JPWO2015060183A1 - 有機半導体材料 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1、2では、それぞれベンゾビスチアゾール骨格を有する化合物が提案されているが、変換効率が明らかではない。
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。
R7〜R10は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M1、M2は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。R7、R8は、M1とともに環を形成していてもよく、R9、R10は、M2とともに環を形成していてもよい。
m、nは、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m、nが2のとき、複数のR7、R9は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
[一般式(3)中、Xは、ハロゲン原子を表す。R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
本発明には、一般式(3’)で表されるベンゾビスチアゾール化合物も含まれる。
Xは、ハロゲン原子を表す。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
また、本発明には、一般式(2)で表されるベンゾビスチアゾール化合物も含まれる。
[一般式(2)中、R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
本発明の製造方法は、ベンゾビスチアゾールを出発原料とし、一般式(2)で表される化合物、
[一般式(2)中、R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
一般式(3)で表される化合物、
[一般式(3)中、Xは、ハロゲン原子を表す。R1〜R6は、上記と同様の基を表す。]
下記一般式(4)で表される化合物、
下記一般式(5)で表される化合物、および、
[一般式(5)中、A1、A2は、それぞれ一般式(4)におけるA1、A2と同様の基を表す。]
下記一般式(6)で表される化合物
を経ることを特徴とする。
第一工程:ベンゾビスチアゾールに塩基とハロゲン化シラン化合物とを反応させ、一般式(2)で表される化合物を得る工程
第二工程:一般式(2)で表される化合物に塩基とハロゲン化試薬とを反応させて、一般式(3)で表される化合物を得る工程
第三工程:一般式(3)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(7)および/または(8)で表される化合物を反応させて、
一般式(4)で表される化合物を得る工程
第四工程:一般式(4)で表される化合物を、酸または塩基で処理して、一般式(5)で表される化合物を得る工程
第五工程:一般式(5)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(6)で表される化合物を得る工程
第六工程:一般式(6)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(9)および/または一般式(10)
[一般式(9)、(10)中、
R27、R28は、水素原子又は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表す。
X1、X2は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物を反応させて、一般式(11)
[一般式(11)中、
A1、A2、R27、R28は、それぞれ上記と同様の基を表す。]
で表される化合物を得る工程
第七工程:一般式(11)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(12)で表される化合物を得る工程
[一般式(12)中、
A1、A2、R27、R28は、それぞれ上記と同様の基を表す。
R29〜R31は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M3、M4は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。
R29、R30は、M3とともに環を形成していてもよく、R31、R32は、M4とともに環を形成していてもよい。
m1、n1は、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m1、n1が2のとき、複数のR29、R31は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
本発明の高分子化合物(以下、「高分子化合物(1)」ということがある。)は、一般式(1)で表されるベンゾビスチアゾール構造単位を有する。
[上記式中、R26は、炭素数8〜30の炭化水素基を表す。*はベンゾビスチアゾールのベンゼン環に結合する結合手を表すものとする。]
R21〜R26の炭素数8〜30の炭化水素基は、分岐を有する炭化水素基であることが好ましく、より好ましくは分岐鎖状飽和炭化水素基である。R21〜R26の炭化水素基は、分岐を有することにより、有機溶剤への溶解度を上げることができ、本発明の高分子化合物(1)は適度な結晶性を得ることができる。R21〜R26の炭化水素基の炭素数は、大きいほど有機溶剤への溶解度を向上させることができるが、大きくなり過ぎると後述するカップリング反応における反応性が低下するため、高分子化合物の合成が困難となる。そのため、R21〜R26の炭化水素基の炭素数は、好ましくは8〜25であり、より好ましくは8〜20であり、さらに好ましくは8〜16である。
2−1.一般式(6)で表される化合物
本発明は、下記一般式(6)で表される化合物(以下、一般式(6)で表される化合物を「化合物(6)」ということがある。)を含む。
A1、A2は、上記と同様の基を表す。
R7〜R10は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M1、M2は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。R7、R8は、M1とともに環を形成していてもよく、R9、R10は、M2とともに環を形成していてもよい。
m、nは、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m、nが2のとき、複数のR7、R9は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
本発明は、下記一般式(5)で表される化合物(以下、一般式(5)で表される化合物を「化合物(5)」ということがある。)を含む。
本発明は、下記一般式(4)で表される化合物(以下、一般式(4)で表される化合物を「化合物(4)」ということがある。)を含む。
A1、A2は、上記と同様の基を表す。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
本発明は、下記一般式(3)で表される化合物(以下、一般式(3)で表される化合物を「化合物(3)」ということがある。)を含む。
本発明は、下記一般式(2)で表される化合物(以下、一般式(2)で表される化合物を「化合物(2)」ということがある。)を含む。
本発明は、下記一般式(11)で表される化合物(以下、一般式(11)で表される化合物を「化合物(11)」ということがある。)を含む。
A1、A2は、それぞれ上記と同様の基を表す。
R27、R28は、水素原子又は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表す。]
さらに本発明は、下記一般式(12)で表される化合物(以下、一般式(12)で表される化合物を「化合物(12)」ということがある。)を含む。
A1、A2、R27、R28は、それぞれ上記と同様の基を表す。
R29〜R31は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M3、M4は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。
R29、R30は、M3とともに環を形成していてもよく、R31、R32は、M4とともに環を形成していてもよい。
m1、n1は、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m1、n1が2のとき、複数のR29、R31は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
本発明の一般式(1)で表される化合物は、ベンゾビスチアゾールを出発原料とし、一般式(2)で表される化合物、
一般式(3)で表される化合物、
一般式(4)で表される化合物、
一般式(5)で表される化合物、および、
一般式(6)で表される化合物
を経ることを特徴とする製造方法により製造される。
本発明の製造方法は、下記第一工程および第二工程を含むことが好ましい。
第一工程:ベンゾビスチアゾールに塩基とハロゲン化シラン化合物とを反応させ、一般式(2)で表される化合物を得る工程
第二工程:一般式(2)で表される化合物に塩基とハロゲン化試薬とを反応させ、一般式(3)で表される化合物を得る工程
第一工程において、ベンゾビスチアゾールに反応させる塩基としては、例えば、アルキルリチウム、アルキル金属アミド、アルキルマグネシウムおよびマグネシウム錯体、並びに水素化アルカリ金属などが挙げられる。
塩基とハロゲン化シラン化合物とのモル比(塩基:ハロゲン化シラン化合物)は、例えば1:0.5〜1:2.0程度であり、1:0.6〜1:1.7が好ましく、1:0.7〜1:1.5がより好ましく、1:0.8〜1:1.2がさらに好ましい。
第二工程において、一般式(2)で表される化合物と反応させる塩基としては、第一工程において用いた塩基と同様の化合物が挙げられる。中でも、アルキル金属アミドであることが好ましく、リチウムジイソプロピルアミドであることが特に好ましい。
塩基とハロゲン化試薬のモル比(塩基:ハロゲン化試薬)は、例えば1:0.5〜1:2.0程度であり、1:0.6〜1:1.7が好ましく、1:0.7〜1:1.5がより好ましく、1:0.8〜1:1.2がさらに好ましい。
本発明の製造方法は、さらに下記第三工程、第四工程および第五工程を含むことが好ましい。
第三工程:一般式(3)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(7)および/または(8)
で表される化合物を反応させて、一般式(4)で表される化合物を得る工程
第四工程:一般式(4)で表される化合物を、酸または塩基で処理して、一般式(5)で表される化合物を得る工程
第五工程:一般式(5)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(6)で表される化合物を得る工程
第三工程において、一般式(3)で表される化合物と反応させる一般式(7)および/または(8)で表される化合物としては、A1、A2がそれぞれ前記と同様の基であり、R11、R12が、水素原子、又は、*−M3(R13)kR14である化合物が好ましい。
で表される基であることがより好ましい。
これらの中でも、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミドが特に好ましい。
第四工程において、一般式(4)で表される化合物を処理する化合物は、酸であってもよく、塩基であってもよい。反応性の観点から、塩基であることが好ましい。塩基としては、フッ化テトラアルキルアンモニウム等を用いることができる。フッ化テトラアルキルアンモニウムとしては、フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラエチルアンモニウム、フッ化テトラプロピルアンモニウム、フッ化テトラブチルアンモニウム、フッ化テトラペンチルアンモニウム、フッ化テトラヘキシルアンモニウムが挙げられる。中でも、フッ化テトラブチルアンモニウムが好ましく、フッ化テトラ−n−ブチルアンモニウムが特に好ましい。
第五工程において、一般式(5)で表される化合物と反応させる塩基としては、第一工程で例示した塩基がいずれも使用でき、これらの中でも、アルキル金属アミドが好ましく、リチウムジイソプロピルアミドが特に好ましい。
塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとのモル比(塩基:ハロゲン化錫化合物)は、例えば1:0.5〜1:2.0程度であり、1:0.6〜1:1.7が好ましく、1:0.7〜1:1.5がより好ましく、1:0.8〜1:1.2がさらに好ましい。
本発明の製造方法では、前記第五工程の後に、下記第六工程及び第七工程を行ってもよい。第七工程で得られる一般式(12)で表される化合物も、次のカップリング反応に供することができる。
第六工程:一般式(6)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(9)および/または一般式(10)
R27、R28は、水素原子又は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表す。
X1、X2は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物を反応させて、一般式(11)で表される化合物を得る工程
第七工程:一般式(11)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(12)で表される化合物を得る工程
第六工程において、一般式(6)で表される化合物と反応させる一般式(9)および/または(10)で表される化合物としては、R27、R28がそれぞれ前記と同様の基であり、X1、X2が、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子である化合物が好ましい。中でも、X1、X2が臭素原子またはヨウ素原子であることが好ましく、臭素原子であることが特に好ましい。下記式で表される化合物が好ましい。
第七工程において、一般式(11)で表される化合物と反応させる塩基としては、第一工程で例示した塩基がいずれも使用でき、これらの中でも、アルキル金属アミドが好ましく、リチウムジイソプロピルアミドが特に好ましい。
塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとのモル比(塩基:ハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステル)は、例えば1:0.5〜1:2.0程度であり、1:0.6〜1:1.7が好ましく、1:0.7〜1:1.5がより好ましく、1:0.8〜1:1.2がさらに好ましい。
さらに、カップリング反応によって、本発明の構造単位と、本発明の構造単位と組合せてドナー−アクセプター型高分子化合物を形成する構造単位とを、交互に配置することによって、本発明の高分子化合物(1)を製造することができる。
ベンゾビスチアゾール化合物について、NMRスペクトル測定装置(Agilent社(旧Varian社)製、「400MR」、及び、Bruker社製、「AVANCE 500」)を用いて、NMRスペクトル測定を行った。
ベンゾビスチアゾール化合物について、質量分析装置(Bruker Daltnics社製、「MicrOTOF」)を用いて、高分解能マススペクトル測定(APCI:大気圧化学イオン化法)を行った。
ベンゾビスチアゾール化合物について、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用い、分子量測定を行った。測定に際しては、ベンゾビスチアゾール化合物を0.5g/Lの濃度となるように移動相溶媒(クロロホルム)に溶解して、下記条件で測定を行い、ポリスチレンを標準試料として作成した較正曲線に基づいて換算することによって、ベンゾビスチアゾール化合物の重量平均分子量を算出した。測定におけるGPC条件は、下記の通りである。
移動相:クロロホルム
流速:0.6ml/min
装置:HLC−8320GPC(東ソー社製)
カラム:TSKgel(登録商標)SuperHM-H’2 + TSKgel(登録商標)SuperH2000(東ソー社製)
ベンゾビスチアゾール化合物について、赤外分光装置(JASCO社製、「FT/IR−6100」)を用い、IRスペクトル測定を行った。
0.03g/Lの濃度になる様に、得られたベンゾビスチアゾール化合物をクロロホルムに溶解し、紫外・可視分光装置(島津製作所社製、「UV−2450」、「UV−3150」)、及び、光路長1cmのセルを用いて紫外可視吸収スペクトル測定を行った。
ベンゾビスチアゾール化合物について、融点測定装置(Buchi社製、「M−560」)を用い、融点測定を行った。
ガラス基板上にベンゾビスチアゾール化合物を50nm〜100nmの厚みになるように成膜した。この膜について、常温常圧下、紫外線光電子分析装置(理研計器社製、「AC−3」)によりイオン化ポテンシャルを測定した。
DBTH−DT(2,6−ビス−トリイソプロピルシラニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
13C NMR (125MHz, CDCl3): δ175.30, 154.18, 134.76, 115.14, 18.52, 11.76.
IR (ATR): 2943, 2865, 1466, 1388, 1308, 1056, 1016, 997, 957, 864, 650 cm-1.
融点:245℃(分解)
高分解能マススペクトル分析
計算値:C26H44N2S2Si2+H: 505.2557
測定値: 505.2553
DI−DBTH−DT(4,8−ジヨード−2,6−ビス−トリイソプロピルシラニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
IR (ATR): 2944, 2866, 1459, 1316, 1146, 1000, 957, 878, 679, 661, 606 cm-1.
高分解能マススペクトル分析
計算値:C26H42I2N2S2Si2+H: 757.0490
測定値: 757.0521
DBTH−C8THO(4,8−ビス(5−オクチルチオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
IR (ATR): 3048, 2957, 2924, 2852, 1478, 1342, 869, 842, 780 cm-1.
高分解能マススペクトル分析
計算値:C32H40N2S4+H: 581.2147
測定値: 581.2102
DBTH−C8THO−DSM(4,8−ビス(5−オクチルチオフェン−2−イル)−2,6−ビストリメチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DBTH−C8TH−O−DPPの合成
Mn(数平均分子量):9300
イオン化ポテンシャル:5.28eV(HOMO −5.28eV)
前記のように得られたP−DBTH−C8TH−O−DPPをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:1(質量)、合計濃度1.6wt%でクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
DBTH−DMOT(4,8−ビス[5−(3,7−ジメチルオクチル)チオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
13C NMR (125MHz, CDCl3): δ154.91, 149.09, 148.43, 135.83, 133.15, 128.70, 124.12, 123.02, 39.34, 38.82, 37.10, 32.52, 27.98, 27.88, 24.70, 22.97, 22.61, 19.54.
高分解能マススペクトル分析
計算値:C36H48N2S4+H: 637.2773
測定値: 637.2773
DBTH−DMOT−DSM(4,8−ビス[5−(3,7−ジメチルオクチル)チオフェン−2−イル]−2,6−ビストリメチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DBTH−DMOT−TDZの合成
Mn(数平均分子量):3700
イオン化ポテンシャル:5.55eV(HOMO −5.55eV)
DBTH−EHT(4,8−ビス[5−(2−エチルヘキシル)チオフェン−2−イル]ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
13C NMR (125MHz, CDCl3): δ154.87, 148.40, 147.44, 136.13, 133.04, 128.74, 125.31, 122.97, 41.44, 34.30, 32.54, 28.93, 25.69, 23.02, 14.11, 10.85.
IR (ATR): 2959, 2925, 1475, 1344, 842, 782, 638 cm-1.
高分解能マススペクトル分析
計算値:C32H40N2S4+H: 581.2147
測定値: 581.2146
DBTH−EHT−DSM(4,8−ビス[5−(2−エチルヘキシル)チオフェン−2−イル]−2,6−ビストリメチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
Mn(数平均分子量):7300
イオン化ポテンシャル:5.30eV(HOMO −5.30eV)
DBTH−EHT−DSB(4,8−ビス[5−(2−エチルヘキシル)チオフェン−2−イル]−2,6−ビストリブチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DBTH−EHT−O−IMTHの合成
Mn(数平均分子量):6800
イオン化ポテンシャル:5.70eV(HOMO −5.70eV)
DHD−DBTH(4,8−ビス(2−ヘキシルデシロキシ)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
DHD−DBTH−DSB(4,8−ビス(2−ヘキシルデシロキシ)−2,6−ビストリブチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DHD−DBTH−O−IMTHの合成
Mn(数平均分子量):6300
イオン化ポテンシャル:5.96eV(HOMO −5.96eV)
P−DHD−DBTH−O−IMTHTの合成
Mn(数平均分子量):4400
イオン化ポテンシャル:5.61eV(HOMO −5.61eV)
前記のように得られたP−DHD−DBTH−O−IMTHTをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:2(重量)、合計濃度3.0wt%で6%(v/v)の1,8−ジヨードオクタンを含むオルトジクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、
Jsc(短絡電流密度)=1.49 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.75 V、FF(曲線因子)=0.47で変換効率0.53%であることが確認された。
P−DHD−DBTH−TDZTの合成
Mn(数平均分子量):3500
イオン化ポテンシャル:5.49eV(HOMO −5.49eV)
前記のように得られたP−DHD−DBTH−TDZTをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:1.5(重量)、合計濃度2.0wt%でクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=2.80 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.77 V、FF(曲線因子)=0.42で変換効率0.89%であることが確認された。
P−DHD−DBTH−DTHの合成
Mn(数平均分子量):5800
イオン化ポテンシャル:5.42eV(HOMO −5.42eV)
前記のように得られたP−DHD−DBTH−DTHをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:2(重量)、合計濃度3.0wt%でクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=0.68 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.62 V、FF(曲線因子)=0.34で変換効率0.14%であることが確認された。
P−DHD−DBTH−DMO−DPPの合成
Mn(数平均分子量):6500
イオン化ポテンシャル:5.48eV(HOMO −5.48eV)
前記のように得られたP−DHD−DBTH−DMO−DPPをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:1.5(重量)、合計濃度2.5wt%でクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=0.93 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.42 V、FF(曲線因子)=0.36で変換効率0.14%であることが確認された。
DHD−DBTH−3HT(4,8−ビス(2−ヘキシルデシロキシ)−2,6−ビス(3−ヘキシルチオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
DHD−DBTH−3HT−DSB(4,8−ビス(2−ヘキシルデシロキシ)−2,6−ビス(3−ヘキシル−5−トリブチルスタンニルチオフェン−2−イル)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DHD−DBTH−3HTDZTの合成
Mn(数平均分子量):9700
イオン化ポテンシャル:5.52eV(HOMO −5.52eV)
前記のように得られたP−DHD−DBTH−3HTDZTをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:2(重量)、合計濃度3.0wt%でオルトジクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=1.57 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.84 V、FF(曲線因子)=0.39で変換効率0.51%であることが確認された。
DEH−DBTH(4,8−ビス(2−エチルヘキシロキシ)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
DEH−DBTH−DSB(4,8−ビス(2−エチルヘキシロキシ)−2,6−ビストリブチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DEH−DBTH−EH−DPPの合成
Mn(数平均分子量):13300
イオン化ポテンシャル:5.49eV(HOMO −5.49eV)
前記のように得られたP−DEH−DBTH−EH−DPPをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:1.5(重量)、合計濃度2.0wt%でクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=1.32 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.75 V、FF(曲線因子)=0.38で変換効率0.38%であることが確認された。
DDMO−DBTH(4,8−ビス(3,7−ジメチルオクチロキシ)ベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
DDMO−DBTH−DSB(4,8−ビス(3,7−ジメチルオクチロキシ)−2,6−ビストリブチルスタンニルベンゾ[1,2−d;4,5−d’]ビスチアゾール)の合成
P−DDMO−DBTH−HTTの合成
P−DDMO−EH−BDTの合成
Mn(数平均分子量):13400
イオン化ポテンシャル:5.50eV(HOMO −5.50eV)
前記のように得られたP−DDMO−DBTHEH−BDTをドナー材料、PCBM(C61)(フェニルC61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として用いて、ドナー材料:アクセプター材料=1:2.0(重量)、合計濃度3.0wt%でオルトジクロロベンゼンに溶解させて0.45μmのフィルターに通して混合溶液とした。
得られたデバイスにソーラーシミュレーター(CEP2000、AM1.5Gフィルター、放射強度100mW/cm2、分光計器製)を用いて特性評価を行った。その結果、Jsc(短絡電流密度)=2.17 mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.75 V、FF(曲線因子)=0.38で変換効率0.63%であることが確認された。
Claims (14)
- 一般式(1)で表されるベンゾビスチアゾール構造単位を含むことを特徴とする高分子化合物。
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。] - A1、A2が、それぞれ独立に、下記一般式(a1)〜(a4)で表される基から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の高分子化合物。
R21〜R23、R25は、それぞれ独立に、炭素数8〜30の炭化水素基を表す。R24は、水素原子、または、炭素数8〜30の炭化水素基を表す。*はベンゾビスチアゾールのベンゼン環に結合する結合手を表す。] - ドナー−アクセプター型半導体ポリマーである請求項1または2に記載の高分子化合物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の高分子化合物を含む有機半導体材料。
- 一般式(6)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。
R7〜R10は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M1、M2は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。
R7、R8は、M1とともに環を形成していてもよく、R9、R10は、M2とともに環を形成していてもよい。
m、nは、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m、nが2のとき、複数のR7、R9は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。] - 一般式(5)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。] - 一般式(4)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。] - 一般式(3)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
Xは、ハロゲン原子を表す。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。] - 一般式(3’)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
Xは、ハロゲン原子を表す。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。] - 一般式(2)で表されるベンゾビスチアゾール化合物。
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。] - ベンゾビスチアゾールを出発原料とし、一般式(2)で表される化合物、
R1〜R6は、それぞれ独立に、炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。]
一般式(3)で表される化合物、
Xは、ハロゲン原子を表す。
R1〜R6は、上記と同様の基を表す。]
一般式(4)で表される化合物、
A1、A2は、それぞれ独立に、アルコキシ基、チオアルコキシ基、炭化水素基で置換されていてもよいチオフェン環、炭化水素基もしくはオルガノシリル基で置換されていてもよいチアゾール環、または、炭化水素基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、オルガノシリル基、ハロゲン原子もしくはトリフルオロメチル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。
R1〜R6は、上記と同様の基を表す。]
一般式(5)で表される化合物、および、
A1、A2は、それぞれ一般式(4)中のA1、A2と同様の基を表す。]
一般式(6)で表される化合物
R7〜R10は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M1、M2は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。
R7、R8は、M1とともに環を形成していてもよく、R9、R10は、M2とともに環を形成していてもよい。
m、nは、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m、nが2のとき、複数のR7、R9は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
を経ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高分子化合物の製造方法。 - 下記第一工程および第二工程を含む請求項11に記載の製造方法。
第一工程:ベンゾビスチアゾールに塩基とハロゲン化シラン化合物とを反応させて、一般式(2)で表される化合物を得る工程
第二工程:一般式(2)で表される化合物に塩基とハロゲン化試薬とを反応させて、一般式(3)で表される化合物を得る工程 - さらに第三工程、第四工程及び第五工程を含む請求項11または12に記載の製造方法。
第三工程:一般式(3)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(7)および/または一般式(8)
A1、A2は、それぞれ上記と同様の基を表す。
R11、R12は、それぞれ独立に、水素原子、又は、*−M3(R13)kR14を表す。
R13、R14は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M3は、ホウ素原子または錫原子を表す。*は、A1またはA2との結合手を表す。
R13、R14は、M3とともに環を形成していてもよい。
kは1または2の整数を表す。また、kが2のとき、複数のR13は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
で表される化合物を反応させて、一般式(4)で表される化合物を得る工程
第四工程:一般式(4)で表される化合物を、酸または塩基で処理して、一般式(5)で表される化合物を得る工程
第五工程:一般式(5)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(6)で表される化合物を得る工程 - さらに第六工程、第七工程を含む請求項11または12に記載の製造方法。
第六工程:一般式(6)で表される化合物に、金属触媒の存在下、一般式(9)および/または一般式(10)
R27、R28は、水素原子又は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基を表す。
X1、X2は、ハロゲン原子を表す。]
で表される化合物を反応させて、一般式(11)
A1、A2、R27、R28は、それぞれ上記と同様の基を表す。]
で表される化合物を得る工程
第七工程:一般式(11)で表される化合物に塩基とハロゲン化錫化合物またはホウ酸エステルとを反応させて、一般式(12)で表される化合物を得る工程
A1、A2、R27、R28は、それぞれ上記と同様の基を表す。
R29〜R31は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基、水酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基、または、炭素数6〜10のアリールオキシ基を表す。
M3、M4は、それぞれ独立に、ホウ素原子または錫原子を表す。
R29、R30は、M3とともに環を形成していてもよく、R31、R32は、M4とともに環を形成していてもよい。
m1、n1は、それぞれ、1または2の整数を表す。また、m1、n1が2のとき、複数のR29、R31は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。]
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