JPWO2014042091A1 - Conjugated polymer, electron donating organic material, photovoltaic device material and photovoltaic device using the same - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は光電変換効率の高い光起電力素子を提供することであり、3位にフッ素を有し、2位にアルコキシカルボニル基またはアルカノイル基を有した特定のチエノ[3,4−b]チオフェン骨格およびヘテロアリール基を有したベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格の構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料。An object of the present invention is to provide a photovoltaic device having high photoelectric conversion efficiency, and a specific thieno [3, having fluorine at the 3-position and an alkoxycarbonyl group or an alkanoyl group at the 2-position. 4-b] An electron-donating organic material using a conjugated polymer having a benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton structure having a thiophene skeleton and a heteroaryl group.

Description

本発明は、共役系重合体、これを用いた電子供与性有機材料、光起電力素子用材料および光起電力素子に関する。   The present invention relates to a conjugated polymer, an electron-donating organic material, a photovoltaic device material and a photovoltaic device using the conjugated polymer.

太陽電池は環境に優しい電気エネルギー源として、現在深刻さを増すエネルギー問題に対して有力なエネルギー源と注目されている。現在、太陽電池の光起電力素子の半導体素材としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体などの無機物が使用されている。しかし、無機半導体を用いて製造される太陽電池はコストが高いために、一般家庭に広く普及するには至っていない。コスト高の要因は主として、真空かつ高温下で半導体薄膜を製造するプロセスにある。そこで、製造プロセスの簡略化が期待される半導体素材として、共役系重合体や有機結晶などの有機半導体や有機色素を用いた有機太陽電池が検討されている。   Solar cells are attracting attention as an environmentally friendly electrical energy source and an influential energy source for increasing energy problems. Currently, inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors are used as semiconductor materials for photovoltaic elements of solar cells. However, solar cells manufactured using inorganic semiconductors have not been widely used in general households because of high costs. The high cost factor is mainly in the process of manufacturing a semiconductor thin film under vacuum and high temperature. Therefore, organic solar cells using organic semiconductors and organic dyes such as conjugated polymers and organic crystals are being studied as semiconductor materials expected to simplify the manufacturing process.

しかし、共役系重合体などを用いた有機太陽電池は、従来の無機半導体を用いた太陽電池と比べて光電変換効率が低いことが最大の課題であり、まだ実用化には至っていない。従来の共役系重合体を用いた有機太陽電池の光電変換効率が低いのは、太陽光の吸収効率が低いことや、太陽光によって生成された電子と正孔が分離しにくいエキシトンという束縛状態が形成されることと、キャリア(電子、正孔)を捕獲するトラップが形成されやすいため生成したキャリアがトラップに捕獲されやすく、キャリアの移動度が遅いことなどによる。   However, an organic solar cell using a conjugated polymer or the like has the biggest problem that the photoelectric conversion efficiency is lower than that of a conventional solar cell using an inorganic semiconductor, and has not yet been put into practical use. The photoelectric conversion efficiency of organic solar cells using conventional conjugated polymers is low because of the low absorption efficiency of sunlight and the bound state of exciton where electrons and holes generated by sunlight are difficult to separate. This is because a trap for trapping carriers (electrons and holes) is easily formed, and the generated carriers are easily trapped by the trap, and the mobility of carriers is slow.

これまでの有機半導体による光電変換素子は、現在のところ、電子供与性有機材料(p型有機半導体)と仕事関数の小さい金属を接合させるショットキー型、電子受容性有機材料(n型有機半導体)と電子供与性有機材料(p型有機半導体)を接合させるヘテロ接合型に分類することができる。これらの素子は、接合部の有機層(数分子層程度)のみが光電流生成に寄与するため光電変換効率が低く、その向上が課題となっている。   So far, photoelectric conversion elements using organic semiconductors are currently Schottky-type, electron-accepting organic materials (n-type organic semiconductors) that join an electron-donating organic material (p-type organic semiconductor) and a metal having a low work function. And an electron donating organic material (p-type organic semiconductor) can be classified into a heterojunction type. In these elements, only the organic layer (about several molecular layers) at the junction contributes to the photocurrent generation, so that the photoelectric conversion efficiency is low, and its improvement is a problem.

光電変換素子の光電変換効率を向上させるための一つの方法として、電子受容性有機材料(n型有機半導体)と電子供与性有機材料(p型有機半導体)を混合し、光電変換に寄与する接合面を増加させたバルクヘテロ接合型とする方法がある。なかでも、電子供与性有機材料(p型有機半導体)として共役系重合体を用い、電子受容性有機材料として、n型の半導体特性をもつ導電性高分子、C60などのフラーレンやフラーレン誘導体を用いたバルクへテロ接合型光電変換素子が報告されている。As a method for improving the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element, a junction that contributes to photoelectric conversion by mixing an electron-accepting organic material (n-type organic semiconductor) and an electron-donating organic material (p-type organic semiconductor). There is a method of using a bulk heterojunction type with an increased number of planes. Among them, the conjugated polymer used as the electron donating organic material (p-type organic semiconductor), as the electron accepting organic material, a conductive polymer having a n-type semiconductor characteristics, a fullerene or fullerene derivatives such as C 60 The bulk heterojunction photoelectric conversion element used has been reported.

ところで、太陽光スペクトルの広い範囲にわたる放射エネルギーを効率よく吸収し、光電変換効率を向上させるためには、バンドギャップを狭めた電子供与性有機材料が有用である(例えば、非特許文献1および2参照)。このような狭バンドギャップ電子供与性有機材料として、チエノ[3,4−b]チオフェン骨格とベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格を組み合わせた共重合体は特に優れた光起電力特性を示すことが報告されており、これまで数多くの誘導体が合成されている(例えば、特許文献1参照)。   By the way, in order to efficiently absorb radiant energy over a wide range of the solar spectrum and improve photoelectric conversion efficiency, an electron-donating organic material with a narrow band gap is useful (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). reference). As such a narrow band gap electron-donating organic material, a copolymer combining a thieno [3,4-b] thiophene skeleton and a benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton is particularly excellent. It has been reported to show photovoltaic characteristics, and many derivatives have been synthesized so far (see, for example, Patent Document 1).

国際公開第2011/011545号パンフレットInternational Publication No. 2011/011545 Pamphlet

E.Bundgaard、F.C.Krebs著、「ソーラーエナジー マテリアルズアンド ソーラー セル(Solar Energy Materials & Solar Cells)」、2007年、91巻、954頁E. Bundgaard, F.M. C. Krebs, "Solar Energy Materials & Solar Cells", 2007, 91, 954. H.Zhou、L.Yang、W.You著、「マクロモレキュルズ(Macromolecules)」、2012年、45巻、607頁H. Zhou, L .; Yang, W.H. You, "Macromolecules", 2012, 45, 607 Y.Liang、D.Feng、Y.Wu、S.−T.Tsai、G.Li、C.Ray、L.Yu著、「ジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)」、2009年、131巻、7792頁Y. Liang, D.C. Feng, Y .; Wu, S.W. -T. Tsai, G.A. Li, C.I. Ray, L.M. Yu, "Journal of the American Chemical Society", 2009, 131, 7792. H.−Y.Chen、J.Hou、S.Zhang、Y.Liang、G.Yang、Y.Yang、L.Yu、Y.U、G.Li著、「ネイチャーフォトニクス(Nature Photonics)」、2009年、3巻、649頁H. -Y. Chen, J. et al. Hou, S .; Zhang, Y. et al. Liang, G.G. Yang, Y. et al. Yang, L.M. Yu, Y. U, G. et al. Li, “Nature Photonics”, 2009, Vol. 3, p. 649 Y.Liang、Z.Xu、J.Xia、S.−T.Tsai、Y.Wu、G.Li、C.Ray、L.Yu著、「アドバンスドマテリアルズ(Advanced Materials)」、2010年、22巻、E135頁Y. Liang, Z .; Xu, J. et al. Xia, S .; -T. Tsai, Y. et al. Wu, G. Li, C.I. Ray, L.M. Yu, "Advanced Materials", 2010, Vol. 22, p. E135 H.J.Son、W.Wang、T.Xu、Y.Liang、Y.Wu、G.Li、L.Yu著、「ジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)」、2011年、133巻、1885頁H. J. et al. Son, W.M. Wang, T.W. Xu, Y. Liang, Y.M. Wu, G. Li, L. Yu, "Journal of the American Chemical Society", 2011, 133, 1885.

上述のチエノ[3,4−b]チオフェン骨格とベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格を組み合わせた電子供与性有機材料を用いて光起電力素子を作製した場合、置換基や側鎖の構造によって光電変換効率は大きく変化することが知られている。置換基の種類として、電子吸引性基であるフッ素原子の導入は電子供与性有機材料のHOMO準位を深める効果があり、光起電力素子の開放電圧を高めることができる。   When a photovoltaic device is manufactured using an electron-donating organic material in which the above thieno [3,4-b] thiophene skeleton and a benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton are combined, It is known that the photoelectric conversion efficiency varies greatly depending on the structure of substituents and side chains. As a type of substituent, introduction of a fluorine atom which is an electron-withdrawing group has an effect of deepening the HOMO level of the electron-donating organic material, and can increase the open-circuit voltage of the photovoltaic element.

これまで、チエノ[3,4−b]チオフェン骨格の3位にフッ素原子を導入した電子供与性有機材料(非特許文献3〜5)や、ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格の3,7位にフッ素原子を導入した電子供与性有機材料(非特許文献6)が報告されている。   Until now, an electron-donating organic material (Non-Patent Documents 3 to 5) in which a fluorine atom is introduced at the 3-position of the thieno [3,4-b] thiophene skeleton, and benzo [1,2-b: 4,5-b '] An electron-donating organic material in which a fluorine atom is introduced at positions 3 and 7 of the dithiophene skeleton (Non-patent Document 6) has been reported.

ただし、フッ素原子の導入は光電変換効率の向上に必ずしも効果があるわけではなく、共重合体におけるフッ素原子の導入位置や、他の置換基の種類によっては、光起電力素子の短絡電流が低下してしまい、十分な光電変換効率が得られていない(非特許文献3、6)。   However, the introduction of fluorine atoms does not necessarily have an effect on improving the photoelectric conversion efficiency, and depending on the position of introduction of fluorine atoms in the copolymer and the type of other substituents, the short-circuit current of the photovoltaic device may decrease. As a result, sufficient photoelectric conversion efficiency is not obtained (Non-Patent Documents 3 and 6).

光起電力素子の開放電圧を高め、光電変換効率を向上させることができる電子供与性有機材料として、[3,4−b]チオフェン骨格の3位にフッ素原子、2位にアルコキシカルボニル基、そしてベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格の4,8位にアルコキシカルボニル基を導入したPTB7(非特許文献5)や、[3,4−b]チオフェン骨格の3位にフッ素原子、2位にアルカノイル基、そしてベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格の4,8位にアルコキシカルボニル基を導入したPBDTTT−CF(非特許文献4)が報告されている。   As an electron-donating organic material capable of increasing the open-circuit voltage of the photovoltaic device and improving the photoelectric conversion efficiency, a fluorine atom at the 3-position of the [3,4-b] thiophene skeleton, an alkoxycarbonyl group at the 2-position, and PTB7 (Non-patent Document 5) in which an alkoxycarbonyl group is introduced at positions 4 and 8 of the benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton, and position 3 of the [3,4-b] thiophene skeleton PBDTTTT-CF (non-patent document 4) in which an alkanoyl group is introduced at the 2-position, and an alkoxycarbonyl group is introduced at the 4- and 8-positions of the benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton It has been reported.

しかしながら、これまでのフッ素原子を導入したチエノ[3,4−b]チオフェン骨格とベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格を組み合わせた電子供与性有機材料においては、高い開放電圧値と短絡電流値を十分に両立させることができず、高い光電変換効率が得られていなかった。これはフッ素原子を導入した電子供与性有機材料においては、高いキャリア移動度を保つことと、電子受容性材料との効率的なキャリアパスが形成されたバルクへテロ接合薄膜の形成が困難であったことが原因であると考えられる。   However, in the electron-donating organic material in which the conventional thieno [3,4-b] thiophene skeleton introduced with fluorine atoms and the benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton are combined, it is high. The open-circuit voltage value and the short-circuit current value cannot be made sufficiently compatible, and high photoelectric conversion efficiency has not been obtained. This is because it is difficult to maintain a high carrier mobility and to form a bulk heterojunction thin film in which an efficient carrier path with an electron-accepting material is formed in an electron-donating organic material into which fluorine atoms are introduced. This is thought to be the cause.

本発明は深HOMO化と高キャリア移動度および電子受容性材料との良好な相溶性を両立させた電子供与性有機材料を提供し、光電変換効率の高い光起電力素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electron-donating organic material that achieves both deep HOMO, high carrier mobility, and good compatibility with an electron-accepting material, and to provide a photovoltaic device with high photoelectric conversion efficiency. And

チエノ[3,4−b]チオフェン骨格およびベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格で構成される共重合体の置換基および側鎖の種類を随意検討した結果、電子供与性有機材料のHOMO準位を深め、光起電力素子の変換効率を高める最適な構造を見出した。   As a result of voluntarily examining the types of substituents and side chains of a copolymer composed of a thieno [3,4-b] thiophene skeleton and a benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton, The present inventors have found an optimal structure that deepens the HOMO level of the donor organic material and increases the conversion efficiency of the photovoltaic device.

すなわち本発明は、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体、これを用いた電子供与性有機材料、光起電力素子用材料および光起電力素子である。   That is, the present invention is a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1), an electron donating organic material, a photovoltaic element material and a photovoltaic element using the conjugated polymer.

Figure 2014042091
Figure 2014042091

(上記一般式(1)中、Rは、置換されていてもよい、アルコキシカルボニル基またはアルカノイル基を表す。Rはそれぞれ同じでも異なっていてもよく、置換されていてもよいヘテロアリール基を示す。nは重合度を示し、2以上1,000以下の整数を表す。)(In the general formula (1), R 1 represents an optionally substituted alkoxycarbonyl group or alkanoyl group. R 2 may be the same or different, and may be substituted heteroaryl groups. N represents the degree of polymerization and represents an integer of 2 to 1,000.)

本発明によれば、光電変換効率の高い光起電力素子を提供することができる。 According to the present invention, a photovoltaic device with high photoelectric conversion efficiency can be provided.

本発明の光起電力素子の一態様を示した模式図。The schematic diagram which showed the one aspect | mode of the photovoltaic device of this invention. 本発明の光起電力素子の別の態様を示した模式図。The schematic diagram which showed another aspect of the photovoltaic element of this invention. 本発明の光起電力素子の別の態様を示した模式図。The schematic diagram which showed another aspect of the photovoltaic element of this invention. 本発明の光起電力素子の別の態様を示した模式図。The schematic diagram which showed another aspect of the photovoltaic element of this invention. 実施例1(ドナーアクセプター比1:1)の電圧−電流密度曲線。The voltage-current density curve of Example 1 (donor acceptor ratio 1: 1).

本発明の共役系重合体は一般式(1)で表される構造を含む。   The conjugated polymer of this invention contains the structure represented by General formula (1).

Figure 2014042091
Figure 2014042091

上記一般式(1)中、チエノ[3,4−b]チオフェン骨格の3位にフッ素原子が導入される。これによりHOMO準位を深めることが可能となる。また、後述の通り、これにより共役系重合体のキャリア移動度は損なわれない。   In the general formula (1), a fluorine atom is introduced at the 3-position of the thieno [3,4-b] thiophene skeleton. This makes it possible to deepen the HOMO level. Further, as described later, this does not impair the carrier mobility of the conjugated polymer.

上記一般式(1)中、Rは、置換されていてもよい、アルコキシカルボニル基またはアルカノイル基を表す。チエノ[3,4−b]チオフェン骨格の2位にカルボニル基を有する置換基を配置することで共役系重合体のHOMO準位を深めることができ、電子供与性有機材料として用いた場合、光起電力素子の開放電圧を高めることが可能となる。In the general formula (1), R 1 represents an optionally substituted alkoxycarbonyl group or alkanoyl group. By placing a substituent having a carbonyl group at the 2-position of the thieno [3,4-b] thiophene skeleton, the HOMO level of the conjugated polymer can be deepened, and when used as an electron-donating organic material, It becomes possible to increase the open circuit voltage of the electromotive force element.

ここでアルコキシカルボニル基とはエステル結合を介したアルキル基を示す。アルカノイル基とはケトン基を介したアルキル基を示す。   Here, the alkoxycarbonyl group represents an alkyl group via an ester bond. An alkanoyl group refers to an alkyl group via a ketone group.

また、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基のような飽和脂肪族炭化水素基であり、直鎖状であっても分岐状であっても環状であってもよく、無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、アルコキシ基、ハロゲンが挙げられる。アルキル基の炭素数は、電子供与性有機材料の十分な溶解性とキャリア移動度を両立させるためには、4以上10以下であることが好ましい。   The alkyl group is, for example, a saturated aliphatic group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, or a dodecyl group. The hydrocarbon group may be linear, branched, or cyclic, and may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent when substituted include an alkoxy group and halogen. The number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 4 or more and 10 or less in order to achieve both sufficient solubility of the electron-donating organic material and carrier mobility.

上記一般式(1)中、Rは同じでも異なっていてもよく、置換されていてもよいヘテロアリール基を示す。このベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン骨格の4,8位に導入されたヘテロアリール基によって、前述の通り、チエノ[3,4−b]チオフェン骨格の3位にフッ素原子を導入しても共役系重合体のキャリア移動度を損なうことなくHOMO準位を深めることが可能となり、電子供与性有機材料として用いた場合、光起電力素子の高い開放電圧と短絡電流を保つことができる。In the above general formula (1), R 2 may be the same or different and represents a heteroaryl group which may be substituted. As described above, the heteroaryl group introduced at positions 4 and 8 of the benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene skeleton allows the 3-position of the thieno [3,4-b] thiophene skeleton to be Even when fluorine atoms are introduced, the HOMO level can be deepened without impairing the carrier mobility of the conjugated polymer. When used as an electron-donating organic material, the photovoltaic device has a high open-circuit voltage and short-circuit current. Can keep.

に用いられるヘテロアリール基の炭素数は、キャリア移動度を保つために2以上6以下が好ましく、ベンゾジチオフェン骨格とのねじれをおさえてパッキング性を高めるために、分子サイズの小さな5員環構造であるチエニル基またはフリル基が特に好ましく用いられる。ヘテロアリール基上の置換基としては共役系重合体の溶解性とキャリア移動度を両立させるために、炭素数が6以上10以下のアルキル基またはアルコキシ基が好ましく、これらは直鎖状であっても分岐状であってもかまわない。The number of carbon atoms of the heteroaryl group used for R 2 is preferably 2 or more and 6 or less in order to maintain carrier mobility, and in order to suppress twisting with the benzodithiophene skeleton and improve packing properties, it is a 5-membered member having a small molecular size. A thienyl group or a furyl group having a ring structure is particularly preferably used. The substituent on the heteroaryl group is preferably an alkyl group or an alkoxy group having 6 to 10 carbon atoms in order to achieve both solubility of the conjugated polymer and carrier mobility, and these are linear. Can also be branched.

また、ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のいずれかである。ヘテロアリール基の置換基として、フッ素は共役系重合体のHOMO準位を効果的に深めることができるために好ましく用いられる。   The halogen is any one of fluorine, chlorine, bromine and iodine. As a substituent of the heteroaryl group, fluorine is preferably used because it can effectively deepen the HOMO level of the conjugated polymer.

また、nは重合度を示し、2以上1,000以下の整数を表す。nを5以上とすることにより、共役系重合体のキャリア移動度を高め、また前述のバルクヘテロ接合薄膜において有効なキャリアパスを形成させることができるために、光電変換効率を高めることができる。合成上の容易さからnは100未満であることが好ましい。重合度は重量平均分子量から求めることができる。重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定し、ポリスチレンの標準試料に換算して求めることができる。なお、共役系重合体におけるチエノ[3,4−b]チオフェン骨格の向きはランダムでもレジオレギュラーでもかまわない。   N represents the degree of polymerization and represents an integer of 2 or more and 1,000 or less. By setting n to 5 or more, the carrier mobility of the conjugated polymer can be increased, and an effective carrier path can be formed in the aforementioned bulk heterojunction thin film, so that the photoelectric conversion efficiency can be increased. For ease of synthesis, n is preferably less than 100. The degree of polymerization can be determined from the weight average molecular weight. The weight average molecular weight can be determined by measuring using GPC (gel permeation chromatography) and converting to a polystyrene standard sample. The orientation of the thieno [3,4-b] thiophene skeleton in the conjugated polymer may be random or regioregular.

上記一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体として、具体的には下記のような構造が挙げられる。ただし、nは2以上1,000以下の整数を示す。   Specific examples of the conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1) include the following structures. However, n shows the integer of 2 or more and 1,000 or less.

Figure 2014042091
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Figure 2014042091
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Figure 2014042091
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また、上記一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体において、上記一般式(1)で表される構造は、上記一般式(1)で表される構造を満たすものであれば、R、R、が異なる構造が組み合わされていても構わない。例えば、以下のような構造が挙げられる。
括弧で括られた繰り返し単位に添えられた数字は繰り返し単位の比率を表す。nは2以上1,000以下の整数を示す。
In the conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1), the structure represented by the general formula (1) satisfies the structure represented by the general formula (1). For example, structures in which R 1 and R 2 are different may be combined. For example, the following structures are mentioned.
The number attached to the repeating unit enclosed in parentheses represents the ratio of the repeating unit. n represents an integer of 2 or more and 1,000 or less.

Figure 2014042091
Figure 2014042091

また、上記一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体は、さらに2価の共役系連結基を含む共重合体であってもかまわない。共役系重合体全体に対して、2価の共役系連結基は20重量%以下であることが共役系重合体のキャリア移動度を保つために好ましい。2価の共役系連結基は10重量%以下であることがより好ましい。   The conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1) may be a copolymer further containing a divalent conjugated linking group. In order to maintain the carrier mobility of the conjugated polymer, the divalent conjugated linking group is preferably 20% by weight or less with respect to the entire conjugated polymer. The divalent conjugated linking group is more preferably 10% by weight or less.

好ましい2価の共役系連結基の例としては下記のような構造が挙げられる。中でもチエノ[3,4−b]チオフェン骨格で構成される構造が共役系重合体のキャリア移動度を保つために好ましい。   Examples of preferable divalent conjugated linking groups include the following structures. Among these, a structure composed of a thieno [3,4-b] thiophene skeleton is preferable for maintaining the carrier mobility of the conjugated polymer.

Figure 2014042091
Figure 2014042091

ここで、R〜R53は同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルチオエステル基、アルカノイル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンの中から選ばれる。Here, R 3 to R 53 may be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an alkylthioester group, an alkanoyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and a halogen.

なお、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体は、たとえば前記特許文献1に記載されている方法に類似した方法や、前記非特許文献3に記載されている方法に類似した方法で合成することができる。   The conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1) is similar to, for example, a method similar to the method described in Patent Document 1 or a method described in Non-Patent Document 3. Can be synthesized by the above method.

本発明の光起電力素子用材料は、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料のみからなるものでもよいし、他の電子供与性有機材料を含んでもよい。他の電子供与性有機材料としては、例えば、ポリチオフェン系重合体、ベンゾチアジアゾール−チオフェン系誘導体、ベンゾチアジアゾール−チオフェン系共重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体などの共役系重合体や、Hフタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)等のフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(TPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(NPD)等のトリアリールアミン誘導体、4,4’−ジ(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体(ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど)等の低分子有機化合物が挙げられる。The photovoltaic device material of the present invention may be composed of only an electron-donating organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1), or other electron-donating organic material. May be included. Examples of other electron-donating organic materials include polythiophene polymers, benzothiadiazole-thiophene derivatives, benzothiadiazole-thiophene copolymers, poly-p-phenylene vinylene polymers, poly-p-phenylene polymers. Conjugated polymers such as polymers, polyfluorene polymers, polypyrrole polymers, polyaniline polymers, polyacetylene polymers, polythienylene vinylene polymers, H 2 phthalocyanine (H 2 Pc), copper phthalocyanine ( CuPc), phthalocyanine derivatives such as zinc phthalocyanine (ZnPc), porphyrin derivatives, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1,1′-diamine ( TPD), N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl Triarylamine derivatives such as -1,1'-diamine (NPD), carbazole derivatives such as 4,4'-di (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), oligothiophene derivatives (terthiophene, quarterthiophene, And low molecular organic compounds such as cithiophene and octithiophene).

一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体はp型半導体特性を示す電子供与性有機材料であり、本発明の光起電力素子用材料はより高い光電変換効率を得るために電子受容性有機材料(n型有機半導体)と組み合わせることが好ましい。   The conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1) is an electron donating organic material exhibiting p-type semiconductor characteristics, and the photovoltaic device material of the present invention is intended to obtain higher photoelectric conversion efficiency. It is preferable to combine with an electron-accepting organic material (n-type organic semiconductor).

n型半導体特性を示す電子受容性有機材料としては、例えば、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンズイミダゾール(PTCBI)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(PTCDI−C8H)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)等のオキサゾール誘導体、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物(C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94を始めとする無置換のものと、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−PCBM)、[5,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([5,6]−PCBM)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドヘキシルエステル([6,6]−PCBH)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドドデシルエステル([6,6]−PCBD)、フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル(PC70BM)、フェニル C85 ブチリックアシッドメチルエステル(PC84BM)など)、カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。中でも、フラーレン化合物は電荷分離速度と電子移動速度が速いため、好ましく用いられる。フラーレン化合物の中でも、C70誘導体(上記PC70BMなど)は光吸収特性に優れ、より高い光電変換効率を得られるために、より好ましい。Examples of the electron-accepting organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics include 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxyl dianhydride (NTCDA) and 3,4,9,10-perylene tetracarboxyl dianhydride (PTCDA). ), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (PTCDI-C8H), 2- (4 -Biphenylyl) -5- (4-t-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD), 2,5-di (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole (BND) Oxazole derivatives such as 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-tert-butylphenyl) -1,2 , 4-triazole (TAZ) and other triazole derivatives, phenanthroline derivatives, phosphine oxide derivatives, fullerene compounds (C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 and the like) [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([6,6] -PCBM), [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([5,6] -PCBM) [6,6] -phenyl C61 butyric acid hexyl ester ([6,6] -PCBH), [6,6] -phenyl C61 butyric acid dodecyl ester ([6,6] -PCBD), phenyl C71 buty butyric acid methyl ester (PC 70 BM), phenyl C85 Buchirikkuashi' Methyl ester (PC 84 BM), etc.), carbon nanotubes (CNT), poly -p- phenylene vinylene-based polymer derivatives obtained by introducing cyano group into (CN-PPV) and the like. Among these, fullerene compounds are preferably used because of their high charge separation speed and electron transfer speed. Among fullerene compounds, C 70 derivatives (such as the above PC 70 BM) are more preferable because they are excellent in light absorption characteristics and can obtain higher photoelectric conversion efficiency.

本発明の一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料と電子受容性有機材料を組み合わせた光起電力素子用材料において、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率(重量分率)は特に限定されないが、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率(ドナーアクセプター比)が、1:99〜99:1の範囲であることが好ましく、より好ましくは10:90〜90:10の範囲であり、さらに好ましくは20:80〜60:40の範囲である。   In a photovoltaic device material combining an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) of the present invention, an electron-donating organic material and The content ratio (weight fraction) of the electron-accepting organic material is not particularly limited, but the content ratio (donor-acceptor ratio) of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material is in the range of 1:99 to 99: 1. More preferably, it is the range of 10: 90-90: 10, More preferably, it is the range of 20: 80-60: 40.

電子供与性有機材料と電子受容性有機材料は混合して用いても積層して用いてもよい。混合方法としては特に限定されるものではないが、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解させる方法が挙げられる。なお、後述するように、光起電力素子用材料が一層の有機半導体層を形成する場合は、上述の含有比率はその一層に含まれる電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率となり、有機半導体層が二層以上の積層構造である場合は、有機半導体層全体における電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率を意味する。   The electron-donating organic material and the electron-accepting organic material may be used as a mixture or laminated. Although it does not specifically limit as a mixing method, After adding to a solvent in a desired ratio, the method of making it melt | dissolve in a solvent combining 1 type or multiple types of methods, such as a heating, stirring, and ultrasonic irradiation, is mentioned. . As will be described later, when the photovoltaic element material forms a single organic semiconductor layer, the above-mentioned content ratio is the content ratio of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material contained in the single layer. When the organic semiconductor layer has a laminated structure of two or more layers, it means the content ratio of the electron donating organic material and the electron accepting organic material in the whole organic semiconductor layer.

光電変換効率をより向上させるためには、キャリアのトラップとなるような不純物は極力除去することが好ましい。本発明では、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料や、電子受容性有機材料の不純物を除去する方法は特に限定されないが、カラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法、再沈殿法、ソックスレー抽出法、GPCによる分子量分画法、濾過法、イオン交換法、キレート法等を用いることができる。一般的に低分子有機材料の精製にはカラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法が好ましく用いられる。他方、高分子量体の精製には、低分子量成分を除去する場合には再沈殿法やソクスレー抽出法、GPCによる分子量分画法が好ましく用いられ、金属成分を除去する場合には再沈殿法やキレート法、イオン交換法が好ましく用いられる。これらの方法のうち、複数を組み合わせてもよい。   In order to further improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable to remove impurities that can trap carriers as much as possible. In the present invention, an electron donating organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) and a method for removing impurities from the electron accepting organic material are not particularly limited. Methods, recrystallization methods, sublimation methods, reprecipitation methods, Soxhlet extraction methods, molecular weight fractionation methods by GPC, filtration methods, ion exchange methods, chelate methods, and the like can be used. In general, a column chromatography method, a recrystallization method, and a sublimation method are preferably used for purification of a low molecular weight organic material. On the other hand, for purification of high molecular weight compounds, reprecipitation method, Soxhlet extraction method, molecular weight fractionation method by GPC is preferably used when removing low molecular weight components, and reprecipitation method or the like when removing metal components. A chelate method or an ion exchange method is preferably used. A plurality of these methods may be combined.

次に、本発明の光起電力素子について説明する。本発明の光起電力素子は、少なくとも正極と負極を有し、これらの間に本発明の光起電力素子用材料を含む。図1は本発明の光起電力素子の一例を示す模式図である。図1において符号1は基板、符号2は正極、符号3は本発明の光起電力素子用材料を含む有機半導体層、符号4は負極である。また、本発明の光起電力素子は、図2に例示したように、基板1/負極4/有機半導体層3/正極2の順番であってもよい。   Next, the photovoltaic element of the present invention will be described. The photovoltaic device of the present invention has at least a positive electrode and a negative electrode, and includes the photovoltaic device material of the present invention between them. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the photovoltaic element of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a substrate, reference numeral 2 is a positive electrode, reference numeral 3 is an organic semiconductor layer containing the photovoltaic element material of the present invention, and reference numeral 4 is a negative electrode. The photovoltaic element of the present invention may be in the order of substrate 1 / negative electrode 4 / organic semiconductor layer 3 / positive electrode 2 as illustrated in FIG.

有機半導体層3は本発明の光起電力素子用材料を含む。すなわち、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を含む。光起電力素子の有機発電層である有機半導体層3が電子供与性有機材料と電子受容性材料を含む場合、これらの材料は混合されていても積層されていても良いが、混合されていることが好ましい。すなわち、図1、図2のように、光起電力素子用材料を含む有機半導体層が電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とが混合された層であっても、図3、図4のように、光起電力素子用材料を含む有機半導体層が電子供与性有機材料を有する層と電子受容性有機材料を有する層との積層構成であっても良いが、光起電力素子用材料を含む有機半導体層が電子供与性有機材料と電子受容性有機材料とが混合された層であることが好ましい。   The organic semiconductor layer 3 contains the photovoltaic element material of the present invention. That is, an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) are included. When the organic semiconductor layer 3 that is an organic power generation layer of the photovoltaic element includes an electron donating organic material and an electron accepting material, these materials may be mixed or stacked, but are mixed. It is preferable. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, even if the organic semiconductor layer containing the photovoltaic element material is a layer in which an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material are mixed, FIGS. As described above, the organic semiconductor layer containing the photovoltaic element material may have a laminated structure of a layer having an electron-donating organic material and a layer having an electron-accepting organic material. It is preferable that the organic semiconductor layer containing is a layer in which an electron donating organic material and an electron accepting organic material are mixed.

電子供与性有機材料と電子受容性有機材料を混合することにより、光電変換に寄与する電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の接合面を増加させるバルクヘテロ接合型光起電力素子が好ましい。このバルクヘテロ接合型の有機発電層である有機半導体層3においては、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料と電子受容性有機材料がナノメートルのサイズで相分離していることが好ましい。この相分離構造のドメインサイズは特に限定されるものではないが、通常1nm以上50nm以下である。   A bulk heterojunction photovoltaic device that increases the bonding surface between the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material that contributes to photoelectric conversion by mixing the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material is preferable. In the organic semiconductor layer 3 which is this bulk heterojunction type organic power generation layer, the electron donating organic material and the electron accepting organic material using the conjugated polymer having the structure represented by the general formula (1) are nanometers. It is preferable that phase separation is performed at a size of. The domain size of this phase separation structure is not particularly limited, but is usually 1 nm or more and 50 nm or less.

また、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料と電子受容性有機材料が積層されている場合は、p型半導体特性を示す電子供与性有機材料を有する層が正極側、n型半導体特性を示す電子受容性有機材料を有する層が負極側であることが好ましい。このように有機半導体層3が積層されている場合の光起電力素子の一例を図3および図4に示す。符号5は一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料を有する層、符号6は電子受容性有機材料を有する層である。有機半導体層は5nm〜500nmの厚さが好ましく、より好ましくは30nm〜300nmである。本発明の電子供与性有機材料を有する層は上記厚さのうち1nm〜400nmの厚さを有していることが好ましく、より好ましくは15nm〜150nmである。   In addition, when an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) are stacked, an electron-donating organic material exhibiting p-type semiconductor characteristics The layer having the material is preferably on the positive electrode side, and the layer having an electron-accepting organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics is preferably on the negative electrode side. An example of the photovoltaic element in the case where the organic semiconductor layer 3 is thus laminated is shown in FIGS. Reference numeral 5 denotes a layer having an electron donating organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1), and reference numeral 6 denotes a layer having an electron accepting organic material. The organic semiconductor layer preferably has a thickness of 5 nm to 500 nm, more preferably 30 nm to 300 nm. The layer having an electron donating organic material of the present invention preferably has a thickness of 1 nm to 400 nm, more preferably 15 nm to 150 nm.

本発明の光起電力素子においては、正極2もしくは負極4のいずれかに光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、有機半導体層3に入射光が到達して起電力が発生する程度であれば、特に限定されるものではない。ここで、本発明における光透過性は、[透過光強度(W/m)/入射光強度(W/m)]×100(%)で求められる値である。電極の厚さは光透過性と導電性とを有する範囲であればよく、電極素材によって異なるが20nm〜300nmが好ましい。なお、もう一方の電極は導電性があれば必ずしも光透過性は必要ではなく、厚さも特に限定されない。In the photovoltaic device of the present invention, it is preferable that either the positive electrode 2 or the negative electrode 4 has light transmittance. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the organic semiconductor layer 3 and an electromotive force is generated. Here, the light transmittance in the present invention is a value obtained by [transmitted light intensity (W / m 2 ) / incident light intensity (W / m 2 )] × 100 (%). The thickness of the electrode may be in a range having light transparency and conductivity, and is preferably 20 nm to 300 nm, although it varies depending on the electrode material. The other electrode is not necessarily light-transmitting as long as it has conductivity, and the thickness is not particularly limited.

電極素材としては、金、白金、銀、銅、鉄、亜鉛、錫、アルミニウム、インジウム、クロム、ニッケル、コバルト、スカンジウム、バナジウム、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、などの金属のほか、インジウム、スズ、モリブデン、ニッケルなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、アルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)など)、アルカリ金属やアルカリ土類金属、具体的にはリチウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、なども好ましく用いられる。さらに、上記の金属からなる合金や上記の金属の積層体からなる電極も好ましく用いられる。また、グラファイト、グラファイト層間化合物、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体を含む電極も好ましく用いられる。このとき少なくとも正極、及び、負極の一方が透明又は半透明であることが好ましい。また、上記の電極材料は2種以上の材料から成る混合層、及び、積層構造であってもよい。   Electrode materials include gold, platinum, silver, copper, iron, zinc, tin, aluminum, indium, chromium, nickel, cobalt, scandium, vanadium, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, etc. In addition, metal oxides such as indium, tin, molybdenum and nickel, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide (AZO), gallium zinc oxide ( GZO)), alkali metals and alkaline earth metals, specifically lithium, magnesium, sodium, potassium, calcium, strontium, barium, and the like are also preferably used. Furthermore, an electrode made of an alloy made of the above metal or a laminate of the above metal is also preferably used. Further, graphite, graphite intercalation compounds, carbon nanotubes, graphene, polyaniline and derivatives thereof, and electrodes containing polythiophene and derivatives thereof are also preferably used. At this time, at least one of the positive electrode and the negative electrode is preferably transparent or translucent. The electrode material may be a mixed layer composed of two or more materials and a laminated structure.

ここで、正極2に用いられる導電性素材は、有機半導体層3とオーミック接合するものであることが好ましい。さらに、後述する正孔輸送層を用いた場合においては、正極2に用いられる導電性素材は正孔輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。また、負極4に用いられる導電性素材は、有機半導体層3または電子輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。ここで、接合を改善する方法として、負極に電子取り出し層としてフッ化リチウム(LiF)やフッ化セシウムなどの金属フッ化物を導入する方法が挙げられる。電子取り出し層の導入によって取り出し電流を向上させることが可能である。   Here, the conductive material used for the positive electrode 2 is preferably one that is in ohmic contact with the organic semiconductor layer 3. Furthermore, when a hole transport layer described later is used, it is preferable that the conductive material used for the positive electrode 2 is in ohmic contact with the hole transport layer. In addition, the conductive material used for the negative electrode 4 is preferably one that is in ohmic contact with the organic semiconductor layer 3 or the electron transport layer. Here, as a method for improving the bonding, a method of introducing a metal fluoride such as lithium fluoride (LiF) or cesium fluoride as an electron extraction layer into the negative electrode can be mentioned. By introducing the electron extraction layer, it is possible to improve the extraction current.

基板1は、光電変換材料の種類や用途に応じて、電極材料や有機半導体層が積層できる基板、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス、アルミニウム、鉄、銅、およびステンレスなどの合金、等の無機材料、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレンポリメチルメタクリレート、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂等の有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。また基板側から光を入射して用いる場合は、上記に示した各基板に80%以上の光透過性を持たせておくことが好ましい。   The substrate 1 is an inorganic substrate such as an alkali-free glass, quartz glass, aluminum, iron, copper, or an alloy such as stainless steel, on which an electrode material or an organic semiconductor layer can be laminated, depending on the type and application of the photoelectric conversion material. Films and plates produced by any method from organic materials such as materials, polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene polymethyl methacrylate, epoxy resin and fluorine-based resin can be used. In the case where light is incident from the substrate side and used, it is preferable that each substrate described above has a light transmittance of 80% or more.

本発明では、正極2と有機半導体層3の間に正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層を形成する材料としては、ポリチオフェン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール重合体、ポリアニリン重合体、ポリフラン重合体、ポリピリジン重合体、ポリカルバゾール重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(HPc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体、アセン系化合物(テトラセン、ペンタセンなど)などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物、グラフェンや酸化グラフェンなどの炭素化合物、MoOなどの酸化モリブデン(MoO)、WOなどの酸化タングステン(WO)、NiOなどの酸化ニッケル(NiO)、Vなどの酸化バナジウム(VO)、ZrOなどの酸化ジルコニウム(ZrO)、CuOなどの酸化銅(CuO)、ヨウ化銅、RuO4などの酸化ルテニウム(RuOx)、Re27などの酸化ルテニウム(ReO)などの無機化合物が好ましく用いられる。特に、ポリチオフェン系重合体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたもの、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステンが好ましく用いられる。また、上記正孔輸送層は単独の化合物から成る層であっても良いし、2種以上の化合物から成る混合層、及び、積層構造であってもよい。また、正孔輸送層は5nmから600nmの厚さが好ましく、より好ましくは10nmから200nmである。In the present invention, a hole transport layer may be provided between the positive electrode 2 and the organic semiconductor layer 3. As a material for forming the hole transport layer, polythiophene polymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, polyfluorene polymer, polypyrrole polymer, polyaniline polymer, polyfuran polymer, polypyridine polymer, polycarbazole Conductive polymers such as polymers, low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as phthalocyanine derivatives (H 2 Pc, CuPc, ZnPc, etc.), porphyrin derivatives, acene compounds (tetracene, pentacene, etc.), graphene, Carbon compounds such as graphene oxide, molybdenum oxides such as MoO 3 (MoO x ), tungsten oxides such as WO 3 (WO x ), nickel oxides such as NiO (NiO x ), vanadium oxides such as V 2 O 5 (VO x) ), zirconium oxide such as ZrO 2 (ZrO x) Copper oxide such as Cu 2 O (CuO x), copper iodide, ruthenium oxide, such as RuO 4 (RuO x), inorganic compounds such as ruthenium oxide (ReO x), such as Re 2 O 7 is preferably used. In particular, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), which is a polythiophene polymer, PEDOT to which polystyrene sulfonate (PSS) is added, molybdenum oxide, vanadium oxide, and tungsten oxide are preferably used. Further, the hole transport layer may be a layer made of a single compound, or a mixed layer made of two or more compounds and a laminated structure. The hole transport layer preferably has a thickness of 5 nm to 600 nm, more preferably 10 nm to 200 nm.

また、本発明の光起電力素子は、有機半導体層3と負極4の間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層を形成する材料として、特に限定されるものではないが、上述の電子受容性有機材料(NTCDA、PTCDA、PTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ホスフィンスルフィド誘導体、キノリン誘導体、フラーレン化合物、CNT、CN−PPVなど)のようにn型半導体特性を示す有機材料が好ましく用いられる。また、イオン性の置換フルオレン系ポリマー(「アドバンスド マテリアルズ(Advanced Materials)」、2011年、23巻、4636−4643頁、「オーガニック エレクトロニクス(Organic Electronics)」、2009年、10巻、496−500頁)や、イオン性の置換フルオレン系ポリマーと置換チオフェン系ポリマーの組み合わせ(「ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサイエティー(Journal of American Chemical Society)」、2011年、133巻、8416−8419頁)などのイオン性化合物、ポリエチレンオキサイド(「アドバンスド マテリアルズ(Advanced Materials)」、2007年、19巻、1835−1838頁)なども電子輸送層として用いることができる。   In the photovoltaic device of the present invention, an electron transport layer may be provided between the organic semiconductor layer 3 and the negative electrode 4. Although it does not specifically limit as a material which forms an electron carrying layer, The above-mentioned electron-accepting organic material (NTCDA, PTCDA, PTCDI-C8H, an oxazole derivative, a triazole derivative, a phenanthroline derivative, a phosphine oxide derivative, a phosphine sulfide derivative Organic materials exhibiting n-type semiconductor properties such as quinoline derivatives, fullerene compounds, CNT, CN-PPV, etc. are preferably used. Also, ionic substituted fluorene-based polymers ("Advanced Materials", 2011, 23, 4636-4463, "Organic Electronics", 2009, 10, 476-500). ) And combinations of ionic substituted fluorene polymers and substituted thiophene polymers (“Journal of American Chemical Society” 2011, 133, 8416-8419), Polyethylene oxide ("Advanced Materials", 2007, Vol. 19, 1835) -1838) can also be used as the electron transport layer.

また、イオン性基を有する化合物、例えば、アンモニウム塩、アミン塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ホスホニウム塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、硫酸塩、硝酸塩、アセトナート塩、オキソ酸塩、ならびに金属錯体なども電子輸送層として用いることができる。具体的には塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルピリジニウムブロミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、トリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミド、ギ酸亜鉛、酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、酪酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、ヘプタデカフルオロノナン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、1−ヘキサデカンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、リン酸モノドデシルナトリウム、亜鉛アセチルアセトナート、クロム酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、六フッ化ジルコニウム酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、テトラクロロ亜鉛酸アンモニウム、オルトチタン酸テトライソプロピル、ニッケル酸リチウム、過マンガン酸カリウム、銀フェナントロリン錯体、AgTCNQや特開2013−58714記載の電子輸送層に用いられる化合物などが挙げられる。   Also, compounds having an ionic group, such as ammonium salts, amine salts, pyridinium salts, imidazolium salts, phosphonium salts, carboxylates, sulfonates, phosphates, sulfate esters, phosphate ester salts, sulfates , Nitrates, acetonates, oxoacid salts, and metal complexes can also be used as the electron transport layer. Specifically, ammonium chloride, ammonium acetate, ammonium phosphate, hexyltrimethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, octadecyltrimethylammonium bromide, hexadecylpyridinium bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, tributylhexadecylphosphonium bromide , Zinc formate, zinc acetate, zinc propionate, zinc butyrate, zinc oxalate, sodium heptadecafluorononanoate, sodium myristate, sodium benzoate, sodium 1-hexadecanesulfonate, sodium dodecyl sulfate, sodium monododecyl phosphate, Zinc acetylacetonate, ammonium chromate, ammonium metavanadate, ammonium molybdate, hexafluorozirconium acid Examples include monium, sodium tungstate, ammonium tetrachlorozincate, tetraisopropyl orthotitanate, lithium nickelate, potassium permanganate, silver phenanthroline complex, AgTCNQ, and compounds used in the electron transport layer described in JP2013-58714. It is done.

また、TiOなどの酸化チタン(TiO)、ZnOなどの酸化亜鉛(ZnO)、SiOなどの酸化ケイ素(SiO)、SnOなどの酸化錫(SnO)、WOなどの酸化タングステン(WO)、Taなどの酸化タンタル(TaO)、BaTiOなどのチタン酸バリウム(BaTi)、BaZrOなどのジルコン酸バリウム(BaZr)、ZrOなどの酸化ジルコニウム(ZrO)、HfOなどの酸化ハフニウム(HfO)、Alなどの酸化アルミニウム(AlO)、Yなどの酸化イットリウム(YO)、ZrSiOなどのケイ酸ジルコニウム(ZrSi)のような金属酸化物、Siなどの窒化ケイ素(SiN)のような窒化物、CdSなどの硫化カドミウム(CdS)、ZnSeなどのセレン化亜鉛(ZnSe)、ZnSなどの硫化亜鉛(ZnS)、CdTeなどのテルル化カドミウム(CdTe)のような半導体などの無機材料も電子輸送層として好ましく用いられる。Further, titanium oxide such as TiO 2 (TiO x ), zinc oxide such as ZnO (ZnO x ), silicon oxide such as SiO 2 (SiO x ), tin oxide such as SnO 2 (SnO x ), oxidation such as WO 3 Tungsten oxide (TaO x ) such as tungsten (WO x ), Ta 2 O 3, barium titanate (BaTi x O y ) such as BaTiO 3 , barium zirconate (BaZr x O y ) such as BaZrO 3 , ZrO 2, etc. Zirconium oxide (ZrO x ), hafnium oxide (HfO x ) such as HfO 2 , aluminum oxide (AlO x ) such as Al 2 O 3, yttrium oxide (YO x ) such as Y 2 O 3 , and silicon such as ZrSiO 4 Of metal oxides such as zirconium oxide (ZrSi x O y ), silicon nitride (SiN x ) such as Si 3 N 4 Semiconductors such as nitrides, cadmium sulfide (CdS x ) such as CdS, zinc selenide (ZnSe x ) such as ZnSe, zinc sulfide (ZnS x ) such as ZnS, cadmium telluride (CdTe x ) such as CdTe Inorganic materials such as these are also preferably used as the electron transport layer.

上記無機材料で電子輸送層を形成する方法としては、その金属塩や金属アルコキシドなどの前駆体溶液を塗布した後、加熱して層を形成する方法や、ナノ粒子分散液を基板に塗布して層を形成する方法がある。このとき、加熱温度や時間、及びナノ粒子の合成条件により、完全には反応が進行しておらず、部分的に加水分解したり、部分的に縮合したりすることで、中間生成物となっていたり、前駆体と中間性生物、最終生成物などの混合物となっていても良い。   As a method of forming an electron transport layer with the inorganic material, a method of forming a layer by applying a precursor solution such as a metal salt or metal alkoxide and then heating, or applying a nanoparticle dispersion on a substrate There are methods for forming layers. At this time, depending on the heating temperature and time, and the synthesis conditions of the nanoparticles, the reaction does not proceed completely, and it becomes an intermediate product by partially hydrolyzing or partially condensing. Or a mixture of a precursor, an intermediate organism, and an end product.

また、上記フェナントロリン誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、バソクプロイン(BCP)やバソフェナントレン(Bphen)、2−ナフタレン−2−イル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(HNBphen)、2,9−ビスナフタレン−2−イル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(NBphen)などのフェナントロリン単量体化合物や特開2012−39097記載のフェナントロリン多量体化合物が挙げられる。フェナントロリン二量体化合物とは、上記特開2012−39097記載の化合物のようなものであり、下記一般式(2)で表される化合物である。   Further, the phenanthroline derivative is not particularly limited. For example, bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), 2-naphthalen-2-yl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline ( Phenanthroline monomer compounds such as HNBphen), 2,9-bisnaphthalen-2-yl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen), and phenanthroline multimeric compounds described in JP 2012-39097 A. . The phenanthroline dimer compound is a compound such as the compound described in JP 2012-39097 A and is a compound represented by the following general formula (2).

Figure 2014042091
Figure 2014042091

ここで、R54〜R60はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、およびアリール基の中から選ばれる。Aは2価の芳香族炭化水素基である。また、2個のフェナントロリン骨格を有する置換基はそれぞれ同一でも異なっていても良い。ここで、アルキル基とは例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、アリール基とは例えばフェニル基、トリル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基などの芳香族炭化水素基を示し、無置換でも置換されていてもかまわない。アルキル基またはアリール基の炭素数は、1〜20程度が好ましい。また、2個のフェナントロリン骨格を有する基はそれぞれ同一でも異なっていても良い。Here, R 54 to R 60 may be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, and an aryl group. A is a divalent aromatic hydrocarbon group. The substituents having two phenanthroline skeletons may be the same or different. Here, the alkyl group represents a saturated aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group, and the aryl group represents, for example, a phenyl group, a tolyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, An aromatic hydrocarbon group such as an anthryl group is shown and may be unsubstituted or substituted. As for carbon number of an alkyl group or an aryl group, about 1-20 are preferable. Further, the groups having two phenanthroline skeletons may be the same or different.

また、上記ホスフィンオキサイド誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェニルジピレニルホスフィンオキサイド(POPy)などのホスフィン化合物が挙げられる。The phosphine oxide derivative is not particularly limited, and examples thereof include phosphine compounds such as phenyl dipyrenyl phosphine oxide (POPy 2 ).

また、上記キノリン誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、8−ヒドロキシキノレートリチウム(Liq)やトリス(8−ヒドロキシキノレート)アルミニウムなどの化合物が挙げられる。   In addition, the quinoline derivative is not particularly limited, and examples thereof include compounds such as 8-hydroxyquinolate lithium (Liq) and tris (8-hydroxyquinolate) aluminum.

これらの電子輸送層による特性向上のメカニズムは明らかではないが、負極との界面接合においてエネルギー障壁を低減することや、電子供与性有機半導体と電子受容性有機半導体で発生した励起子の負極界面での失活を防止することなどによって、電子取り出し効率や電荷発生効率を向上させると考えられる。   Although the mechanism for improving the properties of these electron transport layers is not clear, the energy barrier is reduced at the interface junction with the negative electrode, and the negative electrode interface of excitons generated in the electron-donating organic semiconductor and the electron-accepting organic semiconductor. It is considered that the electron extraction efficiency and the charge generation efficiency are improved by preventing the deactivation of the catalyst.

上記電子輸送層の中でも、電子輸送性や均質な膜が得られやすいことなどからフェナントロリン誘導体が好ましく用いられる。さらに、ガラス転移点が高い安定な膜が得られやすいことからフェナントロリン多量体化合物が好ましく用いられ、合成の容易さなどを考慮すると、フェナントロリン二量体化合物がさらに好ましく用いられる。フェナントロリン二量体化合物の中でも、真空蒸着時などの薄膜形成時における昇華性や薄膜形成能のバランスから、上記一般式(2)のAは、置換もしくは無置換のフェニレン基、または、置換もしくは無置換のナフチレン基であることが好ましい。   Among the electron transport layers, a phenanthroline derivative is preferably used because of its ability to transport electrons and to obtain a homogeneous film. Furthermore, a phenanthroline multimer compound is preferably used because a stable film having a high glass transition point can be easily obtained, and a phenanthroline dimer compound is more preferably used in consideration of easiness of synthesis. Among the phenanthroline dimer compounds, A in the general formula (2) is a substituted or unsubstituted phenylene group or a substituted or non-substituted phenoxy group from the balance of sublimation property and thin film forming ability during thin film formation such as vacuum deposition. It is preferably a substituted naphthylene group.

上記電子輸送層は0.1nm〜600nmの厚さが好ましく、より好ましくは1nm〜200nm、さらに好ましくは、1nm〜20nmである。また、上記電子輸送層は単独の化合物から成る層であっても良いし、2種以上の化合物から成る層であってもよい。さらに、上記電子輸送層は、アルカリ金属やアルカリ土類金属、具体的にはリチウム、マグネシウム、カルシウムなどやフッ化リチウムやフッ化セシウムなどの金属フッ化物などの化合物と上記電子輸送層用材料との混合層であっても良いし、それらとの積層構造であってもよい。   The electron transport layer preferably has a thickness of 0.1 nm to 600 nm, more preferably 1 nm to 200 nm, and still more preferably 1 nm to 20 nm. The electron transport layer may be a layer made of a single compound or a layer made of two or more compounds. Further, the electron transport layer includes an alkali metal or alkaline earth metal, specifically, a compound such as lithium, magnesium, calcium, or a metal fluoride such as lithium fluoride or cesium fluoride, and the material for the electron transport layer. It may be a mixed layer or a laminated structure with them.

また、本発明の光起電力素子は、1つ以上の中間電極を介して2層以上の有機半導体層を積層して直列接合を形成してもよい。このような構成をタンデム構成と呼ぶこともある。例えば、基板/正極/第1の有機半導体層/中間電極/第2の有機半導体層/負極というタンデム構成を挙げることができる。その他にも、基板/負極/第1の有機半導体層/中間電極/第2の有機半導体層/正極というタンデム構成も挙げられる。このようにタンデム構成とすることにより、開放電圧を向上させることができる。なお、正極と第1の有機半導体層の間、および、中間電極と第2の有機半導体層の間に上述の正孔輸送層を設けてもよく、第1の有機半導体層と中間電極の間、および、第2の有機半導体層と負極の間に上述の正孔輸送層を設けてもよい。   In the photovoltaic device of the present invention, two or more organic semiconductor layers may be laminated via one or more intermediate electrodes to form a series junction. Such a configuration is sometimes called a tandem configuration. For example, a tandem configuration of substrate / positive electrode / first organic semiconductor layer / intermediate electrode / second organic semiconductor layer / negative electrode can be given. In addition, a tandem configuration of substrate / negative electrode / first organic semiconductor layer / intermediate electrode / second organic semiconductor layer / positive electrode may be mentioned. By adopting the tandem configuration in this way, the open circuit voltage can be improved. Note that the hole transport layer described above may be provided between the positive electrode and the first organic semiconductor layer and between the intermediate electrode and the second organic semiconductor layer, and between the first organic semiconductor layer and the intermediate electrode. The hole transport layer described above may be provided between the second organic semiconductor layer and the negative electrode.

このようなタンデム構成の場合、有機半導体層の少なくとも1層が本発明の光起電力素子用材料を含み、他の層には、短絡電流を低下させないために、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料とはバンドギャップの異なる電子供与性有機材料を含むことが好ましい。このような電子供与性有機材料としては、例えば上述のポリチオフェン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体、ベンゾチアジアゾール系重合体(例えば、PCPDTBT(poly[2,6−(4,4−bis−(2−ethylhexyl)−4H−cyclopenta[2,1−b;3,4−b’]dithiophene)−alt−4,7−(2,1,3−benzothiadiazole)])や、PSBTBT(poly[(4,4−bis−(2−ethylhexyl)dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole)−2,6−diyl−alt−(2,1,3−benzothiadiazole)−4,7−diyl]))などの共役系重合体や、Hフタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)等のフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(TPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(NPD)等のトリアリールアミン誘導体、4,4’−ジ(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体(ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど)等の低分子有機化合物が挙げられる。In such a tandem configuration, at least one of the organic semiconductor layers contains the photovoltaic device material of the present invention, and the other layers are represented by the general formula (1) in order not to reduce the short-circuit current. It is preferable to include an electron-donating organic material having a band gap different from that of the electron-donating organic material using a conjugated polymer having a structure. Examples of such an electron-donating organic material include the polythiophene polymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, poly-p-phenylene polymer, polyfluorene polymer, polypyrrole polymer, polyaniline described above. Polymer, polyacetylene polymer, polythienylene vinylene polymer, benzothiadiazole polymer (for example, PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [ 2,1-b; 3,4-b ′] dithiophene) -alt-4,7- (2,1,3-benzothiadiazole)]) and PSBTBT (poly [(4,4-bis- (2-ethylhexyl)). ) Dithino [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole) − , 6-diyl-alt- (2,1,3 -benzothiadiazole) -4,7-diyl])) conjugated polymer or, H 2 phthalocyanine such as (H 2 Pc), copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine Phthalocyanine derivatives such as (ZnPc), porphyrin derivatives, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1,1′-diamine (TPD), N, Triarylamine derivatives such as N′-dinaphthyl-N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine (NPD), 4,4′-di (carbazol-9-yl) biphenyl ( Carbazole derivatives such as CBP), oligothiophene derivatives (terthiophene, quarterthiophene, sexithiophene, octithiophene, etc. Low molecular organic compounds and the like.

また、ここで用いられる中間電極用の素材としては高い導電性を有するものが好ましく、例えば上述の金、白金、クロム、ニッケル、リチウム、マグネシウム、カルシウム、錫、銀、アルミニウムなどの金属や、透明性を有するインジウム、スズ、モリブデンなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)など)、上記の金属からなる合金や上記の金属の積層体、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたもの、などが挙げられる。中間電極は光透過性を有することが好ましいが、光透過性が低い金属のような素材でも膜厚を薄くすることで充分な光透過性を確保できる場合が多い。   In addition, the material for the intermediate electrode used here is preferably a material having high conductivity, for example, the above-mentioned metals such as gold, platinum, chromium, nickel, lithium, magnesium, calcium, tin, silver, aluminum, and transparent Metal oxides such as indium, tin, and molybdenum, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), etc.), alloys composed of the above metals, and laminates of the above metals , Polyethylenedioxythiophene (PEDOT), and those obtained by adding polystyrene sulfonate (PSS) to PEDOT. The intermediate electrode preferably has a light transmission property, but even a material such as a metal having a low light transmission property can often ensure a sufficient light transmission property by reducing the film thickness.

次に、本発明の光起電力素子の製造方法について例を挙げて説明する。基板上にITOなどの透明電極(この場合正極に相当)をスパッタリング法などにより形成する。一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料、および必要により電子受容性有機材料を含む光電変換素子用材料を溶媒に溶解させて溶液を作り、透明電極上に塗布し有機半導体層を形成する。   Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of the photovoltaic device of this invention. A transparent electrode such as ITO (corresponding to a positive electrode in this case) is formed on the substrate by sputtering or the like. A solution is prepared by dissolving an electron donating organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) and, if necessary, a material for a photoelectric conversion element containing an electron accepting organic material in a solvent, An organic semiconductor layer is formed by coating on the transparent electrode.

このとき用いられる溶媒は、有機半導体が溶媒中に適当に溶解または分散できるものであれば特に限定されないが、有機溶媒が好ましく、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、デカリン、ビシクロヘキシルなどの脂肪族炭化水素類、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、γ−ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジメチルカーボネートなどのエステル類、エチルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロピラン、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、イソクロマン、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジグリムなどのエーテル類、アンモニア、エタノールアミンなどのアミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド類、スルホランなどのスルホン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、二硫化炭素、1,8−オクタンジチオールなどのチオール類、アセトニトリル、アクリロニトリルなどのニトリル類、酢酸、乳酸などの脂肪酸類、フラン、チオフェン、ピロール、ピリジンなどの複素環式化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、スチレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、p−シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ジペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、エチニルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、ベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、3,4,5−トリメトキシトルエン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、o−クロロフェノール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレン、1−ブロモナフタレン、1−メチルナフタレン、o−ジヨードベンゼン、アセトフェノン、2,3−ベンゾフラン、2,3−ジヒドロベンゾフラン、1,4−ベンゾジオキサン、酢酸フェニル、安息香酸メチル、クレゾール、アニリン、ニトロベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、1,3−ジクロロプロパン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,1,3−テトラクロロプロパン、1,2,2,3−テトラクロロプロパン、1,1,2,3−テトラクロロプロパン、ペンタクロロプロパン、ヘキサクロロプロパン、ヘプタクロロプロパン、1−ブロモプロパン、1,2−ジブロモプロパン、2,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,7−ジブロモヘプタン、1,8−ジブロモオクタン、1−ヨードプロパン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。中でも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、3,4,5−トリメトキシトルエン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレンなどの芳香族炭化水素類や、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,8−ジブロモオクタン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。なお、これらを2種以上混合して用いてもよい。   The solvent used at this time is not particularly limited as long as the organic semiconductor can be appropriately dissolved or dispersed in the solvent, but an organic solvent is preferable, for example, hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane, cyclohexane, decalin. , Aliphatic hydrocarbons such as bicyclohexyl, alcohols such as methanol, ethanol, butanol, propanol, ethylene glycol, glycerin, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, isophorone, ethyl acetate, butyl acetate, Esters such as methyl lactate, γ-butyrolactone, diethylene glycol monobutyl ether acetate, dimethyl carbonate, ethyl ether, methyl tertiary butyl ether, tetrahydrofuran, 1 4-dioxane, tetrahydropyran, 3,4-dihydro-2H-pyran, isochroman, ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, diglyme, amines such as ammonia and ethanolamine, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N -Amides such as methyl-2-pyrrolidone, sulfones such as sulfolane, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, thiols such as carbon disulfide and 1,8-octanedithiol, nitriles such as acetonitrile and acrylonitrile, acetic acid, lactic acid Fatty acids such as, heterocyclic compounds such as furan, thiophene, pyrrole, pyridine, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylben Zen, styrene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, p-cymene, cyclohexylbenzene, diethylbenzene, pentylbenzene, dipentylbenzene, dodecylbenzene, ethynylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, butylphenyl ether, pentylphenyl ether, Veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 3,4,5-trimethoxytoluene, 2-methoxytoluene, 2,5-dimethylanisole, o-chlorophenol, chlorobenzene, dichlorobenzene , Trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, 1-bromonaphthalene, 1-methylnaphthalene, o-diiodobenzene, acetophenone, 2,3-benzofuran, 2,3-dihydrobenzofuran Aromatic hydrocarbons such as 1,4-benzodioxane, phenyl acetate, methyl benzoate, cresol, aniline, nitrobenzene, dichloromethane, 1,2-dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, trichloroethane, 1 , 3-dichloropropane, 1,1,1,2-tetrachloroethane, 1,1,1,3-tetrachloropropane, 1,2,2,3-tetrachloropropane, 1,1,2,3-tetrachloropropane, Pentachloropropane, hexachloropropane, heptachloropropane, 1-bromopropane, 1,2-dibromopropane, 2,2-dibromopropane, 1,3-dibromopropane, 1,2,3-tribromopropane, 1,4-dibromo Butane, 1,5- Bromopentane, 1,6-dibromohexane, 1,7-dibromoheptane, 1,8-dibromooctane, 1-iodopropane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane 1,6-diiodohexane, 1,7-diiodoheptane, 1,8-diiodooctane, and other halogen hydrocarbons. Among these, toluene, xylene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 3,4,5- Aromatic hydrocarbons such as trimethoxytoluene, 2-methoxytoluene, 2,5-dimethylanisole, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, chloroform, dichloromethane, 1,2-dibromopropane, 1, 3-dibromopropane, 1,2,3-tribromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,6-dibromohexane, 1,8-dibromooctane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane Emissions, 1,7-diiodo-heptane, 1,8-halogen hydrocarbons such as diiodooctane, and the like. Two or more of these may be mixed and used.

一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を混合して有機半導体層を形成する場合は、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料を所望の比率で溶媒に添加し、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を用いて溶解させ溶液を作り、透明電極上に塗布する。この場合、2種以上の溶媒を混合して用いることで光起電力素子の光電変換効率を向上させることもできる。これは、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料がナノレベルで相分離を起こし、電子と正孔の通り道となるキャリアパスが形成されるためと推測される。   When an organic semiconductor layer is formed by mixing an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1), an electron-donating organic material and an electron A receptive organic material is added to a solvent in a desired ratio, dissolved by a method such as heating, stirring, and ultrasonic irradiation to form a solution, which is applied onto a transparent electrode. In this case, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element can be improved by using a mixture of two or more solvents. This is presumably because the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material undergo phase separation at the nano level, and a carrier path that forms a path for electrons and holes is formed.

組み合わせる溶媒は、用いる電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の種類によって最適な組み合わせの種類を選択することができる。一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料を用いる場合、組み合わせる好ましい溶媒として上述の中でもクロロホルムとクロロベンゼンが挙げられる。この場合、各溶媒の混合体積比率は、クロロホルム:クロロベンゼン=5:95〜95:5の範囲であることが好ましく、さらに好ましくはクロロホルム:クロロベンゼン=10:90〜90:10の範囲である。   As the solvent to be combined, an optimal combination type can be selected depending on the types of the electron donating organic material and the electron accepting organic material to be used. In the case where an electron donating organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) is used, preferred solvents to be combined include chloroform and chlorobenzene among the above. In this case, the mixing volume ratio of each solvent is preferably in the range of chloroform: chlorobenzene = 5: 95 to 95: 5, more preferably in the range of chloroform: chlorobenzene = 10: 90 to 90:10.

また、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を積層して有機半導体層を形成する場合は、例えば電子供与性有機材料の溶液を塗布して電子供与性有機材料を有する層を形成した後に、電子受容性有機材料の溶液を塗布して層を形成する。ここで、電子供与性有機材料および電子受容性有機材料は、分子量が1000以下程度の低分子量体である場合には、蒸着法を用いて層を形成することも可能である。   Further, when an organic semiconductor layer is formed by laminating an electron donating organic material and an electron accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1), for example, an electron donating organic After the material solution is applied to form a layer having an electron-donating organic material, the electron-accepting organic material solution is applied to form a layer. Here, when the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material are low molecular weight substances having a molecular weight of about 1000 or less, it is possible to form a layer using a vapor deposition method.

有機半導体層の形成には、スピンコート塗布、ブレードコート塗布、スリットダイコート塗布、スクリーン印刷塗布、バーコーター塗布、鋳型塗布、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法など何れの方法を用いてもよく、膜厚制御や配向制御など、得ようとする有機半導体層特性に応じて形成方法を選択すればよい。例えばスピンコート塗布を行う場合には、一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体を用いた電子供与性有機材料および電子受容性有機材料が1〜20g/lの濃度(電子供与性有機材料と電子受容性有機材料と溶媒を含む溶液の体積に対する、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の重量)であることが好ましく、この濃度にすることで厚さ5〜200nmの均質な有機半導体層を容易に得ることができる。   For organic semiconductor layer formation, spin coating, blade coating, slit die coating, screen printing coating, bar coater coating, mold coating, printing transfer method, dip pulling method, ink jet method, spray method, vacuum deposition method, etc. This method may be used, and the formation method may be selected according to the characteristics of the organic semiconductor layer to be obtained, such as film thickness control and orientation control. For example, when spin coating is performed, the concentration of electron donating organic material and electron accepting organic material using a conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1) is 1 to 20 g / l (electrons). The weight of the electron donating organic material and the electron accepting organic material with respect to the volume of the solution containing the donating organic material, the electron accepting organic material, and the solvent is preferable. It is possible to easily obtain a homogeneous organic semiconductor layer.

形成した有機半導体層に対して、溶媒を除去するために、減圧下または不活性雰囲気下(窒素やアルゴン雰囲気下)などでアニーリング処理を行ってもよい。アニーリング処理の好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましくは50℃〜200℃である。また、アニーリング処理を行うことで、積層した層が界面で互いに浸透して接触する実行面積が増加し、短絡電流を増大させることができる。このアニーリング処理は、負極の形成後に行ってもよい。   In order to remove the solvent, the formed organic semiconductor layer may be subjected to an annealing treatment under reduced pressure or in an inert atmosphere (in a nitrogen or argon atmosphere). A preferable temperature for the annealing treatment is 40 ° C to 300 ° C, more preferably 50 ° C to 200 ° C. Further, by performing the annealing process, the effective area where the stacked layers permeate and contact each other at the interface increases, and the short-circuit current can be increased. This annealing treatment may be performed after the formation of the negative electrode.

次に、有機半導体層上にAlなどの金属電極(この場合負極に相当)を真空蒸着法やスパッタ法により形成する。金属電極は、電子輸送層に低分子有機材料を用いて真空蒸着した場合は、引き続き、真空を保持したまま続けて形成することが好ましい。   Next, a metal electrode such as Al (corresponding to a negative electrode in this case) is formed on the organic semiconductor layer by vacuum deposition or sputtering. When the metal electrode is vacuum-deposited using a low molecular organic material for the electron transport layer, it is preferable that the metal electrode is continuously formed while maintaining the vacuum.

正極と有機半導体層の間に正孔輸送層を設ける場合には、所望のp型有機半導体材料(PEDOTなど)を正極上にスピンコート法、バーコーティング法、ブレードによるキャスト法等で塗布した後、真空恒温槽やホットプレートなどを用いて溶媒を除去し、正孔輸送層を形成する。フタロシアニン誘導体やポルフィリン誘導体などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた真空蒸着法を適用することも可能である。   When a hole transport layer is provided between the positive electrode and the organic semiconductor layer, a desired p-type organic semiconductor material (such as PEDOT) is applied on the positive electrode by spin coating, bar coating, blade casting, or the like. Then, the solvent is removed using a vacuum thermostat or a hot plate to form a hole transport layer. In the case of using a low molecular organic material such as a phthalocyanine derivative or a porphyrin derivative, it is also possible to apply a vacuum vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine.

有機半導体層と負極の間に電子輸送層を設ける場合には、所望のn型有機半導体材料(フラーレン誘導体など)n型無機半導体材料(酸化チタンゲルなど)を有機半導体層上にスピンコート法、バーコーティング法、ブレードによるキャスト法、スプレー法等で塗布した後、真空恒温槽やホットプレートなどを用いて溶媒を除去し、電子輸送層を形成する。フェナントロリン誘導体やC60などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた真空蒸着法を適用することも可能である。When an electron transport layer is provided between the organic semiconductor layer and the negative electrode, a desired n-type organic semiconductor material (such as fullerene derivatives) or an n-type inorganic semiconductor material (such as titanium oxide gel) is spin-coated on the organic semiconductor layer. After coating by a coating method, a casting method using a blade, a spray method, or the like, the solvent is removed using a vacuum thermostat or a hot plate to form an electron transport layer. When using a low molecular organic material such as a phenanthroline derivative or C 60, it is also possible to apply a vacuum deposition method using a vacuum deposition machine.

本発明の光起電力素子は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)、撮像素子などに有用である。   The photovoltaic element of the present invention can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells (such as solar cells), electronic devices (such as optical sensors, optical switches, and phototransistors), optical recording materials (such as optical memories), and imaging devices.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。また実施例等で用いた化合物のうち、略語を使用しているものについて、以下に示す。
ITO:インジウム錫酸化物
PEDOT:ポリエチレンジオキシチオフェン
PSS:ポリスチレンスルホネート
PC70BM:フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル
Eg:バンドギャップ
HOMO:最高被占分子軌道
Isc:短絡電流密度
Voc:開放電圧
FF:フィルファクター
η:光電変換効率
なお、H−NMR測定にはFT−NMR装置((株)日本電子製JEOL JNM−EX270)を用いた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example. Of the compounds used in the examples and the like, those using abbreviations are shown below.
ITO: indium tin oxide PEDOT: polyethylene dioxythiophene PSS: polystyrene sulfonate PC 70 BM: phenyl C71 butyric acid methyl ester Eg: band gap HOMO: highest occupied molecular orbital Isc: short circuit current density Voc: open circuit voltage FF: fill Factor η: Photoelectric conversion efficiency For the 1 H-NMR measurement, an FT-NMR apparatus (JEOL JNM-EX270 manufactured by JEOL Ltd.) was used.

また、平均分子量(数平均分子量、重量平均分子量)はGPC装置(クロロホルムを送液したTOSOH社製、高速GPC装置HLC−8320GPC)を用い、絶対検量線法によって算出した。重合度nは以下の式で算出した。
重合度n=[(重量平均分子量)/(繰り返しユニットの分子量)]
また、光吸収端波長は、ガラス上に約60nmの厚さに形成した薄膜について、日立製作所(株)製のU−3010型分光光度計を用いて測定した薄膜の紫外可視吸収スペクトル(測定波長範囲:300〜900nm)から得た。
Moreover, the average molecular weight (number average molecular weight, weight average molecular weight) was calculated by an absolute calibration curve method using a GPC apparatus (manufactured by TOSOH Co., Ltd., which was supplied with chloroform, a high-speed GPC apparatus HLC-8320GPC). The degree of polymerization n was calculated by the following formula.
Degree of polymerization n = [(weight average molecular weight) / (molecular weight of repeating unit)]
The light absorption edge wavelength is an ultraviolet-visible absorption spectrum (measurement wavelength) of a thin film formed on glass with a thickness of about 60 nm using a U-3010 spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd. (Range: 300-900 nm).

バンドギャップ(Eg)は下式により、光吸収端波長から算出した。なお、薄膜はクロロホルムを溶媒に用いてスピンコート法により形成した。
Eg(eV)=1240/薄膜の光吸収端波長(nm)
また、最高被占分子軌道(HOMO)準位は、ITOガラス上に約60nmの厚さに形成した薄膜について、表面分析装置(大気中紫外線光電子分光装置AC−2型、理研機器(株)製)を用いて測定した。なお、薄膜はクロロホルムを溶媒に用いてスピンコート法により形成した。
The band gap (Eg) was calculated from the light absorption edge wavelength by the following equation. The thin film was formed by spin coating using chloroform as a solvent.
Eg (eV) = 1240 / light absorption edge wavelength of thin film (nm)
In addition, the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was determined by using a surface analyzer (in-air ultraviolet photoelectron spectrometer AC-2 type, manufactured by Riken Kikai Co., Ltd.) for a thin film formed on ITO glass with a thickness of about 60 nm. ). The thin film was formed by spin coating using chloroform as a solvent.

なお、電子供与性有機材料か電子受容性有機材料か、すなわち、p型半導体特性かn型半導体特性かは、前述の薄膜をFET測定やエネルギー準位測定することで評価することが出来る。   Whether the material is an electron-donating organic material or an electron-accepting organic material, that is, p-type semiconductor characteristics or n-type semiconductor characteristics can be evaluated by measuring the above-described thin film using FET or energy level.

合成例1
化合物A−1をスキーム1に示す方法で合成した。なお、合成例1記載の化合物(1−i)はジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、7792−7799頁に記載されている方法を参考に、化合物(1−p)はアンゲバンテケミ インターナショナルエディション(Angewandte Chem Internatioal Edition)、2011年、50巻、9697−9702頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 1
Compound A-1 was synthesized by the method shown in Scheme 1. In addition, the compound (1-i) described in Synthesis Example 1 was obtained by referring to the compound (Journal of the American Chemical Society), 2009, Vol. 131, pages 7792-7799, with reference to the compound (1). 1-p) was synthesized with reference to the method described in Angewante Chem International Edition, 2011, Vol. 50, pages 9697-9702.

Figure 2014042091
Figure 2014042091

メチル−2−チオフェンカルボキシレート(東京化成工業(株)製)38g(0.27mol)およびクロロメチルメチルエーテル(東京化成工業(株)製)108g(1.34mol)を0℃で撹拌しているところに、四塩化スズ(和光純薬工業(株)製)125g(0.48mol)を1時間かけて加え、その後室温で8時間撹拌した。撹拌終了後、水100mlを0℃でゆっくり加え、クロロホルムで3回抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで溶媒を乾燥後、溶媒を減圧除去した。得られた茶褐色固体をメタノールから再結晶することにより化合物(1−b)を薄黄色固体(24.8g、収率39%)として得た。化合物(1−b)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.71(s,1H),4.79(s,1H),4.59(s,1H),3.88(s,3H)ppm。
38 g (0.27 mol) of methyl-2-thiophenecarboxylate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 108 g (1.34 mol) of chloromethyl methyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are stirred at 0 ° C. Then, 125 g (0.48 mol) of tin tetrachloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added over 1 hour, and then stirred at room temperature for 8 hours. After completion of stirring, 100 ml of water was slowly added at 0 ° C., and extracted with chloroform three times. The organic layer was washed with saturated brine, the solvent was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was removed under reduced pressure. The obtained brown solid was recrystallized from methanol to obtain compound (1-b) as a pale yellow solid (24.8 g, yield 39%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-b) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.71 (s, 1H), 4.79 (s, 1H), 4.59 (s, 1H), 3.88 (s, 3H) ppm.

上記化合物(1−b)24.8g(0.10mmol)をメタノール(佐々木化学工業(株)製)1.2Lに溶解させ、60℃で撹拌しているところに硫化ナトリウム(和光純薬工業(株)製)8.9g(0.11mol)のメタノール溶液100mlを1時間かけて滴下し、さらに60℃で4時間撹拌した。反応終了後、溶媒を減圧除去し、クロロホルム200mlと水200mlを加え、不溶物をろ別した。有機層を水で2回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧除去した。粗精製物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム)で精製することにより化合物(1−c)を白色固体(9.8g、収率48%)として得た。化合物(1−c)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.48(s,1H),4.19(t,J=3.0Hz,2H),4.05(t,J=3.0Hz,2H),3.87(s,3H)ppm。
24.8 g (0.10 mmol) of the above compound (1-b) was dissolved in 1.2 L of methanol (manufactured by Sasaki Chemical Co., Ltd.) and stirred at 60 ° C., and sodium sulfide (Wako Pure Chemical Industries ( 100 ml of a methanol solution of 8.9 g (0.11 mol) was added dropwise over 1 hour and further stirred at 60 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed under reduced pressure, 200 ml of chloroform and 200 ml of water were added, and insoluble matters were filtered off. The organic layer was washed twice with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was removed under reduced pressure. The crude product was purified by silica gel column chromatography (eluent, chloroform) to give compound (1-c) as a white solid (9.8 g, yield 48%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-c) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.48 (s, 1H), 4.19 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.05 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 3.87 (s, 3H) ppm.

上記化合物(1−c)9.8g(49mmol)に水100mlついで3M水酸化ナトリウム水溶液30mlを加え、80℃で4時間加熱撹拌した。反応終了後、濃塩酸15mlを0℃で加え、析出した固体をろ取し、水で数回洗浄した。得られた固体を乾燥し、化合物(1−d)を白色固体(8.9g、収率98%)として得た。
H−NMR(270MHz,DMSO−d):7.46(s,1H),4.18(t,J=3.2Hz,2H),4.01(t,J=3.2Hz,2H)ppm。
To 9.8 g (49 mmol) of the above compound (1-c), 100 ml of water and 30 ml of 3M aqueous sodium hydroxide solution were added, followed by heating and stirring at 80 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, 15 ml of concentrated hydrochloric acid was added at 0 ° C., and the precipitated solid was collected by filtration and washed several times with water. The obtained solid was dried to obtain compound (1-d) as a white solid (8.9 g, yield 98%).
1 H-NMR (270 MHz, DMSO-d 6 ): 7.46 (s, 1H), 4.18 (t, J = 3.2 Hz, 2H), 4.01 (t, J = 3.2 Hz, 2H) ) Ppm.

上記化合物(1−d)1.46g(7.8mmol)を脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)60mlに溶解し、−78℃で撹拌しているところに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)10.7ml(17.2mmol)を滴下し、−78℃で1時間撹拌した。次いでN−フルオロベンゼンスルホンイミド(東京化成工業(株)製)3.19g(10.1mmol)の乾燥テトラヒドロフラン溶液20mlを−78℃で10分間かけて滴下し、室温で12時間撹拌した。反応終了後、水50mlをゆっくり加えた。3M塩酸を加えて水層を酸性にした後、クロロホルムで3回抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、酢酸エチル)で副生成物を除去した後に酢酸エチルから再結晶することで化合物(1−e)を薄黄色粉末(980mg、収率61%)として得た。化合物(1−e)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d):13.31(brs,1H),4.20(t,J=3.0Hz,2H),4.03(t,J=3.0Hz,2H)ppm。
1.46 g (7.8 mmol) of the above compound (1-d) was dissolved in 60 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and stirred at −78 ° C. to obtain a normal butyl lithium hexane solution ( 1.6 M, 10.7 ml (17.2 mmol) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added dropwise, and the mixture was stirred at -78 ° C for 1 hour. Subsequently, 20 ml of a dry tetrahydrofuran solution of 3.19 g (10.1 mmol) of N-fluorobenzenesulfonimide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise at −78 ° C. over 10 minutes, followed by stirring at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, 50 ml of water was slowly added. 3M Hydrochloric acid was added to acidify the aqueous layer, and the mixture was extracted 3 times with chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. By-product was removed by silica gel column chromatography (eluent, ethyl acetate) and then recrystallized from ethyl acetate to obtain compound (1-e) as a pale yellow powder (980 mg, 61% yield). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-e) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, DMSO-d 6 ): 13.31 (brs, 1H), 4.20 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.03 (t, J = 3.0 Hz, 2H) ) Ppm.

上記化合物(1−e)1.5g(7.8mmol)の脱水ジクロロメタン(和光純薬工業(株)製)溶液15mlに、オキサリルクロリド(東京化成工業(株)製)2ml、次いでジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1滴を加え、室温で3時間撹拌した。溶媒と過剰の塩化オキサリルを減圧除去することで、化合物(1−f)を黄色オイルとして得た。化合物(1−f)はそのまま次の反応に用いた。   To 15 ml of a dehydrated dichloromethane (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 1.5 g (7.8 mmol) of the above compound (1-e), 2 ml of oxalyl chloride (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and then dimethylformamide (Japanese) 1 drop (manufactured by Kojun Pharmaceutical Co., Ltd.) was added and stirred at room temperature for 3 hours. The solvent and excess oxalyl chloride were removed under reduced pressure to obtain compound (1-f) as a yellow oil. Compound (1-f) was used in the next reaction as it was.

上記化合物(1−f、粗精製物)のジクロロメタン溶液10mlを2−エチルヘキサノール(和光純薬工業(株)製)2.6g(20mmol)およびトリエチルアミン(和光純薬工業(株)製)1g(10mmol)のジクロロメタン溶液15mlに室温で加え、6時間室温で撹拌した。反応溶液を1M塩酸で2回、水で1回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。ショートシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通し、溶媒を減圧留去することで化合物(1−g)を薄黄色オイル(粗精製物)として得た。化合物(1−g)はそのまま次の反応に用いた。   10 ml of a dichloromethane solution of the above compound (1-f, crude product) was 2.6 g (20 mmol) of 2-ethylhexanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1 g of triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ( 10 mmol) in dichloromethane (15 ml) at room temperature and stirred for 6 hours at room temperature. The reaction solution was washed twice with 1M hydrochloric acid, once with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The solution was passed through a short silica gel column (eluent, chloroform) and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain compound (1-g) as a pale yellow oil (crudely purified product). The compound (1-g) was used in the next reaction as it was.

上記化合物(1−g、粗精製物)の酢酸エチル溶液60mlに、メタクロロ安息香酸(ナカライテスク(株)製)1.37g(7.8mmol)の酢酸エチル溶液20mlを0℃で滴下し、室温で5時間撹拌した。溶媒を減圧除去した後に無水酢酸30mlを加え、3時間加熱還流した。溶媒を再び減圧除去した後にシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ジクロロメタン:ヘキサン=1:1)で精製することにより化合物(1−h)を薄黄色オイル(1.30g)として得た。化合物(1−h)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.66(s,1H),7.28(s,1H),4.23(d,J=5.9Hz,2H),1.61(m,1H),1.5−1.2(m,8H),0.9(m,6H)ppm。
To 60 ml of an ethyl acetate solution of the above compound (1-g, crude product), 20 ml of an ethyl acetate solution of 1.37 g (7.8 mmol) of metachlorobenzoic acid (manufactured by Nacalai Tesque) was added dropwise at 0 ° C. For 5 hours. After removing the solvent under reduced pressure, 30 ml of acetic anhydride was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours. The solvent was removed again under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (eluent, dichloromethane: hexane = 1: 1) to give compound (1-h) as a pale yellow oil (1.30 g). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-h) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.66 (s, 1H), 7.28 (s, 1H), 4.23 (d, J = 5.9 Hz, 2H), 1.61 (m, 1H), 1.5-1.2 (m, 8H), 0.9 (m, 6H) ppm.

上記化合物(1−h)1.0g(3.2mmol)のジメチルホルムアミド溶液20mlに、N−ブロモスクシンイミド(和光純薬工業(株)製)1.25g(7.0mmol)を室温で加え、3時間室温で撹拌した。反応終了後、酢酸エチル80mlを加え、有機層を水で5回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム:ヘキサン=1:3)で精製することにより化合物(1−i)を薄黄色オイル(1.1g、収率73%)として得た。化合物(1−i)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):4.25(d,J=5.7Hz,2H),1.69(s,1H),1.5−1.2(m,6H),0.94(t,J=6.8Hz,3H),0.91(t,J=6.8Hz,3H)ppm。
To 20 ml of a dimethylformamide solution of 1.0 g (3.2 mmol) of the above compound (1-h), 1.25 g (7.0 mmol) of N-bromosuccinimide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added at room temperature. Stir for hours at room temperature. After completion of the reaction, 80 ml of ethyl acetate was added, the organic layer was washed 5 times with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform: hexane = 1: 3) gave compound (1-i) as a pale yellow oil (1.1 g, yield 73%). The measurement result of 1 H-NMR of compound (1-i) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 4.25 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 1.69 (s, 1H), 1.5-1.2 (m, 6H),. 94 (t, J = 6.8 Hz, 3H), 0.91 (t, J = 6.8 Hz, 3H) ppm.

ジエチルアミン(和光純薬工業(株)製)110g(1.5mol)のジクロロメタン溶液300mlに、3−チオフェンカルボニルクロリド(和光純薬工業(株)製)100g(0.68mol)を0℃で1時間かけて加え、室温で3時間撹拌した。撹拌終了後、水200mlを加え、有機層を水で3回、飽和食塩水で1回洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。残渣を減圧蒸留することにより、化合物(1−k)を淡橙色液体(102g、収率82%)として得た。化合物(1−k)のH−NMRの測定結果を以下に示す。To 300 ml of dichloromethane solution of 110 g (1.5 mol) of diethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 100 g (0.68 mol) of 3-thiophenecarbonyl chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 0 ° C. for 1 hour. And stirred at room temperature for 3 hours. After completion of the stirring, 200 ml of water was added, and the organic layer was washed three times with water and once with a saturated saline solution. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was distilled under reduced pressure to obtain compound (1-k) as a pale orange liquid (102 g, yield 82%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-k) is shown below.

H−NMR(270MHz,CDCl):7.47(dd,J=3.2Hz and 1.0Hz,1H),7.32(dd,J=5.0Hz and 3.2Hz,1H),7.19(dd,J=5.0Hz and 1.0Hz,1H),3.43(brs,4H),1.20(t,J=6.5Hz,6H)ppm。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.47 (dd, J = 3.2 Hz and 1.0 Hz, 1H), 7.32 (dd, J = 5.0 Hz and 3.2 Hz, 1H), 7 .19 (dd, J = 5.0 Hz and 1.0 Hz, 1H), 3.43 (brs, 4H), 1.20 (t, J = 6.5 Hz, 6H) ppm.

上記化合物(1−k)73.3g(0.40mol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)250ml(0.40mol)を0℃で30分間かけて滴下した。滴下終了後、室温で4時間撹拌した。撹拌終了後、水100mlをゆっくり加えしばらく撹拌した後、反応混合物を水800mlに注いだ。析出した固体をろ取し、水、メタノール、ついでヘキサンの順で洗浄することにより化合物(1−l)を黄色固体(23.8g、収率27%)として得た。化合物(1−l)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.69(d,J=4.9Hz,2H),7.64(d,J=4.9Hz,2H)ppm。
In 400 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 73.3 g (0.40 mol) of the above compound (1-k), normal butyl lithium hexane solution (1.6M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 250 ml (0.40 mol) was added dropwise at 0 ° C. over 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After stirring, 100 ml of water was slowly added and stirred for a while, and then the reaction mixture was poured into 800 ml of water. The precipitated solid was collected by filtration and washed with water, methanol, and hexane in this order to obtain compound (1-l) as a yellow solid (23.8 g, yield 27%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-l) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.69 (d, J = 4.9 Hz, 2H), 7.64 (d, J = 4.9 Hz, 2H) ppm.

チオフェン42g(0.50mol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)250ml(0.40mol)を−78℃で30分間かけて滴下した。反応混合物を−78℃で1時間撹拌した後、2−エチルヘキシルブロミド(和光純薬工業(株)製)76.4g(0.40mol)を−78℃で15分間かけて滴下した。反応溶液を室温で30分間撹拌した後、60℃で6時間加熱撹拌した。撹拌終了後、反応溶液を室温まで冷却し、水200mlおよびエーテル200mlを加えた。有機層を水で2回、飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧留去した。残渣を減圧蒸留することで化合物(1−n)を無色液体(28.3g、36%)として得た。化合物(1−n)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.11(d,4.9Hz,1H),6.92(dd,4.9Hz and 3.2Hz,1H),6.76(d,J=3.2Hz,1H),2.76(d,J=6.8Hz,2H),1.62(m,1H),1.4−1.3(m,8H),0.88(m,6H)ppm。
To 400 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 42 g (0.50 mol) of thiophene, 250 ml (0.40 mol) of normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. The solution was added dropwise at −78 ° C. over 30 minutes. The reaction mixture was stirred at -78 ° C for 1 hour, and then 76.4 g (0.40 mol) of 2-ethylhexyl bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise at -78 ° C over 15 minutes. The reaction solution was stirred at room temperature for 30 minutes and then heated and stirred at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was cooled to room temperature, and 200 ml of water and 200 ml of ether were added. The organic layer was washed twice with water and saturated brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The residue was distilled under reduced pressure to obtain compound (1-n) as a colorless liquid (28.3 g, 36%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-n) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.11 (d, 4.9 Hz, 1 H), 6.92 (dd, 4.9 Hz and 3.2 Hz, 1 H), 6.76 (d, J = 3 .2 Hz, 1H), 2.76 (d, J = 6.8 Hz, 2H), 1.62 (m, 1H), 1.4-1.3 (m, 8H), 0.88 (m, 6H) ) Ppm.

上記化合物(1−n)17.5g(89mmol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)57ml(89mmol)を0℃で30分間かけて滴下した。反応溶液を50℃で1時間撹拌した後、上記化合物(1−l)4.9g(22mmol)を50℃で加え、そのまま1時間撹拌した。撹拌終了後、反応溶液を0℃に冷却し、塩化すず二水和物(和光純薬工業(株)製)39.2g(175mmol)を10%塩酸80mlに溶かした溶液を加え、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、水200ml、ジエチルエーテル200mlを加え、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ヘキサン)で精製することにより化合物(1−o)を黄色オイル(7.7g、収率59%)として得た。化合物(1−o)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.63(d,J=5.7Hz,1H),7.45(d,J=5.7Hz,1H),7.29(d,J=3.6Hz,1H),6.88(d,J=3.6Hz,1H),2.86(d,J=7.0Hz,2H),1.70−1.61(m,1H),1.56−1.41(m,8H),0.97−0.89(m,6H)ppm。
To 400 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 17.5 g (89 mmol) of the above compound (1-n), 57 ml of normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (89 mmol) was added dropwise at 0 ° C. over 30 minutes. The reaction solution was stirred at 50 ° C. for 1 hour, and then 4.9 g (22 mmol) of the above compound (1-1) was added at 50 ° C. and stirred as it was for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction solution was cooled to 0 ° C., and a solution of 39.2 g (175 mmol) of tin chloride dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 80 ml of 10% hydrochloric acid was added. Stir for hours. After completion of the stirring, 200 ml of water and 200 ml of diethyl ether were added, and the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, hexane) gave compound (1-o) as a yellow oil (7.7 g, yield 59%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-o) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.63 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 7.29 (d, J = 3 .6 Hz, 1H), 6.88 (d, J = 3.6 Hz, 1H), 2.86 (d, J = 7.0 Hz, 2H), 1.70-1.61 (m, 1H), 1 .56-1.41 (m, 8H), 0.97-0.89 (m, 6H) ppm.

上記化合物(1−o)870mg(1.5mmol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液25mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)2.0ml(3.3mmol)を−78℃でシリンジを用いて加え、−78℃で30分間、室温で30分間撹拌した。反応混合物を−78℃まで冷却した後、トリメチルスズクロリド(和光純薬工業(株)製)800mg(4.0mmol)を−78℃で一度に加え、室温で4時間撹拌した。撹拌終了後、ジエチルエーテル50mlおよび水50mlを加え5分間室温で撹拌した後、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥後、溶媒を減圧留去した。得られた橙色オイルをエタノールより再結晶することで、化合物(1−p)を薄黄色固体(710mg、収率52%)として得た。化合物(1−p)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.68(s,2H),7.31(d,J=3.2Hz,2H),6.90(d,J=3.2Hz,2H),2.87(d,J=6.2Hz,4H),1.69(m,2H),1.40−1.30(m,16H),1.0−0.9(m,12H),0.39(s,18H)ppm。
To 25 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 870 mg (1.5 mmol) of the above compound (1-o), normal butyl lithium hexane solution (1.6M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2 0.0 ml (3.3 mmol) was added at −78 ° C. using a syringe, and the mixture was stirred at −78 ° C. for 30 minutes and at room temperature for 30 minutes. After cooling the reaction mixture to −78 ° C., 800 mg (4.0 mmol) of trimethyltin chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added at once at −78 ° C., and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After completion of the stirring, 50 ml of diethyl ether and 50 ml of water were added and stirred at room temperature for 5 minutes, and then the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying the solvent with anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained orange oil was recrystallized from ethanol to obtain the compound (1-p) as a pale yellow solid (710 mg, yield 52%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-p) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.68 (s, 2H), 7.31 (d, J = 3.2 Hz, 2H), 6.90 (d, J = 3.2 Hz, 2H), 2.87 (d, J = 6.2 Hz, 4H), 1.69 (m, 2H), 1.40-1.30 (m, 16H), 1.0-0.9 (m, 12H), 0.39 (s, 18H) ppm.

化合物(1−i)71mg(0.15mmol)および化合物(1−p)136mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物A−1(91mg)を得た。重量平均分子量は29,000、数平均分子量は17,000であった。また、光吸収端波長は778nm、バンドギャップ(Eg)は1.59eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−5.05eVであった。   Compound (1-i) 71 mg (0.15 mmol) and compound (1-p) 136 mg (0.15 mmol) in toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4 ml and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound A-1 (91 mg). The weight average molecular weight was 29,000 and the number average molecular weight was 17,000. The light absorption edge wavelength was 778 nm, the band gap (Eg) was 1.59 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was -5.05 eV.

合成例2
化合物B−1をスキーム2に示す方法で合成した。なお、合成例2記載の化合物(2−b)はジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、7792−7799頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 2
Compound B-1 was synthesized by the method shown in Scheme 2. The compound (2-b) described in Synthesis Example 2 was synthesized with reference to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2009, Vol. 131, pages 7792-7799. .

Figure 2014042091
Figure 2014042091

化合物(1−l)8.4g(38mmol)にエタノール30ml、20%水酸化ナトリウム水溶液120ml、亜鉛粉末(和光純薬工業(株)製)5.3g(80mmol)を加え、反応混合物を1時間加熱還流した。2−エチルヘキシルブロミド(和光純薬工業(株)製)25.0g(0.11mol)を加え、さらに4時間加熱還流した。反応終了後、室温まで冷却し、水100mlとクロロホルム100mlを加えた。反応混合物をセライトを通してろ過した後、水層をクロロホルムで2回抽出した。有機層を水で2回、飽和食塩水で1回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム:ヘキサン=1:5)で精製することにより化合物(2−a)を淡黄色オイル(4.4g、収率26%)として得た。化合物(2−a)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.47(d,J=5.7Hz,2H),7.36(d,J=5.7Hz,2H),4.18(d,J=5.1Hz,4H),1.9−0.8(m,34H)ppm。
To 8.4 g (38 mmol) of compound (1-1), 30 ml of ethanol, 120 ml of 20% aqueous sodium hydroxide solution and 5.3 g (80 mmol) of zinc powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added, and the reaction mixture was added for 1 hour. Heated to reflux. 25.0 g (0.11 mol) of 2-ethylhexyl bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was further heated to reflux for 4 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, and 100 ml of water and 100 ml of chloroform were added. The reaction mixture was filtered through celite, and then the aqueous layer was extracted twice with chloroform. The organic layer was washed twice with water and once with saturated brine, then dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform: hexane = 1: 5) gave compound (2-a) as a pale yellow oil (4.4 g, yield 26%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (2-a) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.47 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 7.36 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 4.18 (d, J = 5 .1 Hz, 4H), 1.9-0.8 (m, 34H) ppm.

上記化合物(2−a)1.47g(3.3mmol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液50mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)13.2ml(8.3mmol)を−78℃で滴下した。反応溶液を−78℃で30分、室温で30分撹拌した後、塩化トリメチルすず(東京化成工業(株)製)2.0g(10mol)を−78℃で加えた。反応溶液を室温で6時間撹拌した後、ヘキサン80ml、水20mlを加え、有機層を水で3回洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後、溶媒を減圧留去した。イソプロパノールより再結晶することで化合物(2−b)を白色固体(1.60g、収率63%)として得た。化合物(2−b)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.51(s,2H),4.19(d,J=5.1Hz,4H),1.8−1.4(m,22H),1.03(t,J=7.3Hz,6H),0.94(t,J=7.3Hz,6H),0.44(s,18H)ppm。
To 50 ml of a dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 1.47 g (3.3 mmol) of the above compound (2-a), a normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). ) 13.2 ml (8.3 mmol) was added dropwise at -78 ° C. The reaction solution was stirred at −78 ° C. for 30 minutes and at room temperature for 30 minutes, and then 2.0 g (10 mol) of trimethyltin chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added at −78 ° C. The reaction solution was stirred at room temperature for 6 hours, 80 ml of hexane and 20 ml of water were added, and the organic layer was washed with water three times. After drying with anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. Recrystallization from isopropanol gave compound (2-b) as a white solid (1.60 g, yield 63%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (2-b) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.51 (s, 2H), 4.19 (d, J = 5.1 Hz, 4H), 1.8-1.4 (m, 22H), 1. 03 (t, J = 7.3 Hz, 6H), 0.94 (t, J = 7.3 Hz, 6H), 0.44 (s, 18H) ppm.

化合物(1−i)71mg(0.15mmol)および化合物(2−b)116mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物B−1(73mg)を得た。重量平均分子量は31,000、数平均分子量は13,000であった。また、光吸収端波長は754nm、バンドギャップ(Eg)は1.64eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−5.09eVであった。   Compound (1-i) 71 mg (0.15 mmol) and compound (2-b) 116 mg (0.15 mmol) in toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4 ml and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound B-1 (73 mg). The weight average molecular weight was 31,000 and the number average molecular weight was 13,000. The light absorption edge wavelength was 754 nm, the band gap (Eg) was 1.64 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was −5.09 eV.

合成例3
化合物B−2をスキーム3に示す方法で合成した。なお、合成例3記載の化合物(3−c)はジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、7792−7799頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 3
Compound B-2 was synthesized by the method shown in Scheme 3. Compound (3-c) described in Synthesis Example 3 was synthesized with reference to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2009, Vol. 131, pages 7792-7799. .

Figure 2014042091
Figure 2014042091

上記化合物(1−e)800mg(3.9mmol)の脱水ジクロロメタン(和光純薬工業(株)製)溶液10mlに、オキサリルクロリド(東京化成工業(株)製)1ml、次いでジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1滴を加え、室温で3時間撹拌した。溶媒と過剰の塩化オキサリルを減圧除去することで、化合物(1−f)を黄色オイルとして得た。化合物(1−f)はそのまま次の反応に用いた。   To 10 ml of a dehydrated dichloromethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 800 mg (3.9 mmol) of the above compound (1-e), 1 ml of oxalyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and then dimethylformamide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1 drop of Kogyo Co., Ltd. was added and stirred at room temperature for 3 hours. The solvent and excess oxalyl chloride were removed under reduced pressure to obtain compound (1-f) as a yellow oil. Compound (1-f) was used in the next reaction as it was.

上記化合物(1−f、粗精製物)のジクロロメタン溶液10mlを1−オクタノール(和光純薬工業(株)製)1.3g(10mmol)およびトリエチルアミン(和光純薬工業(株)製)800mg(8mmol)のジクロロメタン溶液15mlに室温で加え、6時間室温で撹拌した。反応溶液を1M塩酸で2回、水で1回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム)で精製することにより化合物(3−a)を薄黄色固体(1.12g、収率90%)として得た。化合物(3−a)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):4.27(t,J=6.7Hz,2H),4.16(t,J=3.0Hz,2H),4.01(t,J=3.0Hz,2H),1.72(m,2H),1.5−1.3(m,12H),0.88(t,J=7.0Hz,3H)ppm。
10 ml of a dichloromethane solution of the above compound (1-f, roughly purified product) 1.3 g (10 mmol) of 1-octanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 800 mg (8 mmol) of triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) In dichloromethane (15 ml) at room temperature and stirred for 6 hours at room temperature. The reaction solution was washed twice with 1M hydrochloric acid, once with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform) gave compound (3-a) as a pale yellow solid (1.12 g, yield 90%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (3-a) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 4.27 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 4.16 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.01 (t, J = 3) 0.0 Hz, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.5-1.3 (m, 12H), 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 3H) ppm.

上記化合物(3−a)1.1g(3.5mmol)の酢酸エチル溶液40mlに、メタクロロ安息香酸(ナカライテスク(株)製)630mg(3.6mmol)の酢酸エチル溶液10mlを0℃で滴下し、室温で5時間撹拌した。溶媒を減圧除去した後に無水酢酸30mlを加え、3時間加熱還流した。溶媒を再び減圧除去した後にシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ジクロロメタン:ヘキサン=1:1)で精製することにより化合物(3−b)を薄黄色オイル(1.03g、収率94%)として得た。化合物(3−b)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.65(d,J=2.7Hz,1H),7.28(dd,J=2.7Hz and 5.4Hz,1H),4.31(t,J=6.8Hz,2H),1.75(m,2H),1.42−1.29(m,12H),0.89(t,J=6.8Hz,3H)ppm。
To 40 ml of an ethyl acetate solution of 1.1 g (3.5 mmol) of the above compound (3-a), 10 ml of an ethyl acetate solution of 630 mg (3.6 mmol) of metachlorobenzoic acid (manufactured by Nacalai Tesque) was added dropwise at 0 ° C. And stirred at room temperature for 5 hours. After removing the solvent under reduced pressure, 30 ml of acetic anhydride was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours. The solvent was removed again under reduced pressure, and then purified by silica gel column chromatography (eluent, dichloromethane: hexane = 1: 1) to obtain compound (3-b) as a pale yellow oil (1.03 g, yield 94%). It was. The measurement result of 1 H-NMR of the compound (3-b) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.65 (d, J = 2.7 Hz, 1H), 7.28 (dd, J = 2.7 Hz and 5.4 Hz, 1H), 4.31 (t , J = 6.8 Hz, 2H), 1.75 (m, 2H), 1.42-1.29 (m, 12H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H) ppm.

上記化合物(3−b)1.0g(3.2mmol)のジメチルホルムアミド溶液20mlに、N−ブロモスクシンイミド(和光純薬工業(株)製)1.25g(7.0mmol)を室温で加え、3時間室温で撹拌した。反応終了後、酢酸エチル80mlを加え、有機層を水で5回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム:ヘキサン=1:3)で精製することにより化合物(3−c)を薄黄色固体(1.2g、収率79%)として得た。化合物(3−c)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):4.32(t,J=6.5Hz,2H),1.75(m,2H),1.42−1.29(m,12H),0.89(t,J=6.8Hz,3H)ppm。
To 20 ml of a dimethylformamide solution of 1.0 g (3.2 mmol) of the above compound (3-b), 1.25 g (7.0 mmol) of N-bromosuccinimide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added at room temperature. Stir for hours at room temperature. After completion of the reaction, 80 ml of ethyl acetate was added, the organic layer was washed 5 times with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform: hexane = 1: 3) gave compound (3-c) as a pale yellow solid (1.2 g, yield 79%). The measurement result of 1 H-NMR of compound (3-c) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 4.32 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 1.75 (m, 2H), 1.42-1.29 (m, 12H), 0. 89 (t, J = 6.8 Hz, 3H) ppm.

化合物(3−c)71mg(0.15mmol)および化合物(2−b)116mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物B−2(82mg)を得た。重量平均分子量は22,000、数平均分子量は11,000であった。また、光吸収端波長は755nm、バンドギャップ(Eg)は1.64eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−5.06eVであった。   Compound (3-c) 71 mg (0.15 mmol) and compound (2-b) 116 mg (0.15 mmol) 4 ml of toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound B-2 (82 mg). The weight average molecular weight was 22,000 and the number average molecular weight was 11,000. The light absorption edge wavelength was 755 nm, the band gap (Eg) was 1.64 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was -5.06 eV.

合成例4
化合物B−3をスキーム4に示す方法で合成した。なお、合成例4記載の化合物(4−a)はジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、7792−7799頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 4
Compound B-3 was synthesized by the method shown in Scheme 4. The compound (4-a) described in Synthesis Example 4 was synthesized with reference to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2009, Vol. 131, pages 7792-7799. .

Figure 2014042091
Figure 2014042091

化合物(4−a)68mg(0.15mmol)および化合物(1−p)136mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物B−3(80mg)を得た。重量平均分子量は35,000、数平均分子量は17,000であった。また、光吸収端波長は784nm、バンドギャップ(Eg)は1.58eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−4.91eVであった。   Compound (4-a) 68 mg (0.15 mmol) and compound (1-p) 136 mg (0.15 mmol) 4 ml of toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound B-3 (80 mg). The weight average molecular weight was 35,000 and the number average molecular weight was 17,000. The light absorption edge wavelength was 784 nm, the band gap (Eg) was 1.58 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was -4.91 eV.

合成例5
化合物B−4をスキーム5に示す方法で合成した。なお、合成例5記載の化合物(5−a)はジャーナルオブザアメリカンケミカルソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、15586−15587頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 5
Compound B-4 was synthesized by the method shown in Scheme 5. The compound (5-a) described in Synthesis Example 5 was synthesized with reference to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2009, Vol. 131, pages 15586-15587. .

Figure 2014042091
Figure 2014042091

化合物(5−a)64mg(0.15mmol)および化合物(1−p)136mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物B−4(73mg)を得た。重量平均分子量は21,000、数平均分子量は11,000であった。また、光吸収端波長は785nm、バンドギャップ(Eg)は1.58eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−4.92eVであった。   Compound (5-a) 64 mg (0.15 mmol) and compound (1-p) 136 mg (0.15 mmol), 4 ml of toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound B-4 (73 mg). The weight average molecular weight was 21,000 and the number average molecular weight was 11,000. The light absorption edge wavelength was 785 nm, the band gap (Eg) was 1.58 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was -4.92 eV.

実施例1
上記(A−1)1mg、PC70BM(Solenne社製)1mgを1,8−ジヨードオクタン(和光純薬工業(株)製)が3%の体積濃度の割合で含まれたクロロホルム溶液0.20mlに加え、溶液がはいった容器を超音波洗浄機((株)井内盛栄堂製US−2(商品名)、出力120W)中で30分間超音波照射することにより溶液A(ドナーアクセプター重量比=1:1)を得た。また、(A−1)1mg、PC70BM(Solenne社製)1.5mgを1,8−ジヨードオクタン(和光純薬工業(株)製)のクロロホルム溶液(3%体積濃度)0.25mlが入ったサンプル瓶の中に加え、超音波洗浄機((株)井内盛栄堂製US−2(商品名)、出力120W)中で30分間超音波照射することにより溶液B(ドナーアクセプター重量比=1:1.5)を得た。
Example 1
A chloroform solution containing 1 mg of the above (A-1) and 1 mg of PC 70 BM (manufactured by Solenne) in a proportion of 3% volume concentration of 1,8-diiodooctane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0 In addition to 20 ml, the container containing the solution was subjected to ultrasonic irradiation for 30 minutes in an ultrasonic cleaner (US-2 (trade name) manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd., output 120 W) to prepare solution A (donor acceptor). Weight ratio = 1: 1) was obtained. Further, 1 mg of (A-1) and 1.5 mg of PC 70 BM (manufactured by Solenne) were added to a chloroform solution (3% volume concentration) of 0.25 ml of 1,8-diiodooctane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Solution B (donor acceptor weight) by irradiating ultrasonically in an ultrasonic cleaner (US-2 (trade name) manufactured by Inoue Seieido Co., Ltd., output 120 W) for 30 minutes. Ratio = 1: 1.5).

スパッタリング法により正極となるITO透明導電層を125nm堆積させたガラス基板を38mm×46mmに切断した後、ITOをフォトリソグラフィー法により38mm×13mmの長方形状にパターニングした。得られた基板をアルカリ洗浄液(フルウチ化学(株)製、“セミコクリーン”EL56(商品名))で10分間超音波洗浄した後、超純水で洗浄した。   A glass substrate having an ITO transparent conductive layer of 125 nm deposited as a positive electrode deposited by sputtering was cut into 38 mm × 46 mm, and then ITO was patterned into a 38 mm × 13 mm rectangular shape by photolithography. The obtained substrate was subjected to ultrasonic cleaning for 10 minutes with an alkali cleaning solution (“Semico Clean” EL56 (trade name), manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), and then washed with ultrapure water.

この基板を30分間UV/オゾン処理した後に、基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(PEDOT0.8重量%、PPS0.5重量%)をスピンコート法により60nmの厚さに成膜した。ホットプレートにより200℃で5分間加熱乾燥した後、上記の溶液Aまたは溶液BをPEDOT:PSS層上に滴下し、スピンコート法により膜厚130nmの有機半導体層を形成した。その後、有機半導体層が形成された基板と陰極用マスクを真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10−3Pa以下になるまで再び排気し、抵抗加熱法によって、フッ化リチウム層を0.1nmの厚さに蒸着した。その後、負極となるアルミニウム層を80nmの厚さに蒸着した。以上のように、ストライプ状のITO層とアルミニウム層が交差する部分の面積が2mm×2mmである光起電力素子を作製した。After this substrate was UV / ozone treated for 30 minutes, a PEDOT: PSS aqueous solution (0.8% by weight of PEDOT, 0.5% by weight of PPS) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 60 nm by spin coating. did. After heating and drying at 200 ° C. for 5 minutes using a hot plate, the above solution A or solution B was dropped onto the PEDOT: PSS layer, and an organic semiconductor layer having a thickness of 130 nm was formed by spin coating. Thereafter, the substrate on which the organic semiconductor layer is formed and the cathode mask are placed in a vacuum deposition apparatus, and the vacuum in the apparatus is evacuated again to 1 × 10 −3 Pa or less. A lithium fluoride layer was deposited to a thickness of 0.1 nm. Then, the aluminum layer used as a negative electrode was vapor-deposited with the thickness of 80 nm. As described above, a photovoltaic device having an area where the stripe-shaped ITO layer and the aluminum layer intersect each other was 2 mm × 2 mm was produced.

このようにして作製された光起電力素子の正極と負極をケースレー社製2400シリーズソースメータに接続して、大気中でITO層側から擬似太陽光(分光計器株式会社製 OTENTO−SUNIII、スペクトル形状:AM1.5、強度:100mW/cm)を照射し、印加電圧を−1Vから+2Vまで変化させたときの電流値を測定した。溶液A(ドナーアクセプター重量比=1:1)を用いた光起電力素子について、この時の短絡電流密度(印加電圧が0Vのときの電流密度の値)は15.50A/cm、開放電圧(電流密度が0になるときの印加電圧の値)は0.79V、フィルファクター(FF)は0.66であり、これらの値から算出した光電変換効率は8.06%であった。このときの電圧−電流密度曲線を図5に示す。横軸を電圧、縦軸を電流密度とした。また、溶液B(ドナーアクセプター重量比=1:1.5)を用いた光起電力素子について、短絡電流密度は15.13A/cm、開放電圧は0.78V、フィルファクター(FF)は0.62であり、これらの値から算出した光電変換効率は7.31%であった。The positive and negative electrodes of the photovoltaic device thus fabricated were connected to a Keithley 2400 series source meter and simulated sunlight (OTENTO-SUNIII, manufactured by Spectrometer Co., Ltd., spectral shape) from the ITO layer side in the atmosphere. : AM1.5, intensity: 100 mW / cm 2 ), and the current value was measured when the applied voltage was changed from −1V to + 2V. For the photovoltaic device using the solution A (donor acceptor weight ratio = 1: 1), the short-circuit current density at this time (current density value when the applied voltage is 0 V) is 15.50 A / cm 2 , open circuit The voltage (value of the applied voltage when the current density was 0) was 0.79 V, the fill factor (FF) was 0.66, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 8.06%. The voltage-current density curve at this time is shown in FIG. The horizontal axis is voltage, and the vertical axis is current density. Further, for the photovoltaic device using the solution B (donor acceptor weight ratio = 1: 1.5), the short-circuit current density is 15.13 A / cm 2 , the open circuit voltage is 0.78 V, and the fill factor (FF) is The photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 7.31%.

なお、フィルファクターと光電変換効率は次式により算出した。
フィルファクター=IVmax(mA・V/cm)/(短絡電流密度(mA/cm)×開放電圧(V))
(ここで、IVmaxは、印加電圧が0Vから開放電圧値の間で電流密度と印加電圧の積が最大となる点における電流密度と印加電圧の積の値である。)
光電変換効率=[(短絡電流密度(mA/cm)×開放電圧(V)×フィルファクター)/擬似太陽光強度(100mW/cm)]×100(%)
以下の実施例と比較例におけるフィルファクターと光電変換効率も全て上式により算出した。
The fill factor and photoelectric conversion efficiency were calculated by the following equations.
Fill factor = IVmax (mA · V / cm 2 ) / (Short-circuit current density (mA / cm 2 ) × Open circuit voltage (V))
(Here, IVmax is the value of the product of the current density and the applied voltage at the point where the product of the current density and the applied voltage becomes maximum when the applied voltage is between 0 V and the open circuit voltage value.)
Photoelectric conversion efficiency = [(short circuit current density (mA / cm 2 ) × open voltage (V) × fill factor) / pseudo sunlight intensity (100 mW / cm 2 )] × 100 (%)
The fill factor and photoelectric conversion efficiency in the following examples and comparative examples were all calculated by the above formula.

比較例1
A−1の代わりに上記B−1を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。ドナーアクセプター重量比が1:1の溶液を用いた素子の短絡電流密度は11.20mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.59であり、これらの値から算出した光電変換効率は4.89%であった。また、ドナーアクセプター重量比が1:1.5の溶液を用いた素子の短絡電流密度は12.74mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.66であり、これらの値から算出した光電変換効率は6.39%であった。
Comparative Example 1
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-1 was used instead of A-1, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density of the device using a solution with a donor-acceptor weight ratio of 1: 1 is 11.20 mA / cm 2 , the open-circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.59. The calculated photoelectric conversion efficiency was 4.89%. Moreover, the short circuit current density of the element using the solution whose donor-acceptor weight ratio is 1: 1.5 is 12.74 mA / cm 2 , the open circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.66. The photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 6.39%.

比較例2
A−1の代わりに上記B−2を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。ドナーアクセプター重量比が1:1の溶液を用いた素子の短絡電流密度は11.44mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.62であり、これらの値から算出した光電変換効率は5.25%であった。また、ドナーアクセプター重量比が1:1.5の溶液を用いた素子の短絡電流密度は11.22mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.60であり、これらの値から算出した光電変換効率は4.98%であった。
Comparative Example 2
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-2 was used instead of A-1, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density of the device using a solution with a donor-acceptor weight ratio of 1: 1 is 11.44 mA / cm 2 , the open-circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.62. The calculated photoelectric conversion efficiency was 5.25%. Moreover, the short circuit current density of the element using the solution whose donor acceptor weight ratio is 1: 1.5 is 11.22 mA / cm 2 , the open circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.60. The photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 4.98%.

比較例3
A−1の代わりに上記B−3を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。ドナーアクセプター重量比が1:1の溶液を用いた素子の短絡電流密度は11.19mA/cm、開放電圧は0.68V、フィルファクター(FF)は0.57であり、これらの値から算出した光電変換効率は4.34%であった。また、ドナーアクセプター重量比が1:1.5の溶液を用いた素子の短絡電流密度は12.56mA/cm、開放電圧は0.68V、フィルファクター(FF)は0.55あり、これらの値から算出した光電変換効率は4.70%であった。
Comparative Example 3
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-3 was used in place of A-1, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density of the device using the solution having a donor-acceptor weight ratio of 1: 1 is 11.19 mA / cm 2 , the open-circuit voltage is 0.68 V, and the fill factor (FF) is 0.57. The calculated photoelectric conversion efficiency was 4.34%. Moreover, the short circuit current density of the element using the solution whose donor-acceptor weight ratio is 1: 1.5 is 12.56 mA / cm 2 , the open circuit voltage is 0.68 V, and the fill factor (FF) is 0.55. The photoelectric conversion efficiency calculated from the value was 4.70%.

比較例4
A−1の代わりに上記B−4を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。ドナーアクセプター重量比が1:1の溶液を用いた素子の短絡電流密度は13.51mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.59であり、これらの値から算出した光電変換効率は5.90%であった。また、ドナーアクセプター重量比が1:1.5の溶液を用いた素子の短絡電流密度は15.02mA/cm、開放電圧は0.74V、フィルファクター(FF)は0.61であり、これらの値から算出した光電変換効率は6.78%であった。
Comparative Example 4
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-4 was used instead of A-1, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density of the device using the solution having a donor-acceptor weight ratio of 1: 1 is 13.51 mA / cm 2 , the open-circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.59. The calculated photoelectric conversion efficiency was 5.90%. Moreover, the short circuit current density of the element using the solution whose donor-acceptor weight ratio is 1: 1.5 is 15.02 mA / cm 2 , the open circuit voltage is 0.74 V, and the fill factor (FF) is 0.61. The photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 6.78%.

Figure 2014042091
Figure 2014042091

表1から明らかなように、一般式(1)で表される構造を有する電子供与性有機材料を用いて作製した光起電力素子(実施例1)は、同様の条件で作製した他の光起電力素子(比較例1〜4)に比べ高い光電変換効率を示した。   As is clear from Table 1, the photovoltaic device (Example 1) produced using the electron donating organic material having the structure represented by the general formula (1) was obtained by using other light produced under the same conditions. High photoelectric conversion efficiency was shown compared with the electromotive force element (Comparative Examples 1-4).

1:基板
2:正極
3:有機半導体層
4:負極
5:電子供与性有機材料を有する層
6:電子受容性有機材料を有する層

1: Substrate 2: Positive electrode 3: Organic semiconductor layer 4: Negative electrode 5: Layer having an electron-donating organic material 6: Layer having an electron-accepting organic material

Claims (6)

一般式(1)で表される構造を有する共役系重合体。
Figure 2014042091
(上記一般式(1)中、Rは、置換されていてもよい、アルコキシカルボニル基またはアルカノイル基を表す。Rは同じでも異なっていてもよく、置換されていてもよい、ヘテロアリール基を示す。nは重合度を示し、2以上1,000以下の整数を表す。)
A conjugated polymer having a structure represented by the general formula (1).
Figure 2014042091
(In the general formula (1), R 1 represents an optionally substituted alkoxycarbonyl group or alkanoyl group. R 2 may be the same or different and may be substituted heteroaryl groups. N represents the degree of polymerization and represents an integer of 2 to 1,000.)
請求項1に記載の共役系重合体を用いた電子供与性有機材料。 An electron-donating organic material using the conjugated polymer according to claim 1. 請求項2に記載の電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を含む光起電力素子用材料。 A photovoltaic element material comprising the electron donating organic material and the electron accepting organic material according to claim 2. 前記電子受容性有機材料がフラーレン化合物である請求項3記載の光起電力素子用材料。 The photovoltaic element material according to claim 3, wherein the electron-accepting organic material is a fullerene compound. 前記フラーレン化合物がC70誘導体を含む請求項4記載の光起電力素子用材料。The photovoltaic element material according to claim 4, wherein the fullerene compound contains a C 70 derivative. 少なくとも正極と負極を有する光起電力素子であって、負極と正極の間に請求項3〜5のいずれか記載の光起電力素子用材料を含む有機半導体層を有する光起電力素子。 A photovoltaic device having at least a positive electrode and a negative electrode, wherein the photovoltaic device has an organic semiconductor layer containing the material for a photovoltaic device according to any one of claims 3 to 5 between the negative electrode and the positive electrode.
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