JP7182606B2 - High Performance Wide Bandgap Polymers for Organic Photovoltaics - Google Patents
High Performance Wide Bandgap Polymers for Organic Photovoltaics Download PDFInfo
- Publication number
- JP7182606B2 JP7182606B2 JP2020504368A JP2020504368A JP7182606B2 JP 7182606 B2 JP7182606 B2 JP 7182606B2 JP 2020504368 A JP2020504368 A JP 2020504368A JP 2020504368 A JP2020504368 A JP 2020504368A JP 7182606 B2 JP7182606 B2 JP 7182606B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- repeating unit
- copolymer
- group
- alkyl
- ester
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
- C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/14—Side-groups
- C08G2261/141—Side-chains having aliphatic units
- C08G2261/1412—Saturated aliphatic units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/14—Side-groups
- C08G2261/146—Side-chains containing halogens
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/14—Side-groups
- C08G2261/149—Side-chains having heteroaromatic units
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
- C08G2261/3223—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
- C08G2261/3241—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more nitrogen atoms as the only heteroatom, e.g. carbazole
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
- C08G2261/3243—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. benzothiophene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
- C08G2261/3246—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing nitrogen and sulfur as heteroatoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/34—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/344—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain containing heteroatoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/40—Polymerisation processes
- C08G2261/41—Organometallic coupling reactions
- C08G2261/414—Stille reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/90—Applications
- C08G2261/91—Photovoltaic applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/045—Fullerenes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Description
関連出願との関係
本出願は、「有機太陽光発電用の高性能ワイドバンドギャップポリマー」という表題の2017年7月28日に出願された米国特許仮出願第65/538,362号明細書、および米国特許出願第16/038,364号明細書の利益および優先権を主張するPCT国際出願であり、双方とも引用により全部、本明細書に編入する。
RELATING TO RELATED APPLICATIONS This application is related to U.S. Provisional Patent Application No. 65/538,362, filed July 28, 2017, entitled "High Performance Wide Bandgap Polymers for Organic Photovoltaics"; and PCT International Applications claiming benefit of and priority to US Patent Application No. 16/038,364, both of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
連邦政府により資金提供を受けた研究開発に関する記載
なし
STATEMENT REGARDING FEDERALLY FUNDED RESEARCH AND DEVELOPMENT None
本発明は、有機太陽光発電用の高性能ワイドバンドギャップ(wide-bandgap)ポリマーに関する。 The present invention relates to high performance wide-bandgap polymers for organic photovoltaics.
太陽光発電を使用する太陽エネルギーには、光を電気に変換する活性な半導体材料が必要である。現在、シリコンに基づく太陽電池がそれらの高い電力変換効率から優位を保っている技術である。最近、有機材料に基づく太陽電池が、特に材料および処理において潜在的に低コストであるという興味深い特性を示した。 Solar energy using photovoltaics requires active semiconductor materials that convert light into electricity. Currently, silicon-based solar cells are the dominant technology due to their high power conversion efficiency. Recently, solar cells based on organic materials have shown interesting properties, especially their potentially low cost in materials and processing.
有機太陽光発電電池は、従来のシリコンに基づく装置と比べた場合に多くの有望な利点を有する。有機太陽光発電電池は重量が軽く、使用する材料が経済的で、しかも柔軟なプラスチックホイルのような低コスト基材に付着することができる。しかし有機太陽光発電装置は一般に、比較的電力変換効率が低い(入射光子 対 生成されるエネルギーの比)。これは一部は活性層の形態によると考えられる。生成した電荷担体は、再結合(recombination)または消光が起こる前にそれらの各電極に移動しなければならない。励起子の拡散長は、一般に光吸収長よりもかなり短く、これには厚く抵抗が高い電池で多数回または高度に折りたたまれるインターフェースを使用すること、あるいは薄い電池で低い光吸収効率との間の妥協点を求めることが必要となる。 Organic photovoltaic cells have many potential advantages when compared to conventional silicon-based devices. Organic photovoltaic cells are light in weight, economical in materials, and can be attached to low-cost substrates such as flexible plastic foils. However, organic photovoltaic devices generally have relatively low power conversion efficiencies (ratio of incident photons to generated energy). This is thought to be due in part to the morphology of the active layer. The generated charge carriers must migrate to their respective electrodes before recombination or quenching occurs. The exciton diffusion length is generally much shorter than the optical absorption length, which can be compromised by the use of multiple or highly folded interfaces in thick, high-resistivity cells, or the low optical absorption efficiency in thin cells. A compromise must be sought.
キノキサリンジチオフェンコポリマーの有機太陽光発電用への最初の使用が報告されたのは2008年であった。キノキサリンジチオフェン構造の1つの魅力的な特徴は、それが臭素原子またはトリメチルスタンニル基のいずれかで容易に官能化されることができ、すなわちそれを広範なコモノマーと共重合できるようにする点である。開回電圧を上げることができるキノキサリンジチオフェンコポリマーを見出す必要性が存在する。 The first reported use of quinoxaline dithiophene copolymers for organic photovoltaics was in 2008. One attractive feature of the quinoxalinedithiophene structure is that it can be easily functionalized with either the bromine atom or the trimethylstannyl group, thus allowing it to be copolymerized with a wide range of comonomers. is. A need exists to find quinoxaline dithiophene copolymers that can increase the open voltage.
反復単位A、ただし反復単位Aは
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ここで反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマー。このコポリマーにおいて、X1,X2,X3,およびX4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そしてR1,R2,R3,R4,R5およびR6は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択される。
Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
A copolymer comprising In this copolymer, X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups; 1 , R2 , R3 , R4 , R5 and R6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups.
反復単位E、ただし反復単位Eは
反復単位H、ただし反復単位Hは
任意の反復単位J、ただし反復単位Jは
反復単位K、ただし反復単位Kは
を含んでなるコポリマー。このコポリマーにおいて、X1、X2、X3およびX4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基から独立して選択され;R1、R2,R3およびR4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され;そしてDはアリール基を含んでなる。
Repeating unit E, where repeating unit E is
Repeating unit H, where repeating unit H is
Any repeating unit J, where repeating unit J is
A copolymer comprising In this copolymer, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are independently selected from: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups; R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups; and D comprises an aryl group.
反復単位F、ただし反復単位Fは
反復単位G、ただし反復単位Gは
任意の反復単位J、ただし反復単位Jは
および
反復単位K、ただし反復単位Kは
を含んでなるコポリマー。このコポリマーにおいて、X1、X2、X3およびX4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基から独立して選択され;R5およびR6は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され;そしてDはアリール基を含んでなる。
Repeating unit F, where repeating unit F is
Repeating unit G, where repeating unit G is
and repeat unit K, where repeat unit K is
A copolymer comprising In this copolymer, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are independently selected from: H, Cl, F , CN, alkyl, alkoxy, ester , ketone, amide and aryl groups; : H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups; and D comprises an aryl group.
本発明およびその利点のより完全な理解は、添付の図面と一緒に以下の説明を参照することにより得ることができる。
詳細な説明
ここで今、本発明の好適な構成(1もしくは複数)の詳細な説明に移り、本発明の特徴および概念は他の構成でも実現できること、ならびに本発明の範囲は記載または具体的に説明する態様に限定されないと理解すべきである。本発明の範囲は、続く請求の範囲により限定されるのみであると意図している。
DETAILED DESCRIPTION We now turn to a detailed description of the preferred configuration(s) of the invention, that the features and concepts of the invention may be implemented with other configurations, and that the scope of the invention may be as described or specifically described. It should be understood that it is not limited to the described embodiments. It is intended that the scope of the invention be limited only by the claims that follow.
本明細書で使用するように、「アルキル」は脂肪族炭化水素鎖を指す。1つの態様では、脂肪族炭化水素鎖は、1から約100個の炭素原子、好ましくは1から30個の炭素原子、より好ましくは1から20個の炭素原子であり、そしてメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソぺンチル、ネオ-ペンチル、n-ヘキシルおよびイソヘキシルのような直鎖および分岐鎖を含む。本出願では、アルキル基は置換および非置換アルキル基の可能性を含むことができる。 As used herein, "alkyl" refers to an aliphatic hydrocarbon chain. In one aspect, the aliphatic hydrocarbon chain is 1 to about 100 carbon atoms, preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and is methyl, ethyl, n -including straight and branched chains such as propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, t-butyl, n-pentyl, isopentyl, neo-pentyl, n-hexyl and isohexyl. In this application, alkyl groups can include the possibility of substituted and unsubstituted alkyl groups.
本明細書で使用する「アルコキシ」は基R-O-を指し、ここでRは1から100個の炭素原子のアルキル基である。本出願では、アルコキシ基は置換および非置換アルコキシ基の可能性を含むことができる。 As used herein, "alkoxy" refers to the group RO-, where R is an alkyl group of 1 to 100 carbon atoms. In this application, alkoxy groups can include the possibility of substituted and unsubstituted alkoxy groups.
本明細書で使用する「アリール」は、約5から約50個の炭素原子(およびその中の炭素原子数の範囲および具体的数の全ての組み合わせおよび部分的組み合わせ)を有する、場合により置換されたモノ-、ジ-、トリ-、または他の多環式芳香族環系を指し、約6から約10個の炭素原子が好適である。非限定的例には例えば、フェニル、ナフチル、アントラセニル、およびフェナントレニルを含む。アリール基は場合により1もしくは1以上のRxで置換され得る。本出願では、アリール基は置換アリール基、架橋アリール基および縮合アリール基の可能性を含むことができる。 As used herein, an “aryl” is an optionally substituted group having from about 5 to about 50 carbon atoms (and all combinations and subcombinations of ranges and specific numbers of carbon atoms therein). mono-, di-, tri-, or other polycyclic aromatic ring systems of about 6 to about 10 carbon atoms are preferred. Non-limiting examples include, for example, phenyl, naphthyl, anthracenyl, and phenanthrenyl. Aryl groups can be optionally substituted with one or more Rx. In this application, aryl groups can include the possibilities of substituted aryl groups, bridged aryl groups and fused aryl groups.
本明細書で使用する「エステル」は、式―COORの基を表し、式中Rは「アルキル」、「アリール」、「ヘテロシクロアルキル」または「ヘテロアリール」部分を表すか、あるいは上記定義のように置換されたものを表す。 As used herein, "ester" refers to a group of formula -COOR, where R represents an "alkyl", "aryl", "heterocycloalkyl" or "heteroaryl" moiety, or as defined above. represents the permuted
本明細書で使用する「ケトン」は、-C(O)Rxのような炭素原子に連結されたカルボニル基を有する有機化合物を表し、ここでRxはアルキル、アリール、シクロアルキル、シクロアルケニルまたは複素環であることができる。 As used herein, "ketone" refers to an organic compound having a carbonyl group attached to a carbon atom such as -C(O)Rx, where Rx is an alkyl, aryl, cycloalkyl, cycloalkenyl or hetero can be a ring.
本明細書で使用する「アミド」は、式「-C(O)NRxRy」の基を表し、式中、RxおよびRyは、同じか、または独立してH、アルキル、アリール、シクロアルキル、シクロアルケニルまたは複素環であることができる。 As used herein, "amido" represents a group of formula "-C(O)NR x R y ", where R x and R y are the same or independently H, alkyl, aryl , cycloalkyl, cycloalkenyl or heterocycle.
本発明の特定態様の以下の例を与える。各例が本発明の説明により提供され、本発明の多くの態様の1つ、および以下の例が本発明の範囲を限定し、または定めると読まれるべきではない。 The following examples of specific embodiments of the invention are given. Each example is provided by way of explanation of the invention, one of many aspects of the invention, and the following examples should not be read as limiting or defining the scope of the invention.
装置の構造
太陽光発電装置として使用する場合、構造は従来の構造の装置でよいが、他の点は逆構造の装置であることができる。従来構造の装置は一般に、正電荷(正孔)を集めるための基材として透明なアノード、および負電荷(電子)を集めるためのカソードを含む多層構造で構成され、そして光活性層が2つの電極間に挟まれている。追加の電荷移動中間層が、正孔および電子移動を容易にするために活性層と電極との間に挿入される。各電荷移動層は、1もしくは複数の層からなることができる。逆装置は従来構造の装置と同じ多層構造を有するが、電子を集めるための基材として透明なカソード、および正孔を集めるためにカソードを使用する。また逆装置は2つの電極間に挟まれた光活性層および追加の電荷移動層も有する。図1は従来装置の構造および逆装置の構造を表す。
Device structure When used as a photovoltaic power generation device, the structure may be a device with a conventional structure, but in other respects it may be a reverse structure device. Devices of conventional construction generally consist of a multilayer structure comprising a transparent anode as a substrate for collecting positive charges (holes) and a cathode for collecting negative charges (electrons), and a photoactive layer consisting of two layers. sandwiched between the electrodes. An additional charge transport interlayer is inserted between the active layer and the electrode to facilitate hole and electron transport. Each charge transfer layer can consist of one or more layers. The inverse device has the same multilayer structure as the conventionally constructed device, but uses a transparent cathode as the substrate for collecting electrons and a cathode for collecting holes. The inverse device also has a photoactive layer and an additional charge transport layer sandwiched between two electrodes. FIG. 1 represents the structure of a conventional device and the structure of an inverse device.
反復単位A:
1つの態様では、反復単位Aはキノキサリンジチオフェン(QDT)モノマー
In one aspect, repeating unit A is a quinoxaline dithiophene (QDT) monomer
QDTモノマーは、それを最終的な重合反応に調製するために様々なハロゲン原子およびスタンナンで官能化することができる。1つの非限定的例では、官能化QDTモノマーの形成が図2に示されている。 The QDT monomer can be functionalized with various halogen atoms and stannanes to prepare it for the final polymerization reaction. In one non-limiting example, the formation of functionalized QDT monomers is illustrated in FIG.
図2に示すように、化合物1の形成は、2-エチルヘキシルブロミド(17.3mL、0.097モル)を乾燥テトラヒドロフラン(250mL)中の新たに粉砕したマグネシウム(2.61g、0.107モル)混合物に滴下することにより調製した2-エチルヘキシルマグネシウムブロミド溶液の形成から始まる。一旦添加が完了したら、2-エチルヘキシルマグネシウムブロミド溶液を室温で約2時間撹拌した。しばらくして乾燥テトラヒドロフラン(100mL)中のLiBr(17g、0.196モル)溶液を、乾燥テトラヒドロフラン(150mL)中のCuBr溶液に加えた。次いでCuBr/LiBr/テトラヒドロフラン溶液を-78℃に冷却し、そして2-エチルヘキシルマグネシウムブロミド溶液を滴下した。一旦その移行が終了したら塩化オキサリル(3.33mL、0.039モル)を加えた。反応物を次第に室温に温め、そして約18時間撹拌した。反応は、反応物を飽和NH4Cl水溶液(500mL)に注ぐことにより止めた。次いでテトラヒドロフラン層を取り、そして水性層をエチルエーテルで抽出した。合わせた有機層を乾燥し、濾過し、そして濃縮した。粗生成物をヘキサンで希釈し、そして340gのBiotageカートリッジに乗せ、次いで5-20%のジクロロメタン/ヘキサン勾配を用いて精製した。生成物を含む画分を濃縮して黄色い油を得た(1.63g;収率15%)。化合物1の1H NMRスペクトルを図3に表す。
As shown in FIG. 2, the formation of
化合物2の形成は、高温でオーブン乾燥したシュレンクフラスコにFeCl3(10.9g、67.481ミリモル)を入れ、次いで真空状態とし、そしてアルゴンを再充填(3x)して形成した。乾燥ジクロロメタン(140mL)はカニューレを介してフラスコに加え、次いで3,3’-テニル(5g、22.494ミリモル)を1回で加えた。反応物を室温でアルゴン下にて撹拌した。約2時間後、反応を水(~100mL)で止め、そして撹拌した。溶媒はrotovapを介して除去し、そして固体を水に懸濁し、室温に一晩放置した。固体を濾過し、そして水で洗浄し、次いで風乾し、そしてジエチルエーテル(~200mL)で洗浄した。次いで黒い固体(4.5g、収率91%)を濾過により集め、アセトニトリルで洗浄し、そして真空下で乾燥した。化合物2の1H NMRスペクトルを図4に表す。
Formation of
化合物3の形成は、化合物2(2g、0.009モル)、200-プルーフのエタノール(100mL)、およびヒドロキシルアミン塩酸クロライド(1.577g、0.023モル)を、250mLの丸底フラスコにアルゴン流下で加えた。次いでフラスコに復水器およびアルゴン入口を乗せることができ、そして反応物を22時間、加熱還流した。次いで反応物を室温に冷却し、そして炭素担持パラジウム(10%、200mg)を加える。復水器の上に添加漏斗を加え、そして漏斗にエタノール(25mL)中のヒドラジン一水和物(15mL)溶液を充填した。反応物を65℃に加熱した後、ヒドラジン溶液を滴下した。一旦添加が完了したら、反応物を85℃で20時間加熱した。反応混合物を冷却し、次いで濾紙を通して濾過し、次いで残渣をエタノールで洗浄した。溶媒を真下で除去し、そして生じた固体を水に分散し、そして濾過した。固体を水、そして冷エタノールで洗浄し、そしてフラスコに移し、そして真空下で数時間、放置した。得られた生成物は褐色固体(1.75g、収率87%)であった。化合物3の1H NMRを図5に示す。
Formation of
化合物4の形成は、化合物3(1.6g、7.262ミリモル)および化合物1(2.154g、7.625ミリモル)を50mLのシュレンクフラスコ中で合わせることにより形成する。フラスコを真空とし、そしてアルゴンを再充填し、次いで酢酸を加え、そして反応物を100℃で16時間加熱した。反応混合物を室温に冷却し、次いで水で希釈し、そして分液漏斗に移した。水性層をジクロロメタンで抽出した。水性層をNa2CO3で中和し、そしてジクロロメタンで抽出した。合わせた有機抽出物を乾燥し(MgSO4)、濾過し、そして濃縮した。粗生成物をジクロロメタンに溶解し、シリカゲルに吸着させ、そして100gのBiotageカートリッジで0-60%のジクロロメタン/ヘキサン勾配を用いて精製した。所望の生成物を含む画分を濃縮して黄色い固体を得た(1.55g、収率46%)。化合物4の1H NMRスペクトルを図6に示す。 Formation of Compound 4 is formed by combining Compound 3 (1.6 g, 7.262 mmol) and Compound 1 (2.154 g, 7.625 mmol) in a 50 mL Schlenk flask. The flask was evacuated and backfilled with argon, then acetic acid was added and the reaction was heated at 100° C. for 16 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, then diluted with water and transferred to a separatory funnel. The aqueous layer was extracted with dichloromethane. The aqueous layer was neutralized with Na2CO3 and extracted with dichloromethane. The combined organic extracts were dried ( MgSO4 ), filtered and concentrated. The crude product was dissolved in dichloromethane, adsorbed onto silica gel and purified on a 100 g Biotage cartridge using a 0-60% dichloromethane/hexanes gradient. Fractions containing the desired product were concentrated to give a yellow solid (1.55 g, 46% yield). A 1 H NMR spectrum of compound 4 is shown in FIG.
QDT-Brの形成は、化合物4(400mg、0.857ミリモル)をテトラヒドロフラン(9mL)に溶解し、次いでN-ブロモスクシンイミド(0.32g、0.002モル)に溶解し、そして室温で16時間撹拌することにより形成した。反応混合物を水に注ぎ、そしてジクロロメタンで抽出した(3x)。合わせた有機抽出物を乾燥し(MgSO4)、濾過し、そして濃縮した。粗生成物をジクロロメタンに溶解し、シリカゲルに吸着させ、そして100gのBiotageカラムで0-50%のジクロロメタン/ヘキサン勾配を用いて精製した。主要ピークからの画分を濃縮して黄色い固体を得た(440mg、収率82%)。QDT-Brの1H NMRスペクトルを図7に示す。 Formation of QDT-Br was accomplished by dissolving compound 4 (400 mg, 0.857 mmol) in tetrahydrofuran (9 mL) followed by N-bromosuccinimide (0.32 g, 0.002 mol) and stirring at room temperature for 16 h. Formed by stirring. The reaction mixture was poured into water and extracted with dichloromethane (3x). The combined organic extracts were dried ( MgSO4 ), filtered and concentrated. The crude product was dissolved in dichloromethane, adsorbed onto silica gel and purified on a 100 g Biotage column using a 0-50% dichloromethane/hexanes gradient. Fractions from the main peak were concentrated to give a yellow solid (440 mg, 82% yield). A 1 H NMR spectrum of QDT-Br is shown in FIG.
QDT-SnMe3の形成は、アルゴンを充填したシュレンクフラスコ中で、化合物4(1.15g、2.464ミリモル)および乾燥テトラヒドロフラン(25mL)を合わせることにより形成した。溶液を-78℃まで冷却し、次いでn-BuLi(ヘキサン中の2.5M、2.4mL、5.913ミリモル)の溶液で滴下処理した。反応物を-78℃で1時間撹拌し、続いて室温で1.5時間撹拌した。反応混合物を再度-78℃に冷却し、そしてゆっくりとSnMe3Cl溶液(ヘキサン中の1M、7.392mL、7.392モル)で処理した。反応物をゆっくり室温に温め、そして16時間撹拌した。反応混合物を水に注ぎ、そしてジクロロメタンで抽出した(3x)。合わせた有機抽出物を水で洗浄し、乾燥し(MgSO4)、そして濾過し、そして濃縮して黄色い油を得た。イソプロパノール、メタノールそしてエタノールから再結晶化を試みたが、物質は常に油であった(oiled out)。生じた緑がかった油(850mg、収率44%)を、さらなる精製をせずに使用した。QDT-SnMe3の1H NMRスペクトルを図8に示す。 Formation of QDT-SnMe 3 was formed by combining compound 4 (1.15 g, 2.464 mmol) and dry tetrahydrofuran (25 mL) in an argon-filled Schlenk flask. The solution was cooled to −78° C. and then treated dropwise with a solution of n-BuLi (2.5 M in hexanes, 2.4 mL, 5.913 mmol). The reaction was stirred at −78° C. for 1 hour, followed by stirring at room temperature for 1.5 hours. The reaction mixture was cooled again to -78°C and slowly treated with SnMe 3 Cl solution (1M in hexanes, 7.392 mL, 7.392 mol). The reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 16 hours. The reaction mixture was poured into water and extracted with dichloromethane (3x). The combined organic extracts were washed with water, dried ( MgSO4 ), filtered and concentrated to give a yellow oil. Attempted recrystallization from isopropanol, methanol and ethanol, but the material was always oiled out. The resulting greenish oil (850 mg, 44% yield) was used without further purification. A 1 H NMR spectrum of QDT-SnMe 3 is shown in FIG.
反復単位B:
1つの態様では、反復単位Bは非対称ビチオフェンモノマー
In one aspect, repeating unit B is an unsymmetrical bithiophene monomer
非限定的例では、非対称ビチオフェンモノマーの形成を以下に記載する。非対称ビチオフェンモノマーの形成は、3-(2-ヘキシルデシル)チオフェンの合成から始めることができる。3首の500mLフラスコに、マグネシウム(削状)(3.184g、0.131モル)を加えた。7-(ブロモメチル)ペンタデカン(20g、0.066モル)を、添加漏斗に加えた。系を真空とし、そしてアルゴンを3回、入れ戻した(backfilled)。少量のヨウ素を加えた後、10mLの無水THFをフラスコに加え、そして90mLの無水THFを添加漏斗に加えた。反応は、最初に10mLの7-(ブロモメチル)ペンタデカン溶液を加えた後、加熱還流することにより開始した。2時間還流した後、室温に冷却した。別の100mLのシュレンクフラスコに、3-ブロモチオフェン(10.68g、0.066モル)およびNi(dppp)Cl2(1.78g、3.3ミリモル)を、100mLの無水THF中で可溶化し、次いで反応混合物にゆっくりと移した。反応混合物をさらに70℃で3時間灌流した後、室温で一晩撹拌した。反応は砕氷に注ぐことにより止めた。冷HCl水溶液を加えて固体を溶解した。生成物をヘキサンで抽出し、そして無水MgSO4で乾燥した。粗生成物はヘキサンを溶出液としてカラムクロマトグラフィーにより精製し、次いで減圧蒸留して生成物として無色透明な液体を得た(6.80g、33.6%)。NMRスペクトルを図9に示す。 In a non-limiting example, the formation of an unsymmetrical bithiophene monomer is described below. Formation of the asymmetric bithiophene monomer can begin with the synthesis of 3-(2-hexyldecyl)thiophene. To a 3-necked 500 mL flask was added magnesium turnings (3.184 g, 0.131 mol). 7-(bromomethyl)pentadecane (20 g, 0.066 mol) was added to the addition funnel. The system was evacuated and backfilled with argon three times. After adding a small amount of iodine, 10 mL of anhydrous THF was added to the flask and 90 mL of anhydrous THF was added to the addition funnel. The reaction was initiated by first adding 10 mL of 7-(bromomethyl)pentadecane solution followed by heating to reflux. After refluxing for 2 hours, it was cooled to room temperature. In a separate 100 mL Schlenk flask, 3-bromothiophene (10.68 g, 0.066 mol) and Ni(dppp)Cl 2 (1.78 g, 3.3 mmol) were solubilized in 100 mL anhydrous THF. , then slowly transferred to the reaction mixture. The reaction mixture was further perfused at 70° C. for 3 hours and then stirred overnight at room temperature. The reaction was stopped by pouring over crushed ice. Cold aqueous HCl was added to dissolve the solids. The product was extracted with hexane and dried over anhydrous MgSO4 . The crude product was purified by column chromatography using hexane as an eluent, and then distilled under reduced pressure to obtain a colorless transparent liquid as the product (6.80 g, 33.6%). NMR spectrum is shown in FIG.
非対称ビチオフェンモノマーの形成の第2段階は、2-ブロモ-3-(2-ヘキシルデシル)チオフェンの合成から始めることができる。3-(2-ヘキシルデシル)チオフェン(5g、0.016モル)を200mLのシュレンクフラスコに加えた。系を真空にし、そしてアルゴンを3回、戻し入れた後、200mLの無水THFを加えた。溶液を-78℃に冷却した後、N-ブロモスクシンイミド(2.884g、0.016モル)を遮光して数回に分けて加えた。反応混合物を一晩撹拌した。反応は、Na2CO3水溶液を加えることにより止めた。生成物をヘキサンで抽出し、次いで無水MgSO4で乾燥した後、溶媒を除去した。生成物はシリカゲルカラムで溶出液としてヘキサンを用いてさらに精製し、そして真空で乾燥した後に無色の液体(5.48g、収率87.3%)を得た。NMRスペクトルを図10に示す。 The second step in forming the asymmetric bithiophene monomer can begin with the synthesis of 2-bromo-3-(2-hexyldecyl)thiophene. 3-(2-Hexyldecyl)thiophene (5 g, 0.016 mol) was added to a 200 mL Schlenk flask. The system was evacuated and backfilled with argon three times before adding 200 mL of anhydrous THF. After cooling the solution to −78° C., N-bromosuccinimide (2.884 g, 0.016 mol) was added in portions, protected from light. The reaction mixture was stirred overnight. The reaction was stopped by adding aqueous Na 2 CO 3 solution. The product was extracted with hexane, then dried over anhydrous MgSO4 and the solvent was removed. The product was further purified on a silica gel column with hexane as eluent and a colorless liquid (5.48 g, 87.3% yield) was obtained after drying in vacuum. NMR spectrum is shown in FIG.
非対称ビチオフェンモノマーの形成の第3段階は、3-(2-ヘキシルデシル)-2,2’-ビチオフェンの合成から始めることができる。2-ブロモ-3-(2-ヘキシルデシル)チオフェン(5.68g、0.015モル)、トリブチル(チオフェン-2-イル)スタンナン(5.471g、0.015モル)およびPd2(dba)3(0.268g、0.293ミリモル)、P(o-tol)3(0.357g、1.173ミリモル)を、200mLのシュレンクフラスコ中で合わせた。系を真空にし、そしてアルゴンを3回、戻し入れた後、100mLの無水トルエンを注入した。反応物を105℃で24時間加熱し、そして室温に冷却した。トルエン溶媒をロータリーエバポレーターで除去し、そして生じた残渣をシリカゲルカラムで純粋なヘキサンを溶出液として用いて精製した。粗生成物の減圧蒸留により最終生成物として無色の液体を得た(4.34g、収率74.1%)。NMRスペクトルを図11に示す。 The third step in forming the asymmetric bithiophene monomer can begin with the synthesis of 3-(2-hexyldecyl)-2,2'-bithiophene. 2-bromo-3-(2-hexyldecyl)thiophene (5.68 g, 0.015 mol), tributyl(thiophen-2-yl)stannane (5.471 g, 0.015 mol) and Pd 2 (dba) 3 (0.268 g, 0.293 mmol), P(o-tol) 3 (0.357 g, 1.173 mmol) were combined in a 200 mL Schlenk flask. The system was evacuated and backfilled with argon three times before injecting 100 mL of anhydrous toluene. The reaction was heated at 105° C. for 24 hours and cooled to room temperature. The toluene solvent was removed on a rotary evaporator and the resulting residue was purified on a silica gel column using pure hexane as eluent. Vacuum distillation of the crude product gave a colorless liquid as the final product (4.34 g, 74.1% yield). NMR spectrum is shown in FIG.
非対称ビチオフェンモノマーの形成の最終段階は、(3-(2-ヘキシルデシル)-[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)ビス(トリメチルスタンナン)(HDTT)の合成から始めることができる。3-(2-ヘキシルデシル)-2-(チオフェン-2-イル)チオフェン(4.15g、10.6ミリモル)を200mLのシュレンクフラスコに加えた。系を真空とし、そしてアルゴンを3回、戻し入れた後、100mLの無水THFを加えた。溶液を-78℃に冷却した後、n-ブチルリチウム(9.35mL、THF中の2.5M、23.4ミリモル)を滴下した。反応物を室温で1.5時間撹拌した後、再度-78℃に冷却した。塩化トリメチルスズ(26.56mL、THF中の1.0M、26.556ミリモル)溶液を滴下した。生じた混合物を一晩撹拌した。50mLの水を加えた。生成物をヘキサンで抽出した。有機層を水で3回洗浄した後、無水Na2SO4で乾燥した。溶媒を除去し、次いでヘキサンに溶解し、そしてメタノールで2回洗浄した。溶媒を除去した後、生成物として緑色の液体を得た(5.05g、収率66.4%)。NMRスペクトルを図12に示す。 The final step in the formation of the asymmetric bithiophene monomer begins with the synthesis of (3-(2-hexyldecyl)-[2,2'-bithiophene]-5,5'-diyl)bis(trimethylstannane) (HDTT). be able to. 3-(2-hexyldecyl)-2-(thiophen-2-yl)thiophene (4.15 g, 10.6 mmol) was added to a 200 mL Schlenk flask. The system was evacuated and backfilled with argon three times before adding 100 mL of anhydrous THF. After cooling the solution to −78° C., n-butyllithium (9.35 mL, 2.5 M in THF, 23.4 mmol) was added dropwise. The reaction was stirred at room temperature for 1.5 hours before being cooled back to -78°C. A solution of trimethyltin chloride (26.56 mL, 1.0 M in THF, 26.556 mmol) was added dropwise. The resulting mixture was stirred overnight. 50 mL of water was added. The product was extracted with hexane. The organic layer was washed with water three times and then dried over anhydrous Na2SO4 . Solvent was removed, then dissolved in hexane and washed twice with methanol. After removing the solvent, a green liquid was obtained as the product (5.05 g, 66.4% yield). NMR spectrum is shown in FIG.
非限定的例では、図13にベンゾジチオフェンを形成する異なる方法を表す。従来の方法を図13に示すが、本発明はベンゾジチオフェンを形成する任意の1つの特異
的方法に限定されない。図13では、(i)塩化オキサリル;(ii)ジエチルアミン;(iii)n-ブチルリチウム、次いで水;(iv)アルキンリチウム;(v)SnCl2,HCl;(vi)Pd/C,H2;(vii)Zn,NaOH,H2O;(viii)ブロモアルカン,TBAB;(ix)芳香族リチウム;(x)n-ブチルリチウム,クロロトリメチルスタンナンまたは2-イソプロポキシ-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラン;および(xi)Pd触媒。
In a non-limiting example, FIG. 13 depicts different methods of forming benzodithiophenes. A conventional method is shown in FIG. 13, but the invention is not limited to any one specific method of forming benzodithiophenes. (ii) diethylamine; (iii) n-butyllithium, then water; (iv) alkynelithium; (v) SnCl2 ,HCl; (vi) Pd/C,H2; vii) Zn, NaOH, H 2 O; (viii) bromoalkane, TBAB; (ix) aromatic lithium; (x) n-butyllithium, chlorotrimethylstannane or 2-isopropoxy-4,4,5,5 -tetramethyl-1,3,2-dioxaborane; and (xi) a Pd catalyst.
任意の反復単位D
1つの態様では、少なくとも1つの任意の反復単位Dは、約5から約50個の炭素原子(およびその中の炭素原子数の範囲および具体的数の全ての組み合わせおよび部分的組み合わせ)を有する、場合により置換されたモノ-、ジ-、トリ-、または他の多環式芳香族環系を指し、約6から約20個の炭素原子が好適である。非限定的例には例えば、フェニル、ナフチル、アントラセニル、およびフェナントレニルを含む。アリール基は場合により1もしくは1以上のRxで置換され得る。本出願では、アリール基は置換アリール基、架橋アリール基および縮合アリール基の可能性を含むことができる。唯一の反復単位Dがコポリマー中に存在することが可能であるが、多数の反復単位Dがコポリマー中に存在できることも構想される。
any repeating unit D
In one aspect, at least one optional repeating unit D has from about 5 to about 50 carbon atoms (and all combinations and subcombinations of ranges and specific numbers of carbon atoms therein), Refers to optionally substituted mono-, di-, tri-, or other polycyclic aromatic ring systems of from about 6 to about 20 carbon atoms are preferred. Non-limiting examples include, for example, phenyl, naphthyl, anthracenyl, and phenanthrenyl. Aryl groups can be optionally substituted with one or more Rx. In this application, aryl groups can include the possibilities of substituted aryl groups, bridged aryl groups and fused aryl groups. Although it is possible for only one repeat unit D to be present in the copolymer, it is also envisioned that multiple repeat units D may be present in the copolymer.
1つの態様では、アリール基は:
コポリマー
反復単位A、反復単位Bおよび任意の反復単位Dは、合わせるとコポリマーを生じる。コポリマーはレジオ―ランダム(regio-random)またはレジオ―レギュラー(regio-regular)であることができる。コポリマーは太陽光発電材料として使用できると構想される。またコポリマーは電子装置の活性層として使用できると構想される。1つの態様では、反復単位A、BおよびBの数は、コポリマー中、約3から約10,000の範囲であることができる。別の態様では、コポリマーは1.8eVより大きいポリマーバンドギャップを形成することができる。
Copolymer Repeating unit A, repeating unit B and optional repeating unit D, when taken together, yield a copolymer. Copolymers can be regio-random or regio-regular. It is envisioned that the copolymers can be used as photovoltaic materials. It is also envisioned that the copolymers can be used as active layers in electronic devices. In one aspect, the number of repeating units A, B and B can range from about 3 to about 10,000 in the copolymer. In another aspect, the copolymer can form a polymer bandgap greater than 1.8 eV.
幾つかの態様では、コポリマーは反復単位E:
幾つかの態様では、コポリマーは反復単位F:
幾つかの態様では、コポリマーは反復単位G:
幾つかの態様では、コポリマーは反復単位H:
1つの態様では、コポリマー中の反復単位Aの量は1重量%から99重量%の範囲であることができる。 In one aspect, the amount of repeating unit A in the copolymer can range from 1% to 99% by weight.
1つの態様では、コポリマー中の反復単位Bの量は1重量%から99重量%の範囲であることができる。 In one aspect, the amount of repeat unit B in the copolymer can range from 1% to 99% by weight.
1つの態様では、コポリマー中の反復単位Dの量は0重量%から99重量%の範囲であることができる。 In one aspect, the amount of repeat unit D in the copolymer can range from 0% to 99% by weight.
アノード
有機太陽光発電装置で使用する場合、コポリマーはアノードと併せて使用することができる。有機太陽光発電装置用のアノードは、有機太陽光発電装置として作動することができる任意の従来から知られているアノードであることができる。使用できるアノードの例には:酸化インジウムスズ、アルミニウム、炭素、グラファイト、グラフェン、PEDOT:PSS、銅、金属ナノワイヤー、Zn99InOx、Zn98In2Ox、Zn97In3Ox、Zn95Mg5Ox、Zn90Mg10Ox、およびZn85Mg15Oxを含む。
Anodes When used in organic photovoltaic devices, the copolymers can be used in conjunction with anodes. The anode for the organic photovoltaic device can be any conventionally known anode capable of operating as an organic photovoltaic device. Examples of anodes that can be used include: indium tin oxide, aluminum, carbon, graphite, graphene, PEDOT:PSS, copper, metal nanowires, Zn99InOx , Zn98In2Ox , Zn97In3Ox , Zn . 95Mg5Ox , Zn90Mg10Ox , and Zn85Mg15Ox . _ _
カソード
有機太陽光発電装置で使用する場合、コポリマーはカソードと併せて使用することができる。有機太陽光発電装置用のカソードは、有機太陽光発電装置として作動することができる任意の従来から知られているカソードであることができる。使用できるカソードの例には:酸化インジウムスズ、炭素、グラファイト、グラフェン、PEDOT:PSS、銅、銀、金、金属ナノワイヤーを含む。
Cathodes When used in organic photovoltaic devices, the copolymers can be used in conjunction with cathodes. The cathode for the organic photovoltaic device can be any conventionally known cathode capable of operating as an organic photovoltaic device. Examples of cathodes that can be used include: indium tin oxide, carbon, graphite, graphene, PEDOT:PSS, copper, silver, gold, metal nanowires.
電子移動層
有機太陽光発電装置で使用する場合、コポリマーは電子移動層に付着させることができる。有機太陽光発電装置用に最適化された市販されている電子移動層を使用することができる。1つの態様では、電子移動層は(AOx)yBO(1-y)を含んでなることができる。この態様では、(AOx)yおよびBO(1-y)が金属酸化物である。AおよびBは、理想的な電子移動層を達成するために選択される異なる金属であることができる。1つの態様では、Aはアルミニウム、インジウム、亜鉛、スズ、銅、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、タングステン、マグネシウム、インジウム、バナジウム、チタンおよびモリブデンであることができる。
Electron Transport Layer For use in organic photovoltaic devices, the copolymer can be attached to the electron transport layer. Commercially available electron transfer layers optimized for organic photovoltaic devices can be used. In one aspect, the electron transport layer can comprise (AO x ) y BO (1-y) . In this embodiment, (AO x ) y and BO (1-y) are metal oxides. A and B can be different metals chosen to achieve an ideal electron transport layer. In one aspect, A can be aluminum, indium, zinc, tin, copper, nickel, cobalt, iron, ruthenium, rhodium, osmium, tungsten, magnesium, indium, vanadium, titanium and molybdenum.
1つの態様では、Bはアルミニウム、インジウム、亜鉛、スズ、銅、ニッケル、コバルト、鉄、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、タングステン、バナジウム、チタンおよびモリブデンであることができる。 In one aspect, B can be aluminum, indium, zinc, tin, copper, nickel, cobalt, iron, ruthenium, rhodium, osmium, tungsten, vanadium, titanium and molybdenum.
(AOx)yBO(1-y)の例には:(SnOx)yZnO(1-y)、(AlOx)yZnO(1-y)、(AlOx)yInOz(1-y)、(AlOx)ySnOz(1-y)、(AlOx)yCuOz(1-y)、(AlOx)yWOz(1-y)、(InOx)yZnO(1-y)、(InOx)ySnOz(1-y)、(InOx)yNiOz(1-y)、(ZnOx)yCuOz(1-y)、(ZnOx)yNiOz(1-y)、(ZnOx)yFeOz(1-y)、(WOx)yVOz(1-y)、(WOx)yTiOz(1-y)および(WOx)yMoOz(1-y)を含む。 Examples of ( AOx ) yBO (1-y) include: ( SnOx ) yZnO (1-y) , ( AlOx ) yZnO (1-y) , ( AlOx ) yInOz(1- y) , ( AlOx ) ySnOz (1-y) , ( AlOx ) yCuOz (1-y) , ( AlOx ) yWOz (1-y) , (InOx ) yZnO (1 -y) , ( InOx ) ySnOz (1-y) , ( InOx ) yNiOz (1-y) , ( ZnOx ) yCuOz (1-y) , ( ZnOx ) yNiOz (1-y) , ( ZnOx ) yFeOz (1-y) , ( WOx ) yVOz (1-y) , ( WOx ) yTiOz (1-y) and ( WOx ) y Contains MoOz(1-y) .
代わりの態様では、様々なフラーレンドーパントを(AOx)yBO(1-y)と組み合わせて、有機太陽光発電装置用の電子移動層を作成することができる。組み合わせることができるフラーレンドーパントの例には、
ポリマーの合成
サンプルA:
シュレンクフラスコ内で、QDT-Br(53.53mg、0.086ミリモル)、(3-(2-ヘキシルデシル)-[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)ビス(トリメチルスタンナン)(61.40mg、0.086ミリモル)、P(o-tol)3(4.17mg、0.014ミリモル)、およびPd2dba3(3.14mg、0.003ミリモル)を合わせ、次いで2時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥クロロベンゼン(1.7mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気(freeze-pump-thaw)サイクルを介して脱気した。次いで溶液を125℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で21時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトンそしてヘキサンで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルAをヘキサン画分から回収した(62mg、収率82%)。
QDT-Br (53.53 mg, 0.086 mmol), (3-(2-hexyldecyl)-[2,2′-bithiophene]-5,5′-diyl)bis(trimethylstannane) in a Schlenk flask. ) (61.40 mg, 0.086 mmol), P(o-tol) 3 (4.17 mg, 0.014 mmol), and Pd 2 dba 3 (3.14 mg, 0.003 mmol) were combined, followed by 2 Time degassed. After refilling with argon, dry chlorobenzene (1.7 mL) was added and the reaction mixture was passed through three freeze-pump-thaw cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. I degassed. The solution was then heated to 125° C. and stirred under an argon atmosphere for 21 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone and hexane. This copolymer, sample A, was recovered from the hexane fraction (62 mg, 82% yield).
サンプルB:
シュレンクフラスコ内で、QDT-Br(55.42mg、0.089ミリモル)、スタンナン、1,1’-[3,3’’’-ビス(2-オクチルドデシル)[2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クアテルチオフェン]-5,5’’’-ジイル]ビス[1,1,1-トリメチル(108.00mg、0.089ミリモル)、P(o-tol)3(4.32mg,0.014ミリモル)およびPd2dba3(3.25mg、0.003ミリモル)を合わせ、次いで2時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥ジクロロベンゼン(1.8mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気サイクルを介して脱気した。次いで溶液を125℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で21時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトンそしてヘキサンで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルBをヘキサン画分から回収した(89mg、収率72%)。
In a Schlenk flask, QDT-Br (55.42 mg, 0.089 mmol), stannane, 1,1′-[3,3′″-bis(2-octyldodecyl)[2,2′:5′, 2″: 5″,2′″-Quaterthiophene]-5,5′″-diyl]bis[1,1,1-trimethyl (108.00 mg, 0.089 mmol), P(o -tol) 3 (4.32 mg, 0.014 mmol) and Pd 2 dba 3 (3.25 mg, 0.003 mmol) were combined and then degassed for 2 hours. After refilling with argon, dry dichlorobenzene (1.8 mL) was added and the reaction mixture was degassed via three freeze degas cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. The solution was then heated to 125° C. and stirred under an argon atmosphere for 21 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone and hexane. This copolymer, sample B, was recovered from the hexane fraction (89 mg, 72% yield).
サンプルC:
シュレンクフラスコ内で、QDT-Br(50.00mg、0.080ミリモル)、スタンナン、1,1’-ナフト[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-
ジイルビス[1,1,1-トリメチル(45.31mg、0.080ミリモル)、P(o-tol)3(3.90mg、0.013ミリモル)およびPd2dba3(2.93mg、0.003ミリモル)を合わせ、次いで2時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥ジクロロベンゼン(1.6mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気サイクルを介して脱気した。次いで溶液を125℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で23時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトン、ヘキサン、そしてクロロホルムで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルCをクロロホルム画分から回収した(22mg、収率37%)。
In a Schlenk flask, QDT-Br (50.00 mg, 0.080 mmol), stannane, 1,1′-naphtho[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-
diylbis[1,1,1-trimethyl (45.31 mg, 0.080 mmol), P(o-tol) 3 (3.90 mg, 0.013 mmol) and Pd 2 dba 3 (2.93 mg, 0.003 millimoles) were combined and then degassed for 2 hours. After refilling with argon, dry dichlorobenzene (1.6 mL) was added and the reaction mixture was degassed via three freeze degas cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. The solution was then heated to 125° C. and stirred under an argon atmosphere for 23 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone, hexane and chloroform. This copolymer, sample C, was recovered from the chloroform fraction (22 mg, 37% yield).
サンプルD:
シュレンクフラスコ内で、QDT-SnMe3(40.00mg、0.050ミリモル)、2,1,3-ベンゾチアジアゾール、4,7-ビス[5-ブロモ-4-(2-オクチルドデシル)-2-チエニル]-5,6-ジフルオロ(45.31mg、0.080ミリモル)、P(o-tol)3(2.46mg、0.008ミリモル)およびPd2dba3(1.85mg、0.002ミリモル)を合わせ、次いで2時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥クロロベンゼン(1.0mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気サイクルを介して脱気した。次いで溶液を125℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で23時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトン、そしてヘキサンで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルDをヘキサン画分から回収した(55mg、収率78%)。
In a Schlenk flask, QDT-SnMe 3 (40.00 mg, 0.050 mmol), 2,1,3-benzothiadiazole, 4,7-bis[5-bromo-4-(2-octyldodecyl)-2- thienyl]-5,6-difluoro (45.31 mg, 0.080 mmol), P(o-tol) 3 (2.46 mg, 0.008 mmol) and Pd 2 dba 3 (1.85 mg, 0.002 mmol) ) were combined and then degassed for 2 hours. After refilling with argon, dry chlorobenzene (1.0 mL) was added and the reaction mixture was degassed via three freeze degas cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. The solution was then heated to 125° C. and stirred under an argon atmosphere for 23 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone and hexane. This copolymer, sample D, was recovered from the hexane fraction (55 mg, 78% yield).
サンプルE:
シュレンクフラスコ内で、QDT-Br(100.3mg、0.161ミリモル)、(3-(2-ヘキシルデシル)-[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)ビス(トリメチルスタンナン)(57.5mg、0.08ミリモル)、スタンナン、1,1’-[4,8-ビス[5-(2-エチルへキシル)-2-チエニル]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]ビス[1,1,1-トリメチル(72.6mg、0.08ミリモル)、P(o-tol)3(7.8mg、0.026ミリモル)、およびPd2dba3(5.9m、0.006ミリモル)を合わせ、次いで1時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥クロロベンゼン(3.2mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気サイクルを介して脱気した。次いで溶液を130℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で24時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトン、ヘキサン、そしてクロロホルムで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルEをクロロホル画分から回収した(130mg、収率85%)。
QDT-Br (100.3 mg, 0.161 mmol), (3-(2-hexyldecyl)-[2,2′-bithiophene]-5,5′-diyl)bis(trimethylstannane) in a Schlenk flask. ) (57.5 mg, 0.08 mmol), stannane, 1,1′-[4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4, 5-b′]dithiophene-2,6-diyl]bis[1,1,1-trimethyl (72.6 mg, 0.08 mmol), P(o-tol) 3 (7.8 mg, 0.026 mmol) , and Pd 2 dba 3 (5.9 m, 0.006 mmol) were combined and then degassed for 1 hour. After refilling with argon, dry chlorobenzene (3.2 mL) was added and the reaction mixture was degassed via three freeze degas cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. The solution was then heated to 130° C. and stirred for 24 hours under an argon atmosphere. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone, hexane and chloroform. This copolymer, sample E, was recovered from the chloroform fraction (130 mg, 85% yield).
サンプルF:
シュレンクフラスコ内で、QDT-Br(100.1mg、0.160ミリモル)、(3-(2-ヘキシルデシル)-[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)ビス(トリメチルスタンナン)(80.4mg、0.11ミリモル)、スタンナン、1,1’-(3,3’-ジフルオロ[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)ビス[1,1,1-トリメチル(25.4mg、0.05ミリモル)、P(o-tol)3(7.8mg、0.026ミリモル)およびPd2dba3(5.9mg、0.006ミリモル)を合わせ、次いで1時間脱気した。アルゴンを再充填した後、乾燥クロロベンゼン(3.2mL)を加え、そして反応混合物は、溶液を凍結するために液体窒素を使用しながら3回の凍結脱気サイクルを介して脱気した。次いで溶液を130℃に加熱し、そしてアルゴン雰囲気下で24時間撹拌した。反応混合物を室温に冷却し、メタノール(50mL)に注ぎ、そしてポリマーを濾過により集めた。ポリマーはソックレー抽出により精製し、アセトン、ヘキサン、そしてクロロホルムで順次洗浄した。このコポリマー、サンプルFをクロロホル画分から回収した(100mg、収率99%)。
QDT-Br (100.1 mg, 0.160 mmol), (3-(2-hexyldecyl)-[2,2′-bithiophene]-5,5′-diyl)bis(trimethylstannane) in a Schlenk flask. ) (80.4 mg, 0.11 mmol), stannane, 1,1′-(3,3′-difluoro[2,2′-bithiophene]-5,5′-diyl)bis[1,1,1- Trimethyl (25.4 mg, 0.05 mmol), P(o-tol) 3 (7.8 mg, 0.026 mmol) and Pd 2 dba 3 (5.9 mg, 0.006 mmol) were combined and then stirred for 1 hour. Degassed. After refilling with argon, dry chlorobenzene (3.2 mL) was added and the reaction mixture was degassed via three freeze degas cycles using liquid nitrogen to freeze the solution. The solution was then heated to 130° C. and stirred for 24 hours under an argon atmosphere. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (50 mL) and the polymer was collected by filtration. The polymer was purified by Soxhlet extraction and washed sequentially with acetone, hexane and chloroform. This copolymer, sample F, was recovered from the chloroform fraction (100 mg, 99% yield).
有機太陽光発電装置の作製
亜鉛/スズ酸化物(ZTO):フェニル-C60-ブチリック-N-(2-ヒドロキシエチル)アセトアミド(PCBNOH)のゾル-ゲル溶液は、酢酸亜鉛二水和物または酢酸スズ(II)を2-メトキシエタノールおよびエタノールアミンに溶解することにより調製した。具体的には、ZTO:PCBNOHゾル-ゲル電子移動層溶液は、3.98gのZn(OAc)2、398mgのSn(OAc)2 および20.0mgのPCBNOHを、54mLの2-メトキシエタノール中で996μLのエタノールアミンを加えながら混合することにより調製した。次いで溶液は、2-メトキシエタノールを加えて65%にさらに希釈し、そして少なくとも1時間撹拌した後、インジウムスズ酸化物基材上にスピンキャスティング(spin casting)して電子移動層を形成した。
Fabrication of Organic Photovoltaic Devices Zinc/Tin Oxide (ZTO): A sol-gel solution of phenyl-C60-butyric-N-(2-hydroxyethyl)acetamide (PCBNOH) was prepared as zinc acetate dihydrate or tin acetate. (II) was prepared by dissolving in 2-methoxyethanol and ethanolamine. Specifically, the ZTO:PCBNOH sol-gel electron transfer layer solution consisted of 3.98 g Zn(OAc) 2 , 398 mg Sn(OAc) 2 and 20.0 mg PCBNOH in 54 mL 2-methoxyethanol. Prepared by mixing while adding 996 μL of ethanolamine. The solution was then further diluted to 65% by adding 2-methoxyethanol and stirred for at least 1 hour before spin casting onto an indium tin oxide substrate to form an electron transfer layer.
ポリマーおよび受容体、PC70BM、およびノン―フラーレン受容体3,9-ビス(2-メチレン-(3-(1,1-ジシアノメチレン)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン(ITIC)を1:1.2の比でクロロベンゼンに26mg/mLの濃度で溶解し、光活性層溶液を得た。この溶液を撹拌し、そして80℃に一晩、窒素充填グローブボックス中で加熱した。翌日、3.0容量%の1,8-ジヨードオクタン(DIO)を加えた後、光活性層にスピンコーティングした。
Polymers and Acceptors, PC 70 BM, and
インジウムスズ酸化物を形成したガラス基材を、アセトンおよびイソプロパノール中で連続的に超音波処理して清浄化した。各15分の工程を2回繰り返し、そして新しく清浄化した基材を60℃で一晩放置し、乾燥させた。作製を進めながら、基材はさらに1.5分間、UV-オゾン室で清浄化し、そして電子移動層を直ちに上にスピンコーティングした。 The indium tin oxide formed glass substrate was cleaned by sonication successively in acetone and isopropanol. Each step of 15 minutes was repeated twice and the freshly cleaned substrate was left overnight at 60° C. to dry. As the fabrication progressed, the substrate was cleaned in the UV-ozone chamber for an additional 1.5 minutes and the electron transfer layer was immediately spin-coated on top.
ゾル-ゲル電子移動層溶液は、0.25μmのポリ(ビニリデンフルオリド)フィルターを備えた酸化インジウムスズで直接濾過し、そして4000rpmにて40秒、スピンキャスティングした。次いでフィルムは、250℃で15分間アニールし、そして窒素充填グローブボックスに直接移した。 The sol-gel electron transfer layer solution was directly filtered through indium tin oxide with a 0.25 μm poly(vinylidene fluoride) filter and spin-cast at 4000 rpm for 40 seconds. The films were then annealed at 250° C. for 15 minutes and transferred directly to a nitrogen-filled glovebox.
光活性層は、この溶液を用いて600rpmで40秒のスピンコーティングを介して電子移動層に付着させ、そして基材を110℃で前加熱し、そして一晩の溶媒アニーリングのためにガラス製のペトリ皿に移した。 The photoactive layer was applied to the electron transfer layer via spin coating at 600 rpm for 40 seconds with this solution, and the substrate was preheated at 110° C. and a glass substrate for overnight solvent annealing. Transferred to a Petri dish.
アニーリング後、基材を真空エバポレーターに乗せ、ここでMoO3(正孔移動層)およびAg(アノード)を順次、熱蒸発により付着させた。付着は<4x10-6トルの圧で生じた。MoO3およびAgはそれぞれ5.0nmおよび120nmの厚さを有した。次いでサンプルはエポキシ結合剤を使用してガラスにカプセル化し、そしてUV光で3分間処理した。 After annealing, the substrate was placed on a vacuum evaporator where MoO 3 (hole transport layer) and Ag (anode) were sequentially deposited by thermal evaporation. Adhesion occurred at pressures <4×10 −6 Torr. MoO3 and Ag had thicknesses of 5.0 nm and 120 nm, respectively. Samples were then encapsulated in glass using an epoxy binder and treated with UV light for 3 minutes.
UV可視吸収分光法
吸収分光法は、300から1000nmの波長範囲で行いそして測定した。ブランクとなるガラススライドのバックグラウンドをすべてのスペクトルから差し引いた。ポリマーの薄いフィルムサンプルは、10mg/mL溶液のポリマー(50:50のクロロベンゼン:ジクロロベンゼン中の)を、1200rpmでガラススライドにスピンキャスティングすることにより調製した。図14はポリマーのUV可視吸収スペクトルを表す。
UV-Visible Absorption Spectroscopy Absorption spectroscopy was performed and measured in the wavelength range from 300 to 1000 nm. A blank glass slide background was subtracted from all spectra. Thin film samples of the polymer were prepared by spin casting a 10 mg/mL solution of the polymer (in 50:50 chlorobenzene:dichlorobenzene) onto a glass slide at 1200 rpm. FIG. 14 represents the UV-visible absorption spectrum of the polymer.
代表的な電流密度
代表的な電流密度―電圧特性を以下に表1に表す。
Jsc(mA/cm2)短絡電流密度(Jsc)は、ゼロバイヤスで太陽電池から流れ出る電流密度である。Voc(V)開放電圧(Voc)は、外部回路の電流がゼロの電圧である。FF(%)曲線因子(FF)は、開放電圧および短絡電流で割った最大電力点の比である。PCE(%)太陽光発電電池の電力変換効率(PCE)は、使用可能な電気に転換される太陽光発電装置を照らソーラーエネルギーの割合である。Rs(Ωcm2)太陽光発電電池を通る直列抵抗(Rs)。Rsh(Ωcm2)太陽光発電電池を通る並列抵抗。 Jsc (mA/cm 2 ) Short circuit current density (Jsc) is the current density flowing out of a solar cell at zero bias. V oc (V) The open circuit voltage (V oc ) is the voltage at which the current in the external circuit is zero. FF (%) Fill factor (FF) is the ratio of maximum power point divided by open circuit voltage and short circuit current. PCE (%) Photovoltaic cell power conversion efficiency (PCE) is the percentage of the solar energy shining on the photovoltaic device that is converted into usable electricity. Rs (Ωcm 2 ) Series resistance (Rs) through the photovoltaic cell. Rsh (Ωcm 2 ) parallel resistance through the photovoltaic cell.
最後にいかなる参考文献、特に本出願の優先日以後の公開日を有するいかなる参考文献の考察も、本発明に対する先行技術とは認められないことに留意すべきでる。同時に以下の全ての請求の範囲は、本発明の追加の態様としてこの詳細な説明または明細書に引用により編入される。 Finally, it should be noted that the discussion of any reference, especially any reference having a publication date after the priority date of the present application, is not admitted to be prior art to the present invention. At the same time, all of the following claims are incorporated by reference into this detailed description or specification as additional aspects of the present invention.
本明細書に記載したシステムおよび方法は、詳細に記載されてきたが、様々な変化、置換および変更を、以下の特許請求の範囲により定められる本発明の精神および範囲から逸脱せずに行うことができると理解すべきである。当業者は、好適な態様を研究し、そして厳密には本明細書に記載したものではない本発明を実施する他の方法を確認することができるかもしれない。本発明者は本発明の変形および均等物が特許請求の範囲内にあると同時に、説明、要約および図面は本発明の範囲を限定するために使用されるものではないことを意図している。本発明は以下の請求の範囲およびそれらの均等物のようにできる限り広いことを明確に意図するものである。 Although the systems and methods described herein have been described in detail, various changes, substitutions and alterations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims. It should be understood that Those skilled in the art may study suitable embodiments and ascertain other ways of practicing the invention not specifically described herein. While modifications and equivalents of the invention are within the scope of the claims, the inventor intends that the description, abstract and drawings should not be used to limit the scope of the invention. It is expressly intended that the invention be as broad as the following claims and their equivalents.
Claims (8)
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
アリール基が3,3’ジフルオロ-2,2’-ビチオフェンである、
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
the aryl group is 3,3'difluoro-2,2'-bithiophene ,
copolymer.
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
前記コポリマーが反復単位E:
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
The copolymer comprises repeating unit E:
copolymer.
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
前記コポリマーが反復単位F:
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
The copolymer comprises repeating unit F:
copolymer.
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
前記コポリマーが反復単位G:
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
The copolymer comprises repeating unit G:
copolymer.
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
前記コポリマーが反復単位H:
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
The copolymer comprises repeating unit H:
copolymer.
反復単位B、ただし反復単位Bは
少なくとも1つの任意の反復単位D、ただし反復単位Dはアリール基を含んでなる、
を含んでなるコポリマーであって、
X 1 ,X 2 ,X 3 ,およびX 4 は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 ,R 5 およびR 6 は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、
前記コポリマーが1.8eVより大きいポリマーバンドギャップを形成する、
コポリマー。 Repeating unit A, where repeating unit A is
Repeating unit B, where repeating unit B is
at least one optional repeating unit D, wherein repeating unit D comprises an aryl group;
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups, and
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups;
the copolymer forms a polymer bandgap greater than 1.8 eV;
copolymer.
反復単位H、ただし反復単位Hは
任意の反復単位J、ただし反復単位Jは
反復単位K、ただし反復単位Kは
を含んでなるコポリマーであって、
X1,X2,X3,およびX4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され;
R1,R2,R3,およびR4は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
Dはアリール基を含んでなる前記コポリマー。 Repeating unit E, where repeating unit E is
Repeating unit H, where repeating unit H is
Any repeating unit J, where repeating unit J is
A copolymer comprising
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups;
R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups, and D is an aryl group. said copolymer comprising:
反復単位G、ただし反復単位Gは
反復単位J、ただし反復単位Jは
反復単位K、ただし反復単位Kは
コポリマーであって、
X1,X2,X3,およびX4は:H,Cl,F,CN、アルキル、アルコキシ、エステル、ケトン、アミドおよびアリール基からなる群から独立して選択され;
R5およびR6は:H,Cl,F,CN,アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、エステル、ケトンおよびアリール基からなる群から独立して選択され、そして
Dはアリール基を含んでなる前記コポリマー。 Repeating unit F, where repeating unit F is
Repeating unit G, where repeating unit G is
Repeating unit J, where repeating unit J is
a copolymer,
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, ester, ketone, amide and aryl groups;
R5 and R6 are independently selected from the group consisting of: H, Cl, F, CN, alkyl, alkoxy, alkylthio, ester, ketone and aryl groups, and D comprises an aryl group.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762538632P | 2017-07-28 | 2017-07-28 | |
US62/538,632 | 2017-07-28 | ||
US16/038,364 | 2018-07-18 | ||
US16/038,364 US11274178B2 (en) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | High performance wide-bandgap polymers for organic photovoltaics |
PCT/US2018/042724 WO2019023025A1 (en) | 2017-07-28 | 2018-07-18 | High performance wide-bandgap polymers for organic photovoltaics |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020529134A JP2020529134A (en) | 2020-10-01 |
JP2020529134A5 JP2020529134A5 (en) | 2021-06-10 |
JP7182606B2 true JP7182606B2 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=65039780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020504368A Active JP7182606B2 (en) | 2017-07-28 | 2018-07-18 | High Performance Wide Bandgap Polymers for Organic Photovoltaics |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7182606B2 (en) |
BR (1) | BR112020001847A2 (en) |
CA (1) | CA3071093A1 (en) |
WO (1) | WO2019023025A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014051556A (en) | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Kuraray Co Ltd | π-ELECTRON CONJUGATED RANDOM COPOLYMER, AND PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT USING THE SAME |
WO2014042091A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 東レ株式会社 | Conjugated polymer, and electron-donating organic material, photovoltaic element material and photovoltaic element comprising same |
JP2017534621A (en) | 2014-10-22 | 2017-11-24 | ザ・ホンコン・ユニバーシティー・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジーThe Hong Kong University of Science & Technology | Difluorobithiophene based donor-acceptor polymers for electronic and photonic applications |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BRPI1011853A2 (en) * | 2009-05-27 | 2019-09-24 | Basf Se | organic semiconductor polymer, material, layer or component, semiconductor device, processes for preparing an organic semiconductor device, and a polymer, and, use of the organic semiconductor polymer and / or material, layer or component. |
US9184390B2 (en) * | 2010-06-08 | 2015-11-10 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Polymers with tunable band gaps for photonic and electronic applications |
WO2012016925A2 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-09 | Basf Se | Semiconductor materials prepared from bridged bithiazole copolymers |
US9673398B2 (en) | 2014-05-30 | 2017-06-06 | Phillips 66 Company | Difluorothienothiophene based conjugated polymers |
-
2018
- 2018-07-18 WO PCT/US2018/042724 patent/WO2019023025A1/en active Application Filing
- 2018-07-18 JP JP2020504368A patent/JP7182606B2/en active Active
- 2018-07-18 BR BR112020001847-3A patent/BR112020001847A2/en not_active Application Discontinuation
- 2018-07-18 CA CA3071093A patent/CA3071093A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014051556A (en) | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Kuraray Co Ltd | π-ELECTRON CONJUGATED RANDOM COPOLYMER, AND PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT USING THE SAME |
WO2014042091A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | 東レ株式会社 | Conjugated polymer, and electron-donating organic material, photovoltaic element material and photovoltaic element comprising same |
JP2017534621A (en) | 2014-10-22 | 2017-11-24 | ザ・ホンコン・ユニバーシティー・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジーThe Hong Kong University of Science & Technology | Difluorobithiophene based donor-acceptor polymers for electronic and photonic applications |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112020001847A2 (en) | 2020-09-01 |
JP2020529134A (en) | 2020-10-01 |
WO2019023025A1 (en) | 2019-01-31 |
CA3071093A1 (en) | 2019-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3658600A1 (en) | High performance wide-bandgap polymers for organic photovoltaics | |
US10358444B2 (en) | Unsymmetrical benzothiadiazole-based molecular complexes | |
JP2013512985A (en) | Conductive polymer introduced with pyrene compound and organic solar cell using the same | |
US11716895B2 (en) | Unsymmetrical Benzothiadiazole-based random copolymers | |
US9908857B2 (en) | Method of producing benzo[1,2-B:4,5-B′]dithiophene and benzothiadiazole-based molecular complexes | |
Jang et al. | Synthesis and characterization of low-band-gap poly (thienylenevinylene) derivatives for polymer solar cells | |
US10361370B2 (en) | Unsymmetrical benzothiadiazole-based molecular complexes in organic photovoltaic devices | |
JP7182606B2 (en) | High Performance Wide Bandgap Polymers for Organic Photovoltaics | |
WO2023091152A1 (en) | Fused dithieno benzothiadiazole polymers for organic photovoltaics | |
US10787537B2 (en) | Synthesis of polymers for organic photovoltaics | |
US11274178B2 (en) | High performance wide-bandgap polymers for organic photovoltaics | |
US11091585B2 (en) | Polymers containing 3′-(alkoxy)-[2,2′-bithiophene]-3-carbonitrile for high performance organic photovoltaics | |
CN105531280A (en) | Compounds containing electron rich and electron deficient regions and their use in organic electronic applications | |
US20180026194A1 (en) | Unsymmetrical benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene and benzothiadiazole-based molecular complexes | |
US11326019B1 (en) | Fused dithieno benzothiadiazole polymers for organic photovoltaics | |
WO2020018257A1 (en) | Polymers containing 3'-(alkoxy)-[2,2'-bithiophene]-3carbonitrile for high performance organic photovoltaics | |
US11690283B2 (en) | Fused dithieno benzothiadiazole polymers for organic photovoltaics | |
US20220372190A1 (en) | Monomers for photovoltaic applications | |
US20220363813A1 (en) | Repeat units for photovoltaic applications | |
WO2023091153A1 (en) | Fused dithieno benzothiadiazole polymers for organic photovoltaics | |
WO2021041450A1 (en) | Organic semiconducting comonomer | |
WO2021041458A2 (en) | Organic semiconducting comonomer | |
EP3658559A1 (en) | A 1,2,5,6-naphthalenediimide co-polymer | |
JP2015225937A (en) | Semiconductor material, organic solar cell, cyclic conjugated polymer compound, and manufacturing method of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210420 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210420 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220303 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220526 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220803 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220830 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7182606 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |