.66mg、0.0042mmol)、P(o−tol)(9.76mg、0.0336mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで3時間、酢酸エチルで3時間、次いでジクロロメタンで18時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(52.0mg、39.5%)。
実施例29:ポリ[{2,6(4,8−ジドデシルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−alt−{5,5(1,4−ビス(2−ブチルオクチル)−3,6−ジチオフェン−2−イル−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン)}]の調製
10mLのマイクロウェーブ管に、2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−4,8−ジドデシルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(51.2mg、60μmol)、3,6−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−1,4−ビス−(2−ブチルオクチル)−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン(47.7mg、60μmol)、Pd(dba)(2.7mg、5モル%)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(3.7mg、20モル%)をアルゴン下で無水トルエン(5mL)中で混合した。次いで、管を30分で180℃まで加熱し、CEM Discover Microwave反応器によって、この温度で270分間保持した。冷却後、これをMeOH(50mL)に注ぎ入れ、濾過し、真空オーブン中で乾燥させて、暗褐色固体(68.4mg)を得た。ソックスレー装置を使用し、粗製生成物を、MeOH、ヘキサン、酢酸エチル、THFおよびクロロホルムで連続的に抽出した。クロロホルム抽出物をMeOH(100mL)に注ぎ入れ、固体を収集した。最後に、暗褐色固体(62.1mg、収率89%、Mn=792kDa、d=2.7)が得られた。元素分析:理論値C74.56、H9.21、N2.42、実測値:C74.42、H9.18、N2.55。
実施例30:ポリ[{2,6(4,8−ビス(2−エチルヘキシル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−alt−{5,5(1,4−ビス(2−ブチルオクチル)−3,6−ジチオフェン−2−イル−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン)}]の調製
10mLのマイクロウェーブ管に、2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−4,8−ビス(2−エチルヘキシル)[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(44.4mg、60μmol)、3,6−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−1,4−ビス−(2−ブチルオクチル)−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン(47.7mg、60μmol)、Pd(dba)(2.7mg、5モル%)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(3.7mg、20モル%)をアルゴン下で無水トルエン(5mL)中で混合した。次いで、管を30分で180℃まで加熱し、CEM Discover Microwave反応器によって、この温度で270分間保持した。冷却後、これをMeOH(50mL)に注ぎ入れ、濾過し、真空オーブン中で乾燥させて、暗褐色固体(61.0mg)を得た。ソックスレー装置を使用し、粗製生成物を、MeOH、ヘキサン、酢酸エチル、THFおよびクロロホルムで連続的に抽出した。クロロホルム抽出物をMeOH(100mL)に注ぎ入れ、固体を収集した。最後に、暗褐色固体(54.0mg、収率86%、M=26kDa、d=27)が得られた。元素分析:理論値C73.37、H8.66、N2.67、実測値:C73.06、H8.50、N2.80。
実施例31:ポリ[{2,6(4,8−ビス(2−エチルヘキシル)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−alt−{5,5(1,4−ビス(2−ブチルオクチル)−3,6−ジチオフェン−2−イル−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン)}]の調製
10mLのマイクロウェーブ管に、2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−4,8−ジドデシルオキシベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(53.1mg、60μmol)、3,6−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−1,4−ビス−(2−ブチルオクチル)−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン(47.7mg、60μmol)、Pd(dba)(2.7mg、5モル%)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(3.7mg、20モル%)をアルゴン下で無水トルエン(5mL)中で混合した。次いで、管を30分で180℃まで加熱し、CEM Discover Microwave反応器によって、この温度で270分間保持した。冷却後、これをMeOH(50mL)に注ぎ入れ、濾過し、真空オーブン中で乾燥させて、暗褐色固体を得た。ソックスレー装置を使用し、粗製生成物を、MeOH、ヘキサン、酢酸エチル、エーテルおよびジクロロメタンで連続的に抽出した。ジクロロメタン抽出物をMeOH(100mL)に注ぎ入れ、固体を収集した。最後に、暗褐色固体(45.0mg、収率63%、M=49kDa、d=30)が得られた。元素分析:理論値C72.55、H8.96、N2.35、実測値:C72.28、H8.85、N2.48。
実施例32:ポリ[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(3−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(4−ドデシル−2,5−チオフェンジイル)}−co−[{4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール−4,7−ジイル−(2,5−チオフェンジイル)}](x=0.5、y=0.5)の調製
Schlenkフラスコに、4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセン(118.5mg、0.105mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(22.91mg、0.05mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ドデシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(39.74mg、0.05mmol)、Padba(3.66mg、0.004mmol)、P(o−tol)(4.86mg、0.016mmol)を添加した。フラスコを3回脱気し、アルゴンを充填した。乾燥クロロベンゼン(20mL)を注入し、反応物を18時間130℃まで加熱した。反応物を室温まで冷却し、フラスコの含有物をメタノール(100mL)に注ぎ入れた。沈殿物を濾過によって収集し、固体をメタノールで6時間、酢酸エチルで16時間、次いでジクロロメタンで24時間抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムで抽出した。クロロホルム溶液をメタノールに注ぎ入れ、沈殿物を濾過によって再び収集し、真空下で乾燥させ、ポリマーを得た(60.0mg、46.8%)。元素分析:実測値(%):C72.16、H8.18、N2.27。
実施例33:ポリ[{2,6−(4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)−2−チエニル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)}−alt−{5,5−(1,4−ビスデシル−3,6−ジチオフェン−2−イル−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン)}]の調製
100mL貯蔵容器に、2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−4,8−ビス[5−(2−ヘキシルデシル)−2−チエニル]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(105.8mg、93.7μmol)、3,6−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−1,4−ビスデシル−1,4−ジヒドロピロロ[3,2−b]ピロール−2,5−ジオン(69.2mg、93.7μmol)、Pd(dba)(4.3mg、5モル%)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(5.7mg、20モル%)を、アルゴン下、無水クロロベンゼン(8mL)中で混合した。次いで、管を16時間135℃で加熱した。冷却後、これをMeOH(50mL)に注ぎ入れ、濾過し、真空オーブンで乾燥した。ソックスレー装置を使用し、粗製生成物を、MeOH、ヘキサン、酢酸エチル、ジクロロメタンおよびクロロホルムで連続的に抽出した。クロロホルム抽出物をMeOH(100mL)に注ぎ入れ、固体を収集した。最後に、濃青色固体(76mg、収率59%、トリクロロベンゼン中の高温GPC:M=21.6kDa、d=1.97)が得られた。元素分析:理論値C73.10、H8.62、N2.03、実測値C72.83、H8.51、N2.12。
実施例34:ナフトジチオフェンをベースとする供与体ポリマーの調製
ナフタレン−2,6−ジオール(16.0g、0.1mol)およびNaH(6.0g、0.25mol)をアルゴン下、500mLフラスコ中で一緒に組み合わせた。混合物を−78℃に冷却し、その後、無水DMF(200mL)を注入添加した。混合物は、有意な量のo気体を放出した。撹拌を2時間室温で継続した。混合物を再び−78℃に冷却した後、ジメチルスルフェート(31.5g、0.25mol)を滴下によって添加した。反応を室温で一晩継続し、その後、200mLの無水DMFを添加した。濾過によって白色粉末として、2,6−ジメトキシ−ナフタレン(16.0g、収率約85.1%)を収集し、水およびメタノールで洗浄し、その後、真空下で乾燥させた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.67(d,2H,J=8.5Hz),δ7.17(d×d,2H,J=8.5Hz×2.5Hz),δ7.13(d,2H,J=2.5Hz),δ7.13(d,2H,J=2.5Hz),δ3.93(s,6H)。
200mL Schlenkフラスコに、2,6−ジメトキシ−ナフタレン(3.76g、20.0mmol)を添加した。系を3回真空にし、アルゴンを充填し、その後、100mLの無水THFを添加した。混合物を30分間0℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(34mL、2.5M、85.0mmol)を滴下した。得られた混合物を室温で4時間撹拌し、その後、−78℃まで冷却した。2−(2,2−ジエトキシ−エチルジスルファノル)−1,1−ジエトキシエタン(26.6g、103mmol)を1回で注入した。5分後にドライアイス浴を取り外し、混合物を一晩撹拌した。反応をクエンチするために、水(100mL)を添加し、混合物を室温で10分間攪拌した。ヘキサン(150mL×3)を使用して生成物を抽出し、組み合わせた有機層を無水NaSOによって乾燥させた。メタノール(150mL)を添加し、2,6−ビス−(2,2−ジエトキシ−エチルスルファニル)−3,7−ジメトキシ−ナフタレン(5.0g、収率約52.0%)を黄色固体として濾過により収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.62(s,2H),δ7.00(s,2H),δ(t,2H,J=2.5Hz),δ3.99(s,6H),δ3.73(m,4H),δ3.60(m,4H),δ3.23(d,4H,J=2.5Hz),δ1.23(t,12H,J=9.0Hz)。
冷却器を備えた250mLの3つ口フラスコに、2,6−ビス−(2,2−ジエトキエチルスルファニル)−3,7−ジメトキシ−ナフタレン(5.0g、10.3mmol)および6.8gの84%ポリリン酸を添加した。系を15分間アルゴンでフラッシュし、その後、50mLの無水クロロベンゼンを添加した。混合物を40時間140℃で加熱し、その後、室温まで冷却した。ジクロロメタン(100mL)を添加した。有機混合物を飽和NaHCOで洗浄し、その後、溶媒を真空下で除去した。メタノール(100mL)を添加し、その後、濾過によって5,10−ジメトキシ−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(2.0g、収率約66%)を白色固体として収集し、メタノールで洗浄し、真空下で乾燥させた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.97(d,2H,J=5.5Hz),δ7.62(d,2H,J=5.5Hz),δ7.51(s,2H),δ4.18(s,6H)。
冷却器を備えた250mLの3つ口フラスコに、5,10−ジメトキシ−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(1.80g、6.0mmol)、1.14g(6.0mmol)のトルエン−4−スルホン酸(CHSOH・HO)および35mLの2−ブチルオクタノールを添加した。系をアルゴン下で一晩180℃で加熱し、その後、混合物を室温に冷却した。ヘキサン(200mL)を添加し、有機層を飽和NaHCOで洗浄し、その後、溶媒を真空下で除去した。過剰量の2−ブチルオクタノールは、真空下で蒸留された。ヘキサン/ジクロロメタン(体積比100/4)の溶離剤を用いて、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル)によって、無色液体として生成物5,10−ビス−(2−ブチル−オクチルオキシ)−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(2.5g、収率約68.5%)を得た。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.96(d,2H,J=5.5Hz),δ7.60(d,2H,J=5.5Hz),δ7.50(s,2H),δ4.23(d,4H,J=5.5Hz),δ1.99(m,2H),δ1.33(m,32H),δ0.96(t,6H,J=7.0Hz),δ0.90(t,6H,J=7.0Hz)。
5,10−ビス−(2−ブチル−オクチルオキシ)−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(1.41g、2.3mmol)を200mLフラスコに添加した。系を3回真空にし、アルゴンを充填し、その後、60mLの無水THFを注入した。混合物を−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(2.2mL、ヘキサン中2.5M、5.09mmol)を添加した。混合物を30分間−78℃で撹拌した後、白色沈殿が観察された。撹拌をさらに1時間室温で継続し、その後、混合物を再び−78℃に冷却した。トリメチルスズクロリド(1.20g、5.75mmol)を数回に分けて添加し、撹拌を室温で一晩継続した。ヘキサン(100mL)を添加し、有機層を150mLの水で洗浄した。水層を100mLのヘキサンで2回抽出した。組み合わせた有機層を無水NaSO上で乾燥させた。真空下での溶媒の除去によって、白色固体が得られた。ヘキサン/イソプロパノール混合物からの再結晶後、無色の結晶質生成物、5,10−ビス−(2−ブチル−オクチルオキシ)−2,7−ビス−トリメチルスタンナニル−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(1.70g、収率約79%)が得られた。H NMR(CDCl,500MHz):δ7.80(s,2H),δ7.69(s,2H),δ4.25(d,4H,J=5.5Hz),δ1.99(m,2H),δ1.33(m,32H),δ0.96(t,6H,J=7.0Hz),δ0.90(t,6H,J=7.0Hz),δ0.51(m,18H)。
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(47.69mg、0.06mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(9.16mg、0.02mmol)および5,10−ビス−(2−ブチル−オクチルオキシ)−2,7−ビス−トリメチルスタンナニル−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(74.77mg、0.08mmol)、Pd(dba)(2.93mg、3.2μmol)、P(o−tol)(3.90mg、12.8μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系をアルゴンでパージし、その後、16mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間135℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーを80mlのメタノールから沈殿し、メタノール、酢酸エチル、ジクロロメタンを用いてSoxlet装置によってさらに精製した。溶媒を除去し、真空下で乾燥後、残渣の重量は49.0mg(収率約81.6%)であった。
実施例35:ナフトジチオフェンをベースとする供与体ポリマーの調製
4,7−ビス−(5−ブロモ−4−ドデシル−チオフェン−2−イル)−5−クロロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(49.76mg、0.06mmol)、4,7−ビス−(5−ブロモ−チオフェン−2−イル)−5−クロロ−ベンゾ[1,2,5]チアジアゾール(9.85mg、0.02mmol)、5,10−ビス−(2−ブチル−オクチルオキシ)−2,7−ビス−トリメチルスタンナニル−1,6−ジチア−ジシクロペンタ[a,f]ナフタレン(74.77mg、0.08mmol)、Pd(dba)(2.93mg、3.2μmol)およびP(o−tol)(3.90mg、12.8μmol)を50mLフラスコ中で組み合わせた。系をアルゴンでパージし、その後、16mLの無水クロロベンゼンを添加した。反応混合物を18時間135℃で加熱した。室温に冷却後、ポリマーを80mlのメタノールから沈殿し、メタノール、酢酸エチル、ジクロロメタンを用いてSoxlet装置によってさらに精製した。溶媒を除去し、真空下で乾燥後、残渣の重量は83.0mg(収率約86.9%)であった。
実施例36:2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−(5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸)エステルの調製

1−ヨード−2−ヘキシルデカン(1):空気中、トリフェニルホスフィン(107.44g、410mmol、1.19当量)およびイミダゾール(28.9g、424mmol、1.23当量)をジクロロメタン(800mL)中に溶解した。2−ヘキシル−1−デカノール(100mL、345mmol、1.00当量)を溶液に添加し、反応混合物を0℃まで冷却した。ヨウ素(103.6g、408mmol、1.18当量)を1時間かけて数回に分けて添加し、その後、懸濁液をさらに1時間0℃で撹拌し、次いで、18時間、周囲温度で撹拌した。混合物を飽和NaSO水(150mL)でクエンチし、DCMを真空下で除去した。ヘキサン(200mL)を残渣に添加し、混合物を濾過し、沈殿した塩を除去した。有機材料をヘキサン(3×300mL)で抽出し、NaSO上で乾燥させ、シリカゲルのパッドを通して濾過し、次いで、真空下で濃縮し、無色透明の油状物が得られた(97.8g、収率82%)。H NMR(500MHz,CDCl)δ3.28(d,J=4.6Hz,2H),1.34−1.19(m,24H),1.12(b,1H),0.91−0.87(m,6H)。
2−(2−ヘキシルデシル)チオフェン(2):チオフェン(46.4g、551mmol、2.50当量)およびTHF(300mL)の溶液を−78℃まで冷却した。n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、212mL、528mmol、2.40当量)を1時間かけて添加した。混合物をさらに30分間−78℃で撹拌し、その後、THF(200mL)中の1−ヨード−2−ヘキシルデカン(90.0g、220mmol、1.00当量)の溶液を1時間かけてゆっくり添加した。−78℃で1時間撹拌後、反応混合物を周囲温度まで加温し、18時間撹拌した。水(200mL)を添加し、有機材料をEtO(3×250mL)で抽出し、追加の水で洗浄し、NaSO上で乾燥させ、濾過し、真空下で濃縮した。得られた茶色残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)によって精製し、淡黄色油状物が得られた(52.03g、収率77%)。H NMR(500MHz,CDCl)δ7.12(dd,J=5.2,1.2Hz,1H),6.92(m,1H),6.76(dd,J=3.4,0.9Hz,1H),2.76(d,J=6.7,2H),1.62(b,1H),1.33−1.21(m,24H),0.91−0.87(m,6H)。
5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸(3):2−(2−ヘキシルデシル)チオフェン(1.00g、3.24mmol、1.00当量)およびTHF(24mL)を50mL schlenkフラスコに添加した。溶液を0℃まで冷却した。次いで、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、1.36mL、1.05当量)を2分間かけて添加した。溶液を0℃で1時間撹拌し、次いで、氷/水浴を取り外し、溶液を周囲環境で20分間撹拌した。溶液を再び0℃に冷却し、二酸化炭素(25℃の加熱浴に配置した別のフラスコ中でTHFに浸漬されたドライアイスを昇華させることによって得た)を溶液中に30分間バブリングした。溶液を1N塩酸(50mL)およびEtOAc(50mL)で希釈した。有機層を塩水で洗浄し、MgSOで乾燥させ、濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(4:1ヘキサン−EtOAc、2%AcOH)による精製によって、無色液体(1.086g、収率95%)が得られた。H NMR(500MHz,CDCl)δ7.74(d,J=3.8Hz,1H),6.80(d,J=3.8Hz,1H),2.79(d,J=6.8,2H),1.67(b,1H),1.34−1.21(m,24H),0.91−0.87(m,6H)。
5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボニルクロリド(4):5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸(1.00g、2.84mmol、1.00当量)およびCHCl(5mL)を10mL schlenkフラスコに添加した。溶液を0℃まで冷却した。次いで、塩化オキサリル(0.60mL、6.5mmol、2.3当量)を添加した。氷/水浴を取り外し、室温まで加温しながら、溶液を64時間撹拌した。反応混合物を濃縮し、透明茶色液体(931mg、収率88%)が得られた。H NMR(400MHz,CDCl)δ7.84(d,J=3.9Hz,1H),6.87(d,J=3.8Hz,1H),2.81(d,J=6.7,2H),1.68(b,1H),1.34−1.19(m,24H),0.93−0.85(m,6H)。
還流冷却器を備えた250mL 2つ口丸底フラスコに、4,8−ジメトキシ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(5):ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオン(7.50g、34.0mmol、1.00当量)、エタノール(45mL)および水(45mL)を添加した。次いで、NaBH(3.89g、102mmol、3.00当量)を注意深く、数回に分けて添加した。反応混合物を1時間、還流するまで加熱した。フラスコを熱浴から取り外し、強力に撹拌しながら、水酸化カリウム(4.39g、78.2mmol、2.30当量)を反応混合物にゆっくり添加した。懸濁液を30分間還流下で撹拌し、その後、ジメチルスルフェート(16mL、170mmol、5.0当量)を添加し、懸濁液を64時間還流した。反応混合物を室温に冷却し、水(75mL)、ジエチルエーテル(500mL)、さらに水(300mL)で希釈した。有機層を塩水(200mL)で洗浄し、MgSOで乾燥させ、濃縮した。粗製材料をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(固体負荷、1:1から1:2への勾配でヘキサン−ジクロロメタン)によって精製し、白色固体(5.314g、収率62%)を得た。H NMR(400MHz,CDCl)δ7.52(d,J=5.5Hz,2H),7.41(d,J=5.5Hz,2H),2.81(d,J=6.7,2H),4.15(s,6H)。
2,6−ジブロモ−4,8−ジメトキシ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(6):4,8−ジメトキシ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(1.00g、3.99mmol、1.00当量)およびTHF(44mL)を100mL schlenkフラスコに添加し、混合物を−78℃まで冷却した。次いで、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、3.5mL、8.8mmol、2.2当量)を添加し、混合物を15分間−78℃で撹拌し、その後、ドライアイス/アセトン浴を取り外し、周囲環境で30分間撹拌した。懸濁液を−78℃まで冷却し、、四臭化炭素(3.18g、9.59mmol、2.40当量)を添加した。ドライアイス/アセトン浴を取り外し、混合物を1時間、周囲環境で撹拌した。水およびジクロロメタンを添加し(エマルジョンを破壊するために塩水も添加した)、水層をジクロロメタンで抽出した。有機層を塩水で洗浄し、MgSOで乾燥させ、濃縮した。粗製材料をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(固体負荷、1:1ジクロロメタンヘキサン)によって精製し、ヘキサン中で倍散し、ベージュ色結晶質固体(1.368g、収率84%)が得られた。H NMR(400MHz,CDCl)δ7.48(s,2H),4.07(s,6H)。
2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオール(7):2,6−ジブロモ−4,8−ジメトキシ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(500mg、1.22mmol、1.00当量)およびジクロロメタン(12mL)を50mLのschlenkフラスコに添加した。混合物を−78℃まで冷却し、三臭化ホウ素(ジクロロメタン中1.0Mの溶液、2.5mL、2.5mmol、2.1当量)をゆっくり添加した。混合物を−78℃で15分間撹拌し、その後、ドライアイス/アセトン浴を氷/水浴に交換した。16時間を撹拌しながら、反応混合物を室温まで加温し、その後、0℃まで冷却した。水(最初は滴下によって、合計150mL)および追加のジクロロメタン(50mL)を添加した。ジクロロメタンをロータリーエバポレーションで除去し、固体を濾過によって収集した。固体を水(25mL)およびジクロロメタン(25ml)で洗浄し、真空下での乾燥により淡青色/緑色粗製固体が得られ、これはさらなる精製をせずに次の工程で使用した(287mg)。H NMR(400MHz,CDCl)δ10.13(s,2H),7.71(s,2H)。
2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−(5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸)エステル(8):還流冷却器を備えた25mL 2つ口丸底フラスコに、2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−ジオール(150mg、0.395mmol、1.00当量)、ジクロロメタン(6mL)およびトリエチルアミン(0.22mL、1.6mmol、4.0当量)を添加した。次いで、ジクロロメタン(2mL)中の5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボニルクロリドの溶液を添加した。フラスコを45℃の熱浴に置き、反応混合物を16時間還流下で撹拌しその後、室温に冷却し、ジクロロメタン(60mL)で希釈し、水(60mL)で洗浄した。有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した。粗製材料をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(固体負荷、1:1ジクロロメタン−ヘキサン)によって精製し、白色固体(2工程で266mg、収率40%)を得た。融点76℃。H NMR(400MHz,CDCl)δ7.95(d,J=3.7Hz,2H),7.32(s,2H),6.93(d,J=3.6Hz,2H),2.87(d,J=6.6,4H),1.74(b,2H),1.40−1.21(m,48H),0.94−0.85(m,12H)。(C5272)の分析理論値:C59.53、H6.92。実測値:C59.46、H6.80。
2,6−ビス(トリメチルスタンニル)−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−(5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸)エステル(9):2,6−ジブロモ−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−4,8−(5−(2−ヘキシルデシル)−2−チオフェンカルボン酸)エステル(150mg、0.143mmol、1.00当量)およびTHF(7mL)を50mL schlenk管に添加した。溶液を−78℃まで冷却し、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、126μL、0.315mmol、2.2当量)を2分かけて添加した。混合物を1時間−78℃で撹拌し、その後、トリメチルスズクロリド(68mg、0.343mmol、2.40当量)を添加した。ドライアイス/アセトン浴を取り外し、反応物を2時間、周囲環境で撹拌し、その後、水(30mL)およびジエチルエーテル(50mL)で希釈した。有機層を水(30mL)および塩水(30mL)で洗浄し、MgSOで乾燥させ、濃縮し、黄色粗製油状物(101mg)を得た。これは、さらなる精製をせずに、重合工程で使用した。H NMR(400MHz,CDCl)δ7.99(d,J=3.7Hz,2H),7.34(s,2H),6.93(d,J=3.6Hz,2H),2.88(d,J=6.4,4H),1.75(b,2H),1.40−1.20(m,48H),0.93−0.85(m,12H),0.48−0.32(m,18H)。
実施例37:塩素化繰り返し単位の調製
塩素化繰り返し単位は、以下のスキームに従って調製することができる。
a)3−または4−塩素化チエニル基を含んでなる繰り返し単位:

b)3,7−二塩素化ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチエニル基を含んでなる繰り返し単位:



クロロ含有チオフェンのスタンニル化に関しては、Maguireら,J.Med.Chem.,37:2129−2137(1994);ブロモ含有芳香族化合物の塩素化に関しては、Leiら,Chem.Sci.DOI:10.1039/c3sc50245g(2013)を参照のこと。
実施例38:追加の4,8−ビス−置換−2,6−ビス−トリメチルスタンナニル−1,5−ジチア−s−インダセンの調製

繰り返し単位(M1a)の様々な実施形態を以下の通りに調製することができる。簡潔にいうと、適切なチエノ縮合出発化合物を約1〜1.5時間、周囲温度でTHF中、n−ブチルリチウムと反応させることができ、その後、1,5−ジチア−s−インダセン−4,8−ジオンを添加する。次いで、混合物を1〜2時間約50〜60℃で加熱することができ、その後、室温まで冷却する。続いて、HCl/HO中のSnClの溶液を添加して、これを約1〜3時間約50〜60℃で加熱し、その後、室温まで冷却する。トリメチルスタンナニル基で繰り返し単位(M1a)を官能化するために、n−ブチルリチウムを再び添加し(室温、約2時間)、その後、トリメチルスズクロリドを数回に分けて添加する(室温)。
実施例39−様々なチエノ縮合出発化合物の合成
実施例39A:ナフトチオフェンの調製

両置換および未置換のナフトチオフェンは、適切なフタル酸無水物から、全開示が参照によって本明細書に組み込まれる特開2010053094号公報に記載の合成ルートを使用して調製することができる(上記に再現される)。
実施例39B:ベンゾジチオフェンの調製


両置換および未置換のベンゾジチオフェンは、上記で提供される合成ルートを介して調製することができる。
実施例39C:ベンゾチエノチオフェンの調製

様々なベンゾチエノチオフェンは、上記の合成ルートを使用して調製することができる。
実施例39D:ジチエノチオフェンの調製

未置換ジチエノチオフェンは、それぞれの全開示が参照によって本明細書に組み込まれるChem.Commun.2002,2424;J.Mater.Chem.2003,13,1324およびChem.Commun.2009,1846にそれぞれ記載される合成ルート(a)、(b)または(c)を介して調製することができる。

置換ジチエノチオフェンは、それぞれの全開示が参照によって本明細書に組み込まれるJ.Mater.Chem.2007,17,4972;Chem.Mater.2007,19,4925およびSyn.Met.1999,987にそれぞれ記載される合成ルート(d)、(e)または(f)を介して調製することができる。
実施例39E:チエノチオフェンの調製

置換チエノチオフェンは、上記の合成ルートを使用して調製することができる。
実施例39F:ベンゾチオフェンの調製
置換ベンゾチオフェンは、下記の合成ルートを使用して調製することができる。
デバイス製造
実施例40.OPV電池の製造および特徴決定
反転OPVは、石鹸水、水、アセトンおよびイソプロパノール中での超音波処理と、それに続いて、ガラスオーブン中での貯蔵によってクリーニングされたITO被覆ガラス上で製造された。電子注入層の析出の直前に、基板をJelight UVO Cleaner(登録商標)42中で20分間UVオゾン処理した。ZnOフィルムは、以前公開された方法によって調製された。Lloydら、「Influence of the hole−transport layer on the initial behavior and lifetime of inverted organic photovoltaics」、Solar Energy Materials and Solar Cells,95,5,1382−1388(2011)を参照のこと。供与体:受容体(重量比1:1)ブレンド活性層をクロロホルム溶液からスピンキャストした。活性層のいくつかは、約3〜10分間、約80℃〜約180℃の範囲の温度で焼き鈍し、その後、上部電極の析出を行った。デバイス製造を完了するため、8nmの酸化バナジウム(V)および100nmのアルミニウムを連続的に、約10−6トルの真空下で熱的に析出した。デバイスの活性面積は約0.09cmであった。次いで、デバイスは、グローブボックス中、EPO−TEK OG112−6UV硬化性エポキシ(Epoxy Technology)を使用して、カバーグラスによってカプセル化した。
カプセル化されたデバイスの光起電性特徴を空気中で試験した。電流密度−電圧(J−V)曲線は、Keithley2400源測定装置を使用して得られた。光電流は、エアマス1.5グローバルフィルターを用いて、キセノン−ランプをベースとするソーラーシミュレーター(Newport 91160A 300W Class−A Solar Simulator、2インチ×2インチ均一ビーム)を使用して模擬AM1.5G照射(100mWcm−2)で測定した。光度は、カラーフィルターによるNREL較正シリコンフォトダイオードを使用して設定された。
本教示は、それらの精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態の実施形態を包含する。上記実施形態は、したがって、本明細書に記載される本教示を限定するものとしてではなく、全ての点において実例として考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、添付の請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内で生じる全ての変化は、その中に包含されるように意図される。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置される光活性層とを含んでなる光電子デバイスであって、前記光活性層が、ポリマー−ポリマーブレンド半導体材料を含んでなり、前記ポリマー−ポリマーブレンド半導体材料が、電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーを含んでなり、前記電子受容体ポリマーが、その骨格鎖に芳香族化合物縮合環ジイミド単位を含んでなるコポリマーであり、かつ前記電子供与体ポリマーが、その骨格鎖に1個または複数のチエニルまたはチエニル単位および少なくとも1個の電子不足単位を含んでなるコポリマーである、光電子デバイス。
(項2)
前記電子受容体ポリマーが、式1または2


(式中、
π−1およびπ−1’は、同一または異なって、独立して、任意選択で置換された縮合環部分であり、
およびR 1’ は、同一または異なって、独立して、C 1〜30 アルキル基、C 2〜30 アルケニル基、C 1〜30 ハロアルキル基、C 6〜20 アリール基および5〜14員ヘテロアリール基からなる群から選択され、前記C 6〜20 アリール基および前記5〜14員ヘテロアリール基は、C 1〜30 アルキル基、C 2〜30 アルケニル基またはC 1〜30 ハロアルキル基によって任意選択で置換され、
およびM a’ は、同一または異なって、独立して、リレンジイミドを含まない1個または複数の共役部分を含んでなる繰り返し単位であり、
pおよびqは、独立して実数であり、0.1≦p≦0.9、0.1≦q≦0.9であって、pおよびqの合計は約1であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数であるが、
ただし、以下の少なくとも1つは真である、すなわち、(a)π−1’はπ−1とは異なる、(b)R 1’ はR とは異なる、または(c)M a’ はM とは異なる)によって表される、上記項1に記載のデバイス。
(項3)
π−1およびπ−1’が、独立して、


からなる群から選択される、上記項2に記載のデバイス。
(項4)
前記電子受容体ポリマーが、式3または4


(式中、
R’およびR’’は、同一または異なって、独立して、H、F、Cl、−CNおよび−L−Rからなる群から選択され、Lは、それぞれ、独立して、−O−、−S−、−C(O)、−C(O)O−および共有結合からなる群から選択され、かつRは、それぞれ、独立して、C 6〜20 アルキル基、C 6〜20 アルケニル基およびC 6〜20 ハロアルキル基からなる群から選択され、
mおよびm’は、独立して、1、2、3、4、5または6であり、かつ
π−1、π−1’、R 、R 1’ 、pおよびqは、上記項5に定義される通りである)によって表される、上記項2に記載のデバイス。
(項5)
前記電子受容体ポリマーが、式5、6、7または8


(式中、R 、R 1’ 、p、qおよびnは、上記項5で定義される通りである)によって表される、上記項2に記載のデバイス。
(項6)
およびR 1’ が、分枝鎖C 3〜20 アルキル基、分枝鎖C 4〜20 アルケニル基および分枝鎖C 3〜20 ハロアルキル基からなる群から選択される、上記項2に記載のデバイス。
(項7)
およびR 1’ が、


からなる群から選択される、上記項6に記載のデバイス。
(項8)
前記電子供与体ポリマーが、式9


(式中、供与体サブユニット(D)は、1個または複数の電子供与基によって任意選択で置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富な8〜20員ヘテロアリール基を含んでなり、かつ受容体サブユニット(A)は、1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子不足8〜20員ヘテロアリール基を含んでなる)によって表される交互プッシュプル構造を有する、上記項1に記載のデバイス。
(項9)
前記供与体サブユニット(D)が、次式
(式中、R は、それぞれ、独立して、−L’−R 、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択され、L’は、−O−、−S−および共有結合からなる群から選択され、R は、C 3〜40 アルキル基、C 3〜40 アルケニル基およびC 3〜40 ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR 基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基である)の架橋ジチオフェン部分を含んでなる、上記項8に記載のデバイス。
(項10)
前記供与体サブユニット(D)が、次式


(式中、R は、それぞれ、直鎖または分枝鎖C 5〜40 アルキル基である)からなる群から選択される架橋ジチオフェン部分を含んでなる、上記項8に記載のデバイス。
(項11)
前記供与体サブユニット(D)が、次式


からなる群から選択され、式中、
は、


からなる群から選択され、それぞれ、1〜2個のR 基によって任意選択で置換され、かつR は、それぞれ、独立して、C 3〜40 アルキル基である架橋ジチオフェン部分を含んでなる、上記項8に記載のデバイス。
(項12)
前記受容体サブユニット(A)が、次式


(式中、δは、電子不足共役部分を表し、かつR は、それぞれ、F、Cl、Br、−NO 、−CN、−NC、−S(R 、−N(R 、−SO H、−SO 、−SO 、−SO NHR 、−SO N(R 、−COOH、−COR 、−COOR 、−CONHR 、−CON(R またはC 1〜20 ハロアルキル基からなる群から選択される電子求引性基であり、R は、C 1〜20 アルキル基、C 2〜20 アルケニル基、C 2〜20 アルキニル基またはC 1〜20 ハロアルキル基である)によって表される、上記項8に記載のデバイス。
(項13)
前記電子不足共役部分(δ)が、NおよびSから選択される2個以上のヘテロ原子を有する少なくとも1個の環、ならびに/あるいはF、Cl、オキソ基、カルボニル基、カルボン酸エステル基およびスルホニル基からなる群から選択される1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個の環のいずれかを含んでなる8〜14員多環式ヘテロアリール部分である、上記項12に記載のデバイス。
(項14)
前記電子不足共役部分(δ)が、


(式中、R は、それぞれ、独立して、C 3〜40 アルキル基、C 3〜40 アルケニル基およびC 3〜40 ハロアルキル基からなる群から選択され、かつR は、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O) −C 1〜20 アルキル、−C(O)−OC 1〜20 アルキル、−C(O)−C 1〜20 アルキル、C 1〜20 アルキル基、C 2〜20 アルケニル基、C 1〜20 アルコキシ基、C 1〜20 アルキルチオ基およびC 1〜20 ハロアルキル基からなる群から選択される)からなる群から選択される、上記項12に記載のデバイス。
(項15)
前記電子供与体ポリマーが、次式13または14


(式中、
は、それぞれ、−L’−R 、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択され、L’は、−O−、−S−および共有結合からなる群から選択され、R は、C 3〜40 アルキル基、C 3〜40 アルケニル基およびC 3〜40 ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR 基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基であり、
Rは、それぞれ、独立して、Cl、C 1〜20 アルキル基、C 1〜20 アルコキシ基およびC 1〜20 ハロアルキル基からなる群から選択され、
δは、


からなる群から選択され、
は、それぞれ、独立して、C 3〜40 アルキル基、C 3〜40 アルケニル基およびC 3〜40 ハロアルキル基からなる群から選択され、かつR は、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O) −C 1〜20 アルキル、−C(O)−OC 1〜20 アルキル、−C(O)−C 1〜20 アルキル、C 1〜20 アルキル基、C 2〜20 アルケニル基、C 1〜20 アルコキシ基、C 1〜20 アルキルチオ基およびC 1〜20 ハロアルキル基からなる群から選択され、
xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9であって、xおよびyの合計は約1であり、かつ
nは2〜5,000の範囲の整数である)を有するランダムコポリマーである、上記項1に記載のデバイス。
(項16)
が、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C 6〜20 アルキル基であり、かつR が、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R 、C(O)OR およびS(O) から選択され、R が、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C 6〜20 アルキル基である、上記項14に記載のデバイス。
(項17)
前記電子供与体ポリマーが、式15〜24(式中、R は、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C 3〜40 アルキル基であり、R は、それぞれ、H、Cl、C 1〜20 アルキル基、C 1〜20 アルコキシ基およびC 1〜20 ハロアルキル基からなる群から選択され、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択される交互コポリマーである、上記項5に記載のデバイス。
(項18)
前記電子供与体ポリマーが、式25〜42(式中、R は、それぞれ、直鎖または分枝鎖C 3〜40 アルキル基であり、Rは、それぞれ、Cl、C 1〜20 アルキル基、C 1〜20 アルコキシ基およびC 1〜20 ハロアルキル基から選択され、xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9(0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8)であって、xおよびyの合計は約1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択されるランダムコポリマーである、上記項5に記載のデバイス。
(項19)
前記電子供与体ポリマーが、式43〜56(式中、R 、R 、R は、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C 3〜40 アルキル基であり、R は、それぞれ、H、Cl、C 1〜20 アルキル基、C 1〜20 アルコキシ基およびC 1〜20 ハロアルキル基から選択され、R は、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R 、C(O)OR およびS(O) から選択され、R は、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C 6〜20 アルキル基であり、rは0または1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択される交互コポリマーである、上記項5に記載のデバイス。
(項20)
陽極、陰極、任意選択で1層または複数の陽極中間層、任意選択で1層または複数の陰極中間層、および前記陽極と前記陰極との間の光活性層を含んでなる、有機光起電性デバイスとして構成される、上記項1に記載のデバイス。
(項21)
前記電子供与体ポリマーおよび前記電子受容体ポリマーがバルクヘテロ接合を形成する、上記項20に記載のデバイス。
(項22)
電力変換効率が少なくとも約3%である、上記項1〜21のいずれか一項に記載のデバイス。

Claims (13)

  1. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置される光活性層とを含んでなる光電子デバイスであって、前記光活性層が、ポリマー−ポリマーブレンド半導体材料を含んでなり、前記ポリマー−ポリマーブレンド半導体材料が、電子供与体ポリマーおよび電子受容体ポリマーを含んでなり、前記ポリマー−ポリマーブレンド半導体材料中の電子供与体ポリマー対電子受容体ポリマーの重量比は、約20:1〜約1:20であり、
    ここで、前記電子受容体ポリマーが、式1または2
    (式中、
    π−1およびπ−1’は、同一であるかまたは異なって、独立して、任意選択で置換された縮合環部分であり、
    およびR1’は、同一であるかまたは異なって、独立して、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基、C1〜30ハロアルキル基、C6〜20アリール基および5〜14員ヘテロアリール基からなる群から選択され、前記C6〜20アリール基および前記5〜14員ヘテロアリール基は、C1〜30アルキル基、C2〜30アルケニル基またはC1〜30ハロアルキル基によって任意選択で置換され、
    およびMa’は、同一であるかまたは異なって、独立して、リレンジイミドを含まない1個または複数の共役部分を含んでなる繰り返し単位であり、
    pおよびqは、独立して実数であり、0.1≦p≦0.9、0.1≦q≦0.9であって、pおよびqの合計は約1であり、かつ
    nは2〜5,000の範囲の整数であるが、
    ただし、以下の少なくとも1つは真である、すなわち、(a)π−1’はπ−1とは異なる、(b)R1’はRとは異なる、または(c)Ma’はMとは異なる)によって表され、そして
    ここで、前記電子供与体ポリマーが、その骨格鎖に1個または複数のチエニルまたはチエノチエニル単位および少なくとも1個の電子不足単位を含んでなるコポリマーであり、
    前記電子供与体ポリマーが、式9

    (式中、供与体サブユニット(D)は、1個または複数の電子供与基によって任意選択で
    置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子豊富な8〜20員ヘテロアリール基を含んでなり、かつ受容体サブユニット(A)は、1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個のチエニルまたはチエノチエニル基、および/または少なくとも1個の任意選択で置換された電子不足8〜20員ヘテロアリール基を含んでなる)によって表される交互プッシュプル構造を有し、
    また、前記供与体サブユニット(D)が、次式

    (式中、Rは、それぞれ、独立して、−L’−R、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択され、L’は、共有結合であり、Rは、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基である)の架橋ジチオフェン部分を含んでなり、
    任意選択で前記供与体サブユニット(D)が、次式

    (式中、

    は、

    からなる群から選択され、それぞれ、1〜2個のR基によって任意選択で置換され、かつRは、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基である)からなる群から選択される架橋ジチオフェン部分を含んでなり、
    π−1がナフタレンジイミドであることを特徴とする、光電子デバイス。
  2. π−1’が、
    からなる群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記電子受容体ポリマーが、式3または4
    (式中、
    R’およびR’’は、同一であるかまたは異なって、独立して、H、F、Cl、−CNおよび−L−Rからなる群から選択され、Lは、それぞれ、独立して、−O−、−S−、−C(O)、−C(O)O−および共有結合からなる群から選択され、かつRは、それぞれ、独立して、C6〜20アルキル基、C6〜20アルケニル基およびC6〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、
    mおよびm’は、独立して、1、2、3、4、5または6であり、かつ
    π−1、π−1’、R、R1’、pおよびqは、請求項1に定義される通りである)によって表される、請求項1に記載のデバイス。
  4. 前記電子受容体ポリマーが、式6
    (式中、Rおよびnは、請求項1で定義される通りである)によって表される、請求項1に記載のデバイス。
  5. およびR1’が、分枝鎖C3〜20アルキル基、分枝鎖C4〜20アルケニル基および分枝鎖C3〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、任意選択でRおよびR1’が、
    からなる群から選択される、請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記受容体サブユニット(A)が、次式
    (式中、δは、電子不足共役部分を表し、かつRは、それぞれ、F、Cl、Br、−NO、−CN、−NC、−S(R 、−N(R 、−SOH、−SO、−SO、−SONHR、−SON(R、−COOH、−COR、−COOR、−CONHR、−CON(RまたはC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択される電子求引性基であり、Rは、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C2〜20アルキニル基またはC1〜20ハロアルキル基である)によって表される、請求項に記載のデバイス。
  7. 前記電子不足共役部分(δ)が、NおよびSから選択される2個以上のヘテロ原子を有する少なくとも1個の環、ならびに/あるいはF、Cl、オキソ基、カルボニル基、カルボン酸エステル基およびスルホニル基からなる群から選択される1個または複数の電子求引性基によって置換された少なくとも1個の環のいずれかを含んでなる8〜14員多環式ヘテロアリール部分であり、
    任意選択で前記電子不足共役部分(δ)が、
    (式中、Rは、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基から選択され、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O)−C1〜20アルキル、−C(O)−OC1〜20アルキル、−C(O)−C1〜20アルキル、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C1〜20アルコキシ基、C1〜20アルキルチオ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択される)からなる群から選択される、
    請求項6に記載のデバイス。
  8. 前記電子供与体ポリマーが、次式13または14
    (式中、
    は、それぞれ、−L’−R、−L’−Ar’および−L’−Ar’−Ar’からなる群から選択され、L’は、−O−、−S−および共有結合からなる群から選択され、Rは、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基からなる群から選択され、かつAr’は、それぞれ、独立して、1〜2個のR基によって任意選択で置換された5〜14員ヘテロアリール基であり、
    Rは、それぞれ、独立して、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、
    δは、
    からなる群から選択され、
    は、それぞれ、独立して、C3〜40アルキル基、C3〜40アルケニル基およびC3〜40ハロアルキル基から選択され、かつRは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、−CN、−S(O)−C1〜20アルキル、−C(O)−OC1〜20アルキル、−C(O)−C1〜20アルキル、C1〜20アルキル基、C2〜20アルケニル基、C1〜20アルコキシ基、C1〜20アルキルチオ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、
    xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9であって、xおよびyの合計は約1であり、かつ
    nは2〜5,000の範囲の整数である)を有するランダムコポリマーである、請求項1に記載のデバイス。
  9. が、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であり、かつRが、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択され、Rが、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基である、請求項7に記載のデバイス。
  10. 前記電子供与体ポリマーが、式15〜24
    (式中、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であり、Rは、それぞれ、H、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基からなる群から選択され、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択される交互コポリマーである、請求項4に記載のデバイス。
  11. 前記電子供与体ポリマーが、式25〜42
    (式中、Rは、それぞれ、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であり、Rは、それぞれ、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択され、xおよびyは、独立して実数であり、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9(0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8)であって、xおよびyの合計は約1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択されるランダムコポリマーである、請求項4に記載のデバイス。
  12. 前記電子供与体ポリマーが、式43〜56
    (式中、R、R、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C3〜40アルキル基であり、Rは、それぞれ、H、Cl、C1〜20アルキル基、C1〜20アルコキシ基およびC1〜20ハロアルキル基から選択され、Rは、それぞれ、独立して、H、F、Cl、C(O)R、C(O)ORおよびS(O)から選択され、Rは、それぞれ、独立して、直鎖または分枝鎖C6〜20アルキル基であり、rは0または1であり、かつnは5〜5,000の範囲の整数である)からなる群から選択される交互コポリマーである、請求項4に記載のデバイス。
  13. 陽極、陰極、任意選択で1層または複数の陽極中間層、任意選択で1層または複数の陰極中間層、および前記陽極と前記陰極との間の光活性層を含んでなる、有機光起電性デバイスとして構成され、
    任意選択で前記電子供与体ポリマーおよび前記電子受容体ポリマーがバルクヘテロ接合を形成する、
    請求項1に記載のデバイス。
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