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JP2015218221A - Copolymer, photoelectric conversion element, solar battery and solar battery module - Google Patents

Copolymer, photoelectric conversion element, solar battery and solar battery module Download PDF

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JP2015218221A
JP2015218221A JP2014101491A JP2014101491A JP2015218221A JP 2015218221 A JP2015218221 A JP 2015218221A JP 2014101491 A JP2014101491 A JP 2014101491A JP 2014101491 A JP2014101491 A JP 2014101491A JP 2015218221 A JP2015218221 A JP 2015218221A
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JP
Japan
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group
copolymer
photoelectric conversion
layer
active layer
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Application number
JP2014101491A
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Japanese (ja)
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未紗子 岡部
Misako Okabe
未紗子 岡部
和矢 白鳥
Kazuya Shiratori
和矢 白鳥
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a p-type semiconductor compound which enables absorption of light on the longer-wavelength side and is suitable for photoelectric conversion elements.SOLUTION: A copolymer having a structural unit of formula (1) is provided. In formula (1), Rto Rare independently a hydrogen atom or a monovalent organic group; Rand R, Rand R, and/or Rand Rmay bind to each other to form a ring; X is a divalent atom or a divalent group; a ring Y is an aliphatic hydrocarbon ring optionally having a substituent, an aromatic hydrocarbon ring optionally having a substituent, an aliphatic heterocyclic ring optionally having a substituent or an aromatic heterocyclic ring optionally having a substituent.

Description

本発明はコポリマー、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a copolymer, a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.

近年、有機半導体を用いた電子デバイス、なかでも有機薄膜太陽電池(OPV)や有機電界発光素子(OLED)が、盛んに開発されている。有機半導体を用いたデバイスは、基材としてフレキシブル基材を用いることで、可撓性を維持することができるために、様々な状況で設置ができるという特徴を有する。   In recent years, electronic devices using organic semiconductors, especially organic thin-film solar cells (OPV) and organic electroluminescent elements (OLEDs) have been actively developed. Since a device using an organic semiconductor can maintain flexibility by using a flexible base material as a base material, it has a feature that it can be installed in various situations.

一般的に、有機薄膜太陽電池に用いられる有機半導体としては、π共役高分子化合物が検討されており、π共役高分子化合物としては、特定のドナー性モノマーと特定のアクセプター性モノマーの共重合体(以後、コポリマーということがある)が検討されている。例えば、非特許文献1には、イソチアナフテン骨格とフルオレン骨格とを有するp型半導体化合物であるコポリマーが提案されている。また、非特許文献2には、イソチアナフテン骨格とベンゾチアジアゾール骨格とを含有するコポリマーが提案されている。   In general, π-conjugated polymer compounds have been studied as organic semiconductors used in organic thin-film solar cells, and π-conjugated polymer compounds include copolymers of specific donor monomers and specific acceptor monomers. (Hereinafter sometimes referred to as a copolymer) has been studied. For example, Non-Patent Document 1 proposes a copolymer that is a p-type semiconductor compound having an isothianaphthene skeleton and a fluorene skeleton. Non-Patent Document 2 proposes a copolymer containing an isothianaphthene skeleton and a benzothiadiazole skeleton.

Macromolecular Rapid Communications(2007),28(17),1786−1791Macromolecular Rapid Communications (2007), 28 (17), 1786-1791. Journal of Physical Chemistry C (2009),113(52),21928−21936Journal of Physical Chemistry C (2009), 113 (52), 21928-21936

有機薄膜太陽電池の変換効率を向上させるために、より長波長側の光を吸収できるp型半導体化合物が要求される。特に、タンデム構造を有する太陽電池の場合、吸収波長の異なる材料どうしを積層することで、より広範囲な波長の光を吸収できるようになり、長波長側の光を吸収することが可能なp型半導体化合物が望まれている。
しかしながら、非特許文献1に記載されているp型半導体化合物の吸収波長領域は、350〜800nm程度であり、また、非特許文献2に記載されているp型半導体化合物を活性層に用いた際の吸収波長領域は、300nm〜820nm程度であり、実用化のためには、十分とは言えなかった。
本発明は、上記問題を解決し、より長波長側の光の吸収が可能となる光電変換素子に適したp型半導体化合物を提供することを目的とする。
In order to improve the conversion efficiency of the organic thin film solar cell, a p-type semiconductor compound capable of absorbing light on a longer wavelength side is required. In particular, in the case of a solar cell having a tandem structure, by stacking materials having different absorption wavelengths, light of a wider range can be absorbed, and p-type capable of absorbing light on a long wavelength side. Semiconductor compounds are desired.
However, the absorption wavelength region of the p-type semiconductor compound described in Non-Patent Document 1 is about 350 to 800 nm, and when the p-type semiconductor compound described in Non-Patent Document 2 is used for the active layer. The absorption wavelength region is about 300 nm to 820 nm, which is not sufficient for practical use.
An object of this invention is to provide the p-type semiconductor compound suitable for the photoelectric conversion element which solves the said problem and can absorb the light of a longer wavelength side.

本願発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、イソチアナフテン骨格と特定の骨格とを有するコポリマーを、光電変換素子の活性層に用いることで、上記課題を解決し、本発明を達成するに至った。すなわち、本発明は以下を要旨とする。
[1]下記式(1)で表される構造単位を有するコポリマー。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have solved the above problems by using a copolymer having an isothianaphthene skeleton and a specific skeleton in the active layer of a photoelectric conversion element, and the present invention. It came to achieve. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A copolymer having a structural unit represented by the following formula (1).

Figure 2015218221
Figure 2015218221

(式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であるか、R及びR、R及びR、R及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよく、Xは2価の原子又は2価の基を表し、環Yは置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素環、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、置換基を有していてもよい脂肪族複素環、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表す。) (In formula (1), R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a monovalent organic group, or R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 are Each may be bonded to each other to form a ring, X represents a divalent atom or a divalent group, and ring Y has an aliphatic hydrocarbon ring which may have a substituent, or a substituent. An aromatic hydrocarbon ring which may be substituted, an aliphatic heterocyclic ring which may have a substituent, or an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent.

[2]前記式(1)中、XはO、S、Se、N(R)、C(R)(R)、又はSi(R10)(R11)を表し、R〜R11は、水素原子又は1価の有機基であることを特徴とする[1]に記載のコポリマー。
[3]前記式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基である[1]又は[2]に記載のコポリマー。
[4]基材上に、少なくとも、一対の電極と、前記一対の電極間に活性層と、を有する光電変換素子であって、前記活性層が[1]〜[3]のいずれかに記載のコポリマーを含有することを特徴とする光電変換素子。
[5][4]に記載の光電変換素子を有する太陽電池。
[6][5]に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。
[2] In the formula (1), X represents O, S, Se, N (R 7 ), C (R 8 ) (R 9 ), or Si (R 10 ) (R 11 ), and R 7 to The copolymer according to [1], wherein R 11 is a hydrogen atom or a monovalent organic group.
[3] In the formula (1), R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, according to [1] or [2]. Copolymer.
[4] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes on a substrate, wherein the active layer is any one of [1] to [3]. The photoelectric conversion element characterized by containing the copolymer of these.
[5] A solar cell having the photoelectric conversion element according to [4].
[6] A solar cell module having the solar cell according to [5].

本発明により、より長波長側の光の吸収が可能となる光電変換素子に適したp型半導体化合物を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a p-type semiconductor compound suitable for a photoelectric conversion element that can absorb light on a longer wavelength side.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としてのタンデム構造型の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the tandem structure type photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 実施例1により得られたコポリマー1の吸収スペクトルである。2 is an absorption spectrum of copolymer 1 obtained in Example 1.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
<1.本発明に係るコポリマー>
本発明に係るコポリマーは、下記式(1)で表される構造単位を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not specified in these contents unless it exceeds the gist.
<1. Copolymer according to the present invention>
The copolymer according to the present invention has a structural unit represented by the following formula (1).

Figure 2015218221
Figure 2015218221

式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子及び1価の有機基から選ばれる基であるか、又は、R及びR、R及びR、並びにR及びRは、互いに結合して環を形成してもよい。 In formula (1), R 1 to R 6 are each independently a group selected from a hydrogen atom and a monovalent organic group, or R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , and R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring.

1価の有機基は、特段の制限はないが、ハロゲン原子、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂肪族複素環基、置換基を有していてもよい芳香族複素環基、水酸基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、ニトロ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシリル基、置換基を有していてもよいカルボニル基、置換基を有していてもよいチオカルボニル基、置換基を有していてもよいスルホニル基、又はシアノ基が挙げられる。   The monovalent organic group is not particularly limited, but includes a halogen atom, an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, and a substituent. An aliphatic heterocyclic group which may have, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, a hydroxyl group, an alkoxy group which may have a substituent, and a substituent which may have An alkylthio group, an aryloxy group which may have a substituent, an arylthio group which may have a substituent, a nitro group, an amino group which may have a substituent, and a substituent; And a silyl group which may have a substituent, a thiocarbonyl group which may have a substituent, a sulfonyl group which may have a substituent, or a cyano group.

ハロゲン原子は、特段の制限はないが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、中でも、フッ素原子が好ましい。   Although there is no special restriction | limiting in a halogen atom, A fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned, Among these, a fluorine atom is preferable.

脂肪族炭化水素基は、アルキル基、アルケニル基、又はアルキニル基が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素基は、直鎖状の脂肪族炭化水素基、分岐状の脂肪族炭化水素基、又は脂環式の脂肪族炭化水素基であってもよい。   Examples of the aliphatic hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group. The aliphatic hydrocarbon group may be a linear aliphatic hydrocarbon group, a branched aliphatic hydrocarbon group, or an alicyclic aliphatic hydrocarbon group.

脂肪族炭化水素基は特段の制限はないが、炭素数が、通常1以上であり、20以下の脂肪族炭化水素基が好ましい。   The aliphatic hydrocarbon group is not particularly limited, but an aliphatic hydrocarbon group having usually 1 or more carbon atoms and 20 or less carbon atoms is preferable.

アルキル基の例としては、メチル基、n−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基等の直鎖アルキル基;2−メチルプロピル基、2−メチルブチル基、2−エチルへキシル基、2,5−ジメチルへキシル基、2−メチルドデシル基、2−プロピルペンチル基、2−ヘキシルデシル基等の分岐アルキル基;又はシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロラウリル基等のシクロアルキル基が挙げられる。   Examples of the alkyl group include a straight chain alkyl group such as a methyl group, an n-butyl group, an n-hexyl group, an n-octyl group, an n-decyl group, and an n-dodecyl group; 2-methylpropyl group, 2-methylbutyl Group, 2-ethylhexyl group, 2,5-dimethylhexyl group, 2-methyldodecyl group, 2-propylpentyl group, 2-hexyldecyl group and other branched alkyl groups; or cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclo Examples thereof include a cycloalkyl group such as a hexyl group, a cyclooctyl group, a cyclodecyl group, and a cyclolauryl group.

アルケニル基の例としては、エテニル基、2−ブテニル基、5−ヘキセニル基、7−オクテニル基、9−デセニル基、11−ドデセニル基等の直鎖アルケニル基;2−メチルー2−プロペニル基、3−メチルー3−ブテニル基、4−メチルー2−ヘキセニル基等の分岐アルケニル基;又は2−シクロプロペニル基、2−シクロブテニル基、2−シクロペンテニル基、3−シクロペンテニル基、2−シクロヘキセニル基、2−シクロヘプテニル基、2−シクロオクテニル基等のシクロアルケニル基が挙げられる。   Examples of alkenyl groups include linear alkenyl groups such as ethenyl group, 2-butenyl group, 5-hexenyl group, 7-octenyl group, 9-decenyl group, 11-dodecenyl group; 2-methyl-2-propenyl group, 3 A branched alkenyl group such as a methyl-3-butenyl group and a 4-methyl-2-hexenyl group; or a 2-cyclopropenyl group, a 2-cyclobutenyl group, a 2-cyclopentenyl group, a 3-cyclopentenyl group, a 2-cyclohexenyl group, Examples include cycloalkenyl groups such as 2-cycloheptenyl group and 2-cyclooctenyl group.

アルキニル基としては、エチニル基、2−ブチニル基、5−ヘキシニル基、7−オクチニル基、9−デシニル基、11−ドデシニル基等の直鎖アルケニル基;1−メチル−2−プロペニル基、2−メチル−3−ブテニル基、4−メチルー2−ヘキセニル基等の分岐
アルケニル基;又は2−シクロオクチニル基、3−シクロオクチニル基等のシクロアルキニル基が挙げられる。
Examples of the alkynyl group include linear alkenyl groups such as ethynyl group, 2-butynyl group, 5-hexynyl group, 7-octynyl group, 9-decynyl group, 11-dodecynyl group; 1-methyl-2-propenyl group, 2- Examples thereof include branched alkenyl groups such as methyl-3-butenyl group and 4-methyl-2-hexenyl group; and cycloalkynyl groups such as 2-cyclooctynyl group and 3-cyclooctynyl group.

上記の脂肪族炭化水素基の中でも、有機溶剤に対する溶解性を向上させるために、炭素数が4以上の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数が6以上の脂肪族炭化水素基が特に好ましい。一方、立体障害を軽減するという観点から、炭素数が16以下の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数が12以下の脂肪族炭化水素基が特に好ましい。特に好ましい脂肪族炭化水素基としては、n−オクチル基が挙げられる。   Among the above aliphatic hydrocarbon groups, an aliphatic hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms is preferable, and an aliphatic hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms is particularly preferable in order to improve solubility in an organic solvent. On the other hand, from the viewpoint of reducing steric hindrance, an aliphatic hydrocarbon group having 16 or less carbon atoms is preferable, and an aliphatic hydrocarbon group having 12 or less carbon atoms is particularly preferable. Particularly preferred aliphatic hydrocarbon groups include n-octyl groups.

芳香族炭化水素基は、特段の制限はないが、炭素数が6以上、30以下の芳香族炭化水素が好ましい。具体的には、フェニル基等の単環式の芳香族炭化水素基;ナフチル基、インダニル基、インデニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、アントリル基、アントラセニル基、アズレニル基、ピレニル基、ペリレニル基等の縮合多環式の芳香族炭化水素基;又はビフェニル基、ターフェニル基等の多環式の芳香族炭化水素基が挙げられる。   The aromatic hydrocarbon group is not particularly limited, but is preferably an aromatic hydrocarbon having 6 to 30 carbon atoms. Specifically, monocyclic aromatic hydrocarbon groups such as phenyl groups; naphthyl groups, indanyl groups, indenyl groups, phenanthryl groups, fluorenyl groups, anthryl groups, anthracenyl groups, azulenyl groups, pyrenyl groups, perylenyl groups, etc. Examples thereof include a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group; or a polycyclic aromatic hydrocarbon group such as a biphenyl group and a terphenyl group.

脂肪族複素環基は、特段の制限はないが、炭素数3以上30の脂肪族複素環基が好ましい。具体的には、ピロリジル基、ピペリジル基、ピペラジル基等の窒素を含有する脂肪族複素環基;テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基等の酸素を含有する複素環基;モルホリニル基等の窒素及び酸素を含有する脂肪族複素環;又はチオモルホリニル基等の窒素及び硫黄を含有する脂肪族複素環が挙げられる。   The aliphatic heterocyclic group is not particularly limited, but is preferably an aliphatic heterocyclic group having 3 to 30 carbon atoms. Specifically, aliphatic heterocyclic groups containing nitrogen such as pyrrolidyl group, piperidyl group, piperazyl group; heterocyclic groups containing oxygen such as tetrahydrofuranyl group, dioxanyl group; containing nitrogen and oxygen such as morpholinyl group An aliphatic heterocycle containing nitrogen and sulfur such as a thiomorpholinyl group.

芳香族複素環基は、特段の制限はないが、炭素数が2以上、20以下の芳香族複素環基が好ましい。具体的には、チエニル基、フラニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、トリアゾリル基等の単環式芳香族複素環基;又はベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾトリアゾリル基、チアジアゾロピリジン等の縮合多環式芳香族複素環基が挙げられる。なかでも、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基又はオキサゾリル基が好ましい。   The aromatic heterocyclic group is not particularly limited, but is preferably an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms. Specifically, monocyclic aromatic heterocyclic groups such as thienyl group, furanyl group, pyridyl group, pyrimidyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, triazolyl group; or benzothiophenyl group, benzofuranyl group, benzothiazolyl group, benzooxa Examples thereof include condensed polycyclic aromatic heterocyclic groups such as zolyl group, benzotriazolyl group, and thiadiazolopyridine. Of these, a thienyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a thiazolyl group, or an oxazolyl group is preferable.

アルコキシ基は、特段の制限はないが、炭素数が1以上20以下のアルコキシ基が好ましい。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、n−へプトキシ基、i−ヘプトキシ基等が挙げられる。   The alkoxy group is not particularly limited, but is preferably an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, n-heptoxy group, i-heptoxy group and the like.

アルキルチオ基は、特段の制限はないが、炭素数が1以上20以下のアルキルチオ基が好ましい。具体的には、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、i−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、i−ブチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、i−ヘキシルチオ基等が挙げられる。   The alkylthio group is not particularly limited, but is preferably an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples include a methylthio group, an ethylthio group, an n-propylthio group, an i-propylthio group, an n-butylthio group, an i-butylthio group, an n-hexylthio group, and an i-hexylthio group.

アリールオキシ基は、特段の制限はないが、炭素数が6以上20以下のアリールオキシ基が好ましい。具体的には、フェニルオキシ基が挙げられる。   The aryloxy group is not particularly limited, but is preferably an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms. Specific examples include a phenyloxy group.

アリールチオ基は、特段の制限はないが、炭素数が6以上20以下のアリールチオ基が好ましい。具体的には、フェニルチオ基が挙げられる。   The arylthio group is not particularly limited, but is preferably an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms. Specific examples include a phenylthio group.

カルボニル基は、特段の制限はないが、ホルミル基;アセチル基、ビチリ
ル基、ラウロイル基等の炭素数2〜20のアルキルカルボニル基;トリフルオロアセチル基等の炭素数2〜20のハロアルキルカルボニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数2〜20のアルコキシカルボニル基;エチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基等の炭素数1〜20のカルバモイル基;フェニルカルボニル基等の炭素数7〜30のアリールカルボニル基;フェノキシカルボニル基等の炭素数7〜30のア
リールオキシカルボニル基が挙げられる。
The carbonyl group is not particularly limited, but is a formyl group; an alkylcarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms such as an acetyl group, a bitylyl group, or a lauroyl group; a haloalkylcarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms such as a trifluoroacetyl group; An alkoxycarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms such as a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group; a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms such as an ethylcarbamoyl group and a dimethylcarbamoyl group; an arylcarbonyl having 7 to 30 carbon atoms such as a phenylcarbonyl group Group; aryloxycarbonyl groups having 7 to 30 carbon atoms such as phenoxycarbonyl group.

置換基を有するチオカルボニル基は、特段の制限はないが、例えばチオアルデヒド基;チオアセチル基等の炭素数1〜20のアルキルチオカルボニル基;トリフルオロチオアセチル基等の炭素数1〜20のハロアルキルチオカルボニル基;メトキシチオカルボニル基等の炭素数1〜20のアルコキシチオカルボニル基;フェニルチオカルボニル基等の炭素数7〜30のアリールチオカルボニル基;フェノキシチオカルボニル基等の炭素数7〜30のアリールオキシチオカルボニル基が挙げられる。   The thiocarbonyl group having a substituent is not particularly limited. For example, a thioaldehyde group; an alkylthiocarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a thioacetyl group; a haloalkylthio having 1 to 20 carbon atoms such as a trifluorothioacetyl group. Carbonyl group; alkoxythiocarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms such as methoxythiocarbonyl group; arylthiocarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms such as phenylthiocarbonyl group; aryl having 7 to 30 carbon atoms such as phenoxythiocarbonyl group An oxythiocarbonyl group is mentioned.

スルホニル基は、特段の制限はないが、例えばメシル基、ブタンスルホニ
ル基、オクタンスルホニル基、ドデカンスルホニル基等の炭素数1〜20のアルキルスルホニル基;トリフルオロメタンスルホニル基等の炭素数1〜20のハロアルキルスルホニル基;メトキシスルホニル基等の炭素数2〜20のアルコキシスルホニル基;フェニルスルホニル基等の炭素数6〜30のアリールスルホニル基、モノフルオロフェニルスルホニル基等の炭素数6〜30のハロアリールスルホニル基;フェノキシスルホニル基等の炭素数6〜30のアリールオキシスルホニル基が挙げられる。
The sulfonyl group is not particularly limited, but for example, an alkylsulfonyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a mesyl group, a butanesulfonyl group, an octanesulfonyl group, or a dodecanesulfonyl group; and having 1 to 20 carbon atoms such as a trifluoromethanesulfonyl group. Haloalkylsulfonyl group; C2-C20 alkoxysulfonyl group such as methoxysulfonyl group; C6-C30 arylsulfonyl group such as phenylsulfonyl group; C6-C30 haloarylsulfonyl such as monofluorophenylsulfonyl group Group; C6-C30 aryloxy sulfonyl groups, such as a phenoxy sulfonyl group, are mentioned.

また、上記の基は、さらに1以上の置換基を有していてもよい。上記の基が有していても良い置換基は、特段の制限はなく、上述のR〜Rで挙げた基が挙げられる。具体的には、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族複素環基、水酸基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルホニル基、シアノ基等が挙げられる。各基の具体例は、上述で挙げた基が挙げられる。 In addition, the above group may further have one or more substituents. The substituent that the above group may have is not particularly limited, and examples thereof include the groups described above for R 1 to R 6 . Specifically, halogen atom, aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, aliphatic heterocyclic group, aromatic heterocyclic group, hydroxyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryloxy group, arylthio group, nitro group, An amino group, a silyl group, a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, a cyano group, etc. are mentioned. Specific examples of each group include the groups mentioned above.

及びR、R及びR、R及びRが互いに結合して環を形成する場合、当該環は、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素環、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、置換基を有していてもよい脂肪族複素環、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環が挙げられる。 When R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 are bonded to each other to form a ring, the ring is an aliphatic hydrocarbon ring which may have a substituent, a substituent. Examples thereof include an aromatic hydrocarbon ring which may have, an aliphatic heterocyclic ring which may have a substituent, and an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent.

脂肪族炭化水素環は、特段の制限はないが、シクロペンタン環又はシクロヘキサン環等のシクロアルカン環;デカリン環、シクロペンタジエン環、ジシクロペンタジエン環等の縮合脂肪族炭化水素環が挙げられる。なかでも、シクロヘキサン等のシクロアルカン環が好ましい。   The aliphatic hydrocarbon ring is not particularly limited, and examples thereof include a cycloalkane ring such as a cyclopentane ring or a cyclohexane ring; and a condensed aliphatic hydrocarbon ring such as a decalin ring, a cyclopentadiene ring, or a dicyclopentadiene ring. Of these, a cycloalkane ring such as cyclohexane is preferable.

芳香族炭化水素環は、特段の制限はないが、ベンゼン環等の単環式芳香族炭化水素環;又はナフタレン環、インダン環、インデン環、フルオレン環、アントラセン環、アズレン環等の縮合多環式芳香族炭化水素環が挙げられる。なかでも、ベンゼン等の単環式芳香族炭化水素環が好ましい。   The aromatic hydrocarbon ring is not particularly limited, but a monocyclic aromatic hydrocarbon ring such as a benzene ring; or a condensed polycyclic ring such as a naphthalene ring, an indane ring, an indene ring, a fluorene ring, an anthracene ring, or an azulene ring And an aromatic hydrocarbon ring. Of these, monocyclic aromatic hydrocarbon rings such as benzene are preferable.

脂肪族複素環は、特段の制限はないが、ピロリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環等の窒素を含有する脂肪族複素環;テトラヒドロフラン環又はジオキサン環等の酸素を含有する脂肪族複素環;モルホリン環等の窒素及び酸素を含有する脂肪族複素環;又はチオモルホリン環等の窒素及び硫黄を含有する脂肪族複素環が挙げられる。なかでも、ピロリジン環、ピペリジン環又はピペラジン環等の窒素を含有する脂肪族複素環;モルホリン環等の窒素及び酸素を含有する脂肪族複素環;又はチオモルホリン環等の窒素及び硫黄を含有する脂肪族複素環が好ましく、より好ましくは、ピロリジン環、ピペリジン環等の窒素を含有する脂肪族複素環である。   The aliphatic heterocyclic ring is not particularly limited, but is an aliphatic heterocyclic ring containing nitrogen such as a pyrrolidine ring, piperidine ring or piperazine ring; an aliphatic heterocyclic ring containing oxygen such as tetrahydrofuran ring or dioxane ring; morpholine ring An aliphatic heterocycle containing nitrogen and oxygen such as; or an aliphatic heterocycle containing nitrogen and sulfur such as a thiomorpholine ring. Among them, an aliphatic heterocyclic ring containing nitrogen such as pyrrolidine ring, piperidine ring or piperazine ring; an aliphatic heterocyclic ring containing nitrogen and oxygen such as morpholine ring; or a fat containing nitrogen and sulfur such as thiomorpholine ring An aromatic heterocyclic ring is preferable, and an aliphatic heterocyclic ring containing nitrogen such as a pyrrolidine ring or a piperidine ring is more preferable.

芳香族複素環は、特段の制限はないが、チオフェン環、フラン環、ピロール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ジオキソピロール環等の単環式
芳香族複素環;又はインドール環等の縮合多環式芳香族複素環が挙げられる。なかでも、チオフェン環、ピロール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ピリミジン環、ジオキソピロール環等の窒素を含有する単環式芳香族複素環が好ましい。
The aromatic heterocycle is not particularly limited, but a monocyclic aromatic heterocycle such as a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a dioxopyrrole ring; or an indole Examples thereof include condensed polycyclic aromatic heterocycles such as rings. Of these, monocyclic aromatic heterocycles containing nitrogen such as thiophene ring, pyrrole ring, thiazole ring, thiadiazole ring, pyrimidine ring, dioxopyrrole ring and the like are preferable.

これらの環が有していてもよい置換基は、特段の制限はなく、上述したR〜Rの基が有しいてもよい置換基と同じ基が挙げられる。具体的には、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族複素環基、水酸基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルホニル基、又はシアノ基が挙げられる。 The substituent that these rings may have is not particularly limited, and examples thereof include the same groups as the substituents that the above-described groups R 1 to R 6 may have. Specifically, halogen atom, aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, aliphatic heterocyclic group, aromatic heterocyclic group, hydroxyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryloxy group, arylthio group, nitro group, An amino group, a silyl group, a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, or a cyano group can be mentioned.

上述の中でも、ポリマーの平面性を保つためにR〜Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数6以上12以下のアルキル基、炭素数6以上12以下のアルコキシ基、炭素数6以上12以下のアルキルチオ基、炭素数6以上12以下の芳香族炭化水素基、炭素数12以上18以下のアリールオキシ基、又は炭素数12以上18以下のアリールチオ基であることが好ましく、水素原子又は炭素数6以上12以下のアルキル基であることが特に好ましい。 Among these, in order to maintain the planarity of the polymer, R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 6 to 12 carbon atoms, or 6 carbon atoms. It is preferably an alkylthio group having 12 or less, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms, an aryloxy group having 12 to 18 carbon atoms, or an arylthio group having 12 to 18 carbon atoms, An alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable.

式(1)中、Xは、2価の原子又は2価の基を表す。2価の原子は、特段の制限はないが、O、S、又はSeが挙げられる。2価の基は、特段の制限はないが、N(R)、C(R)(R)、又はSi(R10)(R11)が挙げられる。なお、R〜R11は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表し、1価の有機基は、特段の制限はないが、R〜Rで挙げた1価の有機基と同じ基が挙げられる。これらの中でも、半導体特性を向上させるために、Xは、S又はSeであることが好ましく、Sであることが特に好ましい。 In formula (1), X represents a divalent atom or a divalent group. The divalent atom is not particularly limited, and examples thereof include O, S, or Se. The divalent group is not particularly limited, and examples thereof include N (R 7 ), C (R 8 ) (R 9 ), and Si (R 10 ) (R 11 ). R 7 to R 11 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group, and the monovalent organic group is not particularly limited, but the monovalent examples described for R 1 to R 6 The same group as an organic group is mentioned. Among these, in order to improve semiconductor characteristics, X is preferably S or Se, and particularly preferably S.

式(1)中、環Yは、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素環、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、置換基を有していてもよい脂肪族複素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環である。   In formula (1), ring Y is an aliphatic hydrocarbon ring which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent, and an aliphatic which may have a substituent. It is an aromatic heterocycle which may have an aromatic heterocycle or a substituent.

脂肪族炭化水素環、芳香族炭化水素環、脂肪族複素環、及び芳香族炭化水素環は特段の制限はないが、具体的には、上述のR及びR、R及びR、R及びRが互いに結合して形成する環と同様の環が挙げられる。 The aliphatic hydrocarbon ring, aromatic hydrocarbon ring, aliphatic heterocyclic ring, and aromatic hydrocarbon ring are not particularly limited. Specifically, the above-described R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , Examples thereof include the same ring as the ring formed by combining R 5 and R 6 with each other.

なお、これらの環が有していてもよい置換基は、特段の制限はないが、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族炭化水素基、水酸基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルホニル基、又はシアノ基が挙げられる。   The substituents that these rings may have are not particularly limited, but include a halogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, an aliphatic heterocyclic group, an aromatic hydrocarbon group, Examples include a hydroxyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryloxy group, an arylthio group, a nitro group, an amino group, a silyl group, a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, or a cyano group.

上述の中でも、環Yは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環であることが好ましく、様々な有機溶媒への溶解性が高いという点から、置換基を有していてもよい芳香族複素環であることが好ましい。   Among the above, ring Y is preferably an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent or an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent, and has solubility in various organic solvents. From the viewpoint of being high, it is preferably an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent.

上記式(1)に示される化合物の中でも、より長波長化が期待できるという点で下記式(2)で表される化合物が好ましい。   Among the compounds represented by the above formula (1), a compound represented by the following formula (2) is preferable in that a longer wavelength can be expected.

Figure 2015218221
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式(2)中、R〜R及びXは、それぞれ、式(1)中のR〜R及びXと同義である。 In the formula (2), R 1 to R 6 and X are each the same meanings as R 1 to R 6 and X in the formula (1).

式(2)中、Rは、水素原子又は1価の有機基が挙げられる。1価の有機基は、特段の制限はないが、具体的には、式(1)中のR〜Rに記載した1価の有機基と同様の基が挙げられ、好ましい基も同様である。 In Formula (2), R 7 includes a hydrogen atom or a monovalent organic group. The monovalent organic group is not particularly limited, and specific examples thereof include the same groups as the monovalent organic groups described in R 1 to R 6 in formula (1), and preferred groups are also the same. It is.

本発明に係るコポリマーの好ましい具体例を以下に示す。しかしながら、本発明に係るコポリマーが以下の例示に限られるわけではない。なお、nは1以上の整数を表す。   Preferred specific examples of the copolymer according to the present invention are shown below. However, the copolymer according to the present invention is not limited to the following examples. Note that n represents an integer of 1 or more.

Figure 2015218221
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Figure 2015218221
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Figure 2015218221
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Figure 2015218221
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本発明に係るコポリマーは、本発明の効果を損なわない範囲で、上記式(1)で表される構造単位以外の構造単位を含んでいてもよい。例えば、上記式(1)で表される構造単位以外に、特段の制限はないが、ジチエノオキサン構造単位、ジチエノシロール構造単位、ジチエノピロール構造単位、シクロペンタジチオフェン構造単位、ジチエノゲルモール構造単位、ベンゾジチオフェン構造単位、ジケトピロロピロール構造単位、チエノチオフェン構造単位、ベンゾチアジアゾール構造単位、ベンゾトリアゾール構造単位、ベンゾオキサゾール構造単位等を含んでいてもよい。   The copolymer according to the present invention may contain a structural unit other than the structural unit represented by the above formula (1) as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, there is no particular limitation other than the structural unit represented by the above formula (1), but a dithienooxane structural unit, a dithienosilole structural unit, a dithienopyrrole structural unit, a cyclopentadithiophene structural unit, a dithienogermol structural unit, a benzoic acid A dithiophene structural unit, a diketopyrrolopyrrole structural unit, a thienothiophene structural unit, a benzothiadiazole structural unit, a benzotriazole structural unit, a benzoxazole structural unit, and the like may be included.

上記式(1)で表される構造単位が、本発明に係るコポリマーを構成する構造単位に占める割合に、特段の制限は無いが、通常2モル%以上、好ましくは10モル%以上、より好ましくは25モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上であり、本発明に係るコポリマーは、上記式(1)で表される構造単位、及び又は式(2)で表される構造単位のみで構成されるものが特に好ましい。   The proportion of the structural unit represented by the above formula (1) in the structural unit constituting the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but is usually 2 mol% or more, preferably 10 mol% or more, more preferably Is at least 25 mol%, more preferably at least 70 mol%, and the copolymer according to the present invention comprises only the structural unit represented by the above formula (1) and / or the structural unit represented by the formula (2). Are particularly preferred.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、特段の制限はないが、通常2.0×103以上、好ましくは2.0×10以上、より好ましくは4
.0×10以上、さらに好ましくは5.0×10以上、よりさらに好ましくは7.0×10以上、特に好ましくは1.0×10以上である。一方、好ましくは1.0×10以下、より好ましくは1.0×10以下、特に好ましくは5.0×10以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、高い吸光度を実現するという観点、高いキャリア移動を実現できるという観点、及び有機溶媒への溶解度の観点から、重量平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。
The polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) of the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but is usually 2.0 × 10 3 or more, preferably 2.0 × 10 4 or more, more preferably 4
. It is 0 × 10 4 or more, more preferably 5.0 × 10 4 or more, still more preferably 7.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 1.0 × 10 5 or more. On the other hand, it is preferably 1.0 × 10 7 or less, more preferably 1.0 × 10 6 or less, and particularly preferably 5.0 × 10 5 or less. The weight average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength, from the viewpoint of realizing high absorbance, from the viewpoint of realizing high carrier movement, and from the viewpoint of solubility in an organic solvent.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、通常5.0×10以上、好ましくは1.0×10以上、より好ましくは2.0×10以上、さらに好ましくは2.5×10以上、特に好ましくは3.0×10以上である。一方、好ましくは1.0×10以下、より好ましくは1.0×10以下、さらに好ましくは5.0×10以下、殊更に好ましくは2.0×10以下、特に好ましくは1.0×10以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、高い吸光度を実現するという観点、高いキャリア移動を実現できるという観点、及び有機溶媒への溶解度の観点から、数平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。 The polystyrene-reduced number average molecular weight (Mn) of the copolymer according to the present invention is usually 5.0 × 10 3 or more, preferably 1.0 × 10 4 or more, more preferably 2.0 × 10 4 or more, and still more preferably. It is 2.5 × 10 4 or more, particularly preferably 3.0 × 10 4 or more. On the other hand, it is preferably 1.0 × 10 7 or less, more preferably 1.0 × 10 6 or less, further preferably 5.0 × 10 5 or less, even more preferably 2.0 × 10 5 or less, and particularly preferably 1 0.0 × 10 5 or less. The number average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength, from the viewpoint of realizing high absorbance, from the viewpoint of realizing high carrier movement, and from the viewpoint of solubility in an organic solvent.

本発明に係るコポリマーの分子量分布(PDI,(重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)))は、通常1.0以上、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.3以上である。一方、好ましくは20.0以下、より好ましくは15.0以下、さらに好ましくは10.0以下である。コポリマーの溶解度が塗布に適した範囲になりうるという点で、分子量分布がこの範囲にあることが好ましい。   The molecular weight distribution (PDI, (weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn))) of the copolymer according to the present invention is usually 1.0 or more, preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, Preferably it is 1.3 or more. On the other hand, it is preferably 20.0 or less, more preferably 15.0 or less, and still more preferably 10.0 or less. The molecular weight distribution is preferably in this range in that the solubility of the copolymer can be in a range suitable for coating.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量、数平均分子量、及び分子量分布は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。具体的には、カラムとして、PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm 内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に繋げて用い、ポンプとしてLC−10AT(島津製作所社製)、オーブンとしてCTO−10A(島津製作所社製)、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)、及びUV−vis検出器(島津製作所製:SPD−10A)を用いることにより測定できる。測定方法としては、測定対象のコポリマー(1mg)をクロロホルム(200mg)に溶解させ、得られた溶液1μLをカラムに注入する。移動相としてクロロホルムを用い、1.0mL/minの流速で測定を行う。解析にはLC−Solution(島津製作所製)を用いる。   The polystyrene-reduced weight average molecular weight, number average molecular weight, and molecular weight distribution of the copolymer according to the present invention can be determined by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, two Polymer Laboratories GPC columns (PLgel MIXED-B 10 μm inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) are connected in series as a column, LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation) as a pump, and an oven It can be measured by using CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corp.), a differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corp .: RID-10A), and a UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corp .: SPD-10A). As a measuring method, a copolymer (1 mg) to be measured is dissolved in chloroform (200 mg), and 1 μL of the obtained solution is injected into a column. Measurement is performed at a flow rate of 1.0 mL / min using chloroform as the mobile phase. For the analysis, LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation) is used.

本発明に係るコポリマーの溶解度は、特に限定は無いが、好ましくは25℃におけるクロロベンゼンに対する溶解度が通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上であり、一方、通常30質量%以下、好ましくは20質量%である。溶解性が高いことは、塗布によりより厚い膜を成膜できるために好ましい。   The solubility of the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but preferably the solubility in chlorobenzene at 25 ° C. is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more. On the other hand, it is usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass. High solubility is preferable because a thicker film can be formed by coating.

本発明に係るコポリマーは、分子間で適度な相互作用が起こることが好ましい。本明細書において、分子間で相互作用するということは、分子間でのπ−πスタッキング等の相互作用によってポリマー鎖間の距離が短くなることを意味する。相互作用が強いほど、高い移動度及び/又は結晶性を示す傾向があるため、半導体材料として好適であるものと考えられる。すなわち、分子間で相互作用するコポリマーにおいては分子間での電子移動が起こりやすいため、例えば光電変換素子において活性層中に本発明に係るコポリマーを用いた場合に、活性層内のp型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で生成した正孔(ホール)を効率よく電極(アノード)へ輸送できると考えられる。   The copolymer according to the present invention preferably has an appropriate interaction between molecules. In the present specification, the interaction between molecules means that the distance between polymer chains is shortened by an interaction such as π-π stacking between molecules. The stronger the interaction, the higher the mobility and / or crystallinity, and the more suitable the semiconductor material is. That is, in a copolymer that interacts between molecules, electron transfer between molecules is likely to occur. For example, when the copolymer according to the present invention is used in an active layer in a photoelectric conversion element, a p-type semiconductor compound in the active layer is used. It is considered that holes generated at the interface between the n-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound can be efficiently transported to the electrode (anode).

結晶性の測定方法としてはX線回折法(XRD)が挙げられる。本明細書において結晶性を有するとは、XRD測定により得られたX線回折スペクトルが回折ピークを有することを意味する。結晶性を有することは、分子同士が配列した積層構造を有することを意味すると考えられ、後述する活性層を厚膜化できる傾向がある点で好ましい。XRD測定は公知文献(X線結晶解析の手引き(応用物理学選書4))に記載の方法に基づいて行うことができる。   An example of a crystallinity measuring method is an X-ray diffraction method (XRD). In this specification, having crystallinity means that an X-ray diffraction spectrum obtained by XRD measurement has a diffraction peak. Having crystallinity is considered to mean that it has a laminated structure in which molecules are arranged, and is preferable in that the active layer described later tends to be thickened. XRD measurement can be performed based on a method described in a known document (X-ray crystal analysis guide (applied physics selection book 4)).

本発明に係るコポリマーの正孔移動度(ホール移動度と記す場合がある)は、通常1.0×10−7cm/Vs以上、好ましくは1.0×10−6cm/Vs以上、より好ましくは1.0×10−5cm/Vs以上、特に好ましくは1.0×10−4cm/Vs以上である。一方、本発明に係るコポリマーの正孔移動度は通常1.0×10cm/Vs以下、好ましくは1.0×10cm/Vs以下であり、より好ましくは1.0×10cm/Vs以下であり、特に好ましくは1.0×10cm/Vs以下である。正孔移動度がこの範囲にあることにより、本発明に係るコポリマーは半導体材料として好適に用いられる。また、光電変換素子において高い変換効率を得るためには、n型半導体化合物の移動度と、p型半導体化合物の移動度とのバランスが重要である。本発明に係るコポリマーを光電変換素子においてp型半導体化合物として用いる場合、本発明に係
るコポリマーの正孔移動度とn型半導体化合物の電子移動度とを近づける観点から、本発明に係るコポリマーの正孔移動度がこの範囲にあることが好ましい。正孔移動度の測定方法としてはFET法が挙げられる。FET法は公知文献(特開2010−045186号公報)に記載の方法により行うことができる。
The hole mobility of the copolymer according to the present invention (sometimes referred to as hole mobility) is usually 1.0 × 10 −7 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more. More preferably, it is 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, and particularly preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more. On the other hand, the hole mobility of the copolymer according to the present invention is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 1.0 × 10 6. 2 cm 2 / Vs or less, particularly preferably 1.0 × 10 cm 2 / Vs or less. When the hole mobility is in this range, the copolymer according to the present invention is suitably used as a semiconductor material. Further, in order to obtain high conversion efficiency in the photoelectric conversion element, it is important to balance the mobility of the n-type semiconductor compound and the mobility of the p-type semiconductor compound. When the copolymer according to the present invention is used as a p-type semiconductor compound in a photoelectric conversion element, from the viewpoint of bringing the hole mobility of the copolymer according to the present invention close to the electron mobility of the n-type semiconductor compound, the copolymer according to the present invention is positive. The hole mobility is preferably within this range. As a method for measuring the hole mobility, there is an FET method. The FET method can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

一方で、本発明に係るコポリマーは溶液状態での保存安定性が高いことが好ましい。保存安定性が高いとは、溶液とした時に凝集しにくいことを意味する。より具体的には、本発明に係るコポリマー2mgを2mLのスクリューバイアルに入れ、1.5質量%の濃度になるようにo−キシレンに加熱溶解させてから室温まで冷却した際に、冷却を開始してから5分間以上ゲル化しないことが好ましく、1時間以上ゲル化しないことがより好ましい。   On the other hand, the copolymer according to the present invention preferably has high storage stability in a solution state. High storage stability means that it is difficult to aggregate when made into a solution. More specifically, 2 mg of the copolymer according to the present invention was placed in a 2 mL screw vial, dissolved in o-xylene to a concentration of 1.5% by mass, and then cooled to room temperature. Then, it is preferable not to gel for 5 minutes or more, and it is more preferable not to gel for 1 hour or more.

本発明に係るコポリマー中の不純物は極力少ないほうが好ましい。特に、式(1)で表される構造単位を有するコポリマーを合成する際に、パラジウム、銅等の遷移金属触媒を用いた場合、これらがコポリマー中に残存する場合がありうる。これらの金属触媒がコポリマー中に残存していると遷移金属の重原子効果による励起子トラップが生じるために電荷移動が阻害され、結果として本発明に係るコポリマーを光電変換素子に用いた際に光電変換効率を低下させるおそれがある。そのため、遷移金属触媒の濃度は、コポリマー1gあたり、通常1000ppm以下、好ましくは500pm以下、より好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上であってもよい。   The impurities in the copolymer according to the present invention are preferably as few as possible. In particular, when a copolymer having a structural unit represented by the formula (1) is synthesized, when a transition metal catalyst such as palladium or copper is used, these may remain in the copolymer. If these metal catalysts remain in the copolymer, exciton traps due to the heavy atom effect of the transition metal occur and charge transfer is inhibited. As a result, when the copolymer according to the present invention is used in a photoelectric conversion element, There is a risk of reducing the conversion efficiency. Therefore, the concentration of the transition metal catalyst is usually 1000 ppm or less, preferably 500 pm or less, more preferably 100 ppm or less per 1 g of copolymer. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm and may be 1 ppm or more, or 3 ppm or more.

なお、コポリマー中に含有される不純物は、例えば、ICP質量分析法により測定することができる。ICP質量分析法は、公知文献(「プラズマイオン源質量分析」(学会出版センター))に記載されている方法により実施できる。具体的には、パラジウム原子及び銅原子については、試料を湿式分解後、分解液中のPd,SnをICP質量分析装置(Agilent Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量することができる。   The impurities contained in the copolymer can be measured by, for example, ICP mass spectrometry. ICP mass spectrometry can be carried out by a method described in a known document (“Plasma ion source mass spectrometry” (Academic Publishing Center)). Specifically, about palladium atom and copper atom, after wet-decomposing the sample, Pd and Sn in the decomposition solution are analyzed by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (ICP mass spectrometer 7500ce type manufactured by Agilent Technologies). It can be quantified.

本発明に係るコポリマーは、式(1)に示されるように、主鎖に五員環が並ぶため、ポリマーの主鎖方向の直線性と平面性が高くなると考えられる。ポリマーの直線性が高いと、π共役が直線的に長くなるため、長波長の光を強く吸収する事が可能となる。またポリマーの平面性が高いとポリマー同士がπスタックし易くなり、耐久性の向上とπスタック方向の移動度の向上が得られる。加えてポリマーが高い平面性を持つことによってHOMO及びLUMOがポリマー全体に分布し、これによりポリマー内の移動度が向上するほか、n型半導体がポリマーのどの部分と接触してもn型半導体のLUMOがポリマーのLUMOと重なる事ができ、電荷分離が起こり易くなる。   As shown in the formula (1), the copolymer according to the present invention is considered to have high linearity and planarity in the main chain direction of the polymer because five-membered rings are arranged in the main chain. When the linearity of the polymer is high, the π conjugation becomes linearly long, so that it is possible to strongly absorb long wavelength light. In addition, when the planarity of the polymer is high, the polymers are easily π-stacked with each other, and the durability is improved and the mobility in the π-stack direction is improved. In addition, since the polymer has high planarity, HOMO and LUMO are distributed throughout the polymer, thereby improving the mobility in the polymer, and no matter where the n-type semiconductor comes into contact with the polymer, LUMO can overlap with LUMO of the polymer, and charge separation is likely to occur.

<2.本発明に係るコポリマーの製造方法>
本発明のコポリマーの製造方法に特段の限定はなく、例えばイソチアナフテン誘導体及びチオフェン誘導体を用いて公知の方法で製造することができる。本発明に係るコポリマーの好ましい製造方法は、下記一般式(3)で表されるイソチアナフテン誘導体化合物と、下記一般式(4)で表される5員環誘導体化合物とを、必要であれば適当な触媒の存在下で、重合する方法が挙げられる。
<2. Method for producing copolymer according to the present invention>
The method for producing the copolymer of the present invention is not particularly limited, and for example, it can be produced by a known method using isothianaphthene derivatives and thiophene derivatives. A preferred method for producing a copolymer according to the present invention comprises an isothianaphthene derivative compound represented by the following general formula (3) and a 5-membered ring derivative compound represented by the following general formula (4), if necessary. The method of superposing | polymerizing in presence of a suitable catalyst is mentioned.

Figure 2015218221
Figure 2015218221

上記式(3)中、R〜Rは、式(1)のR〜Rと同義である。 In the above formula (3), R 1 to R 6 have the same meanings as R 1 to R 6 of formula (1).

上記式(3)中のA及び上記式(4)中のQは、重合反応の種類に応じて適宜選択でき、特段の制限はないが、それぞれ独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基(−B(OH))、ホルミル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。 A in the above formula (3) and Q in the above formula (4) can be appropriately selected according to the kind of the polymerization reaction, and there is no particular limitation, but each independently represents a halogen atom, an alkylstannyl group, Alkylsulfo group, arylsulfo group, arylalkylsulfo group, boric acid ester residue, sulfonium methyl group, phosphonium methyl group, phosphonate methyl group, monohalogenated methyl group, boric acid residue (-B (OH) 2 ), Represents a formyl group, an alkenyl group or an alkynyl group.

ハロゲン原子は、特段の制限はないが、臭素原子又はヨウ素原子が好ましい。   The halogen atom is not particularly limited, but is preferably a bromine atom or an iodine atom.

ホウ酸エステル残基は、特段の制限はないが、例えば、下記式で示される基が挙げられる。   The borate ester residue is not particularly limited, and examples thereof include a group represented by the following formula.

Figure 2015218221
Figure 2015218221

(上記式中、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。) (In the above formula, Me represents a methyl group and Et represents an ethyl group.)

アルキルスタニル基は、特段の制限はないが、例えば、下記式で示される基が挙げられる。   The alkylstannyl group is not particularly limited, and examples thereof include a group represented by the following formula.

Figure 2015218221
Figure 2015218221

(上記式中、Meはメチル基を表し、Buはブチル基を表す。) (In the above formula, Me represents a methyl group and Bu represents a butyl group.)

アルケニル基は、特段の制限はないが、例えば、炭素数2〜12のアルケニル基が好ましい。   The alkenyl group is not particularly limited, but for example, an alkenyl group having 2 to 12 carbon atoms is preferable.

上述の中でも、式(3)又は(4)で表される化合物の合成上の観点及び反応のし易さの観点から、A及びQは各々独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、ホウ酸エステル残基、又はホウ酸残基(−B(OH))であることが好ましい。 Among the above, A and Q are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, boron, from the viewpoint of synthesis of the compound represented by formula (3) or (4) and the viewpoint of easy reaction. It is preferably an acid ester residue or a boric acid residue (—B (OH) 2 ).

本発明のコポリマーの重合に用いる反応方法としては、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法、ヘック反応方法、園頭反応方法、FeClなどの酸化剤を用いる反応方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による反応方法などが挙げられる。これらの中でも、Suzuki−Miyauraカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。特に、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Grignard反応方法が、材料の入手しやすさ、反応操作の簡便さの点からも好ましい。これらの反応は、「クロスカップリング−基礎と産業応用−(CMC出版)」、「有機合成のための遷移金属触媒反応(辻二郎著:有機合成化学協会編)」、「有機合成のための触媒反応103(檜山為次郎:東京化学同人)」などの公知文献の記載の方法に従って行うことができる。 The reaction method used for the polymerization of the copolymer of the present invention includes Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, Stille coupling reaction method, Yamamoto coupling reaction method, Grignard reaction method, Heck reaction method, Sonogashira reaction method, FeCl 3 and the like. A reaction method using an oxidizing agent, a method using an electrochemical oxidation reaction, a reaction method by decomposition of an intermediate compound having an appropriate leaving group, and the like. Among these, the Suzuki-Miyaura coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, the Yamamoto coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable in terms of easy structure control. In particular, the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable from the viewpoint of easy availability of materials and easy reaction operation. These reactions are described in "Cross Coupling-Fundamentals and Industrial Applications (CMC Publishing)", "Transition Metal Catalyzed Reactions for Organic Synthesis (edited by Jiro Jiro: edited by Organic Synthetic Chemistry Association)", "For Organic Synthesis" The reaction can be carried out according to a method described in known literature such as “catalytic reaction 103 (Teijiro Hatakeyama: Tokyo Kagaku Dojin)”.

なお、特段の制限はないが、例えば、A又はQがアルキルスタニル基である場合には公知のStilleカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。また、A又はBがホウ酸エステル残基又はホウ酸残基である場合には公知のSuzuki−Miyauraカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。さらに、A又はQがシリル基である場合には公知のHiyamaカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。カップリング反応の触媒としては例えば、パラジウム等の遷移金属と、配位子(例えばトリフェニルホスフィン等のホスフィン配位子)との組み合わせを用いることができる。   Although there is no particular limitation, for example, when A or Q is an alkylstannyl group, the reaction may be performed in accordance with known Stille coupling reaction conditions. Further, when A or B is a boric acid ester residue or a boric acid residue, the reaction may be carried out according to the conditions of a known Suzuki-Miyaura coupling reaction. Furthermore, when A or Q is a silyl group, the reaction may be carried out according to the conditions of the known Hiyama coupling reaction. As a catalyst for the coupling reaction, for example, a combination of a transition metal such as palladium and a ligand (for example, a phosphine ligand such as triphenylphosphine) can be used.

以下では、代表例として、Stilleカップリング反応方法を用いる本発明に係るコポリマーの製造方法について説明する。   Below, the manufacturing method of the copolymer based on this invention using the Stille coupling reaction method is demonstrated as a typical example.

Stilleカップリング反応方法を用いる場合、式(3)中のAがハロゲン原子であり、かつ式(4)中のBがアルキルスタニル基であるか、式(3)中のAがアルキルスタニル基であり、式(4)中のXが、ハロゲン原子であることが好ましい。   When the Stille coupling reaction method is used, A in Formula (3) is a halogen atom and B in Formula (4) is an alkylstannyl group, or A in Formula (3) is alkylstannyl. It is preferable that X in the formula (4) is a halogen atom.

重合反応において用いられる、式(3)で表される化合物の量に対する、式(4)で表される化合物の量の比は、モル比換算にして、通常0.90以上、好ましくは0.95以上であり、一方、通常1.3以下、好ましくは1.2以下である。モル比率がこのような範囲内にあることは、より高い収率で高分子量体を取得しうる点で好ましい。   The ratio of the amount of the compound represented by the formula (4) to the amount of the compound represented by the formula (3) used in the polymerization reaction is usually 0.90 or more, preferably 0.8. On the other hand, it is usually 1.3 or less, preferably 1.2 or less. It is preferable that the molar ratio is within such a range because a high molecular weight product can be obtained with a higher yield.

本発明に係るコポリマーを高純度で製造する場合は、重合前のモノマー(式(3)及び(4)で表される化合物)を精製した後に、重合反応を行うことが好ましい。精製方法としては、例えば、蒸留、昇華精製、カラムクロマトグラフィー又は再結晶等が挙げられる。   When the copolymer according to the present invention is produced with high purity, it is preferable to carry out the polymerization reaction after purifying the monomer before polymerization (compounds represented by formulas (3) and (4)). Examples of the purification method include distillation, sublimation purification, column chromatography, recrystallization, and the like.

例えば、本発明に係るコポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、その純度が高いことにより素子特性が向上しうるため、コポリマーが高純度であることが望ましい。本発明に係るコポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、式(3)及び(4)で表される化合物のそれぞれの純度は90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。   For example, when the copolymer according to the present invention is used as a material for an organic photoelectric conversion device, it is desirable that the copolymer has a high purity because the device characteristics can be improved due to its high purity. When the copolymer according to the present invention is used as a material for an organic photoelectric conversion element, the purity of each of the compounds represented by the formulas (3) and (4) is preferably 90% or more, and 95% or more. Is more preferable.

重合反応において重合促進のために遷移金属触媒等を用いてもよい。遷移金属触媒は、重合の種類に応じて選択すればよい。遷移金属触媒としては、均一系遷移金属触媒と不均一系遷移金属触媒とが挙げられる。   A transition metal catalyst or the like may be used for promoting polymerization in the polymerization reaction. What is necessary is just to select a transition metal catalyst according to the kind of superposition | polymerization. Examples of transition metal catalysts include homogeneous transition metal catalysts and heterogeneous transition metal catalysts.

均一系遷移金属触媒としては、重合反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい
。好ましい例としては、特に、パラジウム、ニッケル、鉄、又は銅を含む、後周期遷移金属錯体触媒が挙げられる。具体的な例としては、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)又はトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(Pd(dba))等の0価のパラジウム触媒;ビス(トリフェニルホスフィン)塩化パラジウム(PdCl((PPh)))又は酢酸パラジウム等の2価のパラジウム触媒等のパラジウム(Pd)触媒;Ni(dppp)Cl又はNi(dppe)Cl等のニッケル触媒;塩化鉄等の鉄触媒;ヨウ化銅等の銅触媒等が挙げられる。ここで、dbaはジベンジリデンアセトンを表し、dpppは1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンを表し、dppeは1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタンを表す。
The homogeneous transition metal catalyst is preferably one that is sufficiently soluble in the solvent used for the polymerization reaction. Preferred examples include late transition metal complex catalysts containing palladium, nickel, iron, or copper, among others. Specific examples include zero-valent palladium catalysts such as tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ) or tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (Pd 2 (dba) 3 ); bis (tri Palladium (Pd) catalysts such as phenylphosphine) palladium chloride (PdCl 2 ((PPh 3 )) 2 ) or divalent palladium catalysts such as palladium acetate; nickel such as Ni (dppp) Cl 2 or Ni (dppe) Cl 2 Catalysts: iron catalysts such as iron chloride; copper catalysts such as copper iodide. Here, dba represents dibenzylideneacetone, dppp represents 1,2-bis (diphenylphosphino) propane, and dppe represents 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane.

0価のPd触媒として具体的には、Pd(PPh、Pd(P(o−tolyl)、Pd(PCy、Pd(dba)3、PdCl(PPh))等が挙げられる。PdCl((PPh))又は酢酸パラジウム等の2価のPd触媒を用いる場合には、PPhやP(o−tolyl)等の有機配位子と併せて使用することが好ましい。ここで、Phはフェニル基を表し、Cyはシクロヘキシル基を表し、o−tolylは2−トリル基を表す。 Specific examples of the zero-valent Pd catalyst include Pd (PPh 3 ) 4 , Pd (P (o-tolyl) 3 ) 4 , Pd (PCy 3 ) 2 , Pd 2 (dba) 3, PdCl 2 (PPh 3 ) ) 2 etc. are mentioned. When a divalent Pd catalyst such as PdCl 2 ((PPh 3 )) 2 or palladium acetate is used, it is preferably used in combination with an organic ligand such as PPh 3 or P (o-tolyl) 3 . Here, Ph represents a phenyl group, Cy represents a cyclohexyl group, and o-tolyl represents a 2-tolyl group.

不均一系遷移金属触媒としては、上述のような均一系遷移金属触媒を、担体に担持させることによって得られる触媒が挙げられる。不均一系遷移金属触媒が含む遷移金属の好ましい例としては、パラジウム、ニッケル、鉄、又は銅を含む、後周期遷移金属が挙げられる。不均一系遷移金属錯体触媒が有する有機配位子としては、均一系遷移金属錯体触媒について挙げたものと同様のものを用いることができる。また、公知文献(Strem社,”Heterogeneous Catalysts”(2011年))記載の有機配位子を用いることもできる。担体の例としては、金属、ナノコロイド、ナノ粒子、磁性化合物、金属酸化物、多孔質物質、粘土、例えば尿素樹脂のようなポリマー、及びデンドリマー等が挙げられる。多孔質物質の具体的な例としては、ミクロ孔物質、メソ孔物質、活性炭、シリカゲル、アルミナ、及びゼオライト等が挙げられる。特に、ポリマーに担持された不均一系遷移金属錯体触媒を用いることは、不均一系遷移金属錯体触媒の回収が容易であるために好ましい。また、ポリマーが多孔性であることは、反応を促進する点でより好ましい。   Examples of the heterogeneous transition metal catalyst include a catalyst obtained by supporting a homogeneous transition metal catalyst as described above on a carrier. Preferable examples of the transition metal included in the heterogeneous transition metal catalyst include late transition metals including palladium, nickel, iron, or copper. As an organic ligand which a heterogeneous transition metal complex catalyst has, the same thing as what was mentioned about the homogeneous transition metal complex catalyst can be used. In addition, organic ligands described in known literature (Strem, “Heterogeneous Catalysts” (2011)) can also be used. Examples of the carrier include metals, nanocolloids, nanoparticles, magnetic compounds, metal oxides, porous materials, clays, polymers such as urea resins, and dendrimers. Specific examples of the porous material include microporous material, mesoporous material, activated carbon, silica gel, alumina, and zeolite. In particular, it is preferable to use a heterogeneous transition metal complex catalyst supported on a polymer because the heterogeneous transition metal complex catalyst can be easily recovered. Moreover, it is more preferable that the polymer is porous in terms of promoting the reaction.

重合反応においては、2種以上の遷移金属錯体触媒を用いることが、高分子量のコポリマーが得られうる点で好ましい。例えば、2種以上の均一系遷移金属錯体を用いてもよいし、2種以上の不均一系遷移金属錯体を用いてもよいし、均一系遷移金属錯体と不均一系遷移金属錯体とを組み合わせて用いてもよい。この2種以上の遷移金属錯体触媒のうち、少なくとも1種は不均一系金属錯体触媒であることが、カップリング反応条件下でモノマーをすばやくオリゴマーに変換することができる点で好ましい。また、オリゴマーになると不均一系金属触媒による重合反応速度が落ちる傾向にあるため、オリゴマーからポリマーへの誘導を均一系金属触媒で行う方が、高分子量体を得るために好ましい。この観点から、2種以上の遷移金属錯体触媒のうち、少なくとも1種が不均一系金属錯体触媒であり、かつ少なくとも1種が均一系金属錯体触媒であることがより好ましい。   In the polymerization reaction, it is preferable to use two or more transition metal complex catalysts in that a high molecular weight copolymer can be obtained. For example, two or more kinds of homogeneous transition metal complexes may be used, two or more kinds of heterogeneous transition metal complexes may be used, or a combination of a homogeneous transition metal complex and a heterogeneous transition metal complex may be used. May be used. Of these two or more transition metal complex catalysts, at least one of them is preferably a heterogeneous metal complex catalyst in that a monomer can be quickly converted into an oligomer under coupling reaction conditions. In addition, since oligomerization tends to decrease the polymerization reaction rate due to the heterogeneous metal catalyst, it is preferable to induce the oligomer to the polymer with the homogeneous metal catalyst in order to obtain a high molecular weight product. From this viewpoint, it is more preferable that at least one of the two or more transition metal complex catalysts is a heterogeneous metal complex catalyst and at least one is a homogeneous metal complex catalyst.

式(3)及び(4)で表される化合物の量の合計に対する遷移金属錯体の使用量は、通常1×10−4mol%以上、好ましくは1×10−3mol%以上、より好ましくは1×10−2mol%以上であり、一方、通常1×10mol%以下、より好ましくは5mol%以下である。触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率で、より高分子量のコポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。 The amount of the transition metal complex used relative to the total amount of the compounds represented by formulas (3) and (4) is usually 1 × 10 −4 mol% or more, preferably 1 × 10 −3 mol% or more, more preferably and a 1 × 10 -2 mol% or more, whereas, usually 1 × 10 2 mol%, more preferably at most 5 mol%. It is preferable that the amount of the catalyst used be in this range because a higher molecular weight copolymer tends to be obtained at a lower cost and a higher yield.

遷移金属触媒を使用する場合に、アルカリ、補触媒又は相間移動触媒を併用してもよい。   When a transition metal catalyst is used, an alkali, a cocatalyst, or a phase transfer catalyst may be used in combination.

アルカリとしては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の無機塩基;トリエチルアミン等の有機塩基;等が挙げられる。   Examples of the alkali include inorganic bases such as potassium carbonate, sodium carbonate and cesium carbonate; organic bases such as triethylamine.

補触媒としては、例えば、フッ化セシウム、酸化銅又はハロゲン化銅等の無機塩が挙げられる。補触媒の使用量は、式(3)及び(4)で表される化合物の量の合計に対して、通常1×10−4mol%以上、好ましくは1×10−3mol%以上、より好ましくは1×10−2mol%以上であり、一方、通常1×10mol%以下、好ましくは1×10mol%以下、より好ましくは1.5×10mol%以下である。補触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でコポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。 Examples of the cocatalyst include inorganic salts such as cesium fluoride, copper oxide, and copper halide. The amount of the cocatalyst used is usually 1 × 10 −4 mol% or more, preferably 1 × 10 −3 mol% or more, based on the total amount of the compounds represented by formulas (3) and (4). Preferably, it is 1 × 10 −2 mol% or more, and is usually 1 × 10 4 mol% or less, preferably 1 × 10 3 mol% or less, more preferably 1.5 × 10 2 mol% or less. It is preferable that the amount of the cocatalyst used be in this range because the copolymer tends to be obtained at a lower cost and with a higher yield.

相間移動触媒としては、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド又はAliquat336(アルドリッチ社製)のような四級アンモニウム塩等が挙げられる。相間移動触媒の使用量は、式(3)及び(4)で表される化合物の量の合計に対して、通常1×10−4mol%以上、好ましくは1×10−3mol%以上、より好ましくは1×10−2mol%以上であり、一方、通常5mol%以下、より好ましくは3mol%以下である。相間移動触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でコポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。 Examples of the phase transfer catalyst include tetraethylammonium hydroxide or quaternary ammonium salts such as Aliquat 336 (manufactured by Aldrich). The amount of the phase transfer catalyst used is usually 1 × 10 −4 mol% or more, preferably 1 × 10 −3 mol% or more, based on the total amount of the compounds represented by the formulas (3) and (4). More preferably, it is 1 × 10 −2 mol% or more, while it is usually 5 mol% or less, more preferably 3 mol% or less. It is preferable that the amount of the phase transfer catalyst used is in this range because the copolymer tends to be obtained at a lower cost and in a higher yield.

重合反応に用いられる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン又はシクロヘキサン等の飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン又はキシレン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン又はトリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール又はt−ブチルアルコール等のアルコール類;水;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン又はジオキサン等のエーテル類;DMF等の非プロトン性極性有機溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、一種を単独で用いても二種以上を併用してもよい。   Examples of the solvent used in the polymerization reaction include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene; halogens such as chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene. Aromatic hydrocarbons; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol or t-butyl alcohol; water; ethers such as dimethyl ether, diethyl ether, methyl t-butyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran or dioxane; DMF And aprotic polar organic solvents such as These solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒の使用量は、式(3)及び(4)で表される化合物の合計1gに対して、通常、1×10−2mL以上、好ましくは1×10−1mL以上、より好ましくは1mL以上であり、一方、通常1×10mL以下、好ましくは1×10mL以下、より好ましくは2×10mL以下である。溶媒の使用量がこの範囲にあることは、反応の制御がより容易となる点で好ましい。 The amount of the solvent used is usually 1 × 10 −2 mL or more, preferably 1 × 10 −1 mL or more, more preferably 1 mL with respect to a total of 1 g of the compounds represented by formulas (3) and (4). On the other hand, it is usually 1 × 10 5 mL or less, preferably 1 × 10 3 mL or less, more preferably 2 × 10 2 mL or less. It is preferable that the amount of the solvent used is in this range in that the reaction can be easily controlled.

重合反応の反応温度は、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。一方、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは160℃以下である。加熱方法としては特段の制限は無いが、オイルバス加熱、熱電対加熱、赤外線加熱、マイクロウェーブ加熱の他、IHヒーターを用いた接触による加熱等が挙げられる。重合反応の時間は、通常1分間以上、好ましくは10分間以上、一方、通常160時間以下、好ましくは120時間以下、より好ましくは100時間以下である。また重合反応は窒素(N)又はアルゴン(Ar)雰囲気下で行うことが好ましい。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い収率でコポリマーが得られうる。 The reaction temperature of the polymerization reaction is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. On the other hand, it is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, further preferably 180 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower. The heating method is not particularly limited, but examples include oil bath heating, thermocouple heating, infrared heating, microwave heating, heating by contact using an IH heater, and the like. The time for the polymerization reaction is usually 1 minute or more, preferably 10 minutes or more, while it is usually 160 hours or less, preferably 120 hours or less, more preferably 100 hours or less. The polymerization reaction is preferably performed in a nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) atmosphere. By carrying out the reaction under these reaction conditions, the copolymer can be obtained in a shorter time and with a higher yield.

重合反応により得られたコポリマーに対しては、さらに末端処理を行うことが好ましい。コポリマーの末端処理を行うことにより、コポリマーの末端残基(上述のA及びQ)の残存量を減らすことができる。例えば、Stilleカップリング反応によってコポリマーを重合した場合には、コポリマーの末端に存在する臭素(Br)やヨウ素(I)等のハ
ロゲン原子及びアルキルスタニル基を、末端処理によって減らすことができる。この末端処理を行うことは、効率及び耐久性の点でよりよい性能のコポリマーを得ることができるために、好ましい。
It is preferable to further end-treat the copolymer obtained by the polymerization reaction. By performing the terminal treatment of the copolymer, the residual amount of the terminal residues (A and Q described above) of the copolymer can be reduced. For example, when a copolymer is polymerized by a Stille coupling reaction, halogen atoms such as bromine (Br) and iodine (I) and alkylstannyl groups present at the terminal of the copolymer can be reduced by terminal treatment. This terminal treatment is preferable because a copolymer having better performance in terms of efficiency and durability can be obtained.

重合反応後に行うコポリマーの末端処理方法としては、特段の制限は無いが、例えば末端残基を芳香族基のような他の置換基で置換する方法が挙げられる。   The terminal treatment method of the copolymer after the polymerization reaction is not particularly limited, and examples thereof include a method of substituting the terminal residue with another substituent such as an aromatic group.

例えば、Stilleカップリング反応によってコポリマーを重合した場合の末端処理方法としては、以下の方法が挙げられる。コポリマーのハロゲン原子の末端処理方法としては、重合反応後の精製前の反応系中に、末端処理剤としてアリールトリアルキルスズを加えた後、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールトリアルキルスズの例としてはフェニルトリメチルスズ又はチエニルトリメチルスズ等が挙げられる。コポリマーの末端のハロゲン原子を芳香族基に置換することは、共役安定効果により、コポリマーがより安定になるために、好ましい。   For example, as a terminal treatment method when a copolymer is polymerized by a Stille coupling reaction, the following method may be mentioned. The method for terminal treatment of the halogen atom of the copolymer can be carried out by adding aryltrialkyltin as a terminal treatment agent in the reaction system after the polymerization reaction and before purification, followed by heating and stirring. Examples of aryltrialkyltin include phenyltrimethyltin or thienyltrimethyltin. Substitution of a halogen atom at the terminal of the copolymer with an aromatic group is preferable because the copolymer becomes more stable due to the conjugate stability effect.

末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、重合反応に用いたハロゲン原子を末端に有するモノマー(3又は4)の量に対して、通常1.0×10−2モル当量以上、好ましくは0.1モル当量以上、より好ましくは1モル当量以上であり、一方、通常50モル当量以下、好ましくは20モル当量以下、より好ましくは10モル当量以下である。ハロゲン原子の末端処理の反応温度は、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。一方、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは160℃以下である。加熱方法としては、特段の制限は無いが、オイルバス加熱、熱電対加熱、赤外線加熱、マイクロウェーブ加熱の他、IHヒーターを用いた接触による加熱等が挙げられる。コポリマーのハロゲン原子の末端処理の反応時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常50時間以下、好ましくは20時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the end treatment agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 molar equivalent or more with respect to the amount of the monomer (3 or 4) having a halogen atom at the terminal used in the polymerization reaction. , Preferably 0.1 molar equivalents or more, more preferably 1 molar equivalents or more, and usually 50 molar equivalents or less, preferably 20 molar equivalents or less, more preferably 10 molar equivalents or less. The reaction temperature of the halogen atom terminal treatment is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. On the other hand, it is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, further preferably 180 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower. The heating method is not particularly limited, and examples thereof include oil bath heating, thermocouple heating, infrared heating, microwave heating, heating by contact using an IH heater, and the like. The reaction time of the terminal treatment of the halogen atom of the copolymer is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 50 hours or shorter, preferably 20 hours or shorter. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate.

また、コポリマーのアルキルスタニル基の末端処理方法としては、重合反応後の精製前の反応系中に、末端処理剤としてアリールハライドを加えたのち、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールハライドの例としてはヨードチオフェン、ヨードベンゼン、ブロモチオフェン又はブロモベンゼン等が挙げられる。コポリマーの末端のアルキルスタニル基を別の置換基へと置換することにより、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のSn原子がコポリマー中に存在しなくなり、コポリマーの経時劣化が抑えられうる。また、コポリマーの末端のアルキルスタニル基をアリール基に置換することは、共役安定効果によりコポリマーがより安定になりうる点においても好ましい。   Further, the terminal treatment method of the alkylstannyl group of the copolymer can be carried out by adding an aryl halide as a terminal treating agent in the reaction system after the polymerization reaction and before purification, followed by heating and stirring. Examples of aryl halides include iodothiophene, iodobenzene, bromothiophene or bromobenzene. By substituting the alkylstannyl group at the terminal of the copolymer with another substituent, the Sn atom in the alkylstannyl group which is easily thermally decomposed does not exist in the copolymer, and deterioration of the copolymer over time can be suppressed. Further, substitution of the alkylstannyl group at the terminal of the copolymer with an aryl group is also preferable in that the copolymer can be more stable due to the conjugate stability effect.

末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、重合に用いたアルキルスタニル基を末端に有するモノマー(3又は4)の量に対して、通常1.0×10−2モル当量以上、好ましくは0.1モル当量以上、より好ましくは1モル当量以上であり、一方、通常50モル当量以下、好ましくは20モル当量以下、より好ましくは10モル当量以下である。アルキルスタニル基の末端処理の反応温度及び反応条件としては、コポリマーのハロゲン原子の末端処理と同様のものを用いることができる。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the end treatment agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 molar equivalent to the amount of the monomer (3 or 4) having an alkylstannyl group at the terminal used for polymerization. As mentioned above, Preferably it is 0.1 molar equivalent or more, More preferably, it is 1 molar equivalent or more, On the other hand, Usually, it is 50 molar equivalent or less, Preferably it is 20 molar equivalent or less, More preferably, it is 10 molar equivalent or less. As the reaction temperature and reaction conditions for the terminal treatment of the alkylstannyl group, those similar to the terminal treatment of the halogen atom of the copolymer can be used. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate.

また、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応によりコポリマーを重合した場合の末端処理の方法としては、以下の方法が挙げられる。コポリマーのハロゲン原子の末端処理方法としては、アリールボロン酸を加えたのち、加熱攪拌を行う方法が挙げられる。コポリマーのホウ素原子含有基の末端処理方法としては、末端処理剤としてアリ
ールハライドを加えたのち、加熱攪拌を行う方法が挙げられる。
Moreover, the following method is mentioned as a method of terminal treatment at the time of polymerizing a copolymer by Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. Examples of the method for terminal treatment of the halogen atom of the copolymer include a method in which arylboronic acid is added and then heated and stirred. Examples of the terminal treatment method of the boron atom-containing group of the copolymer include a method in which an aryl halide is added as a terminal treatment agent and then heated and stirred.

末端残基の末端処理方法に特段の制限はないが、それぞれ独立に行うことが好ましい。なお、それぞれの末端処理の順序に特段の制限は無く、適宜選択できる。   There is no particular limitation on the terminal treatment method of the terminal residue, but it is preferable to carry out each independently. In addition, there is no special restriction | limiting in the order of each terminal process, It can select suitably.

また、末端処理は、コポリマーの精製前に行ってもよいが、コポリマーの精製後に行ってもよい。末端処理をコポリマー精製後に行う場合には、コポリマーと片方の末端処理剤(例えばアリールハライド又はアリールトリアルキルスズ)とを有機溶剤に溶解した後、パラジウム触媒等の遷移金属触媒を加えて反応を行い、さらにもう片方の末端処理剤(アリールトリアルキルスズ又はアリールハライド)を加えて反応を行えばよい。反応を促進する観点から、末端処理をコポリマー精製前に行う場合と同様に、末端処理時には加熱攪拌を行うことか好ましい。また、収率を向上させる観点から、反応を窒素条件下で行うことも好ましい。反応時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常25時間以下、好ましくは10時間以下である。   Further, the terminal treatment may be performed before the purification of the copolymer, but may be performed after the purification of the copolymer. When the end treatment is performed after the copolymer purification, the copolymer and one of the end treatment agents (for example, aryl halide or aryltrialkyltin) are dissolved in an organic solvent, and then a reaction is performed by adding a transition metal catalyst such as a palladium catalyst. Further, the other end treatment agent (aryltrialkyltin or aryl halide) may be added to carry out the reaction. From the viewpoint of accelerating the reaction, it is preferable to perform heating and stirring during the terminal treatment, as in the case where the terminal treatment is performed before the purification of the copolymer. Moreover, it is also preferable to perform reaction under nitrogen conditions from a viewpoint of improving a yield. The reaction time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 25 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter.

遷移金属触媒の添加量としては、特段の制限は無いが、式(3)又は(4)で表される化合物の量の合計に対して、通常5.0×10−3モル当量以上、好ましくは1.0×10−2モル当量以上であり、一方、通常1.0×10−1モル当量以下、好ましくは5.0×10−2モル当量以下である。触媒の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the transition metal catalyst is not particularly limited, but usually 5.0 × 10 −3 molar equivalents or more, preferably with respect to the total amount of the compounds represented by formula (3) or (4) Is 1.0 × 10 −2 molar equivalent or more, and is usually 1.0 × 10 −1 molar equivalent or less, preferably 5.0 × 10 −2 molar equivalent or less. When the addition amount of the catalyst is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

コポリマー精製後の末端処理時における、アルキルスタニル基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、重合に用いたアルキルスタニル基を末端に有するモノマー(3又は4)の量に対して、通常1.0×10−2モル当量以上、好ましくは1.0×10−1モル当量以上、より好ましくは1モル当量以上であり、一方、通常50モル当量以下、好ましくは20モル当量以下、より好ましくは10モル当量以下である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the alkylstannyl end-treating agent at the end treatment after refining the copolymer is not particularly limited, but the amount of the monomer (3 or 4) having an alkylstannyl group at the terminal used in the polymerization Is usually 1.0 × 10 −2 molar equivalents or more, preferably 1.0 × 10 −1 molar equivalents or more, more preferably 1 molar equivalents or more, and usually 50 molar equivalents or less, preferably 20 The molar equivalent or less, more preferably 10 molar equivalent or less. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

コポリマー生成後の末端処理時における、ハロゲン原子の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、重合に用いたハロゲン原子を末端に有するモノマー(2又は3)の量に対して、通常1.0×10−2モル当量以上、好ましくは1.0×10−1モル当量以上、より好ましくは1モル当量以上であり、一方、通常50モル当量以下、好ましくは20モル当量以下、より好ましくは10モル当量以下である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the halogen atom end treatment agent at the end treatment after the copolymer formation is not particularly limited, but with respect to the amount of the monomer (2 or 3) having a halogen atom at the terminal used for polymerization, Usually 1.0 × 10 −2 molar equivalent or more, preferably 1.0 × 10 −1 molar equivalent or more, more preferably 1 molar equivalent or more, while usually 50 molar equivalent or less, preferably 20 molar equivalent or less, More preferably, it is 10 molar equivalents or less. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

重合反応後に行う工程として特に限定はないが、通常はコポリマーを分離する工程が行われる。コポリマーの末端処理を行う場合には、末端処理後にコポリマーを分離する工程を行うことが好ましい。必要に応じて、コポリマーの末端処理前に、さらにコポリマーの分離及び精製を行なってもよい。より短い処理工程でコポリマーを得る観点からは、重合反応後に、コポリマーの末端処理、コポリマーの分離及びコポリマーの精製をこの順に行うことが好ましい。   Although there is no limitation in particular as a process performed after a polymerization reaction, Usually, the process of isolate | separating a copolymer is performed. When the terminal treatment of the copolymer is performed, it is preferable to perform a step of separating the copolymer after the terminal treatment. If necessary, further copolymer separation and purification may be performed prior to copolymer termination. From the viewpoint of obtaining the copolymer in a shorter processing step, it is preferable to carry out the terminal treatment of the copolymer, separation of the copolymer and purification of the copolymer in this order after the polymerization reaction.

コポリマーの分離方法としては、例えば、反応溶液と貧溶媒とを混合してコポリマーを析出させる方法、又は、水若しくは塩酸で反応溶液中の活性種をクエンチした後にコポリマーを有機溶媒で抽出し、この有機溶媒を留去する方法等が挙げられる。   As a method for separating the copolymer, for example, the reaction solution and a poor solvent are mixed to precipitate the copolymer, or the active species in the reaction solution is quenched with water or hydrochloric acid, and then the copolymer is extracted with an organic solvent. Examples include a method of distilling off the organic solvent.

コポリマーの精製方法としては、再沈精製、ソックスレー抽出器を用いた抽出、ゲル浸透クロマトグラフィー、又はスキャベンジャーを用いた金属除去等の、公知の方法が挙げられる。   Examples of the purification method of the copolymer include known methods such as reprecipitation purification, extraction using a Soxhlet extractor, gel permeation chromatography, or metal removal using a scavenger.

[2−1.式(3)及び(4)で表される化合物の製造方法]
重合反応の原料として用いられる上記式(3)で表される化合物の製造方法は特段の制限はなく、公知の方法により製造することができる。例えば、公知文献(Macromolecular Rapid Communications(2007),28(17),1786−1791)に記載の方法に準じて製造することができる。同様に、上記式(4)で表される化合物の製造方法は、特段の制限はなく、公知の方法により製造することができる。例えば、公知のJ.Am.Chem.,Soc.,2010,132(22)7595−7597に記載の方法に準じて製造することができる。
[2-1. Method for producing compounds represented by formulas (3) and (4)]
The method for producing the compound represented by the above formula (3) used as a raw material for the polymerization reaction is not particularly limited and can be produced by a known method. For example, it can be produced according to the method described in known literature (Macromolecular Rapid Communications (2007), 28 (17), 1786-1791). Similarly, the production method of the compound represented by the above formula (4) is not particularly limited and can be produced by a known method. For example, the known J.P. Am. Chem. , Soc. , 2010, 132 (22) 7595-7597.

<3.本発明に係るコポリマーを用いた電子デバイス>
本発明に係るコポリマーを用いた有機電子デバイスについて説明する。具体的に、本発明に係るコポリマーは、発光素子、スイッチング素子、光電変換素子、光電導性を利用した光センサー等に用いることができる。
<3. Electronic Device Using Copolymer According to the Present Invention>
An organic electronic device using the copolymer according to the present invention will be described. Specifically, the copolymer according to the present invention can be used for a light emitting element, a switching element, a photoelectric conversion element, a photosensor utilizing photoelectric conductivity, and the like.

発光素子としては、表示デバイスに用いられる各種の発光素子が挙げられる。具体例としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。スイッチング素子の具体例としては、ダイオード(pn接合ダイオード、ショットキー・ダイオード、MOSダイオード等)、トランジスタ(バイポーラートランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)等)、サイリスタ、更にはそれらの複合素子(例えばTTL等)等が挙げられる。光電変換素子の具体例としては、薄膜太陽電池、電荷結合素子(CCD)、光電子増倍管、フォトカプラ等が挙げられる。また、光電導性を利用した光センサーとしては、これらの光電変換素子を利用したものが挙げられる。   Examples of the light emitting element include various light emitting elements used for display devices. Specific examples include a liquid crystal display element, a polymer dispersion type liquid crystal display element, an electrophoretic display element, an electroluminescent element, an electrochromic element, and the like. Specific examples of the switching element include a diode (pn junction diode, Schottky diode, MOS diode, etc.), a transistor (bipolar transistor, field effect transistor (FET), etc.), a thyristor, and a composite element thereof (for example, TTL). Etc.). Specific examples of the photoelectric conversion element include a thin film solar cell, a charge coupled device (CCD), a photomultiplier tube, and a photocoupler. Moreover, what utilized these photoelectric conversion elements is mentioned as an optical sensor using photoelectric conductivity.

本発明に係るコポリマーを有機電子デバイスのどの部位に用いるかは特に制限されず、任意の部位に用いることが可能であるが、有機電子デバイスの半導体層材料として用いる事が好ましい。特に、光電変換素子の場合には、通常は、本発明に係る有機半導体材料を含有する有機半導体層は、有機活性層として使用される。以下、本発明に係るコポリマーを用いた光電変換素子について説明する。   The part of the organic electronic device in which the copolymer according to the present invention is used is not particularly limited and can be used in any part, but it is preferably used as a semiconductor layer material for the organic electronic device. In particular, in the case of a photoelectric conversion element, the organic semiconductor layer containing the organic semiconductor material according to the present invention is usually used as an organic active layer. Hereinafter, the photoelectric conversion element using the copolymer according to the present invention will be described.

<4.光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、少なくとも、基材と、基材上に形成された一対の電極と、一対の電極間に形成された活性層と、を有し、前記活性層が、本発明に係るコポリマーを含有する。以下、図1を参照して、本発明に係る光電変換素子の一実施形態について説明する。
<4. Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element according to the present invention includes at least a base material, a pair of electrodes formed on the base material, and an active layer formed between the pair of electrodes, and the active layer is the present invention. Containing a copolymer according to Hereinafter, an embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本発明に係る光電変換素子の一実施形態は、基材106上に、下部電極101と、下部バッファ層102と、活性層103と、上部バッファ層104と、上部電極105が順次形成された層構造を有する。本発明において、下部電極とは、基材106側に積層される電極を意味し、上部電極とは、基材106をボトムとした際に、下部電極よりも上部に積層される電極を意味する。なお、本発明において、下部電極101及び上部電極105を合わせて一対の電極と称す場合がある。また、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成ではなく、任意で設ければよく、下部バッファ層102及び上部バッファ層104のうち一方のみを有していてもよい。また、光電変換素子は、上記以外の別の層を任意で有していてもよい。以下、光電変換素子の各構成部材について説明する。   As shown in FIG. 1, one embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention includes a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode on a substrate 106. 105 has a layered structure formed sequentially. In the present invention, the lower electrode means an electrode laminated on the substrate 106 side, and the upper electrode means an electrode laminated above the lower electrode when the substrate 106 is used as the bottom. . In the present invention, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be collectively referred to as a pair of electrodes. In addition, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and may be provided arbitrarily, and may include only one of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Moreover, the photoelectric conversion element may optionally have another layer other than the above. Hereinafter, each component of the photoelectric conversion element will be described.

<4−1.基材106>
光電変換素子107は、通常は支持体となる基材106に形成される。基材106の材
料に特段の制限は無い。基材106の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料、及びフレキシブル基材等が挙げられる。フレキシブル基材の具体例としては、限定されるわけではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料(樹脂基材);紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属箔に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料が挙げられる。
<4-1. Substrate 106>
The photoelectric conversion element 107 is usually formed on a base material 106 that serves as a support. There is no particular limitation on the material of the substrate 106. Preferable examples of the material of the substrate 106 include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania, and flexible substrates. Specific examples of the flexible substrate include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride. Or polyolefin such as polyethylene; organic material (resin substrate) such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; stainless steel, Examples thereof include composite materials such as a metal foil such as titanium or aluminum whose surface is coated or laminated in order to impart insulation.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。   Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. Among these, alkali-free glass is preferable in that there are few eluted ions from the glass.

基材106の形状に制限はなく、例えば、板状、フィルム状又はシート状等のものを用いることができる。   There is no restriction | limiting in the shape of the base material 106, For example, things, such as plate shape, a film form, or a sheet form, can be used.

基材106の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。基材の膜厚が5μm以上であることは、光電変換素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基材106の膜厚が20mm以下であることは、コストが抑えられ、かつ質量が重くならないために好ましい。なお、基材106の材料がガラスである場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基材の膜厚が0.01mm以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、ガラス基材の膜厚が0.5cm以下であることは、質量が重くならないために好ましい。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the base material 106, Usually, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 20 micrometers or more, On the other hand, it is 20 mm or less normally, Preferably it is 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the photoelectric conversion element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate 106 is 20 mm or less because the cost is suppressed and the mass is not increased. In addition, the film thickness when the material of the base material 106 is glass is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, and is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. It is preferable that the glass substrate has a film thickness of 0.01 mm or more because the mechanical strength increases and it is difficult to break. Moreover, it is preferable that the film thickness of the glass substrate is 0.5 cm or less because the mass does not increase.

<4−2.一対の電極(下部電極101及び上部電極105)>
一対の電極(101、106)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって一対の電極には、正孔の捕集に適した電極(以下、アノードと記載する場合もある)と、電子の捕集に適した電極(以下、カソードと記載する場合もある)とを用いることが好ましい。一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるために好ましい。光の透過率は、通常の分光光度計で測定できる。
<4-2. Pair of electrodes (lower electrode 101 and upper electrode 105)>
The pair of electrodes (101, 106) has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Accordingly, the pair of electrodes includes an electrode suitable for collecting holes (hereinafter sometimes referred to as an anode) and an electrode suitable for collecting electrons (hereinafter sometimes referred to as a cathode). It is preferable to use it. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. Further, the solar light transmittance of the transparent electrode is preferably 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

アノードとは、一般には仕事関数がカソードよりも高い導電性材料で構成され、活性層で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。   The anode is an electrode generally made of a conductive material having a work function higher than that of the cathode and having a function of smoothly extracting holes generated in the active layer.

アノードの材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT:PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、この導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、AlやMg等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT:PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等をドーピングした導電性高分子材料を、アノードの材料として使用することもできる。   Examples of anode materials include conductive metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide; Examples thereof include metals such as gold, platinum, silver, chromium and cobalt, or alloys thereof. These substances are preferable because they have a high work function, and further, a conductive polymer material represented by PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be stacked. When laminating such a conductive polymer, the work function of this conductive polymer material is high, so even if it is not a material with a high work function as described above, it is suitable for cathodes such as Al and Mg. Metals can also be widely used. PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid, or a conductive polymer material in which polypyrrole, polyaniline, or the like is doped with iodine or the like can also be used as an anode material.

アノードが透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にITOが好ましい。   When the anode is a transparent electrode, it is preferable to use a light-transmitting conductive metal oxide such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.

アノードの膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは、50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。アノードの膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノードの膜厚が10μm以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。アノードが透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗とを両立できる膜厚を選ぶ必要がある。   The film thickness of the anode is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When the thickness of the anode is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the thickness of the anode is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. When the anode is a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that can achieve both light transmittance and sheet resistance.

アノードのシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。   The sheet resistance of the anode is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.

アノードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法が挙げられる。   Examples of the anode forming method include a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

カソードは、一般には仕事関数が低い値を有する導電性材料で構成され、活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。カソードは、電子取り出し層と隣接する。   The cathode is generally an electrode made of a conductive material having a low work function, and having a function of smoothly extracting electrons generated in the active layer 103. The cathode is adjacent to the electron extraction layer.

カソードの材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソードについてもアノードと同様に、電子取り出し層としてチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、カソードの材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム若しくはインジウム等の金属、又は酸化インジウムスズ等のこれらの金属を用いた合金である。   Examples of cathode materials include platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; lithium fluoride And inorganic salts such as cesium fluoride and metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferable because they are materials having a low work function. Similarly to the anode, a material having a high work function can be used for the cathode by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity as the electron extraction layer. From the viewpoint of electrode protection, the cathode material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium, or an alloy using these metals such as indium tin oxide.

カソードの膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、より好ましくは50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下である。カソードの膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソードの膜厚が10μm以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。カソードが透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。   The film thickness of the cathode is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When the film thickness of the cathode is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the cathode is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. When the cathode is a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.

カソードのシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。   The sheet resistance of the cathode is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.

カソードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法等がある。   As a method for forming the cathode, there are a vacuum film formation method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

さらに、アノード及びカソードは、2層以上の積層構造を有していてもよい。また、アノード及びカソードに対して表面処理を行うことにより、特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Furthermore, the anode and the cathode may have a laminated structure of two or more layers. In addition, characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by performing surface treatment on the anode and the cathode.

アノード及びカソードを積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことにより、光電変換素子の各層間の密着性、例えば後述する電子取り出し層とカソード及び/又は電子取り出し層と活性層の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、薄膜太陽電池素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。   After laminating the anode and cathode, the photoelectric conversion element is usually heated in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. Is preferable (this step may be referred to as an annealing treatment step). By performing the annealing treatment step at a temperature of 50 ° C. or more, an effect of improving the adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, the adhesion between the electron extraction layer and the cathode and / or the electron extraction layer and the active layer described later is obtained. Therefore, it is preferable. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the thin-film solar cell element can be improved. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に有機薄膜太陽電池素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機薄膜太陽電池素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the organic thin film solar cell element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the organic thin film solar cell element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

<4−3.活性層103>
活性層103はp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含有し、光電変換が行われる層である。具体的には、光電変換素子107が光を受けると、光が活性層103に吸収され、p型半導体材料とn型半導体材料の界面で電気が発生し、発生した電気がアノード及びカソードから取り出される。
<4-3. Active layer 103>
The active layer 103 is a layer that contains a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound and undergoes photoelectric conversion. Specifically, when the photoelectric conversion element 107 receives light, the light is absorbed by the active layer 103, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material, and the generated electricity is extracted from the anode and the cathode. It is.

活性層103の層構成としては、p型半導体化合物を含有する層とn型半導体化合物を含有する層とが積層された薄膜積層型、又はp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が挙げられる。なお、バルクヘテロ接合型の活性層は、該混合層の他にp型半導体化合物を含有する層及び/又はn型半導体化合物を含有する層と、がさらに積層された構造であってもよい。なお、高い光電変換効率が期待できるという観点からはバルクヘテロ接合型であることが好ましい。   As the layer structure of the active layer 103, a thin film stack type in which a layer containing a p-type semiconductor compound and a layer containing an n-type semiconductor compound are stacked, or a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is used. A bulk heterojunction type. Note that the bulk heterojunction active layer may have a structure in which a layer containing a p-type semiconductor compound and / or a layer containing an n-type semiconductor compound is further stacked in addition to the mixed layer. From the viewpoint that high photoelectric conversion efficiency can be expected, a bulk heterojunction type is preferable.

活性層103中に含有されるp型半導体化合物としては、本発明に係るコポリマーが挙げられる。活性層103中が本発明に係るコポリマーを含有することで、より長波長側の光を吸収することができ、高い変換効率を有する光電変換素子を提供することができる。   Examples of the p-type semiconductor compound contained in the active layer 103 include a copolymer according to the present invention. When the active layer 103 contains the copolymer according to the present invention, light on a longer wavelength side can be absorbed, and a photoelectric conversion element having high conversion efficiency can be provided.

なお、活性層103は、本発明に係るコポリマー以外にも、本発明に係る効果を損なわない限りにおいて、他のp型半導体化合物を含んでいてもよい。他のp型半導体化合物としては、低分子有機化合物であっても高分子化合物であってもよい。これらのp型半導体化合物として特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。   The active layer 103 may contain other p-type semiconductor compounds in addition to the copolymer according to the present invention as long as the effects according to the present invention are not impaired. The other p-type semiconductor compound may be a low molecular organic compound or a high molecular compound. Although there is no special restriction | limiting as these p-type semiconductor compounds, For example, what is described in well-known literatures, such as international publication 2011/016430 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, can be used.

n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、例えば、フラーレン化合物;8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体
、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体;アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型ポリマー(n型高分子半導体材料)等が挙げられる。
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. For example, a fullerene compound; a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring tetracarboxylic acid such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide. Acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, Triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, Pyridine derivatives, borane derivatives; anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer (n-type polymer semiconductor material), and the like.

その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体又はn型高分子半導体材料が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型高分子半導体化合物がより好ましく、フラーレン化合物が特に好ましい。これらの化合物としては、特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。なお、上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。これらの中でも、特に60PCBM、70PCBM又はこれらの混合物を用いることが好ましい。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides, N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives or n-type polymer semiconductor materials are preferable. More preferred are fullerene compounds, N-alkyl substituted perylene diimide derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides or n-type polymer semiconductor compounds, and fullerene compounds are particularly preferred. These compounds are not particularly limited, but for example, compounds described in publicly known documents such as International Publication No. 2011-016430 or JP 2012-191194 A can be used. In addition, a kind of compound may be used among the above, and a mixture of a plurality of kinds of compounds may be used. Among these, it is particularly preferable to use 60 PCBM, 70 PCBM or a mixture thereof.

活性層103の膜厚は特に限定されないが、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、通常1μm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下である。活性層103の膜厚が10nm以上であることにより、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるために好ましい。また、活性層103の厚さが1μm以下であれば内部抵抗が小さくなり、さらには一対の電極間が離れすぎることなく、電荷の拡散が良好になるために好ましい。   The thickness of the active layer 103 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, and is usually 1 μm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less. A thickness of the active layer 103 of 10 nm or more is preferable because the uniformity of the film is maintained and a short circuit is hardly caused. In addition, it is preferable that the thickness of the active layer 103 is 1 μm or less because the internal resistance is reduced, and further, the charge diffusion is improved without the pair of electrodes being separated too much.

活性層103の作成方法としては、特段に制限はないが、生産性が向上することから、塗布法により形成することが好ましい。具体的には、本発明に係るコポリマーを含む活性層形成用インクを塗布して活性層103を形成することが好ましい。   A method for forming the active layer 103 is not particularly limited, but is preferably formed by a coating method because productivity is improved. Specifically, the active layer 103 is preferably formed by applying an active layer forming ink containing a copolymer according to the present invention.

塗布法としては、任意の方法を用いることができ、例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。   As the coating method, any method can be used. For example, spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe Examples include a doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

積層型の活性層を形成する場合、少なくともp型半導体化合物として本発明に係るコポリマーを含有する活性層形成用インクと、n型半導体化合物を含有する活性層用インクを用いて、それぞれ塗布法によりp型半導体含有層とn型半導体含有層とを積層して活性層を形成すればよい。一方で、バルクヘテロ型の活性層を形成する場合は、少なくともp型半導体化合物として本発明に係るコポリマーと、n型半導体化合物とを含有する活性層形成用インクを用いて、塗布法によりバルクヘテロ型の活性層を形成すればよい。   When forming a laminated type active layer, an active layer forming ink containing at least a copolymer according to the present invention as a p-type semiconductor compound and an active layer ink containing an n-type semiconductor compound are used, respectively, by a coating method. An active layer may be formed by stacking a p-type semiconductor-containing layer and an n-type semiconductor-containing layer. On the other hand, when forming a bulk hetero type active layer, an active layer forming ink containing at least a copolymer according to the present invention and an n type semiconductor compound as a p type semiconductor compound is used, and a bulk hetero type active layer is formed by a coating method. An active layer may be formed.

上述の活性層形成用インクは、上述の化合物以外に通常、溶媒を含む。溶媒としては、特段の制限はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチ
レン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
The above-mentioned ink for forming an active layer usually contains a solvent in addition to the above-mentioned compound. The solvent is not particularly limited, but for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; aromatic such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene Hydrocarbons; cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone Aliphatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, Methylene, dichloroethane, halogenated hydrocarbons such as trichloroethane or trichlorethylene; ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran or dioxane; or an amide such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like.

なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;又は、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;テトラヒドロフラン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;又は、1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。   Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogens; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; tetrahydrofuran, cyclohexane Alicyclic hydrocarbons such as pentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or non-halogens such as 1,4-dioxane Aliphatic ethers. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene.

溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、沸点が60℃以上150℃以下である低沸点溶媒と、沸点が180℃以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン、等が挙げられる。   As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in any ratio. When two or more kinds of solvents are used in combination, it is preferable to combine a low boiling point solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower and a high boiling point solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.

なお、活性層形成用インクは上述した化合物以外にも、本発明に係る効果を損なわない限りにおいて、他の添加剤等を含んでいてもよい。   In addition to the compounds described above, the active layer forming ink may contain other additives as long as the effects of the present invention are not impaired.

<4−4.下部バッファ層102、上部バッファ層104>
上述の通り、本実施形態に係る光電変換素子は、下部電極101と活性層103との間に下部バッファ層102と、上部電極105と活性層103との間に上部バッファ層104と、を有する。下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、それぞれ、活性層103からカソードへの電子取り出し効率又は活性層103からアノードへの正孔取り出し効率を向上させる機能を有する。なお、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を電子取り出し層、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を正孔取り出し層という。なお、上述の通り、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成部材ではなく、有機薄膜太陽電池素子4は、下部バッファ層102及び上部バッファ層104を有していなくてもよい。また、どちらか一方の層のみを有していてもよい。
<4-4. Lower buffer layer 102, upper buffer layer 104>
As described above, the photoelectric conversion element according to this embodiment includes the lower buffer layer 102 between the lower electrode 101 and the active layer 103, and the upper buffer layer 104 between the upper electrode 105 and the active layer 103. . The lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 each have a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode or the hole extraction efficiency from the active layer 103 to the anode. Note that a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as an electron extraction layer, and a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as a hole extraction layer. As described above, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and the organic thin film solar cell element 4 may not include the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Moreover, you may have only any one layer.

下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、どちらが電子取り出し層でも、正孔取り出し層でもよいが、下部電極101がカソードで、上部電極105がアノードの場合、下部バッファ層102は電子取り出し層であり、上部バッファ層104は正孔取り出
し層である。一方、下部電極101がアノードで、上部電極105がカソードの場合、下部バッファ層102は正孔取り出し層であり、上部バッファ層104は電子取り出し層である。
Either the lower buffer layer 102 or the upper buffer layer 104 may be an electron extraction layer or a hole extraction layer, but when the lower electrode 101 is a cathode and the upper electrode 105 is an anode, the lower buffer layer 102 is an electron extraction layer. The upper buffer layer 104 is a hole extraction layer. On the other hand, when the lower electrode 101 is an anode and the upper electrode 105 is a cathode, the lower buffer layer 102 is a hole extraction layer and the upper buffer layer 104 is an electron extraction layer.

<4−4−1.電子取り出し層>
電子取り出し層の材料は、活性層103からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
<4-4-1. Electron extraction layer>
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that improves the efficiency of extracting electrons from the active layer 103 to the cathode, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.

無機化合物の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。   Examples of inorganic compounds include salts of alkali metals such as Li, Na, K or Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode made of Al or the like and increase the voltage applied to the solar cell element.

有機化合物の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。   Examples of organic compounds include phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a group 16 element such as triarylphosphine oxide compounds; substituents such as bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen) A phenanthrene compound in which the 1-position and the 10-position may be substituted with a heteroatom; a boron compound such as triarylboron; an organometallic such as (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) Oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic anhydride Such as (PTCDA), such as dicarboxylic anhydride Aromatic compounds having a slip dicarboxylic acid structure.

電子取り出し層の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは10nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。電子取り出し層の膜厚が0.1nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、電子が取り出しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。   The thickness of the electron extraction layer is usually 0.1 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer is 0.1 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer is 400 nm or less, electrons are easily extracted and the photoelectric conversion efficiency is improved. Can improve.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −1.9 eV or less because charge transfer can be promoted. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −4.0 eV or more in terms of preventing reverse electron transfer to the n-type semiconductor material.

電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔が移動してくることを阻止しうる点で好ましい。   The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing movement of holes.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位及びHOMOエネルギー準位の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法を参考にして実施することができる。   As a method for calculating the LUMO energy level and the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer, a cyclic voltammogram measurement method may be mentioned. For example, it can implement with reference to the method as described in well-known literature (International Publication 2011/016430).

電子取り出し層の材料が有機化合物である場合、DSC法により測定した場合のこの化合物のガラス転移温度(以下、Tgと記載する場合もある)は、特段の制限はないが、観
測されないか、又は55℃以上であることが好ましい。DSC法によりガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には400℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。DSC法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。
When the material of the electron extraction layer is an organic compound, the glass transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tg) of this compound as measured by the DSC method is not particularly limited, but is not observed, or It is preferable that it is 55 degreeC or more. That the glass transition temperature is not observed by the DSC method means that there is no glass transition temperature. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a glass transition temperature of 400 ° C. or lower. A material in which the glass transition temperature by the DSC method is not observed is preferable in that it has high thermal stability.

また、DSC法により測定した場合のガラス転移温度が55℃以上である化合物の中でも、ガラス転移温度が、好ましくは65℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。また、電子取り出し層の材料は、DSC法によるガラス転移温度が30℃以上55度未満に観測されないものであることが好ましい。   Among the compounds having a glass transition temperature of 55 ° C. or higher as measured by the DSC method, the glass transition temperature is preferably 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably. A compound having a temperature of 120 ° C. or higher is desirable. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the material of an electron taking-out layer is a thing by which the glass transition temperature by DSC method is not observed below 30 degreeC or more and less than 55 degree | times.

本明細書におけるガラス転移温度とは、アモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。Tgよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。   The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which specific heat changes in an amorphous solid, which is a temperature at which local molecular motion is started by thermal energy. When the temperature rises further than Tg, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, these phase transitions may not be observed due to molecular decomposition or sublimation at high temperatures.

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、測定を実施することができる。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, the measurement can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が55℃以上である場合、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。   When the glass transition temperature of the compound used for the electron extraction layer is 55 ° C. or higher, the structure of this compound is difficult to change against external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. It is preferable in terms of durability. Furthermore, since there is a tendency that the crystallization of the thin film of the compound does not proceed easily, the stability of the electron extraction layer is improved by making it difficult for the compound to change between the amorphous state and the crystalline state in the operating temperature range. Therefore, it is preferable in terms of durability. This effect becomes more prominent as the glass transition temperature of the material is higher.

電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。   There is no restriction | limiting in the formation method of an electronic taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet.

塗布法により電子取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。
When the electron extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
Specifically, for example, when an alkali metal salt is used as a material for the electron extraction layer, the electron extraction layer can be formed by using a vacuum film formation method such as vacuum deposition or sputtering. Especially, it is desirable to form an electron taking-out layer by vacuum vapor deposition by resistance heating. By using vacuum deposition, damage to other layers such as an active layer can be reduced.

一方、n型半導体の金属酸化物については、例えば、酸化亜鉛ZnOを電子取り出し層
の材料として用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Sol−Gel Science、C.J.Brinker,G.W.Scherer著、Academic Press(1990)に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。この場合の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは2nm以上、より好ましくは5nm以上であり、通常1μm以下、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下である。電子取り出し層が薄すぎると、電子の取り出し効率を向上させる効果が十分でなくなり、厚すぎると、電子取り出し層が直列抵抗成分として作用することにより素子の特性を損なう傾向がある。
On the other hand, for metal oxides of n-type semiconductors, for example, when zinc oxide ZnO is used as the material for the electron extraction layer, a vacuum film formation method such as sputtering can be used. It is desirable to form the extraction layer. For example, Sol-Gel Science, C.I. J. et al. Brinker, G.M. W. According to the sol-gel method described by Scherer, Academic Press (1990), an electron extraction layer composed of zinc oxide can be formed. In this case, the film thickness is usually 0.1 nm or more, preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more, and usually 1 μm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. If the electron extraction layer is too thin, the effect of improving the electron extraction efficiency is not sufficient, and if it is too thick, the electron extraction layer tends to deteriorate the characteristics of the device by acting as a series resistance component.

<4−4−2.正孔取り出し層>
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層103からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<4-4-2. Hole extraction layer>
The material for the hole extraction layer is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode. Specifically, conductive polymers in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, etc. are doped with sulfonic acid and / or iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, conductive organics such as arylamine Examples thereof include compounds, copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, metal oxide such as tungsten oxide, Nafion, and a p-type semiconductor described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. It is. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. A thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層の膜厚は、通常0.1nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層の膜厚が0.1nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。   The film thickness of the hole extraction layer is usually 0.1 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer is 0.1 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer is 400 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency can be improved.

正孔取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層に半導体材料を用いる場合は、活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。
なかでも、正孔取り出し層の材料としてPEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。
There is no restriction | limiting in the formation method of a positive hole taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an ink jet method. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer, the precursor may be converted into a semiconductor compound after forming the layer using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the active layer.
Especially, when using PEDOT: PSS as a material of a hole taking-out layer, it is preferable to form a hole taking-out layer by the method of apply | coating a dispersion liquid. Examples of the dispersion of PEDOT: PSS include CLEVIOSTM series manufactured by Heraeus, ORGACONTM series manufactured by Agfa, and the like.

塗布法により正孔取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the hole extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<4−5.その他の光電変換素子の構成>
本発明の一実施形態に係る光電変換素子の構造は、図1の構成以外にも、図4に示すようなタンデム構造を有する光電変換素子であってもよい。なお、タンデム構造を有する光
電変換素子とは、数個の同じ、又は異なる材料で作ったpn接合を光の進行方向に重ねて配列した構造を備えた光電変換素子である。具体的には、 基材106、下部電極101、下部バッファ層102、第1の活性層108、中間層109、第2の活性層110、上部バッファ層104、及び上部電極107が順次形成された層構造を有する構造であってもよい。基材106、下部電極101、下部バッファ層102、上部バッファ層104及び上部電極106は、図1の光電変換素子の各構成層において説明した機能と同様の機能を有し、同様の材料、方法、膜厚等により形成することができる。
<4-5. Configuration of other photoelectric conversion elements>
The structure of the photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention may be a photoelectric conversion element having a tandem structure as shown in FIG. 4 in addition to the structure of FIG. Note that a photoelectric conversion element having a tandem structure is a photoelectric conversion element having a structure in which several pn junctions made of the same or different materials are stacked in the light traveling direction. Specifically, the base 106, the lower electrode 101, the lower buffer layer 102, the first active layer 108, the intermediate layer 109, the second active layer 110, the upper buffer layer 104, and the upper electrode 107 were sequentially formed. A structure having a layer structure may be used. The base material 106, the lower electrode 101, the lower buffer layer 102, the upper buffer layer 104, and the upper electrode 106 have the same functions as those described in the constituent layers of the photoelectric conversion element in FIG. It can be formed by film thickness or the like.

第1の活性層108及び第2の活性層110は、図1の活性層103と同様に、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含有し、光電変換素子107が光を受けると、光が活性層103に吸収され、p型半導体材料とn型半導体材料の界面で電気が発生し、発生した電気がアノード及びカソードから取り出される。   The first active layer 108 and the second active layer 110 contain a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound, similarly to the active layer 103 in FIG. 1, and when the photoelectric conversion element 107 receives light, Is absorbed by the active layer 103, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material, and the generated electricity is extracted from the anode and the cathode.

第1の活性層108及び第2の活性層110の層構成は、活性層103と同様に、p型半導体化合物層とn型半導体化合物層とが積層された薄膜積層型、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層を有するバルクヘテロ接合型、p型半導体化合物層と、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層(i層)と、n型半導体化合物層とが積層されたもの等が挙げられる。なかでも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が好ましい。   The layer structure of the first active layer 108 and the second active layer 110 is the same as that of the active layer 103, but is a thin film stacked type in which a p-type semiconductor compound layer and an n-type semiconductor compound layer are stacked, and a p-type semiconductor compound. A bulk heterojunction type, p-type semiconductor compound layer having a layer in which an n-type semiconductor compound is mixed, a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and an n-type semiconductor compound layer are stacked. And the like. Among these, a bulk heterojunction type having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.

第1の活性層108及び第2の活性層110の膜厚は、特段の制限はないが、それぞれ、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、一方通常1μm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下である。活性層103の膜厚が10nm以上であることは、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、活性層103の厚さが1μm以下であることは、内部抵抗が小さくなる点、及び電極(カノード101−中間層104,中間層104−アノード107)間が離れすぎず電荷の拡散が良好となる点で、好ましい。なお、第1の活性層108及び第2の活性層110の膜厚は同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。   The film thicknesses of the first active layer 108 and the second active layer 110 are not particularly limited, but each is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, while usually 1 μm or less, preferably 500 nm or less, more preferably Is 200 nm or less. It is preferable that the thickness of the active layer 103 is 10 nm or more because the uniformity of the film is maintained and a short circuit is less likely to occur. In addition, the thickness of the active layer 103 being 1 μm or less means that the internal resistance is small, and the electrodes (canode 101-intermediate layer 104, intermediate layer 104-anode 107) are not too far apart and the charge diffusion is good. It is preferable at this point. Note that the film thicknesses of the first active layer 108 and the second active layer 110 may be the same or different from each other.

第1の活性層108及び第2の活性層110が含有するp型半導体化合物及びn型半導体化合物は、同一の材料であってもよいが、各々異なっていてもよい。限定されるわけではないが、第1の活性層108及び第2の活性層110が含有するp型半導体化合物及びn型半導体化合物は、図1の活性層103において記載したp型半導体化合物及びn型半導体化合物が挙げられる。   The p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound contained in the first active layer 108 and the second active layer 110 may be the same material, but may be different from each other. Although not limited, the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound contained in the first active layer 108 and the second active layer 110 are the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound described in the active layer 103 of FIG. Type semiconductor compounds.

なお、これらの中でも、第1の活性層108及び第2の活性層110が、互いに異なる光吸収波長を有するp型半導体化合物を含有することが好ましい。光の吸収波長が異なる材料を用いることで、入射光を透過損失することなく、効率良く光電変換を行うことができる。特に、本発明に係るコポリマーは、長波長側(600nm〜1000nm)の光を吸収することができるために短波長側の光を吸収するp型半導体化合物とを組み合わせて用いることが好ましい。具体的には、第1の活性層108及び第2の活性層110のうち、一方の活性層が、本発明に係るコポリマーを含有し、第1の活性層108及び第2の活性層110のうち他方の活性層が、(300nm〜700nm)の光吸収波長を有するp型半導体化合物を含むことが好ましい。具体的な、p型半導体化合物としては、P3HT、ベンゾポルフィリン等が挙げられるがこの限りではない。   Among these, it is preferable that the first active layer 108 and the second active layer 110 contain p-type semiconductor compounds having different light absorption wavelengths. By using materials with different light absorption wavelengths, photoelectric conversion can be performed efficiently without transmission loss of incident light. In particular, since the copolymer according to the present invention can absorb light on the long wavelength side (600 nm to 1000 nm), it is preferably used in combination with a p-type semiconductor compound that absorbs light on the short wavelength side. Specifically, one of the first active layer 108 and the second active layer 110 includes a copolymer according to the present invention, and the first active layer 108 and the second active layer 110 Of these, the other active layer preferably contains a p-type semiconductor compound having a light absorption wavelength of (300 nm to 700 nm). Specific examples of the p-type semiconductor compound include P3HT and benzoporphyrin, but are not limited thereto.

なお、第1の活性層108及び第2の活性層110の形成方法は、特段の制限はなく、活性層103と同様の方法で形成することができる。   Note that a method for forming the first active layer 108 and the second active layer 110 is not particularly limited and can be formed by a method similar to that for the active layer 103.

中間層109は、第1の活性層108で発生した正孔と第2の活性層110で発生した
電子、もしくは第1の活性層108で発生した電子と第2の活性層110で発生した正孔を再結合により消滅させる機能を有する。この時、各単セルは中間層109により直列に接続されているため、理想的にはタンデムの解放電圧は各単セルの解放電圧の和となる。中間層109は、1種の導電層で形成されていてもよいが、解放電圧の和にロスが生じないよう通常は、電子取り出し層と正孔取り出し層とを含んだ多層であることが好ましい。なお、中間層109は、電子取り出し層と正孔取り出し層の間に、金属層や酸化物半導体層を加えた層構成でもよいが、層構成が増えると製造コストが高くなる。そのため、高い電気特性が得られ、かつ製造コスト・BR>フ安い層構成としては、2層又は3層からなる
中間層が好ましく、2層からなる中間層が特に好ましい。電子取り出し層及び正孔取り出し層の2層で形成される中間層は、製造コストが安い上に高い電気特性が期待される。
The intermediate layer 109 includes positive holes generated in the first active layer 108 and electrons generated in the second active layer 110, or electrons generated in the first active layer 108 and positive ions generated in the second active layer 110. It has a function of eliminating pores by recombination. At this time, since the single cells are connected in series by the intermediate layer 109, the release voltage of the tandem is ideally the sum of the release voltages of the single cells. The intermediate layer 109 may be formed of one type of conductive layer, but is usually preferably a multilayer including an electron extraction layer and a hole extraction layer so that no loss occurs in the sum of the release voltages. . Note that the intermediate layer 109 may have a layer structure in which a metal layer or an oxide semiconductor layer is added between the electron extraction layer and the hole extraction layer, but the manufacturing cost increases as the layer configuration increases. For this reason, the intermediate layer composed of two or three layers is preferable, and the intermediate layer composed of two layers is particularly preferable as a layer structure that provides high electrical characteristics and is low in manufacturing cost and BR>. An intermediate layer formed of two layers, an electron extraction layer and a hole extraction layer, is expected to have high electrical characteristics in addition to low manufacturing costs.

なお、中間層109が有していてもよい金属層及び酸化物半導体層は特段の制限はないが、Ag、Au、Al等の金属層やITO、IZO、AZO、GZOといった酸化物半導体層が挙げられ、これらの中でも、特に、光透過性の観点からAg、Au、ITO、IZOが好ましい。また、中間層109が有していてもよい電子取り出し層及び/又は正孔取り出し層は、図1の下部バッファ層102及び上部バッファ層104の項目に記載した電子取り出し層及び/又は正孔取り出し層に使用できる材料が挙げられる。   Note that the metal layer and the oxide semiconductor layer that the intermediate layer 109 may have are not particularly limited, but a metal layer such as Ag, Au, or Al or an oxide semiconductor layer such as ITO, IZO, AZO, or GZO is included. Among these, Ag, Au, ITO, and IZO are particularly preferable from the viewpoint of light transmittance. Further, the electron extraction layer and / or hole extraction layer that the intermediate layer 109 may have are the electron extraction layer and / or hole extraction layer described in the items of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 in FIG. Materials that can be used for the layer are mentioned.

中間層109の膜厚は、特に限定はないが、通常0.5nm以上である。一方、通常800nm以下、好ましくは400nm以下である。中間層106の膜厚が0.5nm以上であることで、接合層材料としての機能を果たすことになり、中間層104の膜厚が800nm以下であることで、電荷が取り出し易くなり、また光透過率が高くなることで光電変換効率が向上しうる。   The thickness of the intermediate layer 109 is not particularly limited, but is usually 0.5 nm or more. On the other hand, it is usually 800 nm or less, preferably 400 nm or less. When the film thickness of the intermediate layer 106 is 0.5 nm or more, it functions as a bonding layer material. When the film thickness of the intermediate layer 104 is 800 nm or less, charges can be easily taken out, and light The photoelectric conversion efficiency can be improved by increasing the transmittance.

中間層109の形成方法は、特段の制限はなく、例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等の乾式成膜法により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法により形成することができる。   The method for forming the intermediate layer 109 is not particularly limited. For example, when a material having sublimation property is used, the intermediate layer 109 can be formed by a dry film formation method such as a vacuum evaporation method. For example, when a material soluble in a solvent is used, the film can be formed by a wet film formation method such as a spin coating method or an ink jet method.

<4.6.光電変換素子の製造方法>
図1に示される構成を有する光電変換素子107は、各層について説明した上述の方法に従い、基材106上に、下部電極101、下部バッファ層102、活性層103、上部バッファ層104、及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。また、図2に示されるタンデム構造を有する光電変換素子を製造する場合は、基材106上に、下部電極101、下部バッファ層102、第1の活性層108、中間層109、第2の活性層110、上部バッファ層104及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。
<4.6. Manufacturing method of photoelectric conversion element>
A photoelectric conversion element 107 having the configuration shown in FIG. 1 is formed on a base 106 by a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode in accordance with the method described above for each layer. It can be manufactured by sequentially stacking 105. In the case of manufacturing the photoelectric conversion element having the tandem structure shown in FIG. 2, the lower electrode 101, the lower buffer layer 102, the first active layer 108, the intermediate layer 109, and the second active element are formed on the substrate 106. The layer 110, the upper buffer layer 104, and the upper electrode 105 can be sequentially stacked.

下部電極101及び上部電極105を積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する)。   After laminating the lower electrode 101 and the upper electrode 105, the photoelectric conversion element is usually in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to heat (this step is referred to as an annealing treatment step).

アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子の各層間の密着性、例えば、下部バッファ層102と下部電極101及び/又は下部バッファ層102と活性層103の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上し得る。また、アニーリング処理工程により、活性層の自己組織化が促進され得る。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層103内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行
ってもよい。
Performing the annealing process at a temperature of 50 ° C. or higher improves adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, adhesion between the lower buffer layer 102 and the lower electrode 101 and / or the lower buffer layer 102 and the active layer 103. This is preferable because the effect of By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. In addition, the self-organization of the active layer can be promoted by the annealing process. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer 103 is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

アニーリング処理工程により光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上し得るものの、アニーリング処理工程中にフラーレン化合物が凝集し、相分離が促進されるために、光電変換効率が低下することがある。しかしながら活性層103は添加剤を含有しているため、添加剤によってアニーリング処理工程中のフラーレン化合物の凝集が抑制される。このように、活性層103に添加剤を含有させることにより、アニーリング処理工程を行った後での光電変換効率がより高い光電変換素子107が得られることができる。   Although the thermal treatment and durability of the photoelectric conversion element can be improved by the annealing treatment step, the fullerene compound is aggregated during the annealing treatment step and phase separation is promoted, so that the photoelectric conversion efficiency may be lowered. . However, since the active layer 103 contains an additive, aggregation of the fullerene compound during the annealing process is suppressed by the additive. Thus, the photoelectric conversion element 107 with higher photoelectric conversion efficiency after performing an annealing process can be obtained by making the active layer 103 contain an additive.

本発明に係る光電変換素子を構成する各層は、特段の制限はなく、シート・ツー・シート(万葉)方式、又はロール・ツー・ロール方式で形成することができるが、下記の理由により、ロール・ツー・ロール方式で形成することが好ましい。   Each layer constituting the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, and can be formed by a sheet-to-sheet (manyoba) method or a roll-to-roll method. -It is preferable to form by a two-roll system.

ロール・ツー・ロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロール・ツー・ロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、シート・ツー・シート方式に比べて量産化に適した生産方式である。   The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll shape is fed out and processed intermittently or continuously until it is taken up by a take-up roll. is there. According to the roll-to-roll method, it is possible to batch-process long substrates on the order of km, so that the production method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method.

なお、ロール・ツー・ロール方式に用いることのできるロールの大きさは、ロール・ツー・ロール方式の製造装置で扱える限り特に限定されないが、外径は、通常5m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは1m以下であり、通常10cm以上、好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径は、通常4m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは0.5m以下であり、通常1cm以上、好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、更に好ましくは10cm以上、特に好ましくは20cm以上である。これらの径が上記上限以下であるとロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であると、以下の各工程で成膜される層が、曲げ応力により破壊される可能性が低くなる点で好ましい。ロールの幅は、通常5cm以上、好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上であり、通常5m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは2m以下である。幅が上限以下であるとロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であると光電変換素子の大きさの自由度が高くなるため好ましい。   The size of the roll that can be used in the roll-to-roll method is not particularly limited as long as it can be handled by a roll-to-roll manufacturing apparatus, but the outer diameter is usually 5 m or less, preferably 3 m or less. Preferably, it is 1 m or less, usually 10 cm or more, preferably 20 cm or more, more preferably 30 cm or more. The outer diameter of the roll core is usually 4 m or less, preferably 3 m or less, more preferably 0.5 m or less, usually 1 cm or more, preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, still more preferably 10 cm or more, particularly preferably 20 cm or more. When these diameters are not more than the above upper limit, it is preferable in terms of high handleability of the roll, and when it is more than the lower limit, the layer formed in each of the following steps is less likely to be broken by bending stress. Is preferable. The width of the roll is usually 5 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and is usually 5 m or less, preferably 3 m or less, more preferably 2 m or less. When the width is not more than the upper limit, it is preferable from the viewpoint of high handleability of the roll, and when the width is not less than the lower limit, the degree of freedom of the size of the photoelectric conversion element is preferable.

<4−7.光電変換特性>
光電変換素子107の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素子107にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cm2
で照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
<4-7. Photoelectric conversion characteristics>
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 107 can be obtained as follows. The photoelectric conversion element 107 is irradiated with light having an AM 1.5G condition by a solar simulator at an intensity of 100 mW / cm 2.
And measure the current-voltage characteristics. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

本発明に係る光電変換素子の光電変換効率は、特段の制限はないが、通常1%以上、好
ましくは1.5%以上、より好ましくは2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。
The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, but is usually 1% or more, preferably 1.5% or more, more preferably 2% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.

また、光電変換素子の耐久性を測定する方法としては、光電変換素子を大気暴露する前後での、光電変換効率の維持率を求める方法が挙げられる。
(維持率)=(大気暴露N時間後の光電変換効率)/(大気暴露直前の光電変換効率)
Moreover, as a method for measuring the durability of the photoelectric conversion element, a method for obtaining a maintenance ratio of the photoelectric conversion efficiency before and after exposing the photoelectric conversion element to the atmosphere can be mentioned.
(Maintenance rate) = (Photoelectric conversion efficiency after N hours of atmospheric exposure) / (Photoelectric conversion efficiency immediately before atmospheric exposure)

光電変換素子を実用化するには、製造が簡便かつ安価であること以外に、高い光電変換効率及び高い耐久性を有することが重要である。この観点から、1週間大気暴露する前後での光電変換効率の維持率は、60%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、高ければ高いほどよい。 In order to put a photoelectric conversion element into practical use, it is important to have high photoelectric conversion efficiency and high durability in addition to simple and inexpensive manufacture. From this viewpoint, the maintenance rate of photoelectric conversion efficiency before and after exposure to the atmosphere for one week is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and the higher the better.

<5.太陽電池>
上述の実施形態に係る光電変換素子は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。図2は、本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、光電変換素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、薄膜太陽電池は、通常、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、光電変換素子6が発電する。なお、薄膜太陽電池は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、各構成部材を任意で選択して設ければよい。
<5. Solar cell>
The photoelectric conversion element according to the above-described embodiment is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin-film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a photoelectric conversion element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And a thin film solar cell is normally irradiated with light from the side (downward in the figure) in which the weather-resistant protective film 1 was formed, and the photoelectric conversion element 6 generates electric power. Note that the thin-film solar cell does not need to have all of these constituent members, and each constituent member may be arbitrarily selected and provided.

薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。   There are no particular restrictions on these constituent members constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, the thing described in well-known literatures, such as international publication 2011/016430 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, can be used.

本発明に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14の用途に特段の制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等が挙げられる。   There is no special restriction | limiting in the use of the solar cell which concerns on this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. Examples include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for spacecrafts, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明に係る太陽電池、特に薄膜太陽電池はそのまま用いてもよいし、例えば基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図3に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13として、使用場所に設置して用いることができる。基材12については、周知技術を用いることができ、例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等に記載のものを用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製することができる。   The solar cell according to the present invention, particularly a thin-film solar cell, may be used as it is, or for example, a solar cell may be installed on a substrate and used as a solar cell module. For example, as shown in FIG. 3, the solar cell module 13 having the thin film solar cell 14 on the base 12 can be installed and used at a place of use. For the substrate 12, a well-known technique can be used, and for example, those described in International Publication No. 2011-016430 or JP 2012-191194 A can be used. For example, when a building material plate is used as the substrate 12, a solar cell panel can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate.

以下に、実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。なお、本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. The items described in the examples were measured by the following methods.

[重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法]
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)より求めた。なお、分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。
[Method for measuring weight average molecular weight and number average molecular weight]
The polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC). The molecular weight distribution (PDI) represents Mw / Mn.

ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm 内径7.5mm,長さ30cm)2本直列に接続して使用
ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製)
オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出
器(島津製作所社製,SPD−10A)
サンプル:試料1mgをオルトジクロロベンゼン(200mg)に溶解させた液1μL
移動相:オルトジクロロベンゼン
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: PolymerLaboratories GPC column (PLgel MIXED-B 10 μm inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) used in series connected Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation)
Oven: CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation, RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation, RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation, SPD-10A)
Sample: 1 μL of 1 mg sample dissolved in orthodichlorobenzene (200 mg)
Mobile phase: orthodichlorobenzene
Flow rate: 1.0 mL / min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

<合成例1:化合物E2の合成> <Synthesis Example 1: Synthesis of Compound E2>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

100mL多口フラスコに4,5−ジクロロフタル酸(化合物E1)4.4g(18mmol)、DMF0.2mlを加えた。塩化チオニル8.9g(74mmol)を滴下漏斗に加え、ゆっくりと滴下した。オイルバスにて60℃に設定し撹拌を行った。75℃まで昇温し、系が均一になった時点で反応終了とした。減圧留去により溶媒を除去し、酸クロライド(化合物E2)を得た。
<合成例2:化合物E3の合成>
To a 100 mL multi-necked flask, 4.4 g (18 mmol) of 4,5-dichlorophthalic acid (Compound E1) and 0.2 ml of DMF were added. 8.9 g (74 mmol) of thionyl chloride was added to the dropping funnel and slowly added dropwise. Stirring was performed at 60 ° C. in an oil bath. The temperature was raised to 75 ° C., and the reaction was terminated when the system became uniform. The solvent was removed by distillation under reduced pressure to obtain acid chloride (Compound E2).
<Synthesis Example 2: Synthesis of Compound E3>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下、200mL多口フラスコを氷浴につけ、メルカプトピリジン4.1g(37m
mol)、テトラヒドロフラン66mL、トリエチルアミン6.6mLを加え15分撹拌した。合成例1により得られた酸クロライド(化合物E2)を26mLのテトラヒドロフランに溶かし、溶液を系に加えた。次に、1%塩酸を264mL加え、クロロホルムで抽出し、10%水酸化ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに1M炭酸水素ナトリウム溶液で洗浄した後に、水で洗浄後硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧留去により溶媒を除去し、エーテルを加え、再度減圧留去して、目的のチオエステル体(化合物E3)を1.3gの結晶として析出させた。化合物E3の化学シフトは以下のとおりである。
A 200 mL multi-neck flask was placed in an ice bath under nitrogen, and 4.1 g (37 mL) of mercaptopyridine was added.
mol), 66 mL of tetrahydrofuran and 6.6 mL of triethylamine were added and stirred for 15 minutes. The acid chloride (Compound E2) obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 26 mL of tetrahydrofuran, and the solution was added to the system. Next, 264 mL of 1% hydrochloric acid was added, extracted with chloroform, washed with a 10% aqueous sodium hydroxide solution, further washed with a 1M sodium hydrogen carbonate solution, washed with water, and then dried over sodium sulfate. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, ether was added, and the residue was distilled again under reduced pressure to precipitate the desired thioester (compound E3) as 1.3 g of crystals. The chemical shift of compound E3 is as follows.

H1NMR(δ8.65(m,2H)、δ7.98(s,2H)、7.73−7.80(
m,4H)、7.32(m,2H)
<合成例3:化合物E4の合成>
H1NMR (δ 8.65 (m, 2H), δ 7.98 (s, 2H), 7.73-7.80 (
m, 4H), 7.32 (m, 2H)
<Synthesis Example 3: Synthesis of Compound E4>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下、300mL多口フラスコにチオエステル体(化合物E3)3.5g(8.3mmol)、及び脱水テトラヒドロフラン42mLを加え撹拌を開始した。氷浴につけ、2−チエニルマグネシウムブロミド テトラヒドロ溶液17.9mL(17.9mmol)をゆっくり加え、1時間撹拌した。10%塩酸34mLをゆっくりと加えた後、エーテル
で抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧留去により溶媒を除去し、エーテルをもう一度加え析出した粉末をろ取し、目的の化合物(化合物E4)を2.7g得た。化合物E4の化学シフトは以下のとおりである。
Under nitrogen, 3.5 g (8.3 mmol) of a thioester (compound E3) and 42 mL of dehydrated tetrahydrofuran were added to a 300 mL multi-necked flask and stirring was started. It put on the ice bath, 2-7.9nyl magnesium bromide tetrahydro solution 17.9mL (17.9 mmol) was added slowly, and it stirred for 1 hour. After slowly adding 34 mL of 10% hydrochloric acid, the mixture was extracted with ether and dried over sodium sulfate. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, ether was added once more, and the precipitated powder was collected by filtration to obtain 2.7 g of the desired compound (Compound E4). The chemical shift of compound E4 is as follows.

H1NMR(δ7.83(s,2H)、δ7.7(dd,2H)、δ7.47(dd,2
H)、δ7.1(dd,2H)
<合成例4:化合物E5の合成>
H1 NMR (δ 7.83 (s, 2H), δ 7.7 (dd, 2H), δ 7.47 (dd, 2
H), δ 7.1 (dd, 2H)
<Synthesis Example 4: Synthesis of Compound E5>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下500mLの多口フラスコに、化合物E4を2.7g(7.3mmol)ジクロロメタン91mL、ローソン試薬4.2g(10mmol)を加え60℃で30分撹拌した。減圧留去により溶媒を除去し、エタノール91mLを加え30分加熱還流させた。水100mLを加え、クロロホルム200mLで抽出後硫酸ナトリウムで乾燥させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて原点成分を除去し、クロロホルムーヘキサンの混合溶媒で晶析を行った。目的の化合物E5を2.4g得た。化合物E5の化学シフトは以下のとおりである。   To a 500 mL multi-neck flask under nitrogen, 2.7 g (7.3 mmol) of dichloromethane (91 mL) and Lawson reagent 4.2 g (10 mmol) were added and stirred at 60 ° C. for 30 minutes. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, 91 mL of ethanol was added, and the mixture was heated to reflux for 30 minutes. 100 mL of water was added, extracted with 200 mL of chloroform and then dried over sodium sulfate. The origin component was removed by silica gel column chromatography, and crystallization was performed with a mixed solvent of chloroform-hexane. 2.4 g of the target compound E5 was obtained. The chemical shift of compound E5 is as follows.

H1NMR(δ8.04(s,2H)、δ7.43(dd,2H)、δ7.33(dd,2
H)、δ7.18(dd,2H))
<合成例5:化合物E6の合成>
H1NMR (δ 8.04 (s, 2H), δ 7.43 (dd, 2H), δ 7.33 (dd, 2
H), δ 7.18 (dd, 2H))
<Synthesis Example 5: Synthesis of Compound E6>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下、100mL多口フラスコにマグネシウム1.3g(54mmol)、ヨウ素1mg、脱水エーテル20mLを加え撹拌を開始した。ブロモオクタン9.3mL(54mmol)のエーテル20mL溶液をゆっくりと滴下させた。4時間加熱撹拌を行い、グリニア試薬とした。別の500mL多口フラスコに、窒素下で、化合物E5を2.0g(5.4mmol)、エーテル40mL、[1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニ
ッケル(II)ジクロリド0.15g(0.3mmol)を加え、先に調製したグリニア試薬を滴下し5時間撹拌した。1%塩酸200mLでクエンチし、クロロホルムで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧留去により溶媒を除去し、シリカゲルクロマトグラフィーにて精製し、オレンジオイル(化合物E6)を3.2g(ブロモオクタンを含む)。化合物E6の化学シフトは以下のとおりである。
Under nitrogen, 1.3 g (54 mmol) of magnesium, 1 mg of iodine and 20 mL of dehydrated ether were added to a 100 mL multi-necked flask and stirring was started. A solution of 9.3 mL (54 mmol) of bromooctane in 20 mL of ether was slowly added dropwise. The mixture was heated and stirred for 4 hours to obtain a Grineer reagent. In a separate 500 mL multi-neck flask, under nitrogen, 2.0 g (5.4 mmol) of compound E5, 40 mL of ether, 0.15 g (0) of [1,3-bis (diphenylphosphino) propane] nickel (II) dichloride. .3 mmol) was added, and the previously prepared Grineer reagent was added dropwise and stirred for 5 hours. Quenched with 200 mL of 1% hydrochloric acid, extracted with chloroform and dried over sodium sulfate. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel chromatography to obtain 3.2 g (including bromooctane) of orange oil (compound E6). The chemical shift of compound E6 is as follows.

H1NMR(δ7.7(s,2H)、δ7.35(dd,2H)、δ7.33(dd,2H
)、δ7.15(dd,2H)、δ2.7(t)、δ1.65(m)、δ1.3−1.5
(m)、δ0.9(m))
<合成例6:化合物E7の合成>
H1NMR (δ 7.7 (s, 2H), δ 7.35 (dd, 2H), δ 7.33 (dd, 2H
), Δ 7.15 (dd, 2H), δ 2.7 (t), δ 1.65 (m), δ 1.3-1.5
(M), δ 0.9 (m))
<Synthesis Example 6: Synthesis of Compound E7>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下100mL多口フラスコに化合物E7を99mg(0.2mmol)、脱水テトラヒドロフラン25mLを加え撹拌した。ドライアイスバスにて系を―65℃まで冷やし、LDA0.57mL(0.57mmol)及びトリメチルティンクロリド 113mg(0.57mmol)を2回にわけてゆっくり加えた。その後、水でクエンチしクロロホルムで抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。減圧留去により溶媒を除去し、GPCを用いて精製し、イソチアナフテン誘導体(化合物E7)を200mg得た。
<合成例7:化合物F2の合成>
Under nitrogen, 99 mg (0.2 mmol) of Compound E7 and 25 mL of dehydrated tetrahydrofuran were added to a 100 mL multi-necked flask and stirred. The system was cooled to −65 ° C. in a dry ice bath, and LDA 0.57 mL (0.57 mmol) and trimethyltin chloride 113 mg (0.57 mmol) were slowly added in two portions. Thereafter, it was quenched with water, extracted with chloroform, and dried over magnesium sulfate. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was purified using GPC to obtain 200 mg of an isothianaphthene derivative (Compound E7).
<Synthesis Example 7: Synthesis of Compound F2>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

500mLナスフラスコにチオフェンジカルボン酸5.3g(30.7mmol)、無水酢酸100mLを加え140℃で6時間加熱した。減圧留去により溶媒を除去し、トルンで再結晶を行い3.5gの1H,3H−thieno[3,4−c]furan−1,3−dione(化合物F2)を得た。
<合成例8:化合物F3の合成>
To a 500 mL eggplant flask, 5.3 g (30.7 mmol) of thiophene dicarboxylic acid and 100 mL of acetic anhydride were added and heated at 140 ° C. for 6 hours. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and recrystallization was performed with Torun to obtain 3.5 g of 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione (Compound F2).
<Synthesis Example 8: Synthesis of Compound F3>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下、100mLナスフラスコ中で1H,3H−thieno[3,4−c]furan−1,3−dione(化合物F2)3.57g(0.023mol)を脱水DMF35mLに溶解した。次いで、氷浴中でnオクチルアミン4.2mL(0.025mol)を加えた後、140℃で2時間加熱した。放冷後水と混合して析出した肌色粉末を濾取し、冷メタノールで洗浄を行い、5.3gの4−[[1−octylamino]carbonyl]−3−thienophenecarboxylic acid(化合物F3)を得た。
<合成例9:化合物F4の合成>
Under nitrogen, 3.57 g (0.023 mol) of 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione (Compound F2) was dissolved in 35 mL of dehydrated DMF in a 100 mL eggplant flask. Then, 4.2 mL (0.025 mol) of n-octylamine was added in an ice bath and heated at 140 ° C. for 2 hours. The mixture was allowed to cool and then mixed with water, and the precipitated skin-colored powder was collected by filtration and washed with cold methanol to obtain 5.3 g of 4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thienophenecarboxylic acid (Compound F3). .
<Synthesis Example 9: Synthesis of Compound F4>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

100mLナスフラスコに、4−[[1−octylamino]carbonyl]−3−thienophenecarboxylic acid(化合物E3)5.27g(18.6mmol)と塩化チオニル18mLを加えバス温度を72℃に設定して3時間加熱した。放冷後、1N水酸化ナトリウム水溶液に滴下し、析出した茶色粉末を濾取した。冷メタノールを用いて洗浄し、乾燥させ5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6(5H)−dione(化合物F4)を4.55g得た
(収率91%)。
<合成例10:化合物F5の合成>
4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thienophenecarboxylic acid (Compound E3) (5.27 g, 18.6 mmol) and thionyl chloride (18 mL) are added to a 100 mL eggplant flask and the bath temperature is set to 72 ° C. and heated for 3 hours. did. After allowing to cool, the mixture was added dropwise to a 1N aqueous sodium hydroxide solution, and the precipitated brown powder was collected by filtration. Washing with cold methanol and drying gave 4.55 g of 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (compound F4) (91% yield). .
<Synthesis Example 10: Synthesis of Compound F5>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素下、200mLナスフラスコ中で5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6(5H)−dione(化合物F4)2.65g(10mmol)を、トリフルオロ酢酸50mL、濃硫酸15mLに溶解した。氷浴中で、更にNBS5.33g(30mmol)を溶解するまで攪拌後、氷浴を外して室温まで上昇させ20時間攪拌した。氷水と混合してクエンチ後、クロロホルムを用いて抽出、溶媒を減圧留去により除去し、カラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:クロロホルム2:1→1:1)にて精製した。ヘキサンを用いて懸濁洗浄後、イミドチオフェン誘導体(1,3−dibromo−5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6−(5H)−dione)(化合物F5)を2.58g得た(収率61%)。   In a 200 mL eggplant flask under nitrogen, 2.65 g (10 mmol) of 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (Compound F4) was added to 50 mL of trifluoroacetic acid, concentrated. Dissolved in 15 mL of sulfuric acid. The mixture was further stirred in an ice bath until 5.33 g (30 mmol) of NBS was dissolved. After quenching by mixing with ice water, extraction was performed using chloroform, the solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was purified by column chromatography (developing solvent hexane: chloroform 2: 1 → 1: 1). After suspension washing with hexane, an imidothiophene derivative (1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione) (compound F5) was obtained. 2.58 g was obtained (yield 61%).

<合成例11:コポリマー1の合成> <Synthesis Example 11: Synthesis of Copolymer 1>

Figure 2015218221
Figure 2015218221

窒素雰囲気下、50mL二口ナスフラスコに、合成例6で得られたイソチアナフテン誘導体(化合物E7、0.06g,0.08mmol)及び合成例10で得られたイミドチオフェン誘導体(化合物F5、0.03g,0.07mmol)を入れ、さらに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム 4.2mg(0.004mmol)、トルエン1.3mL、DMF0.3mL、を入れ、CEM社マイクロ波フォーカスド化学合成システムを使用し、80℃で2分、130℃で2分、170℃で2分、200℃で50分、重合反応を行った。反応液をトルエンで4倍に希釈して末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.1mL)を加えてエンドキャップは、80℃で2分、130℃で2分、170℃で2分、200℃で20分加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(0.1mL)を加えて80℃で2分、130℃で2分、170℃で2分、200℃で20分加熱攪拌し、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿をろ取した。得られた固体をクロロホルムに溶解させ、メタノールに加え析出した沈殿を濾別することで、目的とするコポリマー1(20mg)を得た。得られたコポリマー1をクロロホルムに溶かし、溶けたものの重量平均分子量Mwは2800であり、PDIは1.4であった。   In a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere, the isothianaphthene derivative obtained in Synthesis Example 6 (Compound E7, 0.06 g, 0.08 mmol) and the imidothiophene derivative obtained in Synthesis Example 10 (Compound F5, 0 .03 g, 0.07 mmol), and tetrakistriphenylphosphine palladium 4.2 mg (0.004 mmol), toluene 1.3 mL, DMF 0.3 mL, and CEM microwave focused chemical synthesis system. The polymerization reaction was carried out at 80 ° C. for 2 minutes, 130 ° C. for 2 minutes, 170 ° C. for 2 minutes, and 200 ° C. for 50 minutes. The reaction solution was diluted 4-fold with toluene as a terminal treatment, trimethyl (phenyl) tin (0.1 mL) was added, and the end cap was 80 ° C. for 2 minutes, 130 ° C. for 2 minutes, 170 ° C. for 2 minutes, Stir at 200 ° C. for 20 minutes, add bromobenzene (0.1 mL) and stir at 80 ° C. for 2 minutes, 130 ° C. for 2 minutes, 170 ° C. for 2 minutes, and 200 ° C. for 20 minutes. The mixture was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration. The obtained solid was dissolved in chloroform, added to methanol, and the deposited precipitate was separated by filtration to obtain the target copolymer 1 (20 mg). The obtained copolymer 1 was dissolved in chloroform, and the melted polymer had a weight average molecular weight Mw of 2800 and a PDI of 1.4.

<実施例1:コポリマーの吸収波長測定>
合成例11で得られたコポリマー1の吸収波長測定を行った。なお、吸収波長測定は、分光光度計(日立製作所製、U−3500)を用いて実施した。具体的には、コポリマー1のトルエン溶液を作成し、1cm角の石英セルを用いて、400nmから1000 n
mの範囲で測定を行った。得られた結果を図5に示す。
<Example 1: Measurement of absorption wavelength of copolymer>
The absorption wavelength of the copolymer 1 obtained in Synthesis Example 11 was measured. In addition, the absorption wavelength measurement was implemented using the spectrophotometer (the Hitachi make, U-3500). Specifically, a toluene solution of copolymer 1 was prepared, and using a 1 cm square quartz cell, 400 nm to 1000 n
Measurements were made in the range of m. The obtained results are shown in FIG.

公知文献(Macromolecular Rapid Communications(2007),28(17),1786−1791)に記載の主鎖に6員環であるベンゼン環を含むコポリマーは直線性が失われ、長波長での吸収が弱くなっており、その吸収端は約820nmである。一方で、図5に示すように、本発明に係るコポリマーは主鎖が5員環により構成されるために直線性が高く、その吸収端は約1000nmとなっており長波長化が達成されている。その為、本発明に係るコポリマーは長波長側の光を吸収することができ、変換効率の向上が期待される。また、タンデム型の太陽電池素子における長波長側材料としても有望である。   A copolymer containing a benzene ring which is a six-membered ring in the main chain described in a known document (Macromolecular Rapid Communications (2007), 28 (17), 1786-1791) loses linearity and weakly absorbs at a long wavelength. The absorption edge is about 820 nm. On the other hand, as shown in FIG. 5, the copolymer according to the present invention has a high linearity because the main chain is composed of a five-membered ring, and its absorption edge is about 1000 nm, and a longer wavelength is achieved. Yes. Therefore, the copolymer according to the present invention can absorb light on the long wavelength side, and an improvement in conversion efficiency is expected. It is also promising as a long wavelength side material in a tandem solar cell element.

101 下部電極
102 下部バッファ層
103 活性層
104 上部バッファ層
105 上部電極
106 基材
107 光電変換素子
108 第1の活性層
109 中間層
110 第2の活性層
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lower electrode 102 Lower buffer layer 103 Active layer 104 Upper buffer layer 105 Upper electrode 106 Base material 107 Photoelectric conversion element 108 First active layer 109 Intermediate layer 110 Second active layer 1 Weatherproof protective film 2 UV cut film 3, 9 Gas barrier films 4, 8 Getter material films 5, 7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell

Claims (6)

下記式(1)で表される構造単位を有するコポリマー
Figure 2015218221
(式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であるか、R及びR、R及びR、R及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよく、Xは2価の原子又は2価の基を表し、環Yは置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素環、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、置換基を有していてもよい脂肪族複素環、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表す。)
Copolymer having a structural unit represented by the following formula (1)
Figure 2015218221
(In formula (1), R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a monovalent organic group, or R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 are Each may be bonded to each other to form a ring, X represents a divalent atom or a divalent group, and ring Y has an aliphatic hydrocarbon ring which may have a substituent, or a substituent. An aromatic hydrocarbon ring which may be substituted, an aliphatic heterocyclic ring which may have a substituent, or an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent.
前記式(1)中、XはO、S、Se、N(R)、C(R)(R)、又はSi(R10)(R11)を表し、R〜R11は、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基であることを特徴とする請求項1に記載のコポリマー。 In the formula (1), X represents O, S, Se, N (R 7 ), C (R 8 ) (R 9 ), or Si (R 10 ) (R 11 ), and R 7 to R 11 are The copolymer according to claim 1, which is independently a hydrogen atom or a monovalent organic group. 前記式(1)中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基である請求項1又は2に記載のコポリマー。 The copolymer according to claim 1 or 2, wherein in the formula (1), R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent. 基材上に、少なくとも、一対の電極と、前記一対の電極間に活性層と、を有する光電変換素子であって、前記活性層が請求項1〜3のいずれか1項に記載のコポリマーを含有することを特徴とする光電変換素子。   It is a photoelectric conversion element which has a pair of electrode and an active layer between said pair of electrodes on a base material, Comprising: The said active layer is a copolymer of any one of Claims 1-3. A photoelectric conversion element comprising: 請求項4に記載の光電変換素子を有する太陽電池。   The solar cell which has a photoelectric conversion element of Claim 4. 請求項5に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the solar cell according to claim 5.
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