JP2015189804A - 導電性組成物、導電膜及び有機半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】導電率が高く、かつ、導電率の経時安定性に優れた導電膜が得られる導電性組成物、上記導電性組成物から得られる導電膜、及び上記導電膜を用いた有機半導体デバイスを提供する。【解決手段】下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマーと、酸化剤と、非共役ポリマーと、還元剤とを含有し、上記酸化剤の含有量に対する上記還元剤の含有量の質量比が、0.001〜0.5である、導電性組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、導電性組成物、導電膜及び有機半導体デバイスに関する。
近年、半導体として有機材料を使用した有機半導体デバイス(例えば、有機トランジスタ、光電変換素子、熱電変換素子、有機ELなど)が盛んに開発されている。また、プロセス面のメリットなどから有機材料としてポリマーを使用する研究も行われている。
例えば、特許文献1には、塩化鉄等の酸化剤を用いて酸化重合により得られた特定の構造単位を有する高分子化合物が開示され、さらに、上記高分子化合物を含有する組成物を電荷輸送層に使用した有機トランジスタが開示されている。
例えば、特許文献1には、塩化鉄等の酸化剤を用いて酸化重合により得られた特定の構造単位を有する高分子化合物が開示され、さらに、上記高分子化合物を含有する組成物を電荷輸送層に使用した有機トランジスタが開示されている。
一方、有機半導体デバイスの高機能化や小型化などに伴い、有機半導体層(導電膜)に対して、高い導電率を経時的に安定して示すことが要求されている。すなわち、高い導電率と優れた導電率の経時安定性が要求されている。
このようななか、本発明者らが特許文献1を参考に、酸化剤を用いて酸化重合により得られた高分子化合物(π共役ポリマー)を含有する導電性組成物について検討したところ、導電膜の導電率は高いが、導電率が時間の経過とともに低下してしまい、導電率の経時安定性が昨今要求されているレベルを満たしていないことが分かった。
このようななか、本発明者らが特許文献1を参考に、酸化剤を用いて酸化重合により得られた高分子化合物(π共役ポリマー)を含有する導電性組成物について検討したところ、導電膜の導電率は高いが、導電率が時間の経過とともに低下してしまい、導電率の経時安定性が昨今要求されているレベルを満たしていないことが分かった。
そこで、本発明は、上記実情を鑑みて、導電率が高く、かつ、導電率の経時安定性に優れた導電膜が得られる導電性組成物、上記導電性組成物から得られる導電膜、及び上記導電膜を用いた有機半導体デバイスを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、酸化剤により発生したπ共役ポリマー中の過剰のキャリアによってポリマーが分解し、このようなポリマーの分解により導電率の経時的な低下が引き起こされている可能性があることを知見した。さらに、酸化剤に対して特定の量の還元剤を配合することで、π共役ポリマー中のキャリアが適量となり、高い導電率と導電率の経時安定性とが両立されることを知見した。本発明はこれらの知見等に基づくものであり、具体的な構成は以下のとおりである。
(1)後述する一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマーと、酸化剤と、非共役ポリマーと、還元剤とを含有し、
上記酸化剤の含有量に対する上記還元剤の含有量の質量比が、0.001〜0.5である、導電性組成物。
(2) 上記π共役ポリマーが、上記酸化剤及び上記非共役ポリマーの存在下、酸化重合法によって重合することにより得られる、上記(1)に記載の導電性組成物。
(3) 上記一般式(1)において、A環が、ベンゼン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シクロペンタジエン環、又はシロール環である、上記(1)又は(2)に記載の導電性組成物。
(4) 上記一般式(1)において、nが、1〜3の整数である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の導電性組成物。
(5) 上記一般式(1)において、X1及びX3、またはX1及びX4が、それぞれ独立して硫黄原子、酸素原子、又はNR基(ここでRは水素原子又はアルキル基)である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の導電性組成物。
(6) 上記非共役ポリマーが、スルホ基を有する、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の導電性組成物。
(7) 上記酸化剤が、鉄(III)塩、銅(II)塩、過酸化物、及び過酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の導電性組成物。
(8) 上記還元剤が、単環芳香族化合物、含窒素芳香族化合物、含硫黄芳香族化合物、芳香族ビニルポリマー、芳香族アミン、脂肪族アミン、ニトロ化合物、チオール、及び金属錯塩、からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の導電性組成物。
(9) 更に、親水性溶媒を含有する、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の導電性組成物。
(10) 上記親水性溶媒の沸点が、130℃以上である、上記(9)に記載の導電性組成物。
(11) 水に、上記π共役ポリマーと、上記酸化剤と、上記非共役ポリマーと、上記還元剤とを分散させることで得られる、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の導電性組成物。
(12) 水に、上記π共役ポリマーと、上記酸化剤と、上記非共役ポリマーと、上記還元剤とを分散させ、さらに、上記親水性溶媒を加えることで得られる、上記(9)又は(10)に記載の導電性組成物。
(13) 上記(1)〜(12)のいずれかに記載の導電性組成物から得られる導電膜。
(14) キャリア濃度が、1×1024〜3×1026個/m3である、上記(13)に記載の導電膜。
(15) 上記(13)又は(14)に記載の導電膜を用いた有機半導体デバイス。
(16) 基材と、電極と、上記(13)又は(14)に記載の導電膜とをこの順に備える、有機半導体デバイス。
上記酸化剤の含有量に対する上記還元剤の含有量の質量比が、0.001〜0.5である、導電性組成物。
(2) 上記π共役ポリマーが、上記酸化剤及び上記非共役ポリマーの存在下、酸化重合法によって重合することにより得られる、上記(1)に記載の導電性組成物。
(3) 上記一般式(1)において、A環が、ベンゼン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シクロペンタジエン環、又はシロール環である、上記(1)又は(2)に記載の導電性組成物。
(4) 上記一般式(1)において、nが、1〜3の整数である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の導電性組成物。
(5) 上記一般式(1)において、X1及びX3、またはX1及びX4が、それぞれ独立して硫黄原子、酸素原子、又はNR基(ここでRは水素原子又はアルキル基)である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の導電性組成物。
(6) 上記非共役ポリマーが、スルホ基を有する、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の導電性組成物。
(7) 上記酸化剤が、鉄(III)塩、銅(II)塩、過酸化物、及び過酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の導電性組成物。
(8) 上記還元剤が、単環芳香族化合物、含窒素芳香族化合物、含硫黄芳香族化合物、芳香族ビニルポリマー、芳香族アミン、脂肪族アミン、ニトロ化合物、チオール、及び金属錯塩、からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の導電性組成物。
(9) 更に、親水性溶媒を含有する、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の導電性組成物。
(10) 上記親水性溶媒の沸点が、130℃以上である、上記(9)に記載の導電性組成物。
(11) 水に、上記π共役ポリマーと、上記酸化剤と、上記非共役ポリマーと、上記還元剤とを分散させることで得られる、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の導電性組成物。
(12) 水に、上記π共役ポリマーと、上記酸化剤と、上記非共役ポリマーと、上記還元剤とを分散させ、さらに、上記親水性溶媒を加えることで得られる、上記(9)又は(10)に記載の導電性組成物。
(13) 上記(1)〜(12)のいずれかに記載の導電性組成物から得られる導電膜。
(14) キャリア濃度が、1×1024〜3×1026個/m3である、上記(13)に記載の導電膜。
(15) 上記(13)又は(14)に記載の導電膜を用いた有機半導体デバイス。
(16) 基材と、電極と、上記(13)又は(14)に記載の導電膜とをこの順に備える、有機半導体デバイス。
以下に示すように、本発明によれば、導電率が高く、かつ、導電率の経時安定性に優れた導電膜が得られる導電性組成物、上記導電性組成物から得られる導電膜、及び上記導電膜を用いた有機半導体デバイスを提供することができる。
なお、以下、導電率の経時安定性が優れることを、単に経時安定性が優れるとも言う。
なお、以下、導電率の経時安定性が優れることを、単に経時安定性が優れるとも言う。
以下に、本発明の導電性組成物、導電膜、及び有機半導体デバイスについて説明する。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの双方又はいずれかを表すものであり、これらの混合物をも包含するものである。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの双方又はいずれかを表すものであり、これらの混合物をも包含するものである。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
[導電性組成物]
本発明の導電性組成物(以下、本発明の組成物とも言う)は、後述する一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを含有する。
ここで、上記酸化剤(B)の含有量に対する上記還元剤(D)の含有量の質量比は、0.001〜0.5である。すなわち、上記酸化剤(B)の含有量と上記還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。
以下、本発明の組成物が含有する各成分について説明する。
本発明の導電性組成物(以下、本発明の組成物とも言う)は、後述する一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを含有する。
ここで、上記酸化剤(B)の含有量に対する上記還元剤(D)の含有量の質量比は、0.001〜0.5である。すなわち、上記酸化剤(B)の含有量と上記還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。
以下、本発明の組成物が含有する各成分について説明する。
<π共役ポリマー(A)>
π共役ポリマー(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマーである。ここで、π共役ポリマーとは、主鎖がπ電子又は孤立電子対のローンペアで共役する構造を有するポリマーを指す。
π共役ポリマー(A)は下記一般式(1)に示されるように平面性が高いため、ポリマー分子間のπ軌道の重なりが大きい。結果として、ポリマー分子間のキャリアのホッピングが促進され、得られる導電膜の高導電率に繋がるものと推測される。
なお、π共役ポリマー(A)中に下記一般式(1)で表される繰り返し単位が複数存在する場合、複数存在する下記一般式(1)で表される繰り返し単位は同一であっても異なっていてもよい。
π共役ポリマー(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマーである。ここで、π共役ポリマーとは、主鎖がπ電子又は孤立電子対のローンペアで共役する構造を有するポリマーを指す。
π共役ポリマー(A)は下記一般式(1)に示されるように平面性が高いため、ポリマー分子間のπ軌道の重なりが大きい。結果として、ポリマー分子間のキャリアのホッピングが促進され、得られる導電膜の高導電率に繋がるものと推測される。
なお、π共役ポリマー(A)中に下記一般式(1)で表される繰り返し単位が複数存在する場合、複数存在する下記一般式(1)で表される繰り返し単位は同一であっても異なっていてもよい。
一般式(1)中、A環は共役炭化水素環又は共役複素環を表す。
ここで、共役炭化水素環とは、共役構造を有する炭化水素環を指す。また、共役複素環とは共役構造を有する複素環を表す。なお、共役構造とは、2つの「炭素原子−炭素原子(C−C)多重結合」が単結合を介して繋がった構造を指す。共役構造は、2つのC−C2重結合が単結合を介して繋がった構造であるのが好ましい。
共役炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、シクロペンタジエン環などが挙げられる。
共役複素環構造としては、例えば、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シロール環、フラン環などが挙げられる。
A環は、ベンゼン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シクロペンタジエン環、又はシロール環であるのが好ましい。
ここで、共役炭化水素環とは、共役構造を有する炭化水素環を指す。また、共役複素環とは共役構造を有する複素環を表す。なお、共役構造とは、2つの「炭素原子−炭素原子(C−C)多重結合」が単結合を介して繋がった構造を指す。共役構造は、2つのC−C2重結合が単結合を介して繋がった構造であるのが好ましい。
共役炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、シクロペンタジエン環などが挙げられる。
共役複素環構造としては、例えば、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シロール環、フラン環などが挙げられる。
A環は、ベンゼン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シクロペンタジエン環、又はシロール環であるのが好ましい。
一般式(1)中、nは0以上の整数を表す。なかでも、1〜3の整数が好ましい。nが2以上の整数である場合に複数存在するA環は同一であっても異なってもよい。
ここで、nは、縮環することにより繋がっているA環の数を表す。
例えば、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー1は、nが1であり、1つのA環がベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー3は、nが2であり、2つのA環が共にベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー4は、nが3であり、3つのA環全てがベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー7は、nが3であり、3つのA環のうち2つがシロール環、1つのA環がベンゼン環の態様である。
なお、nが0の場合、A環が無く、X1及びX2を含む単環と、X3及びX4を含む単環とが縮環していることを表す。すなわち、一般式(1)は下記一般式(n0)で表される。
ここで、nは、縮環することにより繋がっているA環の数を表す。
例えば、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー1は、nが1であり、1つのA環がベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー3は、nが2であり、2つのA環が共にベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー4は、nが3であり、3つのA環全てがベンゼン環の態様である。
また、後述する実施例で使用されるπ共役ポリマー7は、nが3であり、3つのA環のうち2つがシロール環、1つのA環がベンゼン環の態様である。
なお、nが0の場合、A環が無く、X1及びX2を含む単環と、X3及びX4を含む単環とが縮環していることを表す。すなわち、一般式(1)は下記一般式(n0)で表される。
一般式(1)中、X1、X2、X3、及びX4はそれぞれ独立してヘテロ原子、置換基(例えば、後述する置換基W)を有するヘテロ原子、−CH=CH−基、又は=CH−基を表す。ヘテロ原子は特に制限されないが、具体例としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子などが挙げられる。
X1及びX3、またはX1及びX4は、それぞれ独立して硫黄原子、酸素原子、又はNR基(ここでRは水素原子又はアルキル基)であるのが好ましい。
X1及びX3、またはX1及びX4は、それぞれ独立して硫黄原子、酸素原子、又はNR基(ここでRは水素原子又はアルキル基)であるのが好ましい。
一般式(1)中、X1及びX2を含む単環、並びに、X3及びX4を含む単環はいずれも芳香環を表す。
例えば、X1が−CH=CH−基であり、X2が=CH−基である場合、X1及びX2を含む単環はベンゼン環を表す。また、X1が硫黄原子であり、X2が=CH−基である場合、X1及びX2を含む単環はチオフェン環を表す。
例えば、X1が−CH=CH−基であり、X2が=CH−基である場合、X1及びX2を含む単環はベンゼン環を表す。また、X1が硫黄原子であり、X2が=CH−基である場合、X1及びX2を含む単環はチオフェン環を表す。
一般式(1)中、R1、R2、及びRAはそれぞれ独立してアリール基(好ましくは炭素数5〜20)、ヘテロアリール基(好ましくは、環構成原子数5〜20)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30)、ポリエチレンオキシエーテル基(以下構造式参照)、アルキルチオ基(RS−:Rはアルキル基(好ましくは炭素数1〜30)を表す。)、ポリエチレンオキシチオエーテル基(以下構造式参照)、アルキルアミノ基(R1R2N−:R1及びR2はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜30)を表す。ただし、R1及びR2の少なくとも一方はアルキル基を表す。)、又はポリエチレンオキシアミノ基(以下構造式参照)を表す。
なお、以下構造式中、Rは水素原子又はアルキル基を表す。nは、1以上の整数(好ましくは、1〜10の整数)を表す。波線部は、結合位置を表す。
なお、以下構造式中、Rは水素原子又はアルキル基を表す。nは、1以上の整数(好ましくは、1〜10の整数)を表す。波線部は、結合位置を表す。
R1、R2、及びRA中の炭素原子は酸素原子又は硫黄原子で置換されていてもよい。
R1、R2、及びRAは互いに任意の位置で連結していてもよい。
R1、R2、及びRAは置換基(例えば、後述する置換基W)を有してもよい。
R1、R2、及びRAは互いに任意の位置で連結していてもよい。
R1、R2、及びRAは置換基(例えば、後述する置換基W)を有してもよい。
一般式(1)中、nAはA環に置換するRAの数を表し、具体的には0以上の整数を表す。nAの上限は、A環に置換可能なRAの数の最大値である。nAは、0〜2の整数であることが好ましい。
一般式(1)中、nB及びnCはそれぞれ独立して0以上の整数を表す。nBの上限は、X1及びX2を含む単環に置換可能なR1の数の最大値である。nCの上限は、X3及びX4を含む単環に置換可能なR2の数の最大値である。nB及びnCはそれぞれ独立して、0〜2の整数であることが好ましい。
一般式(1)中、nB及びnCはそれぞれ独立して0以上の整数を表す。nBの上限は、X1及びX2を含む単環に置換可能なR1の数の最大値である。nCの上限は、X3及びX4を含む単環に置換可能なR2の数の最大値である。nB及びnCはそれぞれ独立して、0〜2の整数であることが好ましい。
一般式(1)中、アスタリスク(星印)は結合位置を表す。
π共役ポリマー(A)は、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の別の繰り返し単位を有してもよい。
なお、π共役ポリマー(A)が複数の繰り返し単位を有する場合には、共重合様式は、特に限定されず、ブロック共重合、交互共重合、ランダム共重合、グラフト共重合のいずれでもよい。
上記別の繰り返し単位は、主鎖の共役系を形成可能な連結基、原子又はこれらを組合せたものであればよい。このような別の繰り返し単位は、特に限定されないが、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基及びヘテロアリーレン基からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位が好ましい。
なお、π共役ポリマー(A)が複数の繰り返し単位を有する場合には、共重合様式は、特に限定されず、ブロック共重合、交互共重合、ランダム共重合、グラフト共重合のいずれでもよい。
上記別の繰り返し単位は、主鎖の共役系を形成可能な連結基、原子又はこれらを組合せたものであればよい。このような別の繰り返し単位は、特に限定されないが、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基及びヘテロアリーレン基からなる群より選択される少なくとも1種の繰り返し単位が好ましい。
上記アリーレン基の炭素数は6〜20が好ましく、6〜15がより好ましい。アリーレン基は好ましくはフェニレン、ナフチレンである。
上記アリーレン基は、主鎖の共役系を形成可能な原子、好ましくは窒素原子に結合した複数の芳香環を有し、異なる芳香環で主鎖に結合する基を含んでいてもよい。このような基として、例えば、異なるフェニル基で主鎖に結合する、トリフェニルアミンから得られる2価の基が挙げられる。
上記アリーレン基は、主鎖の共役系を形成可能な原子、好ましくは窒素原子に結合した複数の芳香環を有し、異なる芳香環で主鎖に結合する基を含んでいてもよい。このような基として、例えば、異なるフェニル基で主鎖に結合する、トリフェニルアミンから得られる2価の基が挙げられる。
また、上記ヘテロアリーレン基の炭素数は3〜20が好ましく、5〜12がより好ましい。ヘテロアリーレン基を構成するヘテロ環は、特に限定されないが、5員環又は6員環が好ましく、このヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、特に限定されないが、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、セレン原子等が好適に挙げられる。ヘテロアリーレン基の好ましい例としては、2価のチオフェン環、2価のチアゾール環、2価のオキサゾール環、2価のフラン環、2価のピロール環、2価のセレノフェン環、2価のチアゾール環、2価のオキサゾール環、2価のホスホール環、2価のホスホリン環、2価のチアジアゾール環、2価のオキサジアゾール環、2価のピラゾール環、2価のイミダゾール環、2価のピリジン環、2価のピラジン環、2価のピリダジン環、2価のトリアジン環、2価のトリアゾール環、2価のテトラジン環が挙げられる。
上記アリーレン基及びヘテロアリーレン基は、それぞれ、縮環していてもよい。
縮環する環は脂肪族環であっても芳香族環であってもよく、また炭化水素環であってもヘテロ環であってもよい。なかでも、芳香族環構造を含む環が好ましく、芳香族へテロ環構造を含む環がより好ましい。
縮合する環を構成する芳香族炭化水素環としては、芳香族性を有する単環の炭化水素環であればよく、その基本となる環としてベンゼン環が挙げられる。
縮合する環を構成する芳香族へテロ環としては、芳香族性を有する単環のヘテロ環であれば特に限定されないが、5員環の芳香族ヘテロ環又は6員環の芳香族ヘテロ環が好適に挙げられる。ヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、セレン原子等が挙げられ、酸素原子、硫黄原子、窒素原子が好ましく、硫黄原子、窒素原子がより好ましい。5員環の芳香族ヘテロ環としては、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、セレノフェン環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、ジアゾール環、ピリジン環、ピラジン環が挙げられる。6員環の芳香族ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環が挙げられる。なかでも、チオフェン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアジアゾール環、ジアゾール環、ピリジン環、ピラジン環がさらに好ましい。
縮環する環は脂肪族環であっても芳香族環であってもよく、また炭化水素環であってもヘテロ環であってもよい。なかでも、芳香族環構造を含む環が好ましく、芳香族へテロ環構造を含む環がより好ましい。
縮合する環を構成する芳香族炭化水素環としては、芳香族性を有する単環の炭化水素環であればよく、その基本となる環としてベンゼン環が挙げられる。
縮合する環を構成する芳香族へテロ環としては、芳香族性を有する単環のヘテロ環であれば特に限定されないが、5員環の芳香族ヘテロ環又は6員環の芳香族ヘテロ環が好適に挙げられる。ヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、セレン原子等が挙げられ、酸素原子、硫黄原子、窒素原子が好ましく、硫黄原子、窒素原子がより好ましい。5員環の芳香族ヘテロ環としては、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、セレノフェン環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、ジアゾール環、ピリジン環、ピラジン環が挙げられる。6員環の芳香族ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環が挙げられる。なかでも、チオフェン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアジアゾール環、ジアゾール環、ピリジン環、ピラジン環がさらに好ましい。
縮環したアリーレン基又はヘテロアリーレン基となるものとしては、例えば、フルオレン、ジチエノシロール、シクロペンタジチオフェン、ベンゾジチオフェン、チエノ[3,4−b]チオフェン、[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン、ベンゾフルオレン等が挙げられる。なお、アリーレン基及びヘテロアリーレン基が縮環している場合に、主鎖と連結する連結位置は、同一の環を構成する環構成原子であっても、異なる環を構成する環構成原子であってもよい。
上記別の繰り返し単位は、置換基(例えば、後述する置換基W)を有していてもよい。
π共役ポリマー(A)中の一般式(1)で表される繰り返し単位の含有量は特に制限されないが、10質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。上限は特に制限されず、100質量%である(すなわち、一般式(1)で表される繰り返し単位のホモポリマー)。
π共役ポリマー(A)の分子量は特に制限されないが、重量平均分子量(Mw)で5000〜20万であることが好ましく、1万〜15万であることがより好ましい。
なお、本明細書において重量平均分子量は、GPC(溶媒:THF)により測定されたポリスチレン換算値である。
なお、本明細書において重量平均分子量は、GPC(溶媒:THF)により測定されたポリスチレン換算値である。
(製造方法)
π共役ポリマー(A)の製造方法は特に制限されず、公知の方法を利用することができる。例えば、重合後に上述した一般式(1)で表される繰り返し単位となるモノマーを酸化重合法やカップリング重合法により重合させる方法などが挙げられる。なかでも、酸化重合法により重合させる方法が好ましい。
π共役ポリマー(A)の製造方法は特に制限されず、公知の方法を利用することができる。例えば、重合後に上述した一般式(1)で表される繰り返し単位となるモノマーを酸化重合法やカップリング重合法により重合させる方法などが挙げられる。なかでも、酸化重合法により重合させる方法が好ましい。
(好適な態様)
π共役ポリマー(A)は、酸化剤の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであるのが好ましい。なかでも、酸化剤及び後述する非共役ポリマー(C)の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであるのがより好ましい。
非共役ポリマー(C)の存在下で重合することにより、π共役ポリマー(A)と非共役ポリマー(C)との分散性が向上するため、キャリアパスが形成されやすくなり、得られる導電膜の導電率がより高くなる。
なお、酸化重合法で使用した酸化剤を後述する酸化剤(B)としても使用するのが好ましい。酸化剤の具体例及び好適な態様は後述する酸化剤(B)と同じである。
π共役ポリマー(A)は、酸化剤の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであるのが好ましい。なかでも、酸化剤及び後述する非共役ポリマー(C)の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであるのがより好ましい。
非共役ポリマー(C)の存在下で重合することにより、π共役ポリマー(A)と非共役ポリマー(C)との分散性が向上するため、キャリアパスが形成されやすくなり、得られる導電膜の導電率がより高くなる。
なお、酸化重合法で使用した酸化剤を後述する酸化剤(B)としても使用するのが好ましい。酸化剤の具体例及び好適な態様は後述する酸化剤(B)と同じである。
以下に一般式(1)で表される繰り返し単位の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで、*は繰り返し単位の連結位置を示す。
本発明の組成物において、π共役ポリマー(A)の含有量は特に制限されないが、組成物中の全固形分に対して、5〜70質量%であることが好ましく、10〜50質量%であることがより好ましい。
<酸化剤(B)>
酸化剤(B)は上述したπ共役ポリマー(A)のドーパントとして機能する。なお、π共役ポリマー(A)が、酸化剤の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであり、酸化重合法で使用した酸化剤を酸化剤(B)としても使用する場合、酸化剤(B)は、酸化重合剤としても機能する。
酸化剤(B)は上述したπ共役ポリマー(A)のドーパントとして機能する。なお、π共役ポリマー(A)が、酸化剤の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであり、酸化重合法で使用した酸化剤を酸化剤(B)としても使用する場合、酸化剤(B)は、酸化重合剤としても機能する。
酸化剤(B)としては特に制限されないが、鉄(III)塩、銅(II)塩、過酸化物、及び過酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物が好ましい。
酸化剤(B)の具体例としては、ハロゲン(Cl2,Br2,I2,ICl,ICl3,IBr,IF)、ルイス酸(PF5,AsF5,SbF5,BF3,BCl3,BBr3,SO3)、遷移金属化合物(FeCl3,FeOCl,TiCl4,ZrCl4,HfCl4,NbF5,NbCl5,TaCl5,MoF5,MoCl5,WF6,WCl6,UF6,LnCl3(Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm等のランタノイド)、その他、XeOF4,(NO2 +)(SbF6 −),(NO2 +)(SbCl6 −),AgClO4,H2IrCl6,La(NO3)3・6H2O)、O2、O3、(NO2 +)(BF4 −)、FSO2OOSO2F、塩化鉄(III)六水和物、無水塩化鉄(III)、硝酸鉄(III)九水和物、無水硝酸第二鉄、硫酸鉄(III)n水和物(n=3〜12)、硫酸鉄(III)アンモニウム十二水和物、過塩素酸鉄(III)n水和物(n=1,6)、テトラフルオロホウ酸鉄(III)等の無機酸の鉄(III)塩;塩化銅(II)、硫酸銅(II)、テトラフルオロホウ酸銅(II)等の無機酸の銅(II)塩;テトラフルオロホウ酸ニトロソニウム;過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過ヨウ素酸カリウム等の過ヨウ素酸塩;過酸化水素、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム、硫酸四アンモニウムセリウム(IV)二水和物;p−トルエンスルホン酸鉄(III)等の有機酸の鉄(III)塩;有機スルホン酸第二鉄、などが挙げられる。
上記有機スルホン酸第二鉄の有機スルホン酸としては、例えば、ベンゼンスルホン酸又はその誘導体、ナフタレンスルホン酸又はその誘導体、アントラキノンスルホン酸又はその誘導体などの芳香族系スルホン酸が好適に用いられる。
上記ベンゼンスルホン酸又はその誘導体におけるベンゼンスルホン酸誘導体としては、例えば、トルエンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、プロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、エトキシベンゼンスルホン酸、プロポキシベンゼンスルホン酸、ブトキシベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、クレゾールスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸などが挙げられ、ナフタレンスルホン酸又はその誘導体におけるナフタレンスルホン酸誘導体としては、例えば、ナフタレンジスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸、メチルナフタレンスルホン酸、エチルナフタレンスルホン酸、プロピルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸などが挙げられ、アントラキノンスルホン酸又はその誘導体におけるアントラキノンスルホン酸誘導体としては、例えば、アントラキノンジスルホン酸、アントラキノントリスルホン酸などが挙げられる。これらの芳香族系スルホン酸の中でも、特に、トルエンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸などが好ましく、とりわけ、パラトルエンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸が好ましい。
酸化剤(B)は、無機酸もしくは有機酸の鉄塩(III)、又は過硫酸塩が好ましく、過硫酸アンモニウム又はp−トルエンスルホン酸鉄(III)がより好ましく、p−トルエンスルホン酸鉄(III)がさらに好ましい。
酸化剤(B)の具体例としては、ハロゲン(Cl2,Br2,I2,ICl,ICl3,IBr,IF)、ルイス酸(PF5,AsF5,SbF5,BF3,BCl3,BBr3,SO3)、遷移金属化合物(FeCl3,FeOCl,TiCl4,ZrCl4,HfCl4,NbF5,NbCl5,TaCl5,MoF5,MoCl5,WF6,WCl6,UF6,LnCl3(Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm等のランタノイド)、その他、XeOF4,(NO2 +)(SbF6 −),(NO2 +)(SbCl6 −),AgClO4,H2IrCl6,La(NO3)3・6H2O)、O2、O3、(NO2 +)(BF4 −)、FSO2OOSO2F、塩化鉄(III)六水和物、無水塩化鉄(III)、硝酸鉄(III)九水和物、無水硝酸第二鉄、硫酸鉄(III)n水和物(n=3〜12)、硫酸鉄(III)アンモニウム十二水和物、過塩素酸鉄(III)n水和物(n=1,6)、テトラフルオロホウ酸鉄(III)等の無機酸の鉄(III)塩;塩化銅(II)、硫酸銅(II)、テトラフルオロホウ酸銅(II)等の無機酸の銅(II)塩;テトラフルオロホウ酸ニトロソニウム;過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過ヨウ素酸カリウム等の過ヨウ素酸塩;過酸化水素、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム、硫酸四アンモニウムセリウム(IV)二水和物;p−トルエンスルホン酸鉄(III)等の有機酸の鉄(III)塩;有機スルホン酸第二鉄、などが挙げられる。
上記有機スルホン酸第二鉄の有機スルホン酸としては、例えば、ベンゼンスルホン酸又はその誘導体、ナフタレンスルホン酸又はその誘導体、アントラキノンスルホン酸又はその誘導体などの芳香族系スルホン酸が好適に用いられる。
上記ベンゼンスルホン酸又はその誘導体におけるベンゼンスルホン酸誘導体としては、例えば、トルエンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、プロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、エトキシベンゼンスルホン酸、プロポキシベンゼンスルホン酸、ブトキシベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、クレゾールスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸などが挙げられ、ナフタレンスルホン酸又はその誘導体におけるナフタレンスルホン酸誘導体としては、例えば、ナフタレンジスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸、メチルナフタレンスルホン酸、エチルナフタレンスルホン酸、プロピルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸などが挙げられ、アントラキノンスルホン酸又はその誘導体におけるアントラキノンスルホン酸誘導体としては、例えば、アントラキノンジスルホン酸、アントラキノントリスルホン酸などが挙げられる。これらの芳香族系スルホン酸の中でも、特に、トルエンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ナフタレントリスルホン酸などが好ましく、とりわけ、パラトルエンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸が好ましい。
酸化剤(B)は、無機酸もしくは有機酸の鉄塩(III)、又は過硫酸塩が好ましく、過硫酸アンモニウム又はp−トルエンスルホン酸鉄(III)がより好ましく、p−トルエンスルホン酸鉄(III)がさらに好ましい。
本発明の組成物において、酸化剤(B)の含有量は後述する質量比(D/B)が所定の範囲であれば特に制限されないが、組成物中の全固形分に対して、1〜45質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましい。
なお、π共役ポリマー(A)が、酸化剤の存在下、酸化重合法によって重合することにより得られるものであり、酸化重合法で使用した酸化剤を酸化剤(B)としても使用する場合、酸化剤(B)には、酸化重合時に反応した酸化剤が含まれる。
したがって、酸化重合法で使用した酸化剤を酸化剤(B)としても使用する場合、本発明の組成物中の酸化剤(B)の量は、酸化重合時に仕込んだ酸化剤の量である。ただし、酸化重合後にさらに酸化剤を加えて本発明の組成物を得た場合には、本発明の組成物中の酸化剤(B)の量は、酸化重合時に仕込んだ酸化剤と酸化重合後にさらに加えた酸化剤との合計の量である。
したがって、酸化重合法で使用した酸化剤を酸化剤(B)としても使用する場合、本発明の組成物中の酸化剤(B)の量は、酸化重合時に仕込んだ酸化剤の量である。ただし、酸化重合後にさらに酸化剤を加えて本発明の組成物を得た場合には、本発明の組成物中の酸化剤(B)の量は、酸化重合時に仕込んだ酸化剤と酸化重合後にさらに加えた酸化剤との合計の量である。
<非共役ポリマー(C)>
非共役ポリマー(C)は、ポリマー主鎖の共役構造で導電性を示さないポリマー(高分子)であれば特に制限されない。共役構造の定義は上述のとおりである。なお、非共役ポリマー(C)はバインダーとして機能し、得られる導電膜の強度を高める。
非共役ポリマー(C)は、好ましくは、ポリマー主鎖が、芳香環(炭素環系芳香環、ヘテロ芳香環)、エチニレン結合、エテニレン結合及び孤立電子対を有するヘテロ原子から選択される環、基、又は原子から構成されているポリマー以外のポリマー、又は、これらの基を含んでも孤立して組み込まれているポリマーである。
非共役ポリマー(C)は、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、アミド化合物、イミド化合物、フッ素化合物及びシロキサン化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む非共役ポリマーが好ましい。これらの化合物は置換基(例えば、上述した置換基W)を有していてもよい。
非共役ポリマー(C)は、ポリマー主鎖の共役構造で導電性を示さないポリマー(高分子)であれば特に制限されない。共役構造の定義は上述のとおりである。なお、非共役ポリマー(C)はバインダーとして機能し、得られる導電膜の強度を高める。
非共役ポリマー(C)は、好ましくは、ポリマー主鎖が、芳香環(炭素環系芳香環、ヘテロ芳香環)、エチニレン結合、エテニレン結合及び孤立電子対を有するヘテロ原子から選択される環、基、又は原子から構成されているポリマー以外のポリマー、又は、これらの基を含んでも孤立して組み込まれているポリマーである。
非共役ポリマー(C)は、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、アミド化合物、イミド化合物、フッ素化合物及びシロキサン化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む非共役ポリマーが好ましい。これらの化合物は置換基(例えば、上述した置換基W)を有していてもよい。
ビニル化合物は、具体的には、スチレン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、ビニルピリジン、ビニルナフタレン、ビニルフェノール、酢酸ビニル、スチレンスルホン酸、ビニルトリフェニルアミン等のビニルアリールアミン類、ビニルトリブチルアミン等のビニルトリアルキルアミン類等が挙げられる。また、これら以外に、例えば、ポリオレフィンの構成成分に対応するオレフィンである炭素数2〜4のオレフィン(エチレン、プロピレン、ブテン等)が挙げられる。
(メタ)アクリレート化合物は、具体的には、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート等の無置換アルキル基含有疎水性アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、1−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、1−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、3−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、1−ヒドロキシブチルアクリレート等の水酸基含有アクリレート等のアクリレートモノマー、これらのモノマーのアクリロイル基をメタクリロイル基に換えたメタクリレート系モノマー等が挙げられる。
カーボネート化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリカーボネートの具体例として、ビスフェノールAとホスゲンからなる汎用ポリカーボネート、ユピゼータ(商品名、三菱ガス化学株式会社製)、パンライト(商品名、帝人化成株式会社製)等が挙げられる。
エステル化合物を構成しうる化合物として、ポリアルコール及びポリカルボン酸、乳酸等のヒドロキシ酸が挙げられる。ポリエステルの具体例として、バイロン(商品名、東洋紡績株式会社製)等が挙げられる。
アミド化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリアミドの具体例として、PA−100(商品名、株式会社T&K TOKA製)等が挙げられる。
イミド化合物に対応する構成成分を繰り返し構造として含むポリイミドの具体例として、ソルピー6,6−PI(商品名、ソルピー工業株式会社製)等が挙げられる。
フッ素化合物として、具体的には、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル等が挙げられる。
シロキサン化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリシロキサンとして、具体的には、ポリジフェニルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサン等が挙げられる。
エステル化合物を構成しうる化合物として、ポリアルコール及びポリカルボン酸、乳酸等のヒドロキシ酸が挙げられる。ポリエステルの具体例として、バイロン(商品名、東洋紡績株式会社製)等が挙げられる。
アミド化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリアミドの具体例として、PA−100(商品名、株式会社T&K TOKA製)等が挙げられる。
イミド化合物に対応する構成成分を繰り返し構造として含むポリイミドの具体例として、ソルピー6,6−PI(商品名、ソルピー工業株式会社製)等が挙げられる。
フッ素化合物として、具体的には、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル等が挙げられる。
シロキサン化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含むポリシロキサンとして、具体的には、ポリジフェニルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサン等が挙げられる。
非共役ポリマー(C)は酸基を有することが好ましい。非共役ポリマー(C)が酸基を有すると上述したπ共役ポリマー(A)のドーピング状態がより安定する。
酸基としては特に制限されないが、カルボキシ基(−COOH)、スルホ基(−SO3H)、ホスホン酸基(−PO(OH)2)、芳香族水酸基(−OH)などが挙げられる。なかでも、スルホ基が好ましい。
酸基としては特に制限されないが、カルボキシ基(−COOH)、スルホ基(−SO3H)、ホスホン酸基(−PO(OH)2)、芳香族水酸基(−OH)などが挙げられる。なかでも、スルホ基が好ましい。
また、非共役ポリマー(C)は以下の化合物(P−1〜P−37)であることも好ましい。P−1〜P−37において、x,y,zはそれぞれの単量体成分のモル%を、Mwは重量平均分子量を表す。
非共役ポリマー(C)の分子量は特に制限されないが、重量平均分子量(Mw)で5000〜30万であることが好ましく、1万〜15万であることがより好ましい。
本発明の組成物において、非共役ポリマー(C)の含有量は特に制限されないが、組成物中の全固形分に対して、10〜75質量%であることが好ましく、30〜65質量%であることがより好ましい。
<還元剤(D)>
上述のとおり、還元剤(D)はπ共役ポリマー(A)中のキャリア濃度を適量に調整する役目を有する。
還元剤(D)としては特に制限されないが、その具体例としては、単環芳香族化合物、含窒素芳香族化合物、含硫黄芳香族化合物、芳香族ビニルポリマー、芳香族アミン、脂肪族アミン(例えば、アルキルアミン)、ニトロ化合物、チオール、金属錯塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、次亜硫酸塩、ホウ素化合物、アルミニウムヒドリド錯体、単体金属、還元酵素(レダクターゼ)、及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも一種の化合物などが挙げられる。より具体的には、1,1−bi−2−naphthol、1,3−di(N−carvazolyl)propane(DCzPr)、1,4−di(N−carvazolyl)butane(DCzBu)、1,4−diazabicyclo[2,2,2]octane、2,3−dihydroxy−naphthol、2,7−dihydroxy−naphthol、2−naphthol、Cr(CN)6 3−、di(N−carvazolyl)methane(DCzMe)、Eu2+、Fe(CN)6 4−、Fe2+、meso−2,4−di(N−carvazolyl)pentane(m−DCzPe)、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルベンジジン、N,N−ジエチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、N−ethyl−carbazole(EtCz)、Pt2(P2O5)4H8 4−、ReCl8 2−、Tetrakis(dimethylamino)ethylene(TDAE)、trans−1,2−di(N−carvazolyl)cyclobutane(DCzCBu)、アントラセン、インデン、オキサジアゾール、オキサゾール、カドリシクラン、ジアザビシクロオクタン、ジフェニルエチレン、トリエチルアミン、トリフェニルメタン、トリメトキシベンゼン、ナフタレン、ノルボルナジエン、ヒドラゾン、ヒドラジン、ピレン、フェナントレン、フェノチアジン、ペリレン、メトキシナフタレン、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、次亜硫酸カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ジボラン、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、水素化トリエチルホウ素リチウム、水素化トリ(sec−ブチル)ホウ素リチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム、水素化トリブチルスズ、還元鉄、金属スズなどが挙げられる。
上述のとおり、還元剤(D)はπ共役ポリマー(A)中のキャリア濃度を適量に調整する役目を有する。
還元剤(D)としては特に制限されないが、その具体例としては、単環芳香族化合物、含窒素芳香族化合物、含硫黄芳香族化合物、芳香族ビニルポリマー、芳香族アミン、脂肪族アミン(例えば、アルキルアミン)、ニトロ化合物、チオール、金属錯塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、次亜硫酸塩、ホウ素化合物、アルミニウムヒドリド錯体、単体金属、還元酵素(レダクターゼ)、及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも一種の化合物などが挙げられる。より具体的には、1,1−bi−2−naphthol、1,3−di(N−carvazolyl)propane(DCzPr)、1,4−di(N−carvazolyl)butane(DCzBu)、1,4−diazabicyclo[2,2,2]octane、2,3−dihydroxy−naphthol、2,7−dihydroxy−naphthol、2−naphthol、Cr(CN)6 3−、di(N−carvazolyl)methane(DCzMe)、Eu2+、Fe(CN)6 4−、Fe2+、meso−2,4−di(N−carvazolyl)pentane(m−DCzPe)、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルベンジジン、N,N−ジエチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、N−ethyl−carbazole(EtCz)、Pt2(P2O5)4H8 4−、ReCl8 2−、Tetrakis(dimethylamino)ethylene(TDAE)、trans−1,2−di(N−carvazolyl)cyclobutane(DCzCBu)、アントラセン、インデン、オキサジアゾール、オキサゾール、カドリシクラン、ジアザビシクロオクタン、ジフェニルエチレン、トリエチルアミン、トリフェニルメタン、トリメトキシベンゼン、ナフタレン、ノルボルナジエン、ヒドラゾン、ヒドラジン、ピレン、フェナントレン、フェノチアジン、ペリレン、メトキシナフタレン、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、次亜硫酸カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、ジボラン、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、水素化トリエチルホウ素リチウム、水素化トリ(sec−ブチル)ホウ素リチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム、水素化トリブチルスズ、還元鉄、金属スズなどが挙げられる。
還元剤(D)は、脂肪族アミン(好ましくは、アルキルアミノ基(R1R2N−:R1及びR2はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を表す)を2つ以上有する脂肪族アミン)、単環芳香族化合物(好ましくは、ヒドロキシ基を有する単環芳香族化合物)、ヒドラジン、及びチオール(好ましくは、ヒドロキシ基を有するジチオール)からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
還元剤(D)の別の好適な態様としては、例えば、下記一般式(D1)で表される化合物が挙げられる。
一般式(D1)中、R1及びR1’はそれぞれ独立にアルキル基を表し、少なくとも一方が2級又は3級のアルキル基である。R2及びR2’はそれぞれ独立に水素原子又はベンゼン環に置換可能な基を表す。Lは−S−基又は−CHR3−基を表し、R3は水素原子又はアルキル基を表す。X及びX’はそれぞれ独立に水素原子又はベンゼン環に置換可能な基を表す。
本発明の組成物において、還元剤(D)の含有量は後述する質量比(D/B)が所定の範囲であれば特に制限されないが、組成物中の全固形分に対して、0.1〜30質量%であることが好ましく、1〜15質量%であることがより好ましい。
<質量比(D/B)>
本発明の組成物において、上述した酸化剤(B)の含有量と上述した還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。上述のとおり、質量比(D/B)が所定の範囲であるため、π共役ポリマー(A)中のキャリアが適量となり、結果として、得られる導電膜は優れた経時安定性を示すものと推測される。
質量比(D/B)は、経時安定性がより優れる理由から、0.005以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。また、質量比(D/B)は、導電率がより高くなる理由から、0.3以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。
上述した酸化剤(B)の含有量と上述した還元剤(D)の含有量とのモル比(D/B)は特に制限されないが、0.005〜0.3であることが好ましく、0.05〜0.1であることがより好ましい。
本発明の組成物において、上述した酸化剤(B)の含有量と上述した還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。上述のとおり、質量比(D/B)が所定の範囲であるため、π共役ポリマー(A)中のキャリアが適量となり、結果として、得られる導電膜は優れた経時安定性を示すものと推測される。
質量比(D/B)は、経時安定性がより優れる理由から、0.005以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましい。また、質量比(D/B)は、導電率がより高くなる理由から、0.3以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。
上述した酸化剤(B)の含有量と上述した還元剤(D)の含有量とのモル比(D/B)は特に制限されないが、0.005〜0.3であることが好ましく、0.05〜0.1であることがより好ましい。
<任意成分>
本発明の組成物は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、他の成分を含有してもよい。そのような成分としては、溶媒(例えば、水、有機溶媒)、ナノ導電性材料、上述したπ共役ポリマー(A)以外の共役高分子バインダー、酸化防止剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、可塑剤等を含有していてもよい。
酸化防止剤としては、イルガノックス1010(日本チガバイギー製)、スミライザーGA−80(住友化学工業(株)製)、スミライザーGS(住友化学工業(株)製)、スミライザーGM(住友化学工業(株)製)等が挙げられる。耐光安定剤としては、TINUVIN 234(BASF製)、CHIMASSORB 81(BASF製)、サイアソーブUV−3853(サンケミカル製)等が挙げられる。耐熱安定剤としては、IRGANOX 1726(BASF製)が挙げられる。可塑剤としては、アデカサイザーRS(アデカ製)等が挙げられる。
本発明の組成物は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、他の成分を含有してもよい。そのような成分としては、溶媒(例えば、水、有機溶媒)、ナノ導電性材料、上述したπ共役ポリマー(A)以外の共役高分子バインダー、酸化防止剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、可塑剤等を含有していてもよい。
酸化防止剤としては、イルガノックス1010(日本チガバイギー製)、スミライザーGA−80(住友化学工業(株)製)、スミライザーGS(住友化学工業(株)製)、スミライザーGM(住友化学工業(株)製)等が挙げられる。耐光安定剤としては、TINUVIN 234(BASF製)、CHIMASSORB 81(BASF製)、サイアソーブUV−3853(サンケミカル製)等が挙げられる。耐熱安定剤としては、IRGANOX 1726(BASF製)が挙げられる。可塑剤としては、アデカサイザーRS(アデカ製)等が挙げられる。
(親水性溶媒(E))
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率がより高くなる理由から、更に親水性溶媒(E)を含有するのが好ましい。親水性溶媒(E)を添加することにより、π共役ポリマー(A)が配列し、キャリアパスの形成が促進され、結果として、導電率が向上するものと推測される。
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率がより高くなる理由から、更に親水性溶媒(E)を含有するのが好ましい。親水性溶媒(E)を添加することにより、π共役ポリマー(A)が配列し、キャリアパスの形成が促進され、結果として、導電率が向上するものと推測される。
π共役ポリマー(A)の配列をさらに促進させる観点から、親水性溶媒(E)の沸点は高沸点(具体的には130℃以上)であることが好ましい。親水性溶媒(E)を高沸点にすることにより製膜乾燥過程における溶媒の蒸発速度が適度に抑制され、結果として、π共役ポリマー(A)の配列がさらに促進するものと推測される。
親水性溶媒(E)の沸点の上限は特に制限されないが、300℃以下であることが好ましい。
親水性溶媒(E)の沸点の上限は特に制限されないが、300℃以下であることが好ましい。
親水性溶媒(E)は親水性の溶媒であれば特に制限されないが、例えばテトラヒドロフランのようなエーテル基含有化合物、例えばγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンのようなラクトン基含有化合物、例えばカプロラクタム、N−メチルカプロラクタム、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルホルムアミド、N−メチルホルムアニリド、N−メチルピロリドン(NMP)、N−オクチルピロリドン、ピロリドンのようなアミド又はラクタム基含有化合物、例えばスルホラン(テトラメチレンスルホン)、ジメチルスルホキシド(DMSO)のようなスルホン及びスルホキシド、例えばスクロース、グルコース、フルクトース、ラクトースのような糖又は糖誘導体、例えばソルビトール、マンニトールのような糖アルコール、例えば2−フランカルボン酸、3−フランカルボン酸のようなフラン誘導体、及び/又は例えばエチレングリコール、グリセロール、ジエチレングリコール又はトリエチレングリコールのようなジアルコール又はポリアルコール、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテルなどの脂肪族エーテル化合物、ジメトキシフェノール、m−クレゾール、o−クレゾール、p−クレゾール、フェノール、ナフトールなどのフェノール化合物が好ましく使用される。これらの親水性溶媒は1種類を単独で用いても良く、また2種類以上を同時に用いても良い。
本発明の組成物において、親水性溶媒(E)の含有量は特に制限されないが、組成物中の全固形分に対して、10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、100質量%以上であることがさらに好ましい。上限は特に制限されないが、全固形分量の10倍(1000質量%)以下であることが好ましい。
(ナノ導電性材料)
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率及び物理的強度の観点から、ナノ導電性材料を含有してもよい。
上記ナノ導電性材料としては、導電性を有する炭素材料(以下、ナノ炭素材料ということがある)、金属材料(以下、ナノ金属材料ということがある)等が挙げられる。
ナノ導電性材料は、ナノ炭素材料及びナノ金属材料の中でも、それぞれ後述する、カーボンナノチューブ(以後、CNTとも称す)、カーボンナノファイバー、グラファイト、グラフェン及びカーボンナノ粒子のナノ炭素材料、並びに、金属ナノワイヤーが好ましく、導電性向上及び溶媒中での分散性向上の観点で、カーボンナノチューブが特に好ましい。
ナノ導電性材料は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。ナノ導電性材料として2種以上を併用する場合には、少なくとも1種ずつのナノ炭素材料及びナノ金属材料を併用してもよく、ナノ炭素材料又はナノ金属材料それぞれを2種併用してもよい。
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率及び物理的強度の観点から、ナノ導電性材料を含有してもよい。
上記ナノ導電性材料としては、導電性を有する炭素材料(以下、ナノ炭素材料ということがある)、金属材料(以下、ナノ金属材料ということがある)等が挙げられる。
ナノ導電性材料は、ナノ炭素材料及びナノ金属材料の中でも、それぞれ後述する、カーボンナノチューブ(以後、CNTとも称す)、カーボンナノファイバー、グラファイト、グラフェン及びカーボンナノ粒子のナノ炭素材料、並びに、金属ナノワイヤーが好ましく、導電性向上及び溶媒中での分散性向上の観点で、カーボンナノチューブが特に好ましい。
ナノ導電性材料は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。ナノ導電性材料として2種以上を併用する場合には、少なくとも1種ずつのナノ炭素材料及びナノ金属材料を併用してもよく、ナノ炭素材料又はナノ金属材料それぞれを2種併用してもよい。
(共役高分子バインダー)
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率の観点から、導電性助剤として、共役高分子バインダーを含有してもよい。
共役高分子バインダーは、主鎖がπ電子又は孤立電子対のローンペアで共役する構造を有する化合物であって、上述したπ共役ポリマー(A)以外の共役高分子であれば特に限定されない。
本発明の組成物は、得られる導電膜の導電率の観点から、導電性助剤として、共役高分子バインダーを含有してもよい。
共役高分子バインダーは、主鎖がπ電子又は孤立電子対のローンペアで共役する構造を有する化合物であって、上述したπ共役ポリマー(A)以外の共役高分子であれば特に限定されない。
このような共役高分子バインダーとしては、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−アリーレン系化合物、p−アリーレンビニレン系化合物、p−アリーレンエチニレン系化合物、p−フルオレニレンビニレン系化合物、フルオレン系化合物、芳香族ポリアミン系化合物(アリールアミン系化合物ともいう)、ポリアセン系化合物、ポリフェナントレン系化合物、金属フタロシアニン系化合物、p−キシリレン系化合物、ビニレンスルフィド系化合物、m−フェニレン系化合物、ナフタレンビニレン系化合物、p−フェニレンオキシド系化合物、フェニレンスルフィド系化合物、フラン系化合物、セレノフェン系化合物、アゾ系化合物及び金属錯体系化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む共役高分子が挙げられる。
なかでも、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、フルオレン系化合物及びアリールアミン系化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来する構成成分を繰り返し構造として含む共役高分子が好ましい。
上記各化合物が有しうる置換基としては特に制限はないが、他の成分との相溶性、用いうる分散媒の種類等を考慮して、分散媒への共役高分子バインダーの分散性を高めうるものを適宜選択して導入することが好ましい。
置換基の一例として、分散媒として有機溶媒を用いる場合、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオアルキル基のほか、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基等を好ましく用いることができる。これらの基は、さらに置換基を有してもよい。また、置換基の炭素数に特に制限はないが、好ましくは1〜12、より好ましくは4〜12であり、特に炭素数6〜12の長鎖のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基が好ましい。
一方、分散媒として水系媒体を用いる場合は、各モノマーの末端又は上記置換基にさらに、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基を導入することが好ましい。他にも、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、カルバメート基、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、イソシアノ基、ハロゲン原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基などを置換基として導入することができ、好ましい。
導入されうる置換基の数も特に制限されず、共役高分子バインダーの分散性や相溶性、導電性等を考慮して、1個又は複数個の置換基を適宜導入することができる。
置換基の一例として、分散媒として有機溶媒を用いる場合、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオアルキル基のほか、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基等を好ましく用いることができる。これらの基は、さらに置換基を有してもよい。また、置換基の炭素数に特に制限はないが、好ましくは1〜12、より好ましくは4〜12であり、特に炭素数6〜12の長鎖のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基が好ましい。
一方、分散媒として水系媒体を用いる場合は、各モノマーの末端又は上記置換基にさらに、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基を導入することが好ましい。他にも、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、カルバメート基、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、イソシアノ基、ハロゲン原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基などを置換基として導入することができ、好ましい。
導入されうる置換基の数も特に制限されず、共役高分子バインダーの分散性や相溶性、導電性等を考慮して、1個又は複数個の置換基を適宜導入することができる。
上記共役高分子バインダーは、特開2012−251132号公報の段落[0014]〜[0047]に記載の「導電性高分子」を好適に用いることができ、好ましくはこの内容は本願明細書に組み込まれる。
共役高分子バインダーの分子量は、重量平均分子量で3000〜20万が好ましく、5000〜10万がより好ましい。
<置換基W>
本明細書における置換基Wについて記載する。
置換基Wとしては、水素原子、アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、アルケニル基(例えば、ビニル、アリル等)、アルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル等)、芳香族炭化水素環基(芳香族炭素環、アリール等ともいい、例えば、フェニル、p−クロロフェニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチル、アントリル、アズレニル、アセナフテニル、フルオレニル、フェナントリル、インデニル、ピレニル、ビフェニリル等)、芳香族へテロ環基(5又は6員環の芳香族へテロ環基が好ましく、また環構成ヘテロ原子は、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、ホウ素、セレン原子が好ましく、例えば、ピリジル、ピリミジニル、フリル、ピロリル、イミダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ピラゾリル、ピラジニル、トリアゾリル(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル、1,2,3−トリアゾール−1−イル等)、オキサゾリル、ベンゾオキサゾリル、チアゾリル、イソオキサゾリル、イソチアゾリル、フラザニル、チエニル、キノリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、ベンゾチエニル、ジベンゾチエニル、インドリル、カルバゾリル、カルボリニル、ジアザカルバゾリル(上記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル、ピリダジニル、トリアジニル、キナゾリニル、フタラジニル、ボロール、アザボリン等)、ヘテロ環基(芳香族でないヘテロ環基で、飽和環であっても不飽和環であってもよく、5又は6員環が好ましく、また環構成ヘテロ原子は、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、セレン原子が好ましく、例えば、ピロリジル、イミダゾリジル、モルホリル、オキサゾリジル等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、ドデシルオキシ等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ、ナフチルオキシ等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、オクチルチオ、ドデシルチオ等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ、ナフチルチオ等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル、エチルオキシカルボニル、ブチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル、メチルアミノスルホニル、ジメチルアミノスルホニル、ブチルアミノスルホニル、ヘキシルアミノスルホニル、シクロヘキシルアミノスルホニル、オクチルアミノスルホニル、ドデシルアミノスルホニル、フェニルアミノスルホニル、ナフチルアミノスルホニル、2−ピリジルアミノスルホニル等)、
本明細書における置換基Wについて記載する。
置換基Wとしては、水素原子、アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、アルケニル基(例えば、ビニル、アリル等)、アルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル等)、芳香族炭化水素環基(芳香族炭素環、アリール等ともいい、例えば、フェニル、p−クロロフェニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチル、アントリル、アズレニル、アセナフテニル、フルオレニル、フェナントリル、インデニル、ピレニル、ビフェニリル等)、芳香族へテロ環基(5又は6員環の芳香族へテロ環基が好ましく、また環構成ヘテロ原子は、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、ホウ素、セレン原子が好ましく、例えば、ピリジル、ピリミジニル、フリル、ピロリル、イミダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ピラゾリル、ピラジニル、トリアゾリル(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル、1,2,3−トリアゾール−1−イル等)、オキサゾリル、ベンゾオキサゾリル、チアゾリル、イソオキサゾリル、イソチアゾリル、フラザニル、チエニル、キノリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、ベンゾチエニル、ジベンゾチエニル、インドリル、カルバゾリル、カルボリニル、ジアザカルバゾリル(上記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル、ピリダジニル、トリアジニル、キナゾリニル、フタラジニル、ボロール、アザボリン等)、ヘテロ環基(芳香族でないヘテロ環基で、飽和環であっても不飽和環であってもよく、5又は6員環が好ましく、また環構成ヘテロ原子は、硫黄原子、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、セレン原子が好ましく、例えば、ピロリジル、イミダゾリジル、モルホリル、オキサゾリジル等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、ドデシルオキシ等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ、ナフチルオキシ等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、オクチルチオ、ドデシルチオ等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ、ナフチルチオ等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル、エチルオキシカルボニル、ブチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル、メチルアミノスルホニル、ジメチルアミノスルホニル、ブチルアミノスルホニル、ヘキシルアミノスルホニル、シクロヘキシルアミノスルホニル、オクチルアミノスルホニル、ドデシルアミノスルホニル、フェニルアミノスルホニル、ナフチルアミノスルホニル、2−ピリジルアミノスルホニル等)、
アシル基(例えば、アセチル、エチルカルボニル、プロピルカルボニル、ペンチルカルボニル、シクロヘキシルカルボニル、オクチルカルボニル、2−エチルヘキシルカルボニル、ドデシルカルボニル、アクリロイル、メタクリロイル、フェニルカルボニル、ナフチルカルボニル、ピリジルカルボニル等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ、エチルカルボニルオキシ、ブチルカルボニルオキシ、オクチルカルボニルオキシ、ドデシルカルボニルオキシ、フェニルカルボニルオキシ等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ、エチルカルボニルアミノ、ジメチルカルボニルアミノ、プロピルカルボニルアミノ、ペンチルカルボニルアミノ、シクロヘキシルカルボニルアミノ、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ、オクチルカルボニルアミノ、ドデシルカルボニルアミノ、フェニルカルボニルアミノ、ナフチルカルボニルアミノ等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル、メチルアミノカルボニル、ジメチルアミノカルボニル、プロピルアミノカルボニル、ペンチルアミノカルボニル、シクロヘキシルアミノカルボニル、オクチルアミノカルボニル、2−エチルヘキシルアミノカルボニル、ドデシルアミノカルボニル、フェニルアミノカルボニル、ナフチルアミノカルボニル、2−ピリジルアミノカルボニル等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド、エチルウレイド、ペンチルウレイド、シクロヘキシルウレイド、オクチルウレイド、ドデシルウレイド、フェニルウレイド、ナフチルウレイド、2−ピリジルアミノウレイド等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、ブチルスルフィニル、シクロヘキシルスルフィニル、2−エチルヘキシルスルフィニル、ドデシルスルフィニル、フェニルスルフィニル、ナフチルスルフィニル、2−ピリジルスルフィニル等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、ブチルスルホニル、シクロヘキシルスルホニル、2−エチルヘキシルスルホニル、ドデシルスルホニル等)、アリールスルホニル基又はヘテロアリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル、ナフチルスルホニル、2−ピリジルスルホニル等)、アミノ基(アミノ基、アルキルアミノ基、アルケニルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロ環アミノ基を含み、例えば、アミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ、ブチルアミノ、シクロペンチルアミノ、2−エチルヘキシルアミノ、ドデシルアミノ、アニリノ、ナフチルアミノ、2−ピリジルアミノ等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル、トリイソプロピルシリル、トリフェニルシリル、フェニルジエチルシリル等)等が挙げられる。
これらの各基は、さらに置換基を有していてもよく、この置換基としては上記の置換基が挙げられる。例えば、アルキル基にアリール基が置換したアラルキル基、アルキル基にヒドロキシ基が置換したヒドロキシアルキル基等が挙げられる。なお、置換基Wがさらに複数の置換基を有する場合、複数の置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。
これらの各基は、さらに置換基を有していてもよく、この置換基としては上記の置換基が挙げられる。例えば、アルキル基にアリール基が置換したアラルキル基、アルキル基にヒドロキシ基が置換したヒドロキシアルキル基等が挙げられる。なお、置換基Wがさらに複数の置換基を有する場合、複数の置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。
<本発明の組成物の製造方法>
本発明の組成物の製造方法は特に制限されない。例えば、上記各成分を混合して調製することができる。より具体的には、通常の混合装置等を用いて常温常圧下で行うことができる。例えば、各成分を溶媒中で撹拌、振とう、混練して溶解又は分散させればよい。溶解や分散を促進するため超音波処理を行ってもよい。
本発明の組成物の製造方法は特に制限されない。例えば、上記各成分を混合して調製することができる。より具体的には、通常の混合装置等を用いて常温常圧下で行うことができる。例えば、各成分を溶媒中で撹拌、振とう、混練して溶解又は分散させればよい。溶解や分散を促進するため超音波処理を行ってもよい。
(好適な態様)
本発明の組成物の製造方法の好適な態様としては、例えば、水に、π共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを分散させる方法が挙げられる。
また、本発明の組成物の製造方法の別の好適な態様としては、例えば、水に、π共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを分散させ、さらに、親水性溶媒(E)を加える方法が挙げられる。
本発明の組成物の製造方法の好適な態様としては、例えば、水に、π共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを分散させる方法が挙げられる。
また、本発明の組成物の製造方法の別の好適な態様としては、例えば、水に、π共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを分散させ、さらに、親水性溶媒(E)を加える方法が挙げられる。
また、本発明の組成物の製造方法のさらに別の好適な態様としては、例えば、下記酸化重合工程と下記混合工程とを備える方法が挙げられる。
(1)酸化重合工程:酸化剤(B)及び非共役ポリマー(C)の存在下、酸化重合法により重合することで、上述した一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマー(A)を含有する重合組成物を得る工程
(2)混合工程:上記重合組成物と還元剤(D)とを混合して、導電性組成物を得る工程
ただし、酸化剤(B)の含有量と還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。
なお、上記方法において、酸化剤(B)は、π共役ポリマー(A)の酸化重合剤としての役割と、ドーパントとしての役割を有する。
上記混合工程は、更に親水性溶媒(E)を混合する工程であることが好ましい。
(1)酸化重合工程:酸化剤(B)及び非共役ポリマー(C)の存在下、酸化重合法により重合することで、上述した一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマー(A)を含有する重合組成物を得る工程
(2)混合工程:上記重合組成物と還元剤(D)とを混合して、導電性組成物を得る工程
ただし、酸化剤(B)の含有量と還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)は、0.001〜0.5である。
なお、上記方法において、酸化剤(B)は、π共役ポリマー(A)の酸化重合剤としての役割と、ドーパントとしての役割を有する。
上記混合工程は、更に親水性溶媒(E)を混合する工程であることが好ましい。
[導電膜]
本発明の導電膜は、上述した本発明の組成物から得られる導電膜である。
本発明の導電膜の厚みは特に制限されないが、0.01〜100μmであることが好ましく、0.02〜30μmであることがより好ましい。なお、導電膜の厚みは、任意の10点における導電膜の厚みを測定し、それらを算術平均して求める。
本発明の導電膜のキャリア濃度は、1×1024〜3×1026個/m3であることが好ましい。なかでも、得られる導電膜の経時安定性がより優れる理由から、1×1026個/m3以下であることが好ましく、5×1025個/m3以下であることがより好ましい。そのなかでも、得られる導電膜の導電率がより高くなる理由から、5×1024個/m3以上であることが好ましく、1×1025個/m3以上であることがより好ましい。
なお、本明細書において、導電膜のキャリア濃度(個/m3)は、ホール効果測定装置ResiTest8300(株式会社東陽テクニカ社製)を用いて測定した値である。
本発明の導電膜は、上述した本発明の組成物から得られる導電膜である。
本発明の導電膜の厚みは特に制限されないが、0.01〜100μmであることが好ましく、0.02〜30μmであることがより好ましい。なお、導電膜の厚みは、任意の10点における導電膜の厚みを測定し、それらを算術平均して求める。
本発明の導電膜のキャリア濃度は、1×1024〜3×1026個/m3であることが好ましい。なかでも、得られる導電膜の経時安定性がより優れる理由から、1×1026個/m3以下であることが好ましく、5×1025個/m3以下であることがより好ましい。そのなかでも、得られる導電膜の導電率がより高くなる理由から、5×1024個/m3以上であることが好ましく、1×1025個/m3以上であることがより好ましい。
なお、本明細書において、導電膜のキャリア濃度(個/m3)は、ホール効果測定装置ResiTest8300(株式会社東陽テクニカ社製)を用いて測定した値である。
本発明の導電膜の形成方法は特に制限されない。例えば、基板上に本発明の組成物を塗布する方法などが挙げられる。
塗布方法は、特に限定されず、例えば、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法等、公知の塗布方法を用いることができる。
基板上に本発明の組成物を塗布した後、必要に応じて、加熱工程や乾燥工程を設けて溶媒を蒸発させてもよい。
塗布方法は、特に限定されず、例えば、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法等、公知の塗布方法を用いることができる。
基板上に本発明の組成物を塗布した後、必要に応じて、加熱工程や乾燥工程を設けて溶媒を蒸発させてもよい。
[有機半導体デバイス]
本発明の有機半導体デバイスは、上述した本発明の導電膜を用いた有機半導体デバイスである。そのような有機半導体デバイスとしては、例えば、熱電変換素子、光電変換素子、有機薄膜トランジスタ、有機EL、液晶ディスプレイ、太陽電池などが挙げられる。
以下、本発明の熱電変換素子、及び本発明の光電変換素子について説明する。
本発明の有機半導体デバイスは、上述した本発明の導電膜を用いた有機半導体デバイスである。そのような有機半導体デバイスとしては、例えば、熱電変換素子、光電変換素子、有機薄膜トランジスタ、有機EL、液晶ディスプレイ、太陽電池などが挙げられる。
以下、本発明の熱電変換素子、及び本発明の光電変換素子について説明する。
<熱電変換素子>
本発明の熱電変換素子は、熱電変換層として上述した本発明の導電膜を備えていれば、その構成は特に制限されない。
熱電変換素子の好ましい態様としては、基材(基板)と当該基材上に設けられた上記熱電変換層とを備えた素子であり、より好ましくは、これらを電気的に接続する電極をさらに有する素子であり、さらに好ましくは基材上に設けられた1対の電極と、該電極間に上記熱電変換層とを有する素子である。
本発明の熱電変換素子において、熱電変換層は1層であっても2層以上であってもよい。
本発明の熱電変換素子は、熱電変換層として上述した本発明の導電膜を備えていれば、その構成は特に制限されない。
熱電変換素子の好ましい態様としては、基材(基板)と当該基材上に設けられた上記熱電変換層とを備えた素子であり、より好ましくは、これらを電気的に接続する電極をさらに有する素子であり、さらに好ましくは基材上に設けられた1対の電極と、該電極間に上記熱電変換層とを有する素子である。
本発明の熱電変換素子において、熱電変換層は1層であっても2層以上であってもよい。
以下では、本発明の熱電変換素子の好適態様の全体の構成について、本発明の熱電変換素子の一例を模式的に示す断面図である図1〜図3を用いて説明する。
図1に示す熱電変換素子10は、第1の基材11と、第1の電極12と、熱電変換層14と、第2の電極13と、第2の基材15とをこの順に備える素子である。なお、熱電変換層14は、上述した本発明の導電膜である。
ここで、図1に示す熱電変換素子10は、矢印で示される方向の温度差を利用して起電力(電圧)を得る態様である。
ここで、図1に示す熱電変換素子10は、矢印で示される方向の温度差を利用して起電力(電圧)を得る態様である。
また、図2に示す熱電変換素子20は、第1の基材21上の一部に第1の電極22及び第2の電極23を有し、第1の基材21、第1の電極22及び第2の電極23の上に、熱電変換層24と第2の基材25とをこの順に備える素子である。なお、熱電変換層24は、上述した本発明の導電膜である。
ここで、図2に示す熱電変換素子20は、矢印で示される方向の温度差を利用して起電力(電圧)を得る態様である。
ここで、図2に示す熱電変換素子20は、矢印で示される方向の温度差を利用して起電力(電圧)を得る態様である。
本発明においては、図3に示すように、互いに隣接する熱電変換素子30と共通の基材31を用い、一の熱電変換素子30における第2の電極33と、それと隣接する他の熱電変換素子30の第1の電極32とを電気的に接続することにより、各熱電変換素子30を直列で接続させたモジュール300としてもよい。なお、熱電変換層34は、上述した本発明の導電膜である。
<光電変換素子>
本発明の光電変換素子は、光電変換層、ホール輸送層、又は電子輸送層として上述した本発明の導電膜を備えていれば、その構成は特に制限されない。
以下では、本発明の光電変換素子の一実施態様について、図面を用いて説明する。
本発明の光電変換素子は、光電変換層、ホール輸送層、又は電子輸送層として上述した本発明の導電膜を備えていれば、その構成は特に制限されない。
以下では、本発明の光電変換素子の一実施態様について、図面を用いて説明する。
図4は、本発明の光電変換素子の一実施態様の断面模式図である。
図4(a)に示す光電変換素子110aは、下部電極として機能する導電性膜111と、下部電極111上に形成されたホール輸送層116Aと、ホール輸送層116A上に形成された光電変換層112と、上部電極として機能する透明導電性膜115とがこの順に積層された構成を有する。
図4(b)に別の光電変換素子の構成例を示す。図4(b)に示す光電変換素子110bは、下部電極111上に、ホール輸送層116Aと、光電変換層112と、電子輸送層116Bと、上部電極115とがこの順に積層された構成を有する。なお、図4(a)、図4(b)中のホール輸送層116A、光電変換層112、電子輸送層16Bの積層順は、用途、特性に応じて逆にしても構わない。
図4(a)に示す光電変換素子110aは、下部電極として機能する導電性膜111と、下部電極111上に形成されたホール輸送層116Aと、ホール輸送層116A上に形成された光電変換層112と、上部電極として機能する透明導電性膜115とがこの順に積層された構成を有する。
図4(b)に別の光電変換素子の構成例を示す。図4(b)に示す光電変換素子110bは、下部電極111上に、ホール輸送層116Aと、光電変換層112と、電子輸送層116Bと、上部電極115とがこの順に積層された構成を有する。なお、図4(a)、図4(b)中のホール輸送層116A、光電変換層112、電子輸送層16Bの積層順は、用途、特性に応じて逆にしても構わない。
以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<導電性組成物の製造>
(実施例1−1)
重合後に下記π共役ポリマー1の繰り返し単位となるモノマー(1g)、酸化剤(B)として過硫酸アンモニウム(1.1g)、及び非共役ポリマー(C)としてポリスチレンスルホン酸(3g)をテトラヒドロフラン(50ml)に溶解させ、室温窒素雰囲気下28時間撹拌してモノマーの酸化重合を行い、下記π共役ポリマー1を合成した。その後、還元剤(D)としてテトラキス(ジメチルアミノ)エチレン(0.3g)を反応液に添加し、室温窒素下にて3時間撹拌した。反応液をロータリーエバポレーターにて溶媒を留去し、黒色の固体を取り出した。得られた黒色固体を窒素雰囲気下、減圧濾過により純水及びメタノールで十分に洗浄した。更に、洗浄後の黒色固体(4.1g)に界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム(0.1g)を加え、十分に脱気した純水250ml中に分散させた。その後、親水性溶媒(E)としてジメチルスルホキシド(7.5ml)を加え室温窒素雰囲気下にて2時間撹拌し、下記π共役ポリマー1と過硫酸アンモニウムとポリスチレンスルホン酸とテトラキス(ジメチルアミノ)エチレンとジメチルスルホキシドと水とを含有する導電性組成物(実施例1−1の導電性組成物)を得た。
(実施例1−1)
重合後に下記π共役ポリマー1の繰り返し単位となるモノマー(1g)、酸化剤(B)として過硫酸アンモニウム(1.1g)、及び非共役ポリマー(C)としてポリスチレンスルホン酸(3g)をテトラヒドロフラン(50ml)に溶解させ、室温窒素雰囲気下28時間撹拌してモノマーの酸化重合を行い、下記π共役ポリマー1を合成した。その後、還元剤(D)としてテトラキス(ジメチルアミノ)エチレン(0.3g)を反応液に添加し、室温窒素下にて3時間撹拌した。反応液をロータリーエバポレーターにて溶媒を留去し、黒色の固体を取り出した。得られた黒色固体を窒素雰囲気下、減圧濾過により純水及びメタノールで十分に洗浄した。更に、洗浄後の黒色固体(4.1g)に界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム(0.1g)を加え、十分に脱気した純水250ml中に分散させた。その後、親水性溶媒(E)としてジメチルスルホキシド(7.5ml)を加え室温窒素雰囲気下にて2時間撹拌し、下記π共役ポリマー1と過硫酸アンモニウムとポリスチレンスルホン酸とテトラキス(ジメチルアミノ)エチレンとジメチルスルホキシドと水とを含有する導電性組成物(実施例1−1の導電性組成物)を得た。
(実施例1〜2〜1−8、比較例1−1〜1−2、実施例2−1〜2−4、実施例3−1〜3−5、比較例3−1〜3−4、実施例4−1〜4−9)
重合後にπ共役ポリマー1の繰り返し単位となるモノマーの代わりに下記表1〜4に示されるπ共役ポリマーの繰り返し単位となるモノマーを使用し、また、酸化剤(B)、還元剤(D)、及び親水性溶媒(E)として下記表1〜4に示される化合物を使用した以外は、実施例1−1と同様の手順に従って導電性組成物(実施例1〜2〜1−8、比較例1−1〜1−2、実施例2−1〜2−4、実施例3−1〜3−5、比較例3−1〜3−4、実施例4−1〜4−9の組成物)を得た。
なお、比較例1−2では、ポリスチレンスルホン酸を配合せずに酸化重合を行った。
また、実施例3−1〜3−5及び比較例3−2〜3−4では、質量比(D/B)が表3に示される値になるように添加する還元剤(D)の量を調整した。
また、比較例3−1では、還元剤(D)を添加しなかった。
重合後にπ共役ポリマー1の繰り返し単位となるモノマーの代わりに下記表1〜4に示されるπ共役ポリマーの繰り返し単位となるモノマーを使用し、また、酸化剤(B)、還元剤(D)、及び親水性溶媒(E)として下記表1〜4に示される化合物を使用した以外は、実施例1−1と同様の手順に従って導電性組成物(実施例1〜2〜1−8、比較例1−1〜1−2、実施例2−1〜2−4、実施例3−1〜3−5、比較例3−1〜3−4、実施例4−1〜4−9の組成物)を得た。
なお、比較例1−2では、ポリスチレンスルホン酸を配合せずに酸化重合を行った。
また、実施例3−1〜3−5及び比較例3−2〜3−4では、質量比(D/B)が表3に示される値になるように添加する還元剤(D)の量を調整した。
また、比較例3−1では、還元剤(D)を添加しなかった。
<導電膜の作製とその評価>
(導電膜の作製)
得られた各導電性組成物をUVオゾン洗浄したガラス基板(大きさ:4cm×3cm)上にスピンコート成膜し、次いで、窒素雰囲気下130℃で20分間乾燥及びアニール処理を行うことで、ガラス基板上に導電膜を作製した。
(導電膜の作製)
得られた各導電性組成物をUVオゾン洗浄したガラス基板(大きさ:4cm×3cm)上にスピンコート成膜し、次いで、窒素雰囲気下130℃で20分間乾燥及びアニール処理を行うことで、ガラス基板上に導電膜を作製した。
(導電率の評価)
得られた各導電膜について導電率を評価した。具体的には、「低抵抗率計:ロレスタGP」((株)三菱化学アナリテック製)を用い表面抵抗率(単位:Ω/□)を測定し、触針型膜厚計により膜厚(単位:cm)を測定し、下記式より導電率(S/cm)を算出した。結果を表1〜4に示す(初期導電率)。結果は比較例1−1の導電率を100とする指数で表した。指数が大きいほど導電率(初期導電率)が高い。
なお、比較例1−2については得られた導電膜が脆く評価することができなかった。
(導電率)=1/((表面抵抗率)×(膜厚))
得られた各導電膜について導電率を評価した。具体的には、「低抵抗率計:ロレスタGP」((株)三菱化学アナリテック製)を用い表面抵抗率(単位:Ω/□)を測定し、触針型膜厚計により膜厚(単位:cm)を測定し、下記式より導電率(S/cm)を算出した。結果を表1〜4に示す(初期導電率)。結果は比較例1−1の導電率を100とする指数で表した。指数が大きいほど導電率(初期導電率)が高い。
なお、比較例1−2については得られた導電膜が脆く評価することができなかった。
(導電率)=1/((表面抵抗率)×(膜厚))
(導電率の経時安定性の評価)
大気下40℃において導電率が初期導電率の80%まで低化するまでに要する日数を測定した。結果を表1〜4に示す(経時安定性)。ここで、「>30」は上記日数が30日を超えていることを表す。また、「>60」は上記日数が60日を超えていることを表す。「>120」は上記日数が120日を超えていることを表す。上記日数が長いほど導電率の経時安定性に優れる。
なお、比較例1−2については得られた導電膜が脆く評価することができなかった。
大気下40℃において導電率が初期導電率の80%まで低化するまでに要する日数を測定した。結果を表1〜4に示す(経時安定性)。ここで、「>30」は上記日数が30日を超えていることを表す。また、「>60」は上記日数が60日を超えていることを表す。「>120」は上記日数が120日を超えていることを表す。上記日数が長いほど導電率の経時安定性に優れる。
なお、比較例1−2については得られた導電膜が脆く評価することができなかった。
表1〜4中、「π共役ポリマー」に記載の数字1〜7及び101は、それぞれ、下記π共役ポリマー1〜7及び101を表す。なお、各π共役ポリマーのMwは下記のとおりである。
・π共役ポリマー1:Mw=39,000
・π共役ポリマー2:Mw=83,000
・π共役ポリマー3:Mw=62,000
・π共役ポリマー4:Mw=28,000
・π共役ポリマー5:Mw=26,000
・π共役ポリマー6:Mw=105,000
・π共役ポリマー7:Mw=12,000
・π共役ポリマー101:Mw=50,000
・π共役ポリマー1:Mw=39,000
・π共役ポリマー2:Mw=83,000
・π共役ポリマー3:Mw=62,000
・π共役ポリマー4:Mw=28,000
・π共役ポリマー5:Mw=26,000
・π共役ポリマー6:Mw=105,000
・π共役ポリマー7:Mw=12,000
・π共役ポリマー101:Mw=50,000
表1〜4中、「非共役ポリマー(C)」に記載の「PSS」はポリスチレンスルホン酸を表す。
表1〜4中、「親水性溶媒(E)」について略称は以下を表す。
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・EG:エチレングリコール
・NMP:N−メチルピロリドン
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・EG:エチレングリコール
・NMP:N−メチルピロリドン
表1〜4中、「D/B」は上述した質量比(D/B)を表す。
表1〜4中、「キャリア濃度」は導電膜のキャリア濃度である。キャリア濃度の測定方法は上述のとおりである。
表1〜4中、「キャリア濃度」は導電膜のキャリア濃度である。キャリア濃度の測定方法は上述のとおりである。
表1〜4から分かるように、一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマー(A)と、酸化剤(B)と、非共役ポリマー(C)と、還元剤(D)とを含有し、酸化剤(B)の含有量と還元剤(D)の含有量との質量比(D/B)が、0.001〜0.5である本願実施例はいずれも高い導電率と優れた経時安定性を示した。
実施例2−1〜2−4の対比から、親水性溶媒(E)を含有する実施例2−1〜2−3はより高い導電率を示した。なかでも、親水性溶媒(E)の沸点が130℃以上である実施例2−1及び2−2はさらに高い導電率を示した。
実施例3−1〜3−5の対比から、質量比(D/B)が0.005以上である実施例3−2〜3−5はより優れた経時安定性を示した。なかでも、質量比(D/B)が0.05以上である実施例3−3〜3−5はさらに優れた経時安定性を示した。そのなかでも、質量比(D/B)が0.3以下である実施例3−3及び3−4はより高い導電率を示した。そのなかでも、質量比(D/B)が0.1以下である実施例3−3はさらに高い導電率を示した。
実施例4−1〜4−9の対比から、還元剤(D)としてアート錯体以外の化合物を使用する実施例4−1〜4−7はより優れた経時安定性を示した。なかでも、還元剤(D)として金属原子を含有しない化合物を使用する実施例4−1〜4−6はさらに優れた経時安定性を示した。そのなかでも、還元剤(D)として脂肪族アミン、単環芳香族化合物、ヒドラジン、及びチオールからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を使用する実施例4−1〜4−4は特に優れた経時安定性を示した。
実施例2−1〜2−4の対比から、親水性溶媒(E)を含有する実施例2−1〜2−3はより高い導電率を示した。なかでも、親水性溶媒(E)の沸点が130℃以上である実施例2−1及び2−2はさらに高い導電率を示した。
実施例3−1〜3−5の対比から、質量比(D/B)が0.005以上である実施例3−2〜3−5はより優れた経時安定性を示した。なかでも、質量比(D/B)が0.05以上である実施例3−3〜3−5はさらに優れた経時安定性を示した。そのなかでも、質量比(D/B)が0.3以下である実施例3−3及び3−4はより高い導電率を示した。そのなかでも、質量比(D/B)が0.1以下である実施例3−3はさらに高い導電率を示した。
実施例4−1〜4−9の対比から、還元剤(D)としてアート錯体以外の化合物を使用する実施例4−1〜4−7はより優れた経時安定性を示した。なかでも、還元剤(D)として金属原子を含有しない化合物を使用する実施例4−1〜4−6はさらに優れた経時安定性を示した。そのなかでも、還元剤(D)として脂肪族アミン、単環芳香族化合物、ヒドラジン、及びチオールからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を使用する実施例4−1〜4−4は特に優れた経時安定性を示した。
一方、π共役ポリマー(A)を含有しない(π共役ポリマー(A)以外のπ共役ポリマーを含有する)比較例1−1は導電率及び経時安定性が不十分であった。また、非共役ポリマー(C)を含有しない比較例1−2は強度が不十分であった。また、還元剤(D)を含有しない比較例3−1は経時安定性が不十分であった。また、還元剤(D)を含有するが質量比(D/B)が0.001未満である比較例3−2も経時安定性が不十分であった。また、還元剤(D)を含有するが質量比(D/B)が0.5を超える比較例3−3は導電率及び経時安定性が不十分であった。
<有機熱電変換素子の作製と評価>
(素子の作製)
実施例の各導電性組成物(5g)それぞれに単層カーボンナノチューブ(4mg)を添加し超音波を30分間印加することにより単層カーボンナノチューブを分散させ、熱電変換層形成用組成液Aを得た。この熱電変換層形成用組成液Aを、第1の電極として金(厚み20nm、幅:5mm)を片側表面に有するガラス基材(厚み:0.8mm)上の電極表面にスクリーン印刷法で塗布し、80℃にて30分間加熱して溶媒を除去した。その後、室温真空下にて10時間乾燥させることにより膜厚2.6μm、大きさ8mm×8mmの熱電変換層となる導電膜を形成した。その後、熱電変換層の上部に、第2の電極として金を蒸着したガラス基材(電極の厚み:20nm、電極の幅:5mm、ガラス基材の厚み:0.8mm)を、第2の電極が熱電変換層に接するように、80℃にて貼り合わせて、有機熱電変換素子を作製した。
(素子の作製)
実施例の各導電性組成物(5g)それぞれに単層カーボンナノチューブ(4mg)を添加し超音波を30分間印加することにより単層カーボンナノチューブを分散させ、熱電変換層形成用組成液Aを得た。この熱電変換層形成用組成液Aを、第1の電極として金(厚み20nm、幅:5mm)を片側表面に有するガラス基材(厚み:0.8mm)上の電極表面にスクリーン印刷法で塗布し、80℃にて30分間加熱して溶媒を除去した。その後、室温真空下にて10時間乾燥させることにより膜厚2.6μm、大きさ8mm×8mmの熱電変換層となる導電膜を形成した。その後、熱電変換層の上部に、第2の電極として金を蒸着したガラス基材(電極の厚み:20nm、電極の幅:5mm、ガラス基材の厚み:0.8mm)を、第2の電極が熱電変換層に接するように、80℃にて貼り合わせて、有機熱電変換素子を作製した。
(熱起電力の評価)
作製した有機熱電変換素子の第1の電極を一定温度に保ったホットプレート上に設置し、第2の電極上に温度制御用のペルチェ素子を設置した。ホットプレートの温度を一定(100℃)に保ちつつ、ペルチェ素子の温度を低下させることにより両電極間に温度差2℃を付与した。この時、両電極間に熱起電力(μV)が発生することを確認した。
作製した有機熱電変換素子の第1の電極を一定温度に保ったホットプレート上に設置し、第2の電極上に温度制御用のペルチェ素子を設置した。ホットプレートの温度を一定(100℃)に保ちつつ、ペルチェ素子の温度を低下させることにより両電極間に温度差2℃を付与した。この時、両電極間に熱起電力(μV)が発生することを確認した。
<有機光電変換素子の作製と評価>
(素子の作製)
洗浄及びUV−オゾン処理したガラス−ITO基板上に、ホール輸送層として使用する実施例の各導電性組成物をそれぞれスピンコート(3000rpm)し、140℃で30分間加熱し、導電膜を作製した。続いて、10mgのポリ(3−ヘキシルチオフェン)と10mgのPC71BM([6,6]−フェニル−C71−酪酸メチルエステル)の混合物を、1.8−ジヨードオクタンを1質量%含有するクロロベンゼン1mLに溶解させた。この溶液を、導電膜上にスピンコート(1000rpm)で塗布して、乾燥させ膜厚80nmの光電変換層を作成した。光電変換層上にLiF(1nm)、アルミニウム(100nm)を順次蒸着させて上部電極を形成させ、有機光電変換素子を得た。
(素子の作製)
洗浄及びUV−オゾン処理したガラス−ITO基板上に、ホール輸送層として使用する実施例の各導電性組成物をそれぞれスピンコート(3000rpm)し、140℃で30分間加熱し、導電膜を作製した。続いて、10mgのポリ(3−ヘキシルチオフェン)と10mgのPC71BM([6,6]−フェニル−C71−酪酸メチルエステル)の混合物を、1.8−ジヨードオクタンを1質量%含有するクロロベンゼン1mLに溶解させた。この溶液を、導電膜上にスピンコート(1000rpm)で塗布して、乾燥させ膜厚80nmの光電変換層を作成した。光電変換層上にLiF(1nm)、アルミニウム(100nm)を順次蒸着させて上部電極を形成させ、有機光電変換素子を得た。
(性能の評価)
作製した有機光電変換素子について以下のようにして性能を評価した。
得られた素子を窒素雰囲気下で、ケースレー社(Keithley)製SMU2400型I−V測定装置を用いて、電流密度−電圧(J−V)特性を評価した。オリエル(Oriel)社製太陽光シミュレータからの濾波キセノン灯光を使用して、100mW/cm2のAM1.5Gスペクトルに近づけた。上記装置にて、電圧の発生及び電流が流れることを確認した。
作製した有機光電変換素子について以下のようにして性能を評価した。
得られた素子を窒素雰囲気下で、ケースレー社(Keithley)製SMU2400型I−V測定装置を用いて、電流密度−電圧(J−V)特性を評価した。オリエル(Oriel)社製太陽光シミュレータからの濾波キセノン灯光を使用して、100mW/cm2のAM1.5Gスペクトルに近づけた。上記装置にて、電圧の発生及び電流が流れることを確認した。
10、20、30 熱電変換素子
11、21 第1の基材
12、22、32 第1の電極
13、23、33 第2の電極
14、24、34、熱電変換層
15、25 第2の基材
31 基材
300 モジュール
110a、110b 光電変換素子
111 下部電極(導電性膜)
112 光電変換層
115 上部電極(透明導電性膜)
116A ホール輸送層
116B 電子輸送層
11、21 第1の基材
12、22、32 第1の電極
13、23、33 第2の電極
14、24、34、熱電変換層
15、25 第2の基材
31 基材
300 モジュール
110a、110b 光電変換素子
111 下部電極(導電性膜)
112 光電変換層
115 上部電極(透明導電性膜)
116A ホール輸送層
116B 電子輸送層
Claims (16)
- 下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するπ共役ポリマーと、酸化剤と、非共役ポリマーと、還元剤とを含有し、
前記酸化剤の含有量に対する前記還元剤の含有量の質量比が、0.001〜0.5である、導電性組成物。
(式中、A環は共役炭化水素環又は共役複素環を表し、nは0以上の整数を表す。X1、X2、X3、及びX4はそれぞれ独立してヘテロ原子、置換基を有するヘテロ原子、−CH=CH−基、又は=CH−基を表す。R1、R2、及びRAはそれぞれ独立してアリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、アルコキシ基、ポリエチレンオキシエーテル基、アルキルチオ基、ポリエチレンオキシチオエーテル基、アルキルアミノ基、又はポリエチレンオキシアミノ基を表す。更に、R1、R2、及びRA中の炭素原子は酸素原子又は硫黄原子で置換されていてもよい。また、R1、R2、及びRAは互いに任意の位置で連結していてもよい。nA、nB及びnCはそれぞれ独立して0以上の整数を表す。) - 前記π共役ポリマーが、前記酸化剤及び前記非共役ポリマーの存在下、酸化重合法によって重合することにより得られる、請求項1に記載の導電性組成物。
- 前記一般式(1)において、A環が、ベンゼン環、ピロール環、チオフェン環、ピリジン環、シクロペンタジエン環、又はシロール環である、請求項1又は2に記載の導電性組成物。
- 前記一般式(1)において、nが、1〜3の整数である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記一般式(1)において、X1及びX3、またはX1及びX4が、それぞれ独立して硫黄原子、酸素原子、又はNR基(ここでRは水素原子又はアルキル基)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記非共役ポリマーが、スルホ基を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記酸化剤が、鉄(III)塩、銅(II)塩、過酸化物、及び過酸からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記還元剤が、単環芳香族化合物、含窒素芳香族化合物、含硫黄芳香族化合物、芳香族ビニルポリマー、芳香族アミン、脂肪族アミン、ニトロ化合物、チオール、及び金属錯塩、からなる群より選択される少なくとも1種の化合物である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 更に、親水性溶媒を含有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 前記親水性溶媒の沸点が、130℃以上である、請求項9に記載の導電性組成物。
- 水に、前記π共役ポリマーと、前記酸化剤と、前記非共役ポリマーと、前記還元剤とを分散させることで得られる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電性組成物。
- 水に、前記π共役ポリマーと、前記酸化剤と、前記非共役ポリマーと、前記還元剤とを分散させ、さらに、前記親水性溶媒を加えることで得られる、請求項9又は10に記載の導電性組成物。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の導電性組成物から得られる導電膜。
- キャリア濃度が、1×1024〜3×1026個/m3である、請求項13に記載の導電膜。
- 請求項13又は14に記載の導電膜を用いた有機半導体デバイス。
- 基材と、電極と、請求項13又は14に記載の導電膜とをこの順に備える、有機半導体デバイス。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015189832A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 富士フイルム株式会社 | 導電性組成物、導電膜及び有機半導体デバイス |
WO2017115607A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 昭和電工株式会社 | 導電性重合体含有分散液の製造方法 |
CN109071783A (zh) * | 2016-03-29 | 2018-12-21 | 国立大学法人东京大学 | 新型有机高分子及其制造方法 |
CN111836466A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-27 | 深圳市大正瑞地科技有限公司 | 一种线路板用纳米碳与石墨烯混合导电液的制造方法 |
CN116285857A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-06-23 | 深圳市通泰盈科技股份有限公司 | Uv压敏胶及制备方法、uv压敏胶带及制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006096975A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-04-13 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性組成物及び導電性架橋体 |
JP2007224279A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-09-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 樹脂組成物、樹脂成形品 |
JP2010070723A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液、導電性塗膜および入力デバイス |
JP2010077186A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液、導電性塗膜および入力デバイス |
JP2011038002A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液および帯電防止性シート |
JP2013170134A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 芳香族化合物の製造方法、芳香族化合物、並びに高分子化合物 |
-
2014
- 2014-03-27 JP JP2014066599A patent/JP2015189804A/ja not_active Abandoned
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006096975A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-04-13 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性組成物及び導電性架橋体 |
JP2007224279A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-09-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 樹脂組成物、樹脂成形品 |
JP2010070723A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液、導電性塗膜および入力デバイス |
JP2010077186A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液、導電性塗膜および入力デバイス |
JP2011038002A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 導電性高分子溶液および帯電防止性シート |
JP2013170134A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 芳香族化合物の製造方法、芳香族化合物、並びに高分子化合物 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015189832A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 富士フイルム株式会社 | 導電性組成物、導電膜及び有機半導体デバイス |
WO2017115607A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 昭和電工株式会社 | 導電性重合体含有分散液の製造方法 |
JPWO2017115607A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2018-05-17 | 昭和電工株式会社 | 導電性重合体含有分散液の製造方法 |
US10563020B2 (en) | 2015-12-28 | 2020-02-18 | Showa Denko K.K. | Process for producing dispersion containing electroconductive polymer |
DE112016006097B4 (de) * | 2015-12-28 | 2021-01-14 | Showa Denko K.K. | Verfahren zur Herstellung von ein elektrisch leitfähiges Polymer enthaltenden Dispersionen |
CN109071783A (zh) * | 2016-03-29 | 2018-12-21 | 国立大学法人东京大学 | 新型有机高分子及其制造方法 |
JPWO2017170245A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2019-02-14 | 国立大学法人 東京大学 | 新規有機高分子及びその製造方法 |
EP3438150A4 (en) * | 2016-03-29 | 2019-11-27 | The University Of Tokyo | NOVEL ORGANIC POLYMER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
CN111836466A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-10-27 | 深圳市大正瑞地科技有限公司 | 一种线路板用纳米碳与石墨烯混合导电液的制造方法 |
CN111836466B (zh) * | 2020-08-04 | 2023-10-27 | 深圳市大正瑞地科技有限公司 | 一种线路板用纳米碳与石墨烯混合导电液的制造方法 |
CN116285857A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-06-23 | 深圳市通泰盈科技股份有限公司 | Uv压敏胶及制备方法、uv压敏胶带及制备方法 |
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