JP6004848B2 - Polymer, organic thin film and organic thin film element using the polymer - Google Patents
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Description
本発明は、重合体、並びにこの重合体を用いた有機薄膜及びこれを備える有機薄膜素子に関する。 The present invention relates to a polymer, an organic thin film using the polymer, and an organic thin film element including the same.
電荷(電子又はホール)輸送性を有する有機材料を含む薄膜は、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池、光センサといった有機薄膜素子への応用が期待されており、このような薄膜を形成できる重合体からなる有機p型半導体材料(ホール輸送性を示す)や有機n型半導体材料(電子輸送性を示す)が種々検討されている。 Thin films containing organic materials having charge (electron or hole) transport properties are expected to be applied to organic thin film elements such as organic thin film transistors, organic thin film solar cells, and optical sensors. From polymers that can form such thin films, Various organic p-type semiconductor materials (showing hole transport properties) and organic n-type semiconductor materials (showing electron transport properties) have been studied.
重合体からなる有機p型半導体材料としては、ポリ(3−アルキルチオフェン)が知られている(特許文献1参照。)。 As an organic p-type semiconductor material made of a polymer, poly (3-alkylthiophene) is known (see Patent Document 1).
一方、有機薄膜素子の一態様である有機薄膜太陽電池としては、ドナー性の重合体からなる有機p型半導体材料とアクセプター性のフラーレン誘導体とを含む組成物を有機薄膜太陽電池に用いることが記載されている(特許文献2参照。)。 On the other hand, as an organic thin film solar cell which is one embodiment of the organic thin film element, it is described that a composition containing an organic p-type semiconductor material made of a donor polymer and an acceptor fullerene derivative is used for the organic thin film solar cell. (See Patent Document 2).
しかし、上記従来の重合体からなる有機p型半導体材料は、ホール輸送性が十分であるとは言い難かった。 However, it has been difficult to say that the organic p-type semiconductor material made of the conventional polymer has sufficient hole transportability.
そこで、本発明は、優れたホール輸送性を有する重合体を提供することを目的とする。さらに本発明は、かかる重合体を含む有機薄膜及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the polymer which has the outstanding hole transportability. Furthermore, an object of this invention is to provide the organic thin film element provided with this organic thin film containing this polymer, and this organic thin film.
本発明は、式(1)で表される構造単位を少なくとも2つ有し、かつ、式(2)で表される構造単位を少なくとも1つ有する、重合体を提供する。
[式中、
X1及びX2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又は=C(A)2で表される基(Aは、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、二つのAは互いに同一でも異なっていてもよい。)を示す。
R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の1価の複素環基を示す。また、R1及びR2は互いに結合して、これらが結合している環と縮合する炭化水素環又は複素環を形成していてもよく、該炭化水素環及び該複素環は置換基を有していてもよい。
Ar1は、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の4価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数4〜60の4価の複素環基を示す。
Yは、炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子又はスズ原子を示す。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の1価の複素環基を示す。
Ar2及びAr3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の3価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜60の3価の複素環基を示す。
なお、式(1)において、R1及びR2が結合している2つの炭素の間の結合は二重結合として記載されているが、R1及びR2が互いに結合して環を形成し、該環内に共役(交互の単結合及び二重結合)を形成している場合には、式(1)中の当該二重結合は該共役におけるπ電子が非局在化した結合を意味する。このことは、Ar1が結合している2つの炭素の間の結合についても同様である。]
The present invention provides a polymer having at least two structural units represented by formula (1) and having at least one structural unit represented by formula (2).
[Where:
X 1 and X 2 are each independently an oxygen atom, a sulfur atom or a group represented by ═C (A) 2 (A is a monovalent optionally having a hydrogen atom, a halogen atom or a substituent. And two A's may be the same or different from each other.
R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent Indicates. R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a hydrocarbon ring or a heterocyclic ring condensed with the ring to which they are bonded, and the hydrocarbon ring and the heterocyclic ring have a substituent. You may do it.
Ar 1 represents an optionally substituted tetravalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms or an optionally substituted tetravalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms. Show.
Y represents a carbon atom, a silicon atom, a germanium atom, a titanium atom or a tin atom.
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent Indicates.
Ar 2 and Ar 3 are each independently a trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent or a carbon number having 3 to 60 which may have a substituent. A trivalent heterocyclic group is shown.
In Formula (1), the bond between the two carbons to which R 1 and R 2 are bonded is described as a double bond, but R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring. When a conjugation (alternate single and double bonds) is formed in the ring, the double bond in formula (1) means a bond in which π electrons in the conjugation are delocalized. To do. The same applies to the bond between the two carbons to which Ar 1 is bonded. ]
かかる重合体は、イオン化ポテンシャルが小さく(HOMO(最高被占軌道)が浅く)、又、優れたホール輸送性を有する。 Such a polymer has a small ionization potential (a shallow HOMO (maximum occupied orbit)) and an excellent hole transport property.
さらに、好ましい実施形態では、本発明の重合体は有機溶媒、例えばクロロホルムへの溶解性に優れる。このような性質を有する本発明の重合体は、印刷法によりフレキシブル基板上に有機薄膜素子を形成することができるので、取り扱い性に優れる。 Further, in a preferred embodiment, the polymer of the present invention has excellent solubility in an organic solvent such as chloroform. The polymer of the present invention having such properties is excellent in handleability because an organic thin film element can be formed on a flexible substrate by a printing method.
本発明はまた、上記本発明の重合体を含む有機薄膜を提供する。かかる本発明の有機薄膜は、本発明の重合体を含むことから、優れたホール輸送性を示すほか、好ましい実施形態では、印刷法によって容易に形成することができる。 The present invention also provides an organic thin film containing the polymer of the present invention. Since the organic thin film of the present invention contains the polymer of the present invention, it exhibits excellent hole transportability, and in a preferred embodiment, it can be easily formed by a printing method.
本発明はさらに、上記本発明の有機薄膜を備える有機薄膜素子を提供する。有機薄膜素子としては、有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜太陽電池が好適である。このような有機薄膜素子は、本発明の有機薄膜を備えており、この有機薄膜は優れたホール輸送性を有することから、電極から注入された電荷や光吸収により発生した電荷を効率よく輸送することができる。また、この有機薄膜は狭いHOMO−LUMO(最低空軌道)ギャップを有することから長波長の光を効率よく吸収することができる。そのため、本発明の有機薄膜素子は優れた性能を発揮することができ、有機薄膜トランジスタは高いホール移動度を有するものとなり、有機薄膜太陽電池は高い開放端電圧及び光電変換効率を有するものとなる。 The present invention further provides an organic thin film element comprising the organic thin film of the present invention. As the organic thin film element, an organic thin film transistor and an organic thin film solar cell are suitable. Such an organic thin film element includes the organic thin film of the present invention, and since this organic thin film has excellent hole transport properties, it efficiently transports charges injected from the electrodes and charges generated by light absorption. be able to. Further, since this organic thin film has a narrow HOMO-LUMO (lowest empty orbit) gap, it can efficiently absorb light having a long wavelength. Therefore, the organic thin film element of the present invention can exhibit excellent performance, the organic thin film transistor has high hole mobility, and the organic thin film solar cell has high open-end voltage and photoelectric conversion efficiency.
本発明によれば、優れたホール輸送性を有する重合体を提供することができる。また、本発明の好ましい実施形態では、有機溶媒への溶解性にも優れる重合体を提供することができる。さらに、本発明によれば、このような本発明の重合体を含み、優れたホール輸送性を示す有機薄膜、並びに、かかる有機薄膜を備えることで、優れた性能を発揮し得る有機薄膜素子、特に有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜太陽電池を提供することができる。 According to the present invention, a polymer having excellent hole transportability can be provided. Moreover, in preferable embodiment of this invention, the polymer which is excellent also in the solubility to an organic solvent can be provided. Furthermore, according to the present invention, an organic thin film that includes such a polymer of the present invention and exhibits excellent hole transportability, and an organic thin film element that can exhibit excellent performance by including such an organic thin film, In particular, an organic thin film transistor and an organic thin film solar cell can be provided.
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as the case may be. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.
[重合体]
まず、本発明の重合体について説明する。本発明の重合体は、式(1)で表される構造単位を少なくとも2つ有し、かつ、式(2)で表される構造単位を少なくとも1つ有するものである。ここで、重合体の「構造単位」とは、当該重合体の主鎖を構成している構造単位を意味する。また、「重合体」とは、通常オリゴマーやポリマーに分類されるものの両方を含む。
[Polymer]
First, the polymer of the present invention will be described. The polymer of the present invention has at least two structural units represented by the formula (1) and at least one structural unit represented by the formula (2). Here, the “structural unit” of the polymer means a structural unit constituting the main chain of the polymer. The “polymer” includes both those usually classified as oligomers or polymers.
以下、式(1)で表される構造単位の好適な構成について説明する。まず、式(1)中、X1及びX2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又は=C(A)2で表される基を示す。Aは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示す。 Hereinafter, the suitable structure of the structural unit represented by Formula (1) is demonstrated. First, in formula (1), X 1 and X 2 each independently represent an oxygen atom, a sulfur atom or a group represented by ═C (A) 2 . A each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group which may have a substituent.
X1又はX2として、=C(A)2で表される基を有する場合、LUMOをより低くできるので、二つのAのうち少なくとも一方が電子求引性の基であることが好ましく、二つのAがいずれも電子求引性の基であることがより好ましい。電子求引性の基としては、シアノ基、ニトロ基、ホルミル基、アルカノイル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基又はハロゲン原子が好ましく、シアノ基、ニトロ基又はハロゲン原子がより好ましく、シアノ基が更に好ましい。アルキル基をその構造中に含むアルカノイル基のアルキル基及びアルコキシカルボニル基のアルキル基としては、炭素数1〜12のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜10のアルキル基が更に好ましい。 When X 1 or X 2 has a group represented by ═C (A) 2 , LUMO can be further lowered. Therefore, at least one of the two A is preferably an electron-attracting group, More preferably, each of the two A is an electron withdrawing group. The electron withdrawing group is preferably a cyano group, a nitro group, a formyl group, an alkanoyl group, an alkoxycarbonyl group, a carboxyl group, a hydroxyl group or a halogen atom, more preferably a cyano group, a nitro group or a halogen atom, and a cyano group. Is more preferable. As the alkyl group of the alkanoyl group containing the alkyl group in the structure and the alkyl group of the alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is more preferable, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is still more preferable.
X1及びX2としては、LUMOをより低くできるので、酸素原子又は=C(A)2で表される基が好ましく、酸素原子がより好ましい。 X 1 and X 2 are preferably an oxygen atom or a group represented by ═C (A) 2 , and more preferably an oxygen atom because LUMO can be further reduced.
式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の複素環基を示す。該アルキル基中の炭素原子の一部は酸素原子、硫黄原子、S=O、S(=O)2又はN−Rに置換されていてもよく(Rは、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示す)、該アルキル基中の水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されていてもよい。また、R1及びR2は互いに結合して、これらが結合している環と縮合する炭化水素環又は複素環を形成していてもよく、該炭化水素環及び該複素環は置換基を有していてもよい。 In formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic group. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or an aryl group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent. A heterocyclic group is shown. A part of carbon atoms in the alkyl group may be substituted with an oxygen atom, a sulfur atom, S═O, S (═O) 2 or N—R (where R is a hydrogen atom, a halogen atom or a substituent). And a part or all of the hydrogen atoms in the alkyl group may be substituted with fluorine atoms. R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a hydrocarbon ring or a heterocyclic ring condensed with the ring to which they are bonded, and the hydrocarbon ring and the heterocyclic ring have a substituent. You may do it.
R1及びR2において、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。なお、本明細書中、後述するハロゲン原子についても同様の原子が例示される。 In R 1 and R 2 , examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. In addition, in this specification, the same atom is illustrated also about the halogen atom mentioned later.
R1及びR2において、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基としては、炭素数3〜24の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基が好ましく、炭素数6〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル基がより好ましい。ただし、分子間の配列をよくするためには、直鎖状のアルキル基が好ましい一方、有機溶媒への溶解性を高くするためには、分岐状のアルキル基が好ましく、これらは所望とする特性に応じて選択することができる。なお、R1及びR2が同じ基であると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。 In R 1 and R 2 , the linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms is preferably a linear, branched or cyclic alkyl group having 3 to 24 carbon atoms, and has 6 carbon atoms. More preferred is a linear or branched alkyl group of ˜20. However, a linear alkyl group is preferable for improving the intermolecular arrangement, while a branched alkyl group is preferable for increasing the solubility in an organic solvent, and these have desired properties. Can be selected. In addition, it is more preferable that R 1 and R 2 are the same group because the production of the polymer becomes easy.
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、3,7−ジメチルオクチル基、3,7,11−トリメチルドデシル基が挙げられる。これらのアルキル基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよく、置換されるハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。 Examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, 3-methylbutyl group, pentyl group, hexyl group, 2-ethylhexyl group, Examples include heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, 3,7-dimethyloctyl group, and 3,7,11-trimethyldodecyl group. In these alkyl groups, some or all of the hydrogen atoms may be substituted with halogen atoms, and the halogen atom to be substituted is preferably a fluorine atom.
直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基とは、アルキル基及び炭素原子以外の原子を含む基、並びにアルキル基及び不飽和結合を含む基をいう。その具体例としては、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキル−アルケニル基、アルキル−アルキニル基、アルキルアリール基、アルコキシアリール基、アルキルチオアリール基、アルコキシカルボニル基、アルキルチオカルボニル基、アルキルシリル基及びアルキルアミノ基が挙げられる。なかでも、アルコキシ基、アルキルチオ基が好ましく、アルキルチオ基がより好ましい。なお、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含むアルキル基以外の基に含まれるアルキル基としては、上述のアルキル基と同様のものを例示することができる。 The monovalent non-alkyl group containing a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms is a group containing an alkyl group and an atom other than a carbon atom, and a group containing an alkyl group and an unsaturated bond. Say. Specific examples thereof include an alkoxy group, an alkylthio group, an alkyl-alkenyl group, an alkyl-alkynyl group, an alkylaryl group, an alkoxyaryl group, an alkylthioaryl group, an alkoxycarbonyl group, an alkylthiocarbonyl group, an alkylsilyl group, and an alkylamino group. Can be mentioned. Of these, an alkoxy group and an alkylthio group are preferable, and an alkylthio group is more preferable. In addition, as an alkyl group contained in groups other than the alkyl group containing a linear, branched or cyclic C1-C30 alkyl group, the thing similar to the above-mentioned alkyl group can be illustrated.
R1及びR2において、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基としては、例えば、フェニル基、炭素数1〜12のアルコキシ基を有するフェニル基、炭素数1〜12のアルキル基を有するフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基が挙げられる。なかでも、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、炭素数1〜12のアルコキシ基を有するフェニル基及び炭素数1〜12のアルキル基を有するフェニル基がより好ましい。 Examples of the aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent in R 1 and R 2 include a phenyl group, a phenyl group having an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, and a carbon number of 1 to 12 carbon atoms. And a phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group having an alkyl group. Among them, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and a phenyl group having an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms and a phenyl group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms are more preferable.
R1及びR2において、置換基を有していてもよい炭素数2〜60の複素環基としては、例えば、チエニル基、炭素数1〜12のアルキル基を有するチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、炭素数1〜12のアルキル基を有するピリジル基が挙げられる。なかでも、炭素数3〜20の複素環基が好ましく、チエニル基、炭素数1〜12のアルキル基を有するチエニル基、ピリジル基及び炭素数1〜12のアルキル基を有するピリジル基がより好ましい。なお、複素環基とは、環状構造を有する有機基において、環を構成する少なくとも1つの原子がヘテロ原子である基をいうものであり、該複素環基としては芳香族複素環基であることが好ましい。 Examples of the heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms that may have a substituent in R 1 and R 2 include a thienyl group, a thienyl group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a pyrrolyl group, and furyl. Group, a pyridyl group, and a pyridyl group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Among these, a heterocyclic group having 3 to 20 carbon atoms is preferable, and a thienyl group, a thienyl group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a pyridyl group, and a pyridyl group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms are more preferable. The heterocyclic group refers to a group in which at least one atom constituting the ring is a heteroatom in an organic group having a cyclic structure, and the heterocyclic group is an aromatic heterocyclic group. Is preferred.
R1及びR2が互いに結合して環を形成していない場合は、R1及びR2の少なくとも一方が、好ましくはそれぞれ独立に両方が、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のフルオロアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルコキシ基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のフルオロアルコキシ基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキルチオ基又は炭素数1〜30のフルオロアルキルチオ基であることが好ましく、直鎖状若しく分岐状の炭素数3〜24のアルキル基、直鎖状若しく分岐状の炭素数3〜24のフルオロアルキル基又は直鎖状若しくは分岐状の炭素数3〜24のアルコキシ基がより好ましく、直鎖状若しく分岐状の炭素数6〜20のアルキル基又は直鎖状若しく分岐状の炭素数6〜20のフルオロアルキル基が更に好ましい。R1及びR2をこれらの基にすることによって、有機溶媒への溶解性が向上する。
In the case where R 1 and R 2 are not bonded to each other to form a ring, at least one of R 1 and R 2 , preferably each independently, are both linear, branched or
また、R1及びR2が互いに結合して環を形成している場合、かかる環は、置換基を有していてもよい炭化水素環又は置換基を有していてもよい複素環であってもよい。有機溶媒への溶解性を向上させる観点からは、R1及びR2が互いに結合してなる環は、置換基を有する炭化水素環又は置換基を有する複素環であることが好ましい。置換基を有していてもよい炭化水素環としては芳香族炭化水素環であることが好ましく、置換基を有していてもよい複素環としては芳香族複素環であることが好ましい。置換基としては、上述したR1及びR2が互いに結合して環を形成していない場合のR1及びR2として好適な基と同様の基であると好ましい。置換基をこれらの基にすることによって、有機溶媒への溶解性が向上する。 In addition, when R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring, the ring is a hydrocarbon ring that may have a substituent or a heterocyclic ring that may have a substituent. May be. From the viewpoint of improving the solubility in an organic solvent, the ring formed by bonding R 1 and R 2 to each other is preferably a hydrocarbon ring having a substituent or a heterocyclic ring having a substituent. The hydrocarbon ring that may have a substituent is preferably an aromatic hydrocarbon ring, and the heterocyclic ring that may have a substituent is preferably an aromatic heterocyclic ring. The substituent, preferably a same groups as the preferred groups as R 1 and R 2 when R 1 and R 2 described above do not form a ring together. By using these groups as substituents, solubility in organic solvents is improved.
炭化水素環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、ピレン環、ペリレン環、フルオレン環が挙げられ、ベンゼン環が好ましい。 Examples of the hydrocarbon ring include a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a tetracene ring, a pentacene ring, a pyrene ring, a perylene ring, and a fluorene ring, and a benzene ring is preferable.
複素環としては、チオフェン環、チエノチオフェン環、フラン環、ピロール環及びピリジン環が挙げられ、チオフェン環、チエノチオフェン環が好ましい。 Examples of the heterocyclic ring include a thiophene ring, a thienothiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, and a pyridine ring, and a thiophene ring and a thienothiophene ring are preferable.
式(1)中、Ar1は、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の4価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数4〜60の4価の複素環基を示す。 In Formula (1), Ar 1 is an optionally substituted tetravalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms or 4 having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent. A valent heterocyclic group is shown.
Ar1において、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の4価の芳香族炭化水素基とは、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の芳香族炭化水素化合物における芳香環上の4つの水素原子を除いた4価の基を示す。芳香族炭化水素化合物は、単環であっても縮合環であってもよい。これらの中でも、より優れた溶解性が得られ、かつ、製造が容易であるので、単環又は5つ以下の環が縮合した縮合環が好ましく、単環又は2つの環が縮合した縮合環がより好ましく、単環が更に好ましい。 In Ar 1 , the optionally substituted tetravalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms refers to an aromatic hydrocarbon compound having 6 to 60 carbon atoms that may have a substituent. The tetravalent group remove | excluding four hydrogen atoms on the aromatic ring in is shown. The aromatic hydrocarbon compound may be a single ring or a condensed ring. Among these, since superior solubility is obtained and production is easy, a condensed ring in which a single ring or 5 or less rings are condensed is preferable, and a condensed ring in which a single ring or two rings are condensed is preferable. More preferred is a single ring.
芳香族炭化水素化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、ピレン、ペリレンが挙げられる。なかでも、ベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。 Examples of the aromatic hydrocarbon compound include benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, pyrene, and perylene. Of these, benzene or naphthalene is preferable, and benzene is more preferable.
置換基を有していてもよい炭素数6〜60の4価の芳香族炭化水素基における置換基としては、例えば、ハロゲン原子、炭素数1〜12の飽和若しくは不飽和の炭化水素基、炭素数6〜60のアリール基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数1〜12のアルカノイル基、炭素数6〜60のアリールオキシ基、炭素数2〜60の複素環基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基が挙げられる。置換基としての飽和の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基が、不飽和の炭化水素基としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、プロパルギル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基及び2−ブテニル基が挙げられる。また、置換基としてのアリール基としては、フェニル基、ナフチル基が、アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基が、アルカノイル基としては、メタノイル基、エタノイル基、プロパノイル基、プロペノイル基、ベンゾイル基が、アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基、炭素数1〜12のアルキル基を有するフェニルオキシ基が、複素環基としては、例えば、チエニル基、炭素数1〜12のアルキル基を有するチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基が挙げられる。 Examples of the substituent in the tetravalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent include a halogen atom, a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and carbon. An aryl group having 6 to 60 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, an alkanoyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 60 carbon atoms, a heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms, an amino group, and a nitro group Group and cyano group. Examples of the saturated hydrocarbon group as a substituent include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group, and examples of the unsaturated hydrocarbon group include a vinyl group and 1-propenyl. Group, allyl group, propargyl group, isopropenyl group, 1-butenyl group and 2-butenyl group. In addition, as the aryl group as a substituent, phenyl group, naphthyl group, alkoxy group as methoxy group, ethoxy group, propoxy group, alkanoyl group as methanoyl group, ethanoyl group, propanoyl group, propenoyl group, benzoyl group The aryloxy group is a phenyloxy group or a phenyloxy group having an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the heterocyclic group is, for example, a thienyl group or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. Group, pyrrolyl group, furyl group, pyridyl group.
置換基を有していてもよい炭素数4〜60の4価の複素環基とは、置換基を有していてもよい炭素数4〜60の複素環式化合物における複素環上の4つの水素原子を除いた4価の基を示す。複素環式化合物は、単環又は縮合環であってもよく、該複素環式化合物としては芳香族複素環式化合物であることが好ましい。これらの中でも、より優れた溶解性が得られるほか、製造が容易であるので、単環又は5つ以下の環が縮合した縮合環が好ましく、単環又は2つの環が縮合した縮合環がより好ましく、単環が更に好ましい。 The tetravalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent refers to four on the heterocyclic ring in the heterocyclic compound having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent. A tetravalent group excluding a hydrogen atom is shown. The heterocyclic compound may be a monocyclic ring or a condensed ring, and the heterocyclic compound is preferably an aromatic heterocyclic compound. Among these, since excellent solubility is obtained and production is easy, a condensed ring in which a single ring or 5 or less rings are condensed is preferable, and a condensed ring in which a single ring or two rings are condensed is more preferable. Preferably, a single ring is more preferable.
複素環式化合物としては、例えば、ピリジン、チオフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、ベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、ジベンゾチオフェン、ピロール、キノリン、インドールが挙げられる。なかでも、チオフェン、チエノチオフェン又はピリジンが好ましく、チオフェンがより好ましい。 Examples of the heterocyclic compound include pyridine, thiophene, thienothiophene, dithienothiophene, benzothiophene, benzodithiophene, dibenzothiophene, pyrrole, quinoline, and indole. Of these, thiophene, thienothiophene or pyridine is preferable, and thiophene is more preferable.
置換基を有していてもよい炭素数4〜60の4価の複素環基における置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜12の飽和若しくは不飽和の炭化水素基、炭素数6〜60のアリール基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数1〜12のアルカノイル基、炭素数6〜60のアリールオキシ基、炭素数2〜60の複素環基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基が挙げられる。これらの置換基としては、上記と同じ基が例示できる。 Examples of the substituent in the tetravalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent include a halogen atom, a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and 6 to 60 carbon atoms. Aryl group, C 1-12 alkoxy group, C 1-12 alkanoyl group, C 6-60 aryloxy group, C 2-60 heterocyclic group, amino group, nitro group, cyano group Is mentioned. Examples of these substituents include the same groups as described above.
Ar1としては、ベンゼン又はチオフェンにおける芳香環上の4つの水素原子を除いた4価の基が好ましい。 Ar 1 is preferably a tetravalent group excluding four hydrogen atoms on the aromatic ring in benzene or thiophene.
本実施形態に係る重合体において、式(1)で表される構造単位は、式(3)で表される構造単位であることが好ましい。
式(3)中、X1、X2、R1及びR2は、上記と同義であり、Z1は、式(i)で表される基、式(ii)で表される基、式(iii)で表される基、式(iv)で表される基、式(v)で表される基、式(vi)で表される基、式(vii)で表される基、式(viii)で表される基又は式(ix)で表される基を示す。Z1が式(i)、(ii)又は(ix)で表される基である場合、式(3)で表される基はそれぞれフラン環、チオフェン環又はピロール環の構造を有する。これらの環、特にチオフェン環は、好適な電気的性質を示すため、これらの環を有する重合体は種々の電気的特性を発揮することが可能となる。
なお、式(3)において、R1及びR2が結合している2つの炭素の間の結合は二重結合として記載されているが、R1及びR2が互いに結合して環を形成し、該環内に共役(交互の単結合及び二重結合)を形成している場合には、式(3)中の当該二重結合は該共役におけるπ電子が非局在化した結合を意味する。
In formula (3), X 1 , X 2 , R 1 and R 2 have the same meanings as described above, and Z 1 represents a group represented by formula (i), a group represented by formula (ii), and a formula A group represented by (iii), a group represented by formula (iv), a group represented by formula (v), a group represented by formula (vi), a group represented by formula (vii), a formula A group represented by (viii) or a group represented by formula (ix) is shown. When Z 1 is a group represented by the formula (i), (ii) or (ix), the group represented by the formula (3) has a furan ring, thiophene ring or pyrrole ring structure, respectively. Since these rings, particularly thiophene rings, exhibit suitable electrical properties, a polymer having these rings can exhibit various electrical characteristics.
In Formula (3), the bond between the two carbons to which R 1 and R 2 are bonded is described as a double bond, but R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring. When a conjugation (alternate single and double bonds) is formed in the ring, the double bond in formula (3) means a bond in which π electrons in the conjugation are delocalized. To do.
式(vii)、(viii)及び(ix)中、R11、R12、R13及びR14は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、R11とR12とは互いに結合して環を形成していてもよい。また、式(viii)で表される基は左右反転していてもよい。 In formulas (vii), (viii) and (ix), R 11 , R 12 , R 13 and R 14 each independently represents a monovalent group optionally having a hydrogen atom, a halogen atom or a substituent. R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring. In addition, the group represented by the formula (viii) may be horizontally reversed.
R11、R12、R13及びR14における1価の基としては、例えば、直鎖状又は分岐状の鎖状基(ここで、鎖状基とは、環式構造を有しない基を示す。)、1価の環状基(ここで、環状基とは、環式構造を有する基を示す。この環式構造は、単環でも縮合環でもよく、炭素環でも複素環でもよく、飽和でも不飽和でもよい。)が挙げられる。また、1価の基は、電子供与性の基であっても電子求引性の基であってもよい。 As the monovalent group in R 11 , R 12 , R 13 and R 14 , for example, a linear or branched chain group (here, the chain group refers to a group having no cyclic structure) .) A monovalent cyclic group (herein, the cyclic group represents a group having a cyclic structure. This cyclic structure may be a monocyclic ring or a condensed ring, may be a carbocyclic ring or a heterocyclic ring, and may be saturated) May be unsaturated.). The monovalent group may be an electron donating group or an electron withdrawing group.
R11、R12、R13及びR14における1価の基が有していてもよい置換基としては、炭素数20以下で構成される置換基が好ましく、炭素数17以下で構成される置換基がより好ましい。置換基としては、例えば、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルキル基をその構造中に含む基(例えば、アルコキシ基、アルキルアミノ基又はアルコキシカルボニル基)、炭素数6〜20のアリール基、ハロゲン原子、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。 As the substituent which the monovalent group in R 11 , R 12 , R 13 and R 14 may have, a substituent composed of 20 or less carbon atoms is preferred, and a substituent composed of 17 or less carbon atoms Groups are more preferred. Examples of the substituent include a group having an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in its structure (for example, an alkoxy group, an alkylamino group, or an alkoxycarbonyl group), and 6 to 6 carbon atoms. Examples include 20 aryl groups, halogen atoms, nitro groups, and cyano groups.
上記置換基であるアルキル基としては、直鎖状若しく分岐状の炭素数1〜16のアルキル基が好ましく、直鎖状若しく分岐状の炭素数1〜10のアルキル基がより好ましい。これらの基は、水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよく、置換されるハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。アルキル基における水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたアルキル基としては、直鎖状若しく分岐状の炭素数1〜10のフルオロアルキル基が好ましい。 The alkyl group as the substituent is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and more preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. In these groups, some or all of the hydrogen atoms may be substituted with halogen atoms, and the halogen atom to be substituted is preferably a fluorine atom. The alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with fluorine atoms is preferably a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
上記置換基であるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基が挙げられる。アルキル基をその構造中に含む基(例えば、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アルコキシカルボニル基)におけるアルキル基としても、上記と同様の基が例示できる。 Examples of the alkyl group as the substituent include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, hexyl group, octyl group, A decyl group is mentioned. Examples of the alkyl group in a group containing an alkyl group in its structure (for example, an alkoxy group, an alkylamino group, and an alkoxycarbonyl group) include the same groups as described above.
R11、R12、R13及びR14は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基であることが好ましく、水素原子、アルキル基又はアリール基であることがより好ましい。 R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are preferably a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, and more preferably a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
式(1)で表される構造単位は、式(4)で表される構造単位であることも好ましい。
式(4)中、X1、X2及びAr1は、前記と同義であり、
Z2は、下記の式(xi)で表される基、式(xii)で表される基、式(xiii)で表される基、式(xiv)で表される基、式(xv)で表される基、式(xvi)で表される基、式(xvii)で表される基、式(xviii)で表される基又は式(xix)で表される基を示す。
R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示す。
なお、式(4)において、Ar1が結合している2つの炭素の間の結合は二重結合として記載されているが、Ar1の環内に共役(交互の単結合及び二重結合)が形成されている場合には、式(4)中の当該二重結合は該共役におけるπ電子が非局在化した結合を意味する。
In formula (4), X 1 , X 2 and Ar 1 are as defined above,
Z 2 is a group represented by the following formula (xi), a group represented by the formula (xii), a group represented by the formula (xiii), a group represented by the formula (xiv), or the formula (xv) A group represented by formula (xvi), a group represented by formula (xvii), a group represented by formula (xviii) or a group represented by formula (xix).
R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent group that may have a substituent.
In addition, in Formula (4), although the coupling | bonding between two carbons which Ar < 1 > has couple | bonded is described as a double bond, conjugation in the ring of Ar < 1 > (alternate single bond and double bond) Is formed, the double bond in formula (4) means a bond in which π electrons in the conjugate are delocalized.
式(xvii)、式(xviii)及び式(xix)中、R21、R22、R23及びR24は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、R21とR22とは互いに結合して環を形成していてもよい。また、式(xviii)で表される基は左右反転していてもよい。 In formula (xvii), formula (xviii), and formula (xix), R 21 , R 22 , R 23, and R 24 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or a monovalent group that may have a substituent. R 21 and R 22 may be bonded to each other to form a ring. Further, the group represented by the formula (xviii) may be horizontally reversed.
式(4)中、Z2で表される基が、式(xi)、(xii)、(xiii)、(xiv)、(xv)又は(xvi)で表される基である場合は、R5及びR6の少なくとも一方が、上述したR1及びR2として好適な基と同様の基であると好ましい。一方、Z2で表される基が、式(xvii)、(xviii)又は(xix)で表される基である場合は、R5、R6並びに式(xvii)、(xviii)又は(xix)で表される基中の置換基(R21、R22、R23又はR24)のうちの少なくとも1つが、上述したR1及びR2として好適な基と同様の基であると好ましい。これらの条件を満たすことで、重合体の有機溶媒への溶解性がより良好となる。 In the formula (4), when the group represented by Z 2 is a group represented by the formula (xi), (xii), (xiii), (xiv), (xv) or (xvi), R At least one of 5 and R 6 is preferably a group similar to the group suitable as R 1 and R 2 described above. On the other hand, when the group represented by Z 2 is a group represented by the formula (xvii), (xviii) or (xix), R 5 , R 6 and the formula (xvii), (xviii) or (xix) It is preferable that at least one of the substituents (R 21 , R 22 , R 23, or R 24 ) in the group represented by (1) is a group similar to the groups suitable as R 1 and R 2 described above. By satisfying these conditions, the solubility of the polymer in the organic solvent becomes better.
Z2としては、式(xi)〜(xix)で表される基のうち、式(xi)、(xii)、(xiii)、(xvii)、(xviii)及び(xix)のいずれかで表される基が好ましく、式(xii)及び(xvii)のいずれかで表される基がより好ましく、式(xvii)で表される基が更に好ましい。式(xvii)で表される基の場合、R21及びR22の少なくとも一方、好ましくはそれぞれ独立に両方が、炭素数1〜25のアルキル基、炭素数1〜25のフルオロアルキル基、炭素数1〜25のアルコキシ基、炭素数1〜25のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜25のアルキルチオ基又は炭素数1〜25のフルオロアルキルチオ基であることが好ましく、炭素数1〜25のアルキル基又は炭素数1〜25のフルオロアルキル基がより好ましく、炭素数6〜20のアルキル基又は炭素数6〜20のフルオロアルキル基が更に好ましく、炭素数6〜12のアルキル基が特に好ましい。これらのアルキル基及びアルキル基をその構造中に含む基のアルキル基は、直鎖状、分岐状若しくは環状のいずれでもよい。これらの基にすることにより、重合体の有機溶媒への溶解性が向上する。 Z 2 is a group represented by any of formulas (xi) to (xix) and represented by any one of formulas (xi), (xii), (xiii), (xvii), (xviii), and (xix). The group represented by formula (xii) and (xvii) is more preferable, and the group represented by formula (xvii) is still more preferable. In the case of a group represented by the formula (xvii), at least one of R 21 and R 22 , preferably both independently, are each an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 25 carbon atoms, a carbon number It is preferably an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, a fluoroalkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 25 carbon atoms, or a fluoroalkylthio group having 1 to 25 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or A C1-C25 fluoroalkyl group is more preferable, a C6-C20 alkyl group or a C6-C20 fluoroalkyl group is still more preferable, and a C6-C12 alkyl group is especially preferable. These alkyl groups and the alkyl group of the group containing the alkyl group in the structure may be linear, branched or cyclic. By using these groups, the solubility of the polymer in an organic solvent is improved.
式(4)中、R5及びR6における置換基を有していてもよい1価の基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフルオロアルキル基、炭素数1〜18のアルコキシ基、炭素数1〜18のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜18のアルキルチオ基又は炭素数1〜18のフルオロアルキルチオ基が例示される。 In formula (4), the monovalent group which may have a substituent in R 5 and R 6 includes an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and 1 carbon atom. Examples thereof include an -18 alkoxy group, a C1-C18 fluoroalkoxy group, a C1-C18 alkylthio group, or a C1-C18 fluoroalkylthio group.
式(1)、式(3)及び式(4)で表される構造単位は、式(5)で表される構造単位であることが好ましい。
式(5)中、X1、X2、R5、R6、Z1及びZ2は、前記と同義である。 In formula (5), X 1 , X 2 , R 5 , R 6 , Z 1 and Z 2 are as defined above.
式(5)中、Z2で表される基が、式(xi)、(xii)、(xiii)、(xiv)、(xv)又は(xvi)で表される基である場合は、R5及びR6の少なくとも一方が、上述したR1及びR2として好適な基と同様の基であると好ましい。一方、Z2で表される基が、式(xvii)、(xviii)又は(xix)で表される基である場合は、R5、R6並びに式(xvii)、(xviii)又は(xix)で表される基中の置換基(R21、R22、R23又はR24)のうちの少なくとも1つが、上述したR1及びR2として好適な基と同様の基であると好ましい。これらの条件を満たすことで、重合体の有機溶媒への溶解性が向上する。 In the formula (5), when the group represented by Z 2 is a group represented by the formula (xi), (xii), (xiii), (xiv), (xv) or (xvi), R At least one of 5 and R 6 is preferably a group similar to the group suitable as R 1 and R 2 described above. On the other hand, when the group represented by Z 2 is a group represented by the formula (xvii), (xviii) or (xix), R 5 , R 6 and the formula (xvii), (xviii) or (xix) It is preferable that at least one of the substituents (R 21 , R 22 , R 23, or R 24 ) in the group represented by (1) is a group similar to the groups suitable as R 1 and R 2 described above. By satisfying these conditions, the solubility of the polymer in the organic solvent is improved.
Z2としては、式(xi)〜(xix)で表される基のうち、式(xi)、(xii)、(xiii)、(xvii)、(xviii)及び(xix)のいずれかで表される基が好ましく、式(xii)及び(xvii)のいずれかで表される基がより好ましく、式(xvii)で表される基が更に好ましい。式(xvii)で表される基の場合、R21及びR22の少なくとも一方、好ましくはそれぞれ独立に両方が、炭素数1〜25のアルキル基、炭素数1〜25のフルオロアルキル基、炭素数1〜25のアルコキシ基、炭素数1〜25のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜25のアルキルチオ基又は炭素数1〜25のフルオロアルキルチオ基であることが好ましく、炭素数1〜25のアルキル基又は炭素数1〜25のフルオロアルキル基がより好ましく、炭素数6〜20のアルキル基又は炭素数6〜20のフルオロアルキル基が更に好ましく、炭素数6〜12のアルキル基が特に好ましい。これらのアルキル基及びアルキル基をその構造中に含む基のアルキル基は、直鎖状、分岐状若しくは環状のいずれでもよい。これらの基にすることにより、重合体の有機溶媒への溶解性が向上する。 Z 2 is a group represented by any of formulas (xi) to (xix) and represented by any one of formulas (xi), (xii), (xiii), (xvii), (xviii), and (xix). The group represented by formula (xii) and (xvii) is more preferable, and the group represented by formula (xvii) is still more preferable. In the case of a group represented by the formula (xvii), at least one of R 21 and R 22 , preferably both independently, are each an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 25 carbon atoms, a carbon number It is preferably an alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, a fluoroalkoxy group having 1 to 25 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 25 carbon atoms, or a fluoroalkylthio group having 1 to 25 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms or A C1-C25 fluoroalkyl group is more preferable, a C6-C20 alkyl group or a C6-C20 fluoroalkyl group is still more preferable, and a C6-C12 alkyl group is especially preferable. These alkyl groups and the alkyl group of the group containing the alkyl group in the structure may be linear, branched or cyclic. By using these groups, the solubility of the polymer in an organic solvent is improved.
式(5)中、R5及びR6における置換基を有していてもよい1価の基としては、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数1〜18のフルオロアルキル基、炭素数1〜18のアルコキシ基、炭素数1〜18のフルオロアルコキシ基、炭素数1〜18のアルキルチオ基又は炭素数1〜18のフルオロアルキルチオ基が例示される。 In formula (5), the monovalent group which may have a substituent in R 5 and R 6 includes an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and 1 carbon atom. Examples thereof include an -18 alkoxy group, a C1-C18 fluoroalkoxy group, a C1-C18 alkylthio group, or a C1-C18 fluoroalkylthio group.
式(1)、式(3)、式(4)及び式(5)で表される構造単位としては、以下の化学式で示される構造単位が例示できる。 Examples of the structural unit represented by Formula (1), Formula (3), Formula (4), and Formula (5) include structural units represented by the following chemical formulas.
次に、式(2)で表される構造単位の好適な構成について説明する。まず、式(2)中、Yは、炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子又はスズ原子を示し、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子又はスズ原子が好ましく、ケイ素原子又はゲルマニウム原子がさらに好ましく、ケイ素原子が特に好ましい。Yがケイ素原子である場合、式(2)で表される基はシロール環の構造を有する。シロール環は、好適な電気的性質を示すため、シロール環を有する重合体は種々の電気的特性を発揮することが可能となる。 Next, the suitable structure of the structural unit represented by Formula (2) is demonstrated. First, in formula (2), Y represents a carbon atom, a silicon atom, a germanium atom, a titanium atom or a tin atom, preferably a silicon atom, a germanium atom, a titanium atom or a tin atom, and more preferably a silicon atom or a germanium atom. A silicon atom is particularly preferable. When Y is a silicon atom, the group represented by Formula (2) has a silole ring structure. Since a silole ring exhibits suitable electrical properties, a polymer having a silole ring can exhibit various electrical characteristics.
式(2)中、R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の1価の複素環基を示す。 In formula (2), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic group. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or an aryl group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent. A monovalent heterocyclic group is shown.
R3及びR4の具体例としては、上記R1及びR2で例示した基を挙げることができる。R3及びR4としては、溶媒への溶解性が高くなるので、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基及び直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基が好ましい。直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基としては、炭素数3〜24の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基が好ましく、炭素数6〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル基がより好ましい。ただし、分子間の配列をよくするためには、直鎖状のアルキル基が好ましい一方、有機溶媒への溶解性を高くするためには、分岐状のアルキル基が好ましく、これらは所望とする特性に応じて選択することができる。なお、R3及びR4が同じ基であると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。 Specific examples of R 3 and R 4 include the groups exemplified for R 1 and R 2 above. As R 3 and R 4 , the solubility in a solvent is high, and therefore a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms and a linear, branched or cyclic carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A monovalent non-alkyl group containing the above alkyl group is preferred. As the linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkyl group having 3 to 24 carbon atoms is preferable, and a linear or branched alkyl group having 6 to 20 carbon atoms or A branched alkyl group is more preferred. However, a linear alkyl group is preferable for improving the intermolecular arrangement, while a branched alkyl group is preferable for increasing the solubility in an organic solvent, and these have desired properties. Can be selected. In addition, it is more preferable that R 3 and R 4 are the same group because the production of the polymer becomes easy.
式(2)中、Ar2及びAr3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の3価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜60の3価の複素環基を示す。置換基を有していてもよい炭素数6〜60の3価の芳香族炭化水素基とは、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の芳香族炭化水素化合物における芳香環上の3つの水素原子を除いた3価の基を示す。置換基を有していてもよい炭素数3〜60の3価の複素環基とは、置換基を有していてもよい炭素数3〜60の複素環式化合物における複素環上の3つの水素原子を除いた3価の基を示し、該複素環基としては芳香族複素環基であることが好ましい。これらの芳香族炭化水素化合物及び複素環式化合物の具体例としては、上記Ar1の項で例示した芳香族炭化水素化合物及び複素環式化合物を挙げることができる。 In Formula (2), Ar 2 and Ar 3 may each independently have a trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms or a substituent that may have a substituent. A trivalent heterocyclic group having 3 to 60 carbon atoms is shown. The trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent is an aromatic ring in an aromatic hydrocarbon compound having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent. The trivalent group remove | excluding three hydrogen atoms of is shown. The trivalent heterocyclic group having 3 to 60 carbon atoms which may have a substituent refers to three of the heterocyclic rings in the heterocyclic compound having 3 to 60 carbon atoms which may have a substituent. A trivalent group excluding a hydrogen atom is shown, and the heterocyclic group is preferably an aromatic heterocyclic group. Specific examples of these aromatic hydrocarbon compounds and heterocyclic compounds include the aromatic hydrocarbon compounds and heterocyclic compounds exemplified in the above Ar 1 section.
本実施形態に係る重合体において、上記式(2)で表される構造単位は、式(6)で表される構造単位であることが好ましい。
式(6)中、Y、R3及びR4は、上記と同義である。W3及びW4は、それぞれ独立に、−C(R’)=で表される基(R’は、水素原子、ハロゲン原子又は1価の基を示す。)又は−N=で表される基を示す。なお、W3及びW4が同じであると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。 In formula (6), Y, R 3 and R 4 have the same meanings as described above. W 3 and W 4 are each independently represented by a group represented by —C (R ′) ═ (R ′ represents a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group) or —N═. Indicates a group. Incidentally, the W 3 and W 4 are the same, since the production of the polymer is facilitated, and more preferred.
W3及びW4の両方が−C(R’)=で表される基又は−N=で表される基であることが好ましい。なお、W3及びW4が−N=で表される基である重合体は、窒素原子を含まない重合体よりも電子受容性が高くなり、その結果、重合体のLUMOを調整することができる。 It is preferable that both W 3 and W 4 are a group represented by —C (R ′) ═ or a group represented by —N═. A polymer in which W 3 and W 4 are groups represented by —N═ has higher electron acceptability than a polymer not containing a nitrogen atom, and as a result, the LUMO of the polymer can be adjusted. it can.
式(6)中、Z3及びZ4は、それぞれ独立に、下記の式(xxi)で表される基、式(xxii)で表される基、式(xxiii)で表される基、式(xxiv)で表される基、式(xxv)で表される基、式(xxvi)で表される基、式(xxvii)で表される基、式(xxviii)で表される基又は式(xxix)で表される基であり、式(xxii)、(xxvii)で表される基のうちのいずれかの基が好ましく、式(xxii)で表される基が特に好ましい。W3及びW4が−C(R’)=であり、かつZ3又はZ4が式(xxi)、(xxii)又は(xxix)で表される基である場合、式(6)で表される基はそれぞれフラン環、チオフェン環又はピロール環の構造を有する。これらの環、特にチオフェン環は、好適な電気的性質を示すため、これらの環を有する重合体は種々の電気的特性を発揮することが可能となる。なお、Z3及びZ4が同じであると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。
式(xxvii)、(xxviii)及び(xxix)中、R31、R32、R33及びR34は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、R31とR32とは互いに結合して環を形成していてもよい。また、式(xxviii)で表される基は左右反転していてもよい。 In the formulas (xxvii), (xxviii) and (xxix), R 31 , R 32 , R 33 and R 34 each independently represents a monovalent group optionally having a hydrogen atom, a halogen atom or a substituent. R 31 and R 32 may be bonded to each other to form a ring. Further, the group represented by the formula (xxviii) may be horizontally reversed.
R31、R32、R33及びR34で表される1価の基としては、R11、R12、R13及びR14で表される1価の基と同じ基が例示される。 Examples of the monovalent group represented by R 31 , R 32 , R 33 and R 34 include the same groups as the monovalent group represented by R 11 , R 12 , R 13 and R 14 .
式(2)及び式(6)で表される構造単位としては、以下の化学式で表される構造単位が例示できる。
本実施形態に係る重合体は、式(7)で表される構造単位を更に有していてもよい。これにより、溶解性又は機械的、熱的若しくは電子的特性を、変化させ得る範囲が広くなる。なお、式(7)で表される構造単位は、上記式(1)で表される構造単位及び上記式(2)で表される構造単位とは異なる。
式(7)中、Ar4は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい2価の複素環基を示す。置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基とは、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素化合物における芳香環上の2つの水素原子を除いた2価の基を示す。置換基を有していてもよい2価の複素環基とは、置換基を有していてもよい複素環式化合物における複素環上の2つの水素原子を除いた2価の基を示し、該複素環基としては、芳香族複素環基であることが好ましい。芳香族炭化水素化合物及び複素環式化合物の具体例としては、上記Ar1の項で例示した芳香族炭化水素化合物及び複素環式化合物を挙げることができる。 In formula (7), Ar 4 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent or a divalent heterocyclic group which may have a substituent. The divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent is a divalent group excluding two hydrogen atoms on the aromatic ring in the aromatic hydrocarbon compound which may have a substituent. Indicates. The divalent heterocyclic group which may have a substituent refers to a divalent group excluding two hydrogen atoms on the heterocyclic ring in the heterocyclic compound which may have a substituent, The heterocyclic group is preferably an aromatic heterocyclic group. Specific examples of the aromatic hydrocarbon compound and the heterocyclic compound include the aromatic hydrocarbon compound and the heterocyclic compound exemplified in the above Ar 1 section.
本実施形態に係る重合体において、上記式(7)で表される構造単位は、式(8)で表される構造単位であることが好ましい。
式(8)中、R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は1価の基を示し、R7とR8とは互いに結合して環を形成していてもよい。R7及びR8の具体例としては、上記R1及びR2で例示した基を挙げることができる。R7及びR8としては、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基及び直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基が好ましく、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基がより好ましく、水素原子、炭素数6〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル基が更に好ましい。
ただし、分子間の配列をよくするためには、直鎖状のアルキル基が好ましい一方、有機溶媒への溶解性を高くするためには、分岐状のアルキル基が好ましく、これらは所望とする特性に応じて選択することができる。なお、R7及びR8が同じ基であると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。
In formula (8), R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group, and R 7 and R 8 may be bonded to each other to form a ring. Specific examples of R 7 and R 8 include the groups exemplified for R 1 and R 2 above. R 7 and R 8 are a monovalent group including a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms and a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. Non-alkyl groups are preferred, hydrogen atoms, straight-chain, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms are more preferred, hydrogen atoms, straight-chain or branched alkyl groups having 6 to 20 carbon atoms are more preferred. Further preferred.
However, a linear alkyl group is preferable for improving the intermolecular arrangement, while a branched alkyl group is preferable for increasing the solubility in an organic solvent, and these have desired properties. Can be selected. In addition, it is more preferable that R 7 and R 8 are the same group because the production of the polymer becomes easy.
式(8)中、Z5は、式(xxxi)で表される基、式(xxxii)で表される基、式(xxxiii)で表される基、式(xxxiv)で表される基、式(xxxv)で表される基、式(xxxvi)で表される基、式(xxxvii)で表される基、式(xxxviii)で表される基又は式(xxxix)で表される基であり、式(xxxii)で表される基であることが好ましい。Z5が式(xxxi)、(xxxii)又は(xxxix)で表される基である場合、式(8)で表される基はそれぞれフラン環、チオフェン環又はピロール環の構造を有する。これらの環、特にチオフェン環は、好適な電気的性質を示すため、これらの環を有する重合体は種々の電気的特性を発揮することが可能となる。 In formula (8), Z 5 is a group represented by formula (xxxi), a group represented by formula (xxxii), a group represented by formula (xxxiii), a group represented by formula (xxxiv), A group represented by formula (xxxv), a group represented by formula (xxxvi), a group represented by formula (xxxvii), a group represented by formula (xxxviii) or a group represented by formula (xxxix) Yes, and is preferably a group represented by the formula (xxxii). When Z 5 is a group represented by the formula (xxxi), (xxxii) or (xxxix), the group represented by the formula (8) has a furan ring, thiophene ring or pyrrole ring structure, respectively. Since these rings, particularly thiophene rings, exhibit suitable electrical properties, a polymer having these rings can exhibit various electrical characteristics.
式(xxxvii)、(xxxviii)及び(xxxix)中、R41、R42、R43及びR44は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、R41とR42とは互いに結合して環を形成していてもよい。また、式(xxxviii)で表される基は左右反転していてもよい。 In formulas (xxxvii), (xxxviii) and (xxxix), R 41 , R 42 , R 43 and R 44 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group optionally having a substituent. R 41 and R 42 may be bonded to each other to form a ring. Further, the group represented by the formula (xxxviii) may be horizontally reversed.
R41、R42、R43及びR44における1価の基としては、R11、R12、R13及びR14における1価の基と同じ基が例示される。 Examples of the monovalent group in R 41 , R 42 , R 43 and R 44 include the same groups as the monovalent group in R 11 , R 12 , R 13 and R 14 .
本実施形態に係る重合体の中では、ホール輸送性が向上するので、式(1)と式(2)が交互に並んだ構造を有するものが好ましい。そのような構造としては、式(11)で表される構造単位を有するものが好ましい。 Among the polymers according to this embodiment, those having a structure in which the formulas (1) and (2) are alternately arranged are preferable because the hole transport property is improved. As such a structure, what has a structural unit represented by Formula (11) is preferable.
式(11)中、X1、X2、Y、R1、R2、R3、R4、Ar1、Ar2、Ar3及びAr4は、上記と同義である。s及びtは、それぞれ独立に、0〜6の整数を示し、0〜2の整数が好ましい。Ar4が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。なお、複数のAr4が同じであると、重合体の製造が容易となるため、より好ましい。 In the formula (11), X 1 , X 2 , Y, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 and Ar 4 are as defined above. s and t each independently represent an integer of 0 to 6, and an integer of 0 to 2 is preferable. When there are a plurality of Ar 4 s , they may be the same or different. Incidentally, if a plurality of Ar 4 are the same, since the production of the polymer is facilitated, and more preferred.
本実施形態に係る重合体において、上記式(11)で表される構造単位は、式(12)で表される構造単位であることがより好ましい。
式(12)中、X1、X2、Y、R1、R2、R3、R4、R7、R8、W3、W4,Z1、Z3、Z4、Z5、s及びtは、上記と同義であり、R7、R8及びZ5が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。なお、複数のR7、R8及びZ5がそれぞれ同じであると、重合体の製造が容易となるため、好ましい。 In the formula (12), X 1 , X 2 , Y, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 7 , R 8 , W 3 , W 4 , Z 1 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , s and t are as defined above, and when there are a plurality of R 7 , R 8 and Z 5 , they may be the same or different. In addition, since several manufacture of a polymer becomes easy when several R < 7 >, R < 8 > and Z < 5 > are respectively the same, it is preferable.
本実施形態に係る重合体において、上記式(12)で表される構造単位は、式(13)で表される構造単位であることがより好ましい。
式(13)中、X1、X2、Y、R3、R4、R5、R6、R7、R8、W3、W4,Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、s及びtは、上記と同義であり、R7、R8及びZ5が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。なお、複数のR7、R8及びZ5がそれぞれ同じであると、重合体の製造が容易となるため、好ましい。 In the formula (13), X 1 , X 2 , Y, R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , W 3 , W 4 , Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , s, and t are as defined above, and when there are a plurality of R 7 , R 8, and Z 5 , they may be the same or different. In addition, since several manufacture of a polymer becomes easy when several R < 7 >, R < 8 > and Z < 5 > are respectively the same, it is preferable.
本実施形態に係る重合体において、上記式(11)で表される構造単位、上記式(12)で表される構造単位又は上記(13)で表される構造単位に加えて、さらに上記(7)で表される構造単位又は上記(8)で表される構造単位を有していてもよい。 In the polymer according to the present embodiment, in addition to the structural unit represented by the above formula (11), the structural unit represented by the above formula (12), or the structural unit represented by the above (13), the above ( The structural unit represented by 7) or the structural unit represented by (8) above may be included.
本実施形態に係る重合体としては、式(14)〜(26)で表される構造を有するものが好ましい。なお、式(14)〜(26)中の各符号は、いずれも上記で説明した同一符号とそれぞれ同義である。R9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は1価の基を示す。k及びk’は、それぞれ独立に、1から6の整数を示す。R9及びR10の具体例としては、上記R7及びR8で例示した基が挙げられる。複数あるR7、R8、R9及びR10は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。なお、複数のR7、R8、R9及びR10がそれぞれ同じであると、重合体の製造が容易となるため、好ましい。 As a polymer which concerns on this embodiment, what has a structure represented by Formula (14)-(26) is preferable. In addition, each code | symbol in Formula (14)-(26) is respectively synonymous with the same code | symbol demonstrated above, respectively. R 9 and R 10 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group. k and k ′ each independently represent an integer of 1 to 6. Specific examples of R 9 and R 10 include the groups exemplified for R 7 and R 8 above. A plurality of R 7 , R 8 , R 9 and R 10 may be the same or different. In addition, since manufacture of a polymer becomes easy when several R < 7 >, R <8> , R < 9 > and R < 10 > are respectively the same, it is preferable.
重合体の末端基としては、例えば、水素原子、フッ素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルカノイル基、アミノ基、アリール基、1価の複素環基(これらの基に結合している水素原子の一部又は全部はフッ素原子と置換されていてもよい)、α−フルオロケトン構造を有する基や、その他の電子供与性の基及び電子求引性の基が挙げられる。なかでも、アルキル基、アルコキシ基、アリール基及び1価の複素環基が好ましい。また、末端基は、主鎖の共役構造と連続した共役結合を有するものも好ましい。このような末端基としては、例えば、主鎖と炭素−炭素結合を介して結合したアリール基及び1価の複素環基が挙げられる。 Examples of the terminal group of the polymer include a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, an alkoxy group, an alkanoyl group, an amino group, an aryl group, and a monovalent heterocyclic group (one of hydrogen atoms bonded to these groups). Part or all may be substituted with a fluorine atom), a group having an α-fluoroketone structure, other electron-donating groups and electron-withdrawing groups. Of these, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, and a monovalent heterocyclic group are preferable. The terminal group preferably has a conjugated bond continuous with the conjugated structure of the main chain. Examples of such a terminal group include an aryl group bonded to the main chain via a carbon-carbon bond and a monovalent heterocyclic group.
さらに、重合体の末端基としては、重合活性基も挙げられる。末端基として重合活性基を有している場合、その重合体は、さらに高分子量の重合体を得るための前駆体として用いることもできる。このような前駆体として用いる場合、重合体は、分子内に2つの重合活性基を有していることが好ましい。 Furthermore, a polymerization active group is also mentioned as a terminal group of a polymer. When it has a polymerization active group as a terminal group, the polymer can also be used as a precursor for obtaining a higher molecular weight polymer. When used as such a precursor, the polymer preferably has two polymerization active groups in the molecule.
重合活性基としては、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アリールアルキルスルホニル基、アルキルスタンニル基、アリールスタンニル基、アリールアルキルスタンニル基、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)2で表される基)、ホルミル基、ビニル基が例示される。なかでも、ハロゲン原子、アルキルスタンニル基、ホウ酸エステル残基が好ましい。ここで、ホウ酸エステル残基とは、ホウ酸エステルにおけるホウ素原子が有する結合手の1つが結合手に置き換えられた構造を有する1価の基であり、例えば、下記式(100)〜(103)で表される基が挙げられる。 Polymerization active groups include halogen atoms, carboxyl groups, alkoxycarbonyl groups, alkylsulfonyl groups, arylsulfonyl groups, arylalkylsulfonyl groups, alkylstannyl groups, arylstannyl groups, arylalkylstannyl groups, boric acid ester residues , Sulfonium methyl group, phosphonium methyl group, phosphonate methyl group, monohalogenated methyl group, boric acid residue (group represented by —B (OH) 2 ), formyl group, and vinyl group. Of these, a halogen atom, an alkylstannyl group, and a borate ester residue are preferable. Here, the boric acid ester residue is a monovalent group having a structure in which one of the bonds of the boron atom in the boric acid ester is replaced with a bond, for example, the following formulas (100) to (103 ) Is represented.
上記の反応性基のうち、アルキル基をその構造中に含む基である、アルキルスルホニル基、アリールアルキルスルホニル基、アルキルスタンニル基、アリールアルキルスタンニル基におけるアルキル基としては、炭素数1〜12のアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基が更に好ましい。また、アリール基をその構造中に含む基である、アリールスルホニル基、アリールアルキルスルホニル基、アリールスタンニル基、アリールアルキルスタンニル基におけるアリール基としては、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、炭素数6〜10のあるきるアリール基が更に好ましい。 Among the above reactive groups, the alkyl group in the alkylsulfonyl group, arylalkylsulfonyl group, alkylstannyl group, and arylalkylstannyl group, which is a group containing an alkyl group in its structure, has 1 to 12 carbon atoms. Alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms are more preferable. In addition, as the aryl group in the arylsulfonyl group, arylalkylsulfonyl group, arylstannyl group, arylalkylstannyl group, which is a group containing an aryl group in its structure, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, More preferred are aryl groups having 6 to 10 carbon atoms.
なお、本発明の重合体を有機薄膜として用いる場合、末端基として重合活性基がそのまま残っていると、有機薄膜素子を形成したときの素子特性や耐久性が低下するおそれがあることから、重合活性基は安定な基で置換していてもよい。 In addition, when the polymer of the present invention is used as an organic thin film, if the polymerization active group remains as a terminal group, the element characteristics and durability when an organic thin film element is formed may be reduced. The active group may be substituted with a stable group.
本発明の重合体としては、下記一般式(27)〜(37)で表される構造を有するものが、より高いホール輸送性及び優れた溶媒への溶解性を両立させ得ることから特に好適である。 As the polymer of the present invention, those having the structures represented by the following general formulas (27) to (37) are particularly suitable because they can achieve both higher hole transportability and excellent solubility in a solvent. is there.
上記式(27)〜(37)中、R0及びR00は、それぞれ独立に、上述した末端基を示し、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、1価の複素環基が好ましい。R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、上記と同義であり、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。また、j及びj’は1〜6の整数を示し、pは1以上の整数を示す。pは、重合体を用いた有機薄膜の形成方法に応じて適宜選ぶことができる。すなわち、重合体が昇華性を有しているのであれば、真空蒸着法等の気相成長法を用いて有機薄膜にすることができることから、この場合、pは2〜10が好ましく、2〜5が更に好ましい。一方、重合体を有機溶媒に溶解した溶液を塗布する方法により有機薄膜を形成する場合、pは、3〜500が好ましく、6〜300がより好ましく、20〜200が更に好ましい。 In the above formulas (27) to (37), R 0 and R 00 each independently represent the above-described terminal group, and an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a monovalent heterocyclic group is preferable. R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are as defined above, and R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R When there are a plurality of 9 and R 10 s , they may be the same or different. J and j ′ represent an integer of 1 to 6, and p represents an integer of 1 or more. p can be appropriately selected depending on the method of forming the organic thin film using the polymer. That is, if the polymer has sublimation properties, it can be formed into an organic thin film using a vapor phase growth method such as a vacuum evaporation method. In this case, p is preferably 2 to 10, 5 is more preferable. On the other hand, when forming an organic thin film by the method of apply | coating the solution which melt | dissolved the polymer in the organic solvent, 3-500 are preferable, 6-300 are more preferable, and 20-200 are still more preferable.
そして、上述した重合体は、塗布により有機薄膜を形成したときの膜の均一性が良好であるので、ポリスチレン換算の数平均分子量が、1×103〜1×108であると好ましく、1×103〜1×106であるとより好ましく、4×103〜1×105であると更に好ましい。 And since the polymer mentioned above has the favorable uniformity of a film | membrane when an organic thin film is formed by application | coating, it is preferable in the number average molecular weight of polystyrene conversion being 1 * 10 < 3 > -1 * 10 < 8 >. It is more preferable that it is * 10 < 3 > -1 * 10 < 6 >, and it is still more preferable that it is 4 * 10 < 3 > -1 * 10 < 5 >.
[重合体の製造方法]
次に、上述した実施形態の重合体の製造方法について説明する。重合体は、どのような方法により製造されたものであってもよいが、以下に説明する製造方法により製造することが好ましい。
[Method for producing polymer]
Next, the manufacturing method of the polymer of embodiment mentioned above is demonstrated. The polymer may be produced by any method, but is preferably produced by the production method described below.
すなわち、本実施形態に係る重合体は、下記式(1−m)、下記式(3−m)、下記式(4−m)又は下記式(5−m)で表されるモノマー化合物と、下記式(2−m)又は下記式(6−m)で表されるモノマー化合物と、必要に応じて下記式(7−m)又は下記式(8−m)で表されるモノマー化合物とを反応させることにより、製造することが好ましい。この場合、ひとつのモノマー化合物におけるV1及びV2が、別のモノマー化合物におけるV1又はV2とそれぞれ反応して結合が生じ、このような反応が連続して生じることにより重合体が生成する。なお、式(1−m)、式(3−m)、式(4−m)又は式(5−m)で表されるモノマー化合物は、それぞれ式(1)、式(3)、式(4)又は式(5)で表される構造単位に対応し、式(2−m)又は式(6−m)で表されるモノマー化合物は、それぞれ式(2)又は式(6)に対応し、式(7−m)又は式(8−m)で表されるモノマー化合物は、それぞれ式(7)又は式(8)で表される構造単位に対応する。 That is, the polymer according to this embodiment includes a monomer compound represented by the following formula (1-m), the following formula (3-m), the following formula (4-m), or the following formula (5-m); A monomer compound represented by the following formula (2-m) or the following formula (6-m), and a monomer compound represented by the following formula (7-m) or the following formula (8-m) as necessary. It is preferable to produce by reacting. In this case, V 1 and V 2 in one monomer compound react with V 1 or V 2 in another monomer compound, respectively, to form a bond, and a polymer is formed by continuously generating such a reaction. . The monomer compounds represented by formula (1-m), formula (3-m), formula (4-m), or formula (5-m) are represented by formula (1), formula (3), formula ( 4) corresponds to the structural unit represented by formula (5), and the monomer compound represented by formula (2-m) or formula (6-m) corresponds to formula (2) or formula (6), respectively. The monomer compound represented by the formula (7-m) or the formula (8-m) corresponds to the structural unit represented by the formula (7) or the formula (8), respectively.
また、本実施形態に係る重合体は、上記モノマー化合物を原料として反応させることにより合成中間体を得た後、当該合成中間体をさらに反応させることにより製造することもできる。合成中間体としては、下記式(11−m)、下記式(12−m)又は式(13−m)で表わされる化合物が好ましい。 In addition, the polymer according to the present embodiment can be produced by further reacting the synthetic intermediate after obtaining the synthetic intermediate by reacting the monomer compound as a raw material. As the synthetic intermediate, a compound represented by the following formula (11-m), the following formula (12-m) or the formula (13-m) is preferable.
式(1−m)、(2−m)、(3−m)、(4−m)、(5−m)、(6−m)、(7−m)、(8−m)、(11−m)、(12−m)及び(13−m)中、X1、X2、Y、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、W3、W4、Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、s及びtは、上記と同義であり、R7、R8、Ar4及びZ5が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。なお、複数のR7、R8、Ar4及びZ5がそれぞれ同じであると、重合体の製造が容易となるため、好ましい。
V1及びV2は、それぞれ独立に、重合反応性基を示す。重合反応性基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アリールアルキルスルホニル基、アルキルスタンニル基、アリールスタンニル基、アリールアルキルスタンニル基、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、ホルミル基、ビニル基が挙げられる。
Formulas (1-m), (2-m), (3-m), (4-m), (5-m), (6-m), (7-m), (8-m), ( 11-m), (12-m) and (13-m), X 1 , X 2 , Y, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , W 3 , W 4 , Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 , s and t are as defined above, and R 7 , R 8 , When there are a plurality of Ar 4 and Z 5 , they may be the same or different. In addition, since manufacture of a polymer becomes easy when several R < 7 >, R < 8 >, Ar < 4 > and Z < 5 > are the same, it is preferable.
V 1 and V 2 each independently represent a polymerization reactive group. Examples of the polymerization reactive group include a hydrogen atom, a halogen atom, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, an arylalkylsulfonyl group, an alkylstannyl group, an arylstannyl group, an arylalkylstannyl group, a boric acid ester residue, Examples include sulfonium methyl group, phosphonium methyl group, phosphonate methyl group, monohalogenated methyl group, boric acid residue, formyl group, and vinyl group.
上記モノマー化合物の合成がし易く、かつ、反応がし易いので、V1及びV2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アリールアルキルスルホニル基、アルキルスタンニル基、ホウ酸エステル残基、ホウ酸残基が好ましい。重合反応性基がこれらの基であると、モノマー化合物同士の反応は生じ易いので、合成上有利である。 Since the monomer compound is easily synthesized and easily reacted, V 1 and V 2 are each independently a halogen atom, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, arylalkylsulfonyl group, alkylstannyl group, boron Acid ester residues and boric acid residues are preferred. When the polymerization reactive group is any of these groups, the reaction between the monomer compounds is likely to occur, which is advantageous in terms of synthesis.
重合体の製造方法としては、例えば、Wittig反応を用いる方法、Heck反応を用いる方法、Horner−Wadsworth−Emmons反応を用いる方法、Knoevenagel反応を用いる方法、Suzukiカップリング反応を用いる方法、Grignard反応を用いる方法、Stille反応を用いる方法、Ni(0)触媒を用いる方法、FeCl3等の酸化剤を用いる方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、あるいは適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による方法が挙げられる。 Examples of the polymer production method include a method using Wittig reaction, a method using Heck reaction, a method using Horner-Wadsworth-Emmons reaction, a method using Knoevenagel reaction, a method using Suzuki coupling reaction, and a Grignard reaction. A method using a Stille reaction, a method using a Ni (0) catalyst, a method using an oxidizing agent such as FeCl 3, a method using an electrochemical oxidation reaction, or decomposition of an intermediate compound having an appropriate leaving group The method by is mentioned.
これらのうち、Wittig反応を用いる方法、Heck反応を用いる方法、Horner−Wadsworth−Emmons反応を用いる方法、Knoevenagel反応を用いる方法、Suzukiカップリング反応を用いる方法、Grignard反応を用いる方法、Stille反応を用いる方法及びNi(0)触媒を用いる方法が、重合体の構造を制御し易いので好ましい。さらに、Suzukiカップリング反応を用いる方法、Grignard反応を用いる方法、Stille反応を用いる方法、Ni(0)触媒を用いる方法は、原料を入手しやすく、かつ、反応操作が簡便であるのでより好ましい。 Among these, a method using a Wittig reaction, a method using a Heck reaction, a method using a Horner-Wadsworth-Emmons reaction, a method using a Knoevenagel reaction, a method using a Suzuki coupling reaction, a method using a Grignard reaction, and a Stille reaction are used. The method and the method using a Ni (0) catalyst are preferable because the structure of the polymer can be easily controlled. Furthermore, a method using a Suzuki coupling reaction, a method using a Grignard reaction, a method using a Stille reaction, and a method using a Ni (0) catalyst are more preferable because the raw materials are easily available and the reaction operation is simple.
上記式(1−m)、(2−m)、(3−m)、(4−m)、(5−m)、(6−m)、(7−m)、(8−m)、(11−m)、(12−m)及び(13−m)で表されるモノマー化合物は、必要に応じて有機溶媒に溶解させた状態で、アルカリや適当な触媒を用い、有機溶媒の融点以上沸点以下で反応させることができる。 The above formulas (1-m), (2-m), (3-m), (4-m), (5-m), (6-m), (7-m), (8-m), The monomer compounds represented by (11-m), (12-m) and (13-m) are dissolved in an organic solvent as necessary, and an alkali or a suitable catalyst is used, and the melting point of the organic solvent. The reaction can be conducted at a boiling point or higher.
反応に用いられる有機溶媒は、用いるモノマー化合物や反応の種類によっても異なるが、副反応を抑制するために、十分に脱酸素処理が施されていることが好ましい。有機溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、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、キシレン等の不飽和炭化水素;四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素;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、tert−ブチルアルコール等のアルコール類;蟻酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−tert−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、ジオキサン等のエーテル類が挙げられる。また、有機溶媒に代えて、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸等の無機酸を用いてもよい。 The organic solvent used in the reaction varies depending on the monomer compound used and the type of reaction, but it is preferable that deoxygenation treatment is sufficiently performed in order to suppress side reactions. Examples of the organic solvent include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, and cyclohexane; unsaturated hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene; carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, chlorobutane, bromobutane, and chloropentane. Halogenated saturated hydrocarbons such as bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane and bromocyclohexane; halogenated unsaturated hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene and trichlorobenzene; methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, tert Alcohols such as butyl alcohol; carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid; dimethyl ether, diethyl ether, methyl-tert-butyl ether Le, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dioxane and the like can be mentioned. In place of the organic solvent, inorganic acids such as hydrochloric acid, bromic acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, and nitric acid may be used.
アルカリや適当な触媒を添加する場合、これらは生じさせる反応に応じて選択すればよい。アルカリや触媒としては、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい。 When an alkali or an appropriate catalyst is added, these may be selected according to the reaction to be generated. As the alkali or catalyst, those which are sufficiently dissolved in the solvent used for the reaction are preferable.
また、反応は、不活性雰囲気下で進行させることが好ましい。さらに、同様に、反応中には、脱水処理を行うことが好ましい(ただし、Suzukiカップリング反応等の水との2相系での反応の場合にはその限りではない。)。 The reaction is preferably allowed to proceed under an inert atmosphere. Furthermore, similarly, during the reaction, it is preferable to perform a dehydration treatment (however, this is not the case in the case of a two-phase reaction with water such as a Suzuki coupling reaction).
反応後には、例えば水で反応を止めた後に有機溶媒を用いた抽出を行い、その後溶媒を留去する等の通常の後処理を行うことにより、重合体を得ることができる。得られた重合体の単離及び精製は、クロマトグラフィによる分取や再結晶等の方法により行うことができる。 After the reaction, the polymer can be obtained, for example, by performing usual post-treatment such as extraction with an organic solvent after stopping the reaction with water, and then distilling off the solvent. Isolation and purification of the obtained polymer can be performed by a method such as fractionation by chromatography or recrystallization.
なお、重合体を有機薄膜素子用の材料として用いる場合は、その純度が素子特性に影響を与えることがあるので、反応前の各モノマー化合物を蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製した後に反応させる(重合させる)ことが好ましい。重合体を合成した後には、再沈澱、クロマトグラフィによる分別等の純化処理をすることが好ましい。純度を高めて良好な素子特性を得るために、上述した製造方法で得られた重合体を、さらに蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で純化処理することが好ましい。 In addition, when the polymer is used as a material for an organic thin film element, its purity may affect the element characteristics. Therefore, each monomer compound before the reaction was purified by a method such as distillation, sublimation purification, and recrystallization. It is preferable to react (polymerize) later. After the synthesis of the polymer, it is preferable to carry out a purification treatment such as reprecipitation and fractionation by chromatography. In order to increase the purity and obtain good device characteristics, it is preferable to further purify the polymer obtained by the above-described production method by a method such as distillation, sublimation purification, and recrystallization.
なお、上記の例では、式(1)、式(3)、式(4)又は式(5)で表される構造単位、式(2)又は式(6)で表される構造単位及び任意の式(7)又は式(8)で表される構造単位を有する重合体の製造方法を例に挙げて説明したが、これら以外の構造単位を有する重合体も、モノマー化合物を適宜選択することにより、上記反応と同様にして製造することができる。 In the above example, the structural unit represented by the formula (1), the formula (3), the formula (4), or the formula (5), the structural unit represented by the formula (2) or the formula (6), and an arbitrary unit The method for producing a polymer having a structural unit represented by formula (7) or formula (8) has been described as an example, but a polymer having a structural unit other than these may be selected appropriately from monomer compounds. Can be produced in the same manner as in the above reaction.
[組成物]
次に、好適な実施形態に係る組成物について説明する。本実施形態に係る組成物は、上述した好適な実施形態の重合体を含む。
[Composition]
Next, the composition according to a preferred embodiment will be described. The composition according to this embodiment includes the polymer of the preferred embodiment described above.
組成物は、本実施形態に係る重合体の1種類を単独で含むものであってもよく、2種類以上を組み合わせて含むものであってもよい。また、組成物は、その用途に合わせて、成分を適宜変更することができる。以下、本実施形態に係る重合体を好適に用いることができる有機薄膜製造用組成物について説明する。 The composition may include one type of the polymer according to this embodiment alone, or may include a combination of two or more types. Moreover, a composition can change a component suitably according to the use. Hereinafter, the composition for organic thin film production which can use suitably the polymer concerning this embodiment is explained.
有機薄膜製造用組成物は、有機薄膜の電子輸送性又はホール輸送性を高めるため、電子輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物(以下、「電子輸送性材料」という。)、ホール輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物(以下、「ホール輸送性材料」という。)を混合して含むものであると好ましい。 The composition for producing an organic thin film enhances the electron transport property or hole transport property of the organic thin film, so that it is a low-molecular compound or a polymer compound (hereinafter referred to as “electron transport material”) having an electron transport property, and a hole transport property. A low molecular compound or a high molecular compound (hereinafter referred to as “hole transporting material”) having a mixture is preferably contained.
ホール輸送性材料としては、公知のものが使用できる。その具体例としては、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリアリールジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリアリーレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体が挙げられる。 A well-known material can be used as the hole transporting material. Specific examples thereof include pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triaryldiamine derivatives, oligothiophenes and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilanes and derivatives thereof, polysilanes having aromatic amines in side chains or main chains. Examples thereof include siloxane derivatives, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyarylene vinylene and derivatives thereof, and polythienylene vinylene and derivatives thereof.
電子輸送性材料としては、公知のものが使用できる。その具体例としては、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体又は8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、C60等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。 As the electron transporting material, known materials can be used. Specific examples thereof include oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and its derivatives, benzoquinone and its derivatives, naphthoquinone and its derivatives, anthraquinone and its derivatives, tetracyanoanthraquinodimethane and its derivatives, fluorenone derivatives, diphenyldicyanoethylene and its derivatives, metal complexes of diphenoquinone derivatives, or 8-hydroxyquinoline and its derivatives, polyquinoline and its derivatives, polyquinoxaline and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, fullerenes and derivatives thereof such as C 60.
有機薄膜製造用組成物がホール輸送性材料及び/又は電子輸送性材料を含む場合のその含有量は、所望の性質に合わせて適宜調整することができるが、例えば本実施形態に係る重合体100質量部に対して、1〜1000質量部であると好ましく、10〜300質量部であるとより好ましい。
When the composition for organic thin film production contains a hole transporting material and / or an electron transporting material, the content can be appropriately adjusted according to the desired properties. For example, the
有機薄膜製造用組成物は、有機薄膜中で吸収した光により電荷を発生させるために、電荷発生材料を含んでいてもよい。電荷発生材料としては、公知のものが使用できる。その具体例としては、アゾ化合物及びその誘導体、ジアゾ化合物及びその誘導体、無金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、ペリレン化合物及びその誘導体、多環キノン系化合物及びその誘導体、スクアリリウム化合物及びその誘導体、アズレニウム化合物及びその誘導体、チアピリリウム化合物及びその誘導体、C60等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。 The composition for producing an organic thin film may contain a charge generating material in order to generate a charge by light absorbed in the organic thin film. As the charge generation material, known materials can be used. Specific examples thereof include azo compounds and derivatives thereof, diazo compounds and derivatives thereof, metal-free phthalocyanine compounds and derivatives thereof, metal phthalocyanine compounds and derivatives thereof, perylene compounds and derivatives thereof, polycyclic quinone compounds and derivatives thereof, squarylium compounds. and its derivatives, azulenium compounds and their derivatives, thiapyrylium compounds and their derivatives, fullerenes and derivatives thereof such as C 60.
有機薄膜製造用組成物が電荷発生材料を含む場合のその含有量は、所望の性質に合わせて適宜調整することができるが、例えば本実施形態に係る重合体100質量部に対して、1〜1000質量部であると好ましく、10〜300質量部であるとより好ましい。 The content in the case where the composition for producing an organic thin film contains a charge generation material can be appropriately adjusted according to desired properties, but for example, 1 to 100 parts by mass of the polymer according to this embodiment. 1000 parts by mass is preferable, and 10 to 300 parts by mass is more preferable.
有機薄膜製造用組成物は、種々の機能を発現させるために必要なその他の材料を含んでいてもよい。その他の材料としては、例えば、吸収した光により電荷を発生させる機能を増感するための増感剤、安定性を増すための安定化剤、紫外(UV)光を吸収するためのUV吸収剤等が挙げられる。 The composition for producing an organic thin film may contain other materials necessary for developing various functions. Other materials include, for example, a sensitizer for sensitizing the function of generating charge by absorbed light, a stabilizer for increasing stability, and a UV absorber for absorbing ultraviolet (UV) light. Etc.
有機薄膜製造用組成物は、機械的特性を高めることができるので、本実施形態に係る重合体以外の高分子材料を高分子バインダーとして含んでいてもよい。高分子バインダーとしては、電子輸送性又はホール輸送性を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が強くないものが好ましく用いられる。 Since the composition for organic thin film manufacture can improve mechanical characteristics, it may contain polymer materials other than the polymer which concerns on this embodiment as a polymer binder. As the polymer binder, those not extremely disturbing the electron transport property or hole transport property are preferable, and those having no strong absorption against visible light are preferably used.
このような高分子バインダーとしては、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)及びその誘導体、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンが例示される。 Examples of such a polymer binder include poly (N-vinylcarbazole), polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, poly (p-phenylene vinylene) and derivatives thereof, poly (2,5-thienylene vinylene) and derivatives thereof. Examples include derivatives, polycarbonate, polyacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, and polysiloxane.
有機薄膜製造用組成物は、成膜し易くするために、溶媒に溶解させて溶液として用いることもできる。溶媒としては、本実施形態に係る重合体やこれと混合する電子輸送性材料、ホール輸送性材料、電荷発生材料、高分子バインダーを溶解させるものであればよい。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒;四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類系溶媒が例示される。本実施形態に係る重合体は、その構造や分子量にもよるが、通常これらの溶媒に0.1質量%以上溶解させることができる。溶媒に溶解させる重合体の量の上限は特に限定されないが、例えば10質量%以下とすることができる。 The composition for producing an organic thin film can be dissolved in a solvent and used as a solution in order to facilitate film formation. Any solvent may be used as long as it dissolves the polymer according to the present embodiment, an electron transporting material, a hole transporting material, a charge generation material, and a polymer binder mixed therewith. For example, unsaturated hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, bicyclohexyl, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene; carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobutane, Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane and bromocyclohexane; Halogenated unsaturated hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene and trichlorobenzene; tetrahydrofuran, tetrahydro Examples include ether solvents such as pyran. Although the polymer which concerns on this embodiment is based also on the structure and molecular weight, 0.1 mass% or more can be normally melt | dissolved in these solvents. The upper limit of the amount of the polymer dissolved in the solvent is not particularly limited, but can be, for example, 10% by mass or less.
[有機薄膜]
次に、好適な実施形態に係る有機薄膜について説明する。本実施形態に係る有機薄膜は、上述した好適な実施形態の重合体、または上述した好適な実施形態の有機薄膜製造用組成物を含む。
[Organic thin film]
Next, an organic thin film according to a preferred embodiment will be described. The organic thin film which concerns on this embodiment contains the polymer of suitable embodiment mentioned above, or the composition for organic thin film manufacture of suitable embodiment mentioned above.
有機薄膜は、厚さが1nm〜100μmであると好ましく、2nm〜1000nmであるとより好ましく、5nm〜500nmであると更に好ましく、20nm〜200nmであると特に好ましい。 The organic thin film preferably has a thickness of 1 nm to 100 μm, more preferably 2 nm to 1000 nm, still more preferably 5 nm to 500 nm, and particularly preferably 20 nm to 200 nm.
本実施形態に係る有機薄膜の製造方法としては、例えば、本実施形態に係る重合体のほか、必要に応じて混合する電子輸送性材料、ホール輸送性材料、電荷発生材料、高分子バインダーを溶媒に溶解させて、得られた溶液を用いて成膜する方法が挙げられる。また、本実施形態に係る重合体が昇華性を有する場合は、真空蒸着法により薄膜を形成することもできる。 Examples of the method for producing an organic thin film according to the present embodiment include, in addition to the polymer according to the present embodiment, an electron transport material, a hole transport material, a charge generation material, and a polymer binder, which are mixed as necessary. And a method of forming a film using the obtained solution. Moreover, when the polymer which concerns on this embodiment has sublimability, a thin film can also be formed by a vacuum evaporation method.
溶液を用いた成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができる。これらのうち、スピンコート法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法及びキャピラリーコート法が好ましい。 Examples of film forming methods using a solution include spin coating, casting, micro gravure coating, gravure coating, bar coating, roll coating, wire bar coating, dip coating, spray coating, and screen printing. Application methods such as flexographic printing, offset printing, ink jet printing, dispenser printing, nozzle coating, and capillary coating can be used. Of these, spin coating, flexographic printing, ink jet printing, dispenser printing, nozzle coating, and capillary coating are preferred.
有機薄膜を製造する工程には、本実施形態に係る重合体を配向させる工程が含まれていてもよい。この工程により重合体を配向させることで、主鎖分子又は側鎖分子が一方向に並ぶので、有機薄膜による電子移動度又はホール移動度が向上する。 The step of manufacturing the organic thin film may include a step of orienting the polymer according to the present embodiment. By orienting the polymer by this step, the main chain molecules or the side chain molecules are aligned in one direction, so that the electron mobility or hole mobility by the organic thin film is improved.
本実施形態に係る重合体を配向させる方法としては、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。なかでも、ラビング法、光配向法、シェアリング法(ずり応力印加法)や引き上げ塗布法が配向手法として簡便かつ有用で利用しやすく、ラビング法、シェアリング法がより好ましい。 As a method for aligning the polymer according to this embodiment, a method known as a liquid crystal alignment method can be used. Among these, the rubbing method, the photo-alignment method, the sharing method (shear stress application method) and the pulling coating method are simple, useful and easy to use as the alignment method, and the rubbing method and the sharing method are more preferable.
また、有機薄膜を製造する工程には、成膜後にアニール処理をする工程が含まれていてもよい。この工程により、本実施形態に係る重合体間の相互作用が促進される等、有機薄膜の膜質が改善され、電子移動度又はホール移動度が更に向上する。アニール処理の処理温度としては、50℃から本実施形態に係る重合体のガラス転移温度(Tg)付近の間の温度が好ましく、(Tg−30℃)からTgの間の温度がより好ましい。アニール処理する時間としては、1分から10時間が好ましく、10分から1時間がより好ましい。アニール処理する雰囲気としては、真空中又は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中が好ましい。 Further, the step of manufacturing the organic thin film may include a step of performing an annealing process after the film formation. By this step, the film quality of the organic thin film is improved, for example, the interaction between the polymers according to this embodiment is promoted, and the electron mobility or hole mobility is further improved. The annealing temperature is preferably a temperature between 50 ° C. and the vicinity of the glass transition temperature (Tg) of the polymer according to the present embodiment, and more preferably a temperature between (Tg−30 ° C.) and Tg. The annealing time is preferably 1 minute to 10 hours, and more preferably 10 minutes to 1 hour. The atmosphere for the annealing treatment is preferably in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
本実施形態に係る有機薄膜は、電荷輸送性(特に、優れたホール輸送性)を有することから、電極から注入された電荷又は光吸収により発生した電荷を輸送制御することにより、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池、光センサ等、種々の有機薄膜素子に用いることができる。有機薄膜をこれらの有機薄膜素子に用いる場合は、配向処理により配向させて用いることが、高い電荷輸送性が得られることからより好ましい。 Since the organic thin film according to this embodiment has charge transportability (particularly excellent hole transportability), by controlling the transport of charges injected from the electrodes or charges generated by light absorption, organic thin film transistors, organic It can be used for various organic thin film elements such as thin film solar cells and optical sensors. When using an organic thin film for these organic thin film elements, it is more preferable to use the organic thin film by orienting it because of high charge transportability.
[有機薄膜素子]
上述した好適な実施形態に係る有機薄膜は、本実施形態に係る重合体を含むことから、優れた電荷輸送性(特に、優れたホール輸送性)を有するものである。したがって、この有機薄膜は、電極等から注入された電荷又は光吸収により発生した電荷を効率よく輸送できるものであり、有機薄膜を用いた各種の電気素子(有機薄膜素子)に応用することができる。以下、有機薄膜素子の例についてそれぞれ説明する。
[Organic thin film element]
The organic thin film according to the preferred embodiment described above has excellent charge transportability (particularly, excellent hole transportability) because it includes the polymer according to the present embodiment. Therefore, this organic thin film can efficiently transport charges injected from electrodes or the like or generated by light absorption, and can be applied to various electric elements (organic thin film elements) using the organic thin film. . Hereinafter, examples of organic thin film elements will be described.
(有機薄膜トランジスタ)
まず、好適な実施形態に係る有機薄膜トランジスタについて説明する。有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となり本実施形態に係る重合体を含む活性層(即ち、有機薄膜層)、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極を備えた構造であればよい。有機薄膜トランジスタとしては、電界効果型、静電誘導型が例示される。
(Organic thin film transistor)
First, an organic thin film transistor according to a preferred embodiment will be described. The organic thin film transistor includes a source electrode and a drain electrode, an active layer (ie, an organic thin film layer) including a polymer according to the present embodiment that is a current path between them, and a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path. Any structure can be used. Examples of the organic thin film transistor include a field effect type and an electrostatic induction type.
電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となり本実施形態に係る重合体を含む活性層、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極、並びに、活性層とゲート電極との間に配置される絶縁層を備えることが好ましい。特に、ソース電極及びドレイン電極が、本実施形態に係る重合体を含む活性層に接して設けられており、さらに活性層に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。 The field effect organic thin film transistor includes a source electrode and a drain electrode, an active layer that is a current path between them, a polymer according to the present embodiment, a gate electrode that controls the amount of current passing through the current path, and an active layer and a gate. It is preferable to provide an insulating layer disposed between the electrodes. In particular, it is preferable that the source electrode and the drain electrode are provided in contact with the active layer containing the polymer according to this embodiment, and further, the gate electrode is provided with an insulating layer in contact with the active layer interposed therebetween.
静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極、これらの間の電流経路となり本実施形態に係る重合体を含有する活性層、並びに電流経路を通る電流量を制御するゲート電極を有し、該ゲート電極が活性層中に設けられていることが好ましい。特に、ソース電極、ドレイン電極及び活性層中に設けられたゲート電極が、本実施形態に係る重合体を含有する活性層に接して設けられていることが好ましい。ゲート電極の構造としては、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、かつゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造であればよく、例えば、櫛形電極が挙げられる。 The static induction organic thin film transistor has a source electrode and a drain electrode, an active layer that becomes a current path between them, and contains a polymer according to the present embodiment, and a gate electrode that controls an amount of current passing through the current path, The gate electrode is preferably provided in the active layer. In particular, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode provided in the active layer are preferably provided in contact with the active layer containing the polymer according to the present embodiment. As the structure of the gate electrode, any structure may be used as long as a current path flowing from the source electrode to the drain electrode is formed and the amount of current flowing through the current path can be controlled by a voltage applied to the gate electrode. .
図1は第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図1に示す有機薄膜トランジスタ100は、基板1と、基板1上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を覆うようにして基板1上に形成された活性層2と、活性層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4を備えるものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a first embodiment. An organic
図2は第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図2に示す有機薄膜トランジスタ110は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5を覆うようにして基板1上に形成された活性層2と、ソース電極5と所定の間隔を持って活性層2上に形成されたドレイン電極6と、活性層2及びドレイン電極6上に形成された絶縁層3と、ソース電極5とドレイン電極6との間の絶縁層3の領域を覆うように絶縁層3上に形成されたゲート電極4を備えるものである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a second embodiment. An organic
図3は、第3の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図3に示す有機薄膜トランジスタ120は、基板1と、基板1上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を一部覆うようにして活性層2上に形成された絶縁層3と、ソース電極5が下部に形成されている絶縁層3の領域とドレイン電極6が下部に形成されている絶縁層3の領域とをそれぞれ一部覆うように、絶縁層3上に形成されたゲート電極4を備えるものである。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a third embodiment. The organic
図4は第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図4に示す有機薄膜トランジスタ130は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を一部覆うように、絶縁層3上に所定の間隔を持って形成されたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極5及びドレイン電極6を一部覆うように絶縁層3上に形成された活性層2を備えるものである。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a fourth embodiment. 4 includes a
図5は第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図5に示す有機薄膜トランジスタ140は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を一部覆うように絶縁層3上に形成されたソース電極5と、ソース電極5を一部覆うようにして絶縁層3上に形成された活性層2と、ゲート電極4が下部に形成されている活性層2の領域を一部覆うように、ソース電極5と所定の間隔を持って絶縁層3上に形成されたドレイン電極6を備えるものである。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a fifth embodiment. An organic
図6は第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(電界効果型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図6に示す有機薄膜トランジスタ150は、基板1と、基板1上に形成されたゲート電極4と、ゲート電極4を覆うようにして基板1上に形成された絶縁層3と、ゲート電極4が下部に形成されている絶縁層3の領域を覆うように形成された活性層2と、ゲート電極4が下部に形成されている活性層2の領域を一部覆うように絶縁層3上に形成されたソース電極5と、ゲート電極4が下部に形成されている活性層2の領域を一部覆うように、ソース電極5と所定の間隔を持って絶縁層3上に形成されたドレイン電極6を備えるものである。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (field effect organic thin film transistor) according to a sixth embodiment. An organic
図7は第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタ(静電誘導型有機薄膜トランジスタ)の模式断面図である。図7に示す有機薄膜トランジスタ160は、基板1と、基板1上に形成されたソース電極5と、ソース電極5上に形成された活性層2と、活性層2上に所定の間隔を持って複数形成されたゲート電極4と、ゲート電極4の全てを覆うようにして活性層2上に形成された活性層2a(活性層2aを構成する材料は、活性層2と同一でも異なっていてもよい)と、活性層2a上に形成されたドレイン電極6を備えるものである。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an organic thin film transistor (static induction organic thin film transistor) according to a seventh embodiment. The organic
第1〜第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいては、活性層2及び/又は活性層2aは、本実施形態に係る重合体を含有しており、ソース電極5とドレイン電極6の間の電流通路(チャネル)となる。また、ゲート電極4は、電圧を印加することにより活性層2及び/又は活性層2aにおける電流通路(チャネル)を通る電流量を制御する。
In the organic thin film transistor according to the first to seventh embodiments, the
このような電界効果型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開平5−110069号公報記載の方法により製造することができる。また、静電誘導型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開2004−006476号公報記載の方法により製造することができる。 Such a field effect type organic thin film transistor can be manufactured by a known method, for example, a method described in JP-A-5-110069. The electrostatic induction organic thin film transistor can be manufactured by a known method, for example, a method described in JP-A-2004-006476.
基板1としては有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しなければよく、ガラス基板やフレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板を用いることができる。
As the
活性層2を形成する際には、有機溶媒に可溶な化合物を用いることが、製造上有利であるため好ましい。その場合、上記で説明した有機薄膜の製造方法を適用して、活性層2となる有機薄膜を形成することができる。
When forming the
活性層2に接した絶縁層3としては、電気の絶縁性が高い材料であればよく、公知のものを用いることができる。例えば、SiOx,SiNx、Ta2O5、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス及びフォトレジストが挙げられる。低電圧化できるので、誘電率の高い材料の方が好ましい。
As the insulating
絶縁層3の上に活性層2を形成する場合は、絶縁層3と活性層2の界面特性を改善するため、シランカップリング剤等の表面処理剤で絶縁層3の表面を処理して表面改質した後に活性層2を形成することも可能である。表面処理剤としては、例えば、長鎖アルキルクロロシラン類、長鎖アルキルアルコキシシラン類、フッ素化アルキルクロロシラン類、フッ素化アルキルアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン化合物が挙げられる。表面処理剤で処理する前に、絶縁層表面をオゾンUV、O2プラズマで処理をしておくことも可能である。
When the
また、有機薄膜トランジスタを作製後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に、有機薄膜トランジスタにより駆動する表示デバイスを形成する工程における外部からの影響を低減することができる。 Moreover, it is preferable to form a protective film on the organic thin film transistor after the organic thin film transistor is manufactured in order to protect the element. Thereby, an organic thin-film transistor is interrupted | blocked from air | atmosphere and the fall of the characteristic of an organic thin-film transistor can be suppressed. Moreover, the influence from the outside in the process of forming the display device driven with an organic thin-film transistor on an organic thin-film transistor with a protective film can be reduced.
保護膜を形成する方法としては、例えば、UV硬化樹脂、熱硬化樹脂又は無機のSiONx膜でカバーする方法が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく(例えば、乾燥した窒素雰囲気中又は真空中で)行うことが好ましい。 Examples of the method for forming the protective film include a method of covering with a UV curable resin, a thermosetting resin, or an inorganic SiONx film. In order to effectively cut off from the atmosphere, it is preferable to perform the steps from the preparation of the organic thin film transistor to the formation of the protective film without exposure to the atmosphere (for example, in a dry nitrogen atmosphere or in a vacuum).
有機薄膜トランジスタを複数集積することにより有機薄膜トランジスタアレイを構成することができ、フラットパネルディスプレイのバックプレーンとして用いることもできる。 An organic thin film transistor array can be formed by integrating a plurality of organic thin film transistors, and can also be used as a backplane of a flat panel display.
(有機薄膜太陽電池)
次に、好適な実施形態の有機薄膜太陽電池への応用について説明する。図8は、好適な実施形態に係る有機薄膜太陽電池の模式断面図である。図8に示す有機薄膜太陽電池200は、基板1と、基板1上に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された本実施形態に係る重合体を含有する有機薄膜からなる活性層2と、活性層2上に形成された第2の電極7bと、を備えるものである。
(Organic thin film solar cell)
Next, application of the preferred embodiment to an organic thin film solar cell will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an organic thin-film solar cell according to a preferred embodiment. An organic thin film
本実施形態に係る有機薄膜太陽電池においては、第1の電極7a及び第2の電極7bの少なくとも一方に透明又は半透明の電極を用いる。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。高い開放電圧を得るためには、それぞれの電極として、仕事関数の差が大きくなるように選ばれることが好ましい。活性層2中には光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等を添加して用いることができる。基板1としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
In the organic thin film solar cell according to the present embodiment, a transparent or translucent electrode is used for at least one of the
有機薄膜太陽電池の動作機構を説明する。透明又は半透明の電極から入射した光エネルギーがアクセプター性化合物及び/又はドナー性化合物で吸収され、電子とホールの結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、アクセプター性化合物とドナー性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると、該界面での各々の化合物のHOMO及びLUMOのエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷が発生する。発生した電子は陰極へ、発生したホールは陽極へ移動することにより外部へ電気エネルギー(電流)として取り出すことができる。 The operation mechanism of the organic thin film solar cell will be described. Light energy incident from a transparent or translucent electrode is absorbed by the acceptor compound and / or donor compound, and excitons in which electrons and holes are combined are generated. When the generated excitons move and reach the heterojunction interface where the acceptor compound and the donor compound are adjacent to each other, electrons and holes are separated due to the difference in HOMO and LUMO energy of each compound at the interface. Generates a charge that can move independently. The generated electrons can be taken out as electrical energy (current) by moving to the cathode and the generated holes to the anode.
このような動作機構を考慮すると光電変換効率の高い有機薄膜太陽電池を得るためには、所望の入射光のスペクトルを効率的に吸収することができる吸収域を有したアクセプター性化合物及び/又はドナー性化合物を用いること、励起子を効率よく分離するために有機薄膜太陽電池がヘテロ接合界面を多く含むこと、生成した電荷を速やかに電極へ輸送する電荷輸送性を有する材料を用いることが重要である。 Considering such an operating mechanism, in order to obtain an organic thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency, an acceptor compound and / or a donor having an absorption region capable of efficiently absorbing a spectrum of desired incident light. It is important that organic thin-film solar cells contain many heterojunction interfaces in order to efficiently separate excitons, and that materials that have charge transportability to quickly transport generated charges to the electrode are important in order to efficiently separate excitons. is there.
本発明の有機薄膜太陽電池としては、第1の電極7a及び第2の電極7bの少なくとも一方の電極と該素子中の活性層2との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、例えば、ホール又は電子を輸送する電荷輸送層、電極と有機層を隔離するためのバッファ層が挙げられる。
In the organic thin film solar cell of the present invention, an additional layer may be provided between at least one of the
具体的には、図8に示す有機薄膜太陽電池200において、アクセプター性化合物及びドナー性化合物を含有する活性層2と上記一対の電極のうちの一方又は両方との間にバッファ層を有する上記有機薄膜太陽電池が好ましい。
Specifically, in the organic thin film
有機薄膜太陽電池は、透明又は半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、太陽電池として動作させることができる。有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールとして用いることもできる。本発明の重合体は、優れたホール輸送性を有することからドナー性化合物として機能する。 An organic thin film solar cell can be operated as a solar cell by generating a photovoltaic force between the electrodes by irradiating light such as sunlight from a transparent or translucent electrode. It can also be used as an organic thin film solar cell module by integrating a plurality of organic thin film solar cells. The polymer of the present invention functions as a donor compound because it has excellent hole transport properties.
(光センサ)
次に、本実施形態に係る有機薄膜の光センサへの応用を説明する。図9は、第1実施形態に係る光センサの模式断面図である。図9に示す光センサ300は、基板1と、基板1上に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された本実施形態に係る重合体を含有する有機薄膜からなる活性層2と、活性層2上に形成された電荷発生層8と、電荷発生層8上に形成された第2の電極7bと、を備えるものである。
(Optical sensor)
Next, application of the organic thin film according to the present embodiment to an optical sensor will be described. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the photosensor according to the first embodiment. An
図10は、第2実施形態に係る光センサの模式断面図である。図10に示す光センサ310は、基板1と、基板1上に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された電荷発生層8と、電荷発生層8上に形成された本実施形態に係る重合体を含有する有機薄膜からなる活性層2と、活性層2上に形成された第2の電極7bと、を備えるものである。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an optical sensor according to the second embodiment. An
図11は、第3実施形態に係る光センサの模式断面図である。図11に示す光センサ320は、基板1と、基板1上に形成された第1の電極7aと、第1の電極7a上に形成された本実施形態に係る重合体を含有する有機薄膜からなる活性層2と、活性層2上に形成された第2の電極7bと、を備えるものである。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an optical sensor according to the third embodiment. An
第1〜第3実施形態に係る光センサにおいては、第1の電極7a及び第2の電極7bの少なくとも一方に透明又は半透明の電極を用いる。電荷発生層8は光を吸収して電荷を発生する層である。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。活性層2中には光感度を高めるためにキャリア発生剤、増感剤等を添加して用いることができる。また基板1としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
In the optical sensor according to the first to third embodiments, a transparent or translucent electrode is used for at least one of the
以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to a following example at all.
以下の実施例においては、例えば式Aで表される化合物を「化合物A」と表記することとし、式B〜Pで表される化合物についても同様に表記する。 In the following examples, for example, a compound represented by Formula A will be referred to as “Compound A”, and the compounds represented by Formulas B to P will be similarly represented.
[測定条件等]
まず、後述する実験において行った各測定の条件について説明する。核磁気共鳴(NMR)スペクトルは、JEOL(日本電子株式会社)製の商品名JMN−270(1H測定時400MHz)を用いて測定した。ケミカルシフトは百万分率(ppm)で表している。内部標準0ppmには、テトラメチルシラン(TMS)を用いた。結合定数(J)は、ヘルツで示しており、略号s、d、t、q、m及びbrは、それぞれ、一重線(singlet)、二重線(doublet)、三重線(triplet)、四重線(quartet)、多重線(multiplet)及び広幅線(broad)を表す。マイクロウェーブ照射下での反応は、Biotage AB社製のInitiatorTM Ver.2.5を用い、出力400W、2.45GHzで行った。
[Measurement conditions]
First, conditions for each measurement performed in an experiment described later will be described. The nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum was measured using a product name JMN-270 (400 MHz at the time of 1 H measurement) manufactured by JEOL (JEOL Ltd.). Chemical shifts are expressed in parts per million (ppm). Tetramethylsilane (TMS) was used for the internal standard of 0 ppm. The coupling constant (J) is shown in hertz, and the abbreviations s, d, t, q, m, and br are singlet, doublet, triplet, quadruple, respectively. Represents a line, a multiplet, and a broad line. Reaction under microwave irradiation was performed by Initiator ™ Ver. Manufactured by Biotage AB. 2.5 was used and the output was 400 W and 2.45 GHz.
カラムクロマトグラフィにおけるシリカゲルは、関東化学株式会社製の商品名Silicagel 60N(40〜50μm)を用いた。全ての化学物質は、試薬級であり、和光純薬工業株式会社、東京化成工業株式会社、関東化学株式会社、ナカライテスク株式会社、シグマアルドリッチジャパン株式会社又はダイキン化成品株式会社より購入した。
化合物のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)による精製では、GPCシステムCO−8020(東ソー株式会社製)を用いた。
As silica gel in the column chromatography, trade name Silicagel 60N (40-50 μm) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was used. All chemical substances are reagent grade and purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Kanto Chemical Co., Ltd., Nacalai Tesque Co., Ltd., Sigma Aldrich Japan Co., Ltd. or Daikin Chemicals Co., Ltd.
In the purification of the compound by gel permeation chromatography (GPC), GPC system CO-8020 (manufactured by Tosoh Corporation) was used.
ポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)および重量平均分子量(Mw)は、日立ハイテクノロジーズ社製の日立高速液体クロマトグラフシステム(L-2420/L-2130)に、GPC用充填カラム(shodex K-803L)を装着して測定した。分子量分布(PDI)は、Mw/Mnの関係式から求めた。 The polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) were measured using Hitachi High-Technologies Hitachi High Performance Liquid Chromatograph System (L-2420 / L-2130) and GPC packed column (shodex K-803L). ) And measured. The molecular weight distribution (PDI) was determined from the relational expression of Mw / Mn.
吸収スペクトル測定は、磁気分光光度計(UV-3100PC:(株)島津製作所製)を用い、スリット幅1mmの条件で測定した。溶液の吸収スペクトル測定は、重合体を1×10-6mol/Lのクロロベンゼン溶液となるように調製し、セル幅1cmの石英セルを用いて行った。薄膜の吸収スペクトルは、重合体の薄膜を石英基板上に成膜して行った。吸収スペクトルのピークとなる波長をλmaxとし、薄膜吸収スペクトルの吸収端波長(λc)から光学ギャップエネルギー(Eg)をEg(eV)=1240/λc(nm)の関係式から求めた。 The absorption spectrum was measured using a magnetic spectrophotometer (UV-3100PC: manufactured by Shimadzu Corporation) under the condition of a slit width of 1 mm. The absorption spectrum of the solution was measured using a quartz cell having a cell width of 1 cm by preparing a polymer in a 1 × 10 −6 mol / L chlorobenzene solution. The absorption spectrum of the thin film was obtained by forming a polymer thin film on a quartz substrate. The wavelength that becomes the peak of the absorption spectrum was λmax, and the optical gap energy (Eg) was determined from the relational expression of Eg (eV) = 1240 / λc (nm) from the absorption edge wavelength (λc) of the thin film absorption spectrum.
<化合物Cの合成>
窒素雰囲気下、反応容器に化合物A(1g,3.03mmol)、塩化チオニル(SOCl2)(2.16g,18.2mmol)、ジメチルホルムアミド(DMF)(触媒量)を入れて、70℃で1時間攪拌を行った。SOCl2を減圧留去した後、ジクロロメタン(10mL)に溶かして0℃で塩化アルミニウム(AlCl3)、化合物Bを順に加えて2時間攪拌した。水洗しクロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ溶媒を留去し、真空乾燥した。シリカゲルカラムクロマトグラフィ(ヘキサン:酢酸エチル=20:1)で分離精製し、黄色の固体(化合物C)を得た(収量:1.06g、収率:65%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.06(s,2H),2.75(t,4H),1.69−1.61(m,4H),1.45−1.24(m,12H),0.91(t,6H).
<Synthesis of Compound C>
Under a nitrogen atmosphere, compound A (1 g, 3.03 mmol), thionyl chloride (SOCl 2 ) (2.16 g, 18.2 mmol), dimethylformamide (DMF) (catalytic amount) were placed in a reaction vessel, Stir for hours. After the SOCl 2 was distilled off under reduced pressure, it was dissolved in dichloromethane (10 mL), aluminum chloride (AlCl 3 ) and compound B were sequentially added at 0 ° C. and stirred for 2 hours. Washed with water and extracted with chloroform. The organic layer was dried over sodium sulfate, the solvent was distilled off, and vacuum dried. Separation and purification by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 20: 1) gave a yellow solid (compound C) (yield: 1.06 g, yield: 65%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.06 (s, 2H), 2.75 (t, 4H), 1.69-1.61 (m, 4H), 1.45 1.24 (m, 12H), 0.91 (t, 6H).
実施例1
<重合体Eの合成>
化合物Dを、文献(J. Hou et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16144.)に記載の方法で合成した。ふた付き試験管に化合物C(108mg,0.2mmol)、化合物D(150mg,0.2mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(Pd2(dba)3)(3.6mg,0.004mmol)、トリ−o−トリルホスフィン(4.8mg,0.016mmol)、クロロベンゼン(2mL)を入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行った。溶媒を減圧下で留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行った。さらに、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、深青色固体(重合体E)を得た(収量:120mg、収率:75%)。
Mn=19500 PDI=1.46 λmax=610nm
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.18(br,2H),7.94(br,2H),2.80(br,4H),1.80−0.70(br,56H).
Example 1
<Synthesis of Polymer E>
Compound D was synthesized by the method described in the literature (J. Hou et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16144.). In a test tube with a lid, compound C (108 mg, 0.2 mmol), compound D (150 mg, 0.2 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) (Pd 2 (dba) 3 ) (3.6 mg, 0 .004 mmol), tri-o-tolylphosphine (4.8 mg, 0.016 mmol) and chlorobenzene (2 mL) were added, and the reaction was carried out under irradiation with microwave (200 ° C., 30 minutes) after argon substitution. The solvent was distilled off under reduced pressure, followed by separation and purification by silica gel column chromatography (solvent chloroform). Furthermore, methanol, hexane and chloroform were separated and purified by Soxhlet in this order to obtain a deep blue solid (polymer E) (yield: 120 mg, yield: 75%).
Mn = 19500 PDI = 1.46 λ max = 610 nm
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.18 (br, 2H), 7.94 (br, 2H), 2.80 (br, 4H), 1.80-0.70 ( br, 56H).
<化合物Gの合成>
窒素雰囲気下、反応容器に化合物A(1g,3.03mmol)、塩化チオニル(SOCl2)(2.16g,18.2mmol)、ジメチルホルムアミド(DMF)(触媒量)を入れて、70℃で1時間攪拌を行った。SOCl2を減圧留去した後、ジクロロメタン(10mL)に溶かして0℃で塩化アルミニウム(AlCl3)、化合物Fを順に加えて2時間攪拌した。水洗しクロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ溶媒を留去し、真空乾燥した。シリカゲルカラムクロマトグラフィ(ヘキサン:酢酸エチル=20:1)で分離精製し、黄色の固体(化合物G)を得た。(収量:1.12g、収率:76%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.04(s,2H),2.74(t,4H),1.66−1.55(m,4H),1.47−1.38(m,4H),0.94(t,6H).
<Synthesis of Compound G>
Under a nitrogen atmosphere, compound A (1 g, 3.03 mmol), thionyl chloride (SOCl 2 ) (2.16 g, 18.2 mmol), dimethylformamide (DMF) (catalytic amount) were placed in a reaction vessel, Stir for hours. After the SOCl 2 was distilled off under reduced pressure, it was dissolved in dichloromethane (10 mL), and aluminum chloride (AlCl 3 ) and compound F were sequentially added at 0 ° C., followed by stirring for 2 hours. Washed with water and extracted with chloroform. The organic layer was dried over sodium sulfate, the solvent was distilled off, and vacuum dried. Separation and purification by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 20: 1) gave a yellow solid (Compound G). (Yield: 1.12 g, yield: 76%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.04 (s, 2H), 2.74 (t, 4H), 1.66 to 1.55 (m, 4H), 1.47− 1.38 (m, 4H), 0.94 (t, 6H).
実施例2
<重合体Hの合成>
ふた付き試験管に化合物G、化合物D、(Pd2(dba)3)、トリ−o−トリルホスフィン、クロロベンゼンを入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行う。溶媒を減圧下で留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行う。さらに、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、重合体Hを得る。
Example 2
<Synthesis of Polymer H>
Put compound G, compound D, (Pd 2 (dba) 3 ), tri-o-tolylphosphine, and chlorobenzene into a test tube with a lid, and replace with argon, then react under irradiation with microwave (200 ° C., 30 minutes). Do. The solvent is distilled off under reduced pressure, followed by separation and purification by silica gel column chromatography (solvent chloroform). Further, separation, purification with Soxhlet in the order of methanol, hexane and chloroform yields polymer H.
<化合物Jの合成>
窒素雰囲気下、反応容器に化合物A(1g,3.03mmol)、SOCl2 (2.16g,18.2mmol)、DMF(触媒量)を入れて、70℃で1時間攪拌を行った。SOCl2を減圧留去した後、ジクロロメタン(10mL)に溶かして0℃でAlCl3、化合物Iを順に加えて2時間攪拌した。水洗しクロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ溶媒を留去し、真空乾燥した。シリカゲルカラムクロマトグラフィ(ヘキサン:酢酸エチル=20:1)で分離精製し、黄色の固体Jを得た(収量:1.30g、収率:71%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=4.35(s,4H),1.79−1.74(m,4H),1.4−1.2(m,20H),0.89(t,6H).
<Synthesis of Compound J>
Under a nitrogen atmosphere, Compound A (1 g, 3.03 mmol), SOCl 2 (2.16 g, 18.2 mmol), and DMF (catalytic amount) were placed in a reaction vessel, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour. After the SOCl 2 was distilled off under reduced pressure, it was dissolved in dichloromethane (10 mL), and AlCl 3 and Compound I were sequentially added at 0 ° C., followed by stirring for 2 hours. Washed with water and extracted with chloroform. The organic layer was dried over sodium sulfate, the solvent was distilled off, and vacuum dried. Separation and purification by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 20: 1) gave yellow solid J (yield: 1.30 g, yield: 71%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 4.35 (s, 4H), 1.79-1.74 (m, 4H), 1.4-1.2 (m, 20H), 0.89 (t, 6H).
実施例3
<重合体Kの合成>
ふた付き試験管に化合物J、化合物D、Pd2(dba)3、トリ−o−トリルホスフィン、クロロベンゼンを入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行う。カラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行った後、さらに、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、重合体Kを得る。
Example 3
<Synthesis of Polymer K>
Compound J, compound D, Pd 2 (dba) 3 , tri-o-tolylphosphine, and chlorobenzene are placed in a test tube with a lid, and after replacing with argon, the reaction is carried out under microwave (200 ° C., 30 minutes) irradiation. After separation and purification by column chromatography (solvent chloroform), separation and purification are further performed by Soxhlet in the order of methanol, hexane and chloroform to obtain a polymer K.
実施例4
<重合体Mの合成>
化合物Lを、文献(C J. Kudla, D Dolfen, K J.Schottler, J-M Koenen, D Breusov, SAllard, U Scherf. Macromolecules, 2010, 43, 7864-7867)に記載の方法で合成する。
ふた付き試験管に化合物G、化合物L、Pd2(dba)3、トリ−o−トリルホスフィン、クロロベンゼンを入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行う。カラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行った後、さらに、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、重合体Mを得る。
Example 4
<Synthesis of Polymer M>
Compound L is synthesized by the method described in the literature (C J. Kudla, D Dolfen, K J. Schottler, JM Koenen, D Breusov, SAllard, U Scherf. Macromolecules, 2010, 43, 7864-7867).
Compound G, compound L, Pd 2 (dba) 3 , tri-o-tolylphosphine, and chlorobenzene are placed in a test tube with a lid, and after replacing with argon, the reaction is performed under irradiation with microwave (200 ° C., 30 minutes). After separation and purification by column chromatography (solvent chloroform), further separation and purification by methanol, hexane and chloroform in the order of Soxhlet yields polymer M.
実施例5
<重合体Nの合成>
ふた付き試験管に化合物C、化合物L、Pd2(dba)3、トリ−o−トリルホスフィン、クロロベンゼンを入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行う。カラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行った後、さらにメタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、重合体Nを得る。
Example 5
<Synthesis of Polymer N>
Compound C, compound L, Pd 2 (dba) 3 , tri-o-tolylphosphine, and chlorobenzene are placed in a test tube with a lid, and after replacing with argon, the reaction is carried out under microwave (200 ° C., 30 minutes) irradiation. After separation and purification by column chromatography (solvent chloroform), separation and purification are further performed by Soxhlet in the order of methanol, hexane and chloroform to obtain a polymer N.
実施例6
<重合体Oの合成>
ふた付き試験管に化合物J、化合物L、Pd2(dba)3、トリ−o−トリルホスフィン、クロロベンゼンを入れ、アルゴンで置換した後、microwave(200℃,30分)照射下で反応を行う。カラムクロマトグラフィ(溶媒クロロホルム)で分離精製を行った後、さらに、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、重合体Oを得る。
Example 6
<Synthesis of Polymer O>
Compound J, compound L, Pd 2 (dba) 3 , tri-o-tolylphosphine, and chlorobenzene are placed in a test tube with a lid, and after replacing with argon, the reaction is carried out under microwave (200 ° C., 30 minutes) irradiation. After separation and purification by column chromatography (solvent chloroform), separation and purification are further performed by Soxhlet in the order of methanol, hexane and chloroform to obtain a polymer O.
実施例7
<有機薄膜素子1の作製及び太陽電池特性の評価>
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(スタルクヴイテック(株)製、Baytron(登録商標)PAI4083)の懸濁液を0.2μmメンブランフィルターで濾過した後、スピンコートにより44nmの厚みで薄膜を形成し、ホットプレート上で200℃、10分間乾燥した。次に、実施例1で合成した重合体E及びフラーレンC70PCBM(フェニルC71−酪酸メチルエステル)(phenyl C71-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製)(重合体E/C70PCBMの重量比=1/2)を混合し、オルトジクロロベンゼンに溶解(重合体EとC70PCBMとの重量の合計は2.0重量%)して塗布液を調製した。該塗布液を用い、スピンコートにより基板上に塗布して、重合体Eを含む有機薄膜を堆積させた(膜厚約100nm)。このようにして作製した有機薄膜の光吸収末端波長は770nmであった。その後、有機薄膜上に真空蒸着機によりカルシウムを厚さ8nmで蒸着し、次いでAlを厚さ100nmで蒸着した。得られた有機薄膜素子1の形状は、2mm×2mmの正四角形であった。得られた有機薄膜素子1にソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO−SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)=11.36mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.90V、ff(フィルファクター(曲線因子))=0.48、光電変換効率(η)=4.9%と、良好な太陽電池特性が得られた。
Example 7
<Preparation of Organic
Suspension of poly (3,4) ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (Baytron (registered trademark) PAI4083 manufactured by Stark Vitec Co., Ltd.) on a glass substrate having an ITO film with a thickness of 150 nm formed by sputtering. Was filtered through a 0.2 μm membrane filter, a thin film was formed with a thickness of 44 nm by spin coating, and dried on a hot plate at 200 ° C. for 10 minutes. Next, polymer E synthesized in Example 1 and fullerene C70PCBM (phenyl C71-butyric acid methyl ester, manufactured by Frontier Carbon Co.) (weight ratio of polymer E / C70PCBM = 1/2) ) And dissolved in orthodichlorobenzene (the total weight of the polymer E and C70PCBM is 2.0% by weight) to prepare a coating solution. The coating solution was applied onto the substrate by spin coating to deposit an organic thin film containing the polymer E (film thickness: about 100 nm). The thus prepared organic thin film had a light absorption terminal wavelength of 770 nm. Then, calcium was vapor-deposited with a thickness of 8 nm on the organic thin film by a vacuum vapor deposition machine, and then Al was vapor-deposited with a thickness of 100 nm. The shape of the obtained organic
実施例8
<有機薄膜素子2の作製及びトランジスタ特性の評価>
ゲート電極としての高濃度にドープされたp型シリコン基板の表面に、300nmのシリコン酸化膜を熱酸化により絶縁膜として形成した基板を準備した。この基板の上に、リフトオフ法により、チャネル幅2mm、チャネル長20μmのソース電極及びドレイン電極を形成した。電極付き基板をアセトンで10分間、次いでイソプロピルアルコールで10分間超音波洗浄した後、オゾンUVを20分間照射し表面を洗浄した。表面洗浄した電極付き基板上に、β−フェニルトリクロロシラン(β−PTS)(信越化学製LP−1990)のトルエン希釈溶液(β−PTS/トルエン:0.2mL/10mL)を滴下した後、スピンコーターでスピンして基板表面をSAM処理した。さらにトルエンを滴下、スピンコートすることにより余分なβ−PTSを洗い流し、表面処理された電極付き基板を作製した。実施例1で合成した重合体Eを用いてクロロホルムに0.5質量%の濃度で溶解させたところ、重合体Eは、クロロホルムに完全に溶解し、有機溶媒に溶解可能であることを確認できた。この溶液を、表面処理した上記基板上にスピンコート法により回転数1500rpmで、1分間かけて塗布するともに乾燥して、重合体Eの有機薄膜を堆積させた(膜厚約100nm)。その後、窒素雰囲気で170℃にて30分間アニール処理をし、有機薄膜素子2を得た。半導体パラメータアナライザー(keithley社製、商品名「4200−SCS」)を用いて、真空中でゲート電圧Vg及びソース−ドレイン間電圧Vsdを+20〜−40Vの範囲で変化させながら、有機薄膜素子2の有機トランジスタ特性を測定したところ、良好なp型半導体のドレイン電流(Id)−ゲート電圧(Vg)特性が得られた。このときの移動度は7.9×10−4cm2/Vsであり、しきい値電圧は−1.7Vであり、オン/オフ比は約106であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子2は、p型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、このことから、重合体Eは優れたホール輸送性を有し、有機p型半導体として利用可能であることが確認された。
Example 8
<Preparation of organic
A substrate in which a 300 nm silicon oxide film was formed as an insulating film by thermal oxidation on the surface of a heavily doped p-type silicon substrate as a gate electrode was prepared. On this substrate, a source electrode and a drain electrode having a channel width of 2 mm and a channel length of 20 μm were formed by a lift-off method. The substrate with electrodes was ultrasonically cleaned with acetone for 10 minutes and then with isopropyl alcohol for 10 minutes, and then the surface was cleaned by irradiation with ozone UV for 20 minutes. A toluene-diluted solution (β-PTS / toluene: 0.2 mL / 10 mL) of β-phenyltrichlorosilane (β-PTS) (Shin-Etsu Chemical LP-1990) was dropped on the surface-cleaned substrate with electrodes, and then spinned. The substrate surface was SAM-treated by spinning with a coater. Further, toluene was dropped and spin-coated to wash away excess β-PTS, and a surface-treated substrate with an electrode was produced. When the polymer E synthesized in Example 1 was dissolved in chloroform at a concentration of 0.5% by mass, it was confirmed that the polymer E was completely dissolved in chloroform and could be dissolved in an organic solvent. It was. This solution was applied onto the surface-treated substrate by spin coating at a rotation speed of 1500 rpm for 1 minute and dried to deposit an organic thin film of polymer E (film thickness: about 100 nm). Thereafter, annealing treatment was performed at 170 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain an organic
比較例1
<有機薄膜素子C1の作製及び太陽電池特性の評価>
重合体Eの代わりにポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT:アルドリッチ製)を用いたほかは実施例7と同じ条件で、有機薄膜素子C1を作製した。なお、P3HTを含む有機薄膜の膜厚は115nmであり、有機薄膜の光吸収末端波長は660nmであった。得られた有機薄膜素子C1に実施例7と同様にしてソーラシミュレーターを用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)=4.09mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.67V、ff(フィルファクター(曲線因子))=0.44、光電変換効率(η)=1.2%と、実施例7の有機薄膜素子1よりも低い特性であった。
Comparative Example 1
<Preparation of organic thin film element C1 and evaluation of solar cell characteristics>
Organic thin film element C1 was produced under the same conditions as in Example 7 except that poly (3-hexylthiophene) (P3HT: manufactured by Aldrich) was used instead of polymer E. In addition, the film thickness of the organic thin film containing P3HT was 115 nm, and the light absorption terminal wavelength of the organic thin film was 660 nm. The obtained organic thin film element C1 is irradiated with constant light using a solar simulator in the same manner as in Example 7, and the generated current and voltage are measured to measure photoelectric conversion efficiency, short-circuit current density, open-end voltage, fill factor. Asked. Jsc (short circuit current density) = 4.09 mA / cm 2 , Voc (open circuit voltage) = 0.67 V, ff (fill factor) = 0.44, photoelectric conversion efficiency (η) = 1.2% The characteristics were lower than those of the organic
比較例2
<有機薄膜素子C2の作製及び太陽電池特性の評価>
重合体Eの代わりにpoly[2,6-(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)](PSBTBT:Luminescence Technology Corporation製:LT-S951)を用いたほかは実施例7と同じ条件で、有機薄膜素子C2を作製した。なお、PSBTBTを含む有機薄膜の膜厚は111nmであり、有機薄膜の光吸収末端波長は860nmであった。得られた有機薄膜素子C2に実施例7と同様にしてソーラシミュレーターを用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)=9.61mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.66V、ff(フィルファクター(曲線因子))=0.42、光電変換効率(η)=2.7%と、実施例7の有機薄膜素子1よりも低い特性であった。
Comparative Example 2
<Preparation of Organic Thin Film Element C2 and Evaluation of Solar Cell Characteristics>
Instead of polymer E, poly [2,6- (4,4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-d] silole) -alt-4,7 (2 , 1,3-benzothiadiazole)] (PSBTBT: manufactured by Luminescence Technology Corporation: LT-S951), an organic thin film element C2 was fabricated under the same conditions as in Example 7. The film thickness of the organic thin film containing PSBTBT was 111 nm, and the light absorption terminal wavelength of the organic thin film was 860 nm. The obtained organic thin film element C2 is irradiated with constant light using a solar simulator in the same manner as in Example 7, and the generated current and voltage are measured to measure photoelectric conversion efficiency, short-circuit current density, open-end voltage, fill factor. Asked. Jsc (short circuit current density) = 9.61 mA / cm 2 , Voc (open-circuit voltage) = 0.66 V, ff (fill factor (curve factor)) = 0.42, photoelectric conversion efficiency (η) = 2.7% The characteristics were lower than those of the organic
<化合物Qの合成>
窒素雰囲気下、反応容器に化合物A(1g,3.03mmol)、SOCl2(2.16g,18.2mmol)、DMF(触媒量)を入れて、70℃で1時間攪拌を行った。SOCl2を減圧留去した後、ジクロロメタン(10ml)に溶かして0℃でAlCl3及びG.barbarella,L.Favaretto, A.Bongini. J. Org. Chem. 1998, 63, 5497に記載の方法で合成した化合物P(1.15g,4.55mmol)を順に加えて2時間攪拌した。シリカゲルカラムクロマトグラフィ(ヘキサン:酢酸エチル=20:1)で分離精製し、黄色固体の化合物Qを得た(収量:1.23g、収率:74%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=3.32(t,4H),1.75−1.69(m,4H),1.43−1.31(m,12H),0.89(t,6H).
<Synthesis of Compound Q>
Under a nitrogen atmosphere, Compound A (1 g, 3.03 mmol), SOCl 2 (2.16 g, 18.2 mmol), and DMF (catalytic amount) were placed in a reaction vessel, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour. The SOCl 2 was distilled off under reduced pressure and then dissolved in dichloromethane (10 ml) at 0 ° C. by the method described in AlCl 3 and G. barbarella, L. Favaretto, A. Bongini. J. Org. Chem. 1998, 63, 5497. The synthesized compound P (1.15 g, 4.55 mmol) was added in order and stirred for 2 hours. Separation and purification by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 20: 1) gave Compound Q as a yellow solid (yield: 1.23 g, yield: 74%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 3.32 (t, 4H), 1.75-1.69 (m, 4H), 1.43-1.31 (m, 12H), 0.89 (t, 6H).
実施例9
<重合体Rの合成>
ふた付き試験管に化合物Q(190mg,0.35mmol)及び化合物D(260mg,0.35mmol)、Pd2(dba)3(7mg,2%mol)、トリ−o−トリルホスフィン(9mg,8%mol)、トルエン(8ml,0.05M)を入れ、アルゴンで置換した後、120℃で二日間反応を行った。再沈殿を行った後、メタノール、ヘキサン、クロロホルムの順にSoxhletで分離精製し、黒色固体として重合体Rを得た(収量:240mg、収率:80%)。
Mn=19.8kg/mol PDI=1.51
λmax=581nm(in solution)
λmax=599nm(in film)
Eg=1.72eV
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=7.78(br,2H),3.47(br,4H),1.80(Br,4H),1.52(Br,4H),1.39−1.25(br,30H),1.94−0.81(br,18H).
Example 9
<Synthesis of Polymer R>
In a test tube with a lid, Compound Q (190 mg, 0.35 mmol) and Compound D (260 mg, 0.35 mmol), Pd 2 (dba) 3 (7 mg, 2% mol), tri-o-tolylphosphine (9 mg, 8%) mol) and toluene (8 ml, 0.05 M) were added, and after substitution with argon, the reaction was carried out at 120 ° C. for 2 days. After reprecipitation, separation and purification were performed with Soxhlet in the order of methanol, hexane, and chloroform to obtain a polymer R as a black solid (yield: 240 mg, yield: 80%).
Mn = 19.8 kg / mol PDI = 1.51
λ max = 581 nm (in solution)
λ max = 599 nm (in film)
Eg = 1.72 eV
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.78 (br, 2H), 3.47 (br, 4H), 1.80 (Br, 4H), 1.52 (Br, 4H) , 1.39-1.25 (br, 30H), 1.94-0.81 (br, 18H).
実施例10
<有機薄膜素子3の作製及び太陽電池特性の評価>
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(スタルクヴイテック(株)製、Baytron(登録商標)PAI4083)の懸濁液を0.2μmメンブランフィルターで濾過した後、スピンコートにより44nmの厚みで薄膜を形成し、ホットプレート上で200℃、10分間乾燥した。次に、実施例9で合成した重合体R及びC70PCBM(フェニルC71−酪酸メチルエステル)(phenyl C71-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製)(重合体R/C70PCBMの重量比=1/2)を混合し、オルトジクロロベンゼンに溶解(重合体EとC70PCBMとの重量の合計は2.0重量%)して塗布液を調製した。該塗布液を用い、スピンコートにより基板上に塗布して、重合体Rを含む有機薄膜を堆積させた(膜厚約80nm)。その後、有機薄膜上に真空蒸着機によりAlを厚さ100nmで蒸着した。得られた有機薄膜素子3の形状は、3mm×3mmの正四角形であった。得られた有機薄膜素子3にソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO−SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)=7.71mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.98V、ff(フィルファクター(曲線因子))=0.43、光電変換効率(η)=3.2%と、良好な太陽電池特性が得られた。
Example 10
<Preparation of organic
Suspension of poly (3,4) ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (Baytron (registered trademark) PAI4083 manufactured by Stark Vitec Co., Ltd.) on a glass substrate having an ITO film with a thickness of 150 nm formed by sputtering. Was filtered through a 0.2 μm membrane filter, a thin film was formed with a thickness of 44 nm by spin coating, and dried on a hot plate at 200 ° C. for 10 minutes. Next, polymer R and C70PCBM (phenyl C71-butyric acid methyl ester, synthesized by Frontier Carbon Co.) synthesized in Example 9 (weight ratio of polymer R / C70PCBM = 1/2) Were dissolved in orthodichlorobenzene (the total weight of the polymer E and C70PCBM was 2.0% by weight) to prepare a coating solution. The coating solution was applied onto the substrate by spin coating to deposit an organic thin film containing the polymer R (film thickness of about 80 nm). Then, Al was vapor-deposited with a thickness of 100 nm on the organic thin film by a vacuum vapor deposition machine. The shape of the obtained organic
実施例11
<有機薄膜素子4の作製及び太陽電池特性の評価>
実施例10と同様にして、C70PCBMの代わりにC60PCBM(フェニルC61−酪酸メチルエステル)(phenylC61-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製)を用いて、重合体R及びC60PCBM(重合体R/C60PCBMの重量比=1/2)を含む有機薄膜を有した有機薄膜素子4を作製した。得られた有機薄膜素子4にソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO−SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して光電変換効率、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクターを求めた。Jsc(短絡電流密度)=6.01mA/cm2、Voc(開放端電圧)=0.98V、ff(フィルファクター(曲線因子))=0.46、光電変換効率(η)=2.70%と、良好な太陽電池特性が得られた。
Example 11
<Preparation of Organic
In the same manner as in Example 10, using C60PCBM (phenyl C61-butyric acid methyl ester, manufactured by Frontier Carbon Co.) instead of C70PCBM, Polymer R and C60PCBM (Polymer R / C60PCBM) An organic
<化合物Tの合成>
内部の気体をアルゴンで置換した300mLフラスコに、化合物S(2.00g,4.97mmol)及び脱水THF(80mL)を入れて均一な溶液とした。得られたTHF溶液を−78℃に冷却して保ち、1.6Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(7.76mL,12.4mmol)を10分かけて滴下した。滴下後、反応液を−78℃で30分攪拌し、次いで、室温(25℃)で2時間攪拌した。その後、反応液を再び−78℃に冷却し、反応液にトリブチルスズクロリド(4.45g,13.7mmol)を加えた。添加後、反応液を−78℃で30分攪拌し、次いで、室温(25℃)で3時間攪拌した。その後、反応液に水(100mL)を加えて反応を停止させ、酢酸エチルを加えて反応生成物を含む有機層を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、有機層をろ過した後、ろ液の溶媒成分をエバポレーターで留去した。得られたオイル状の物質を展開溶媒としてヘキサンを用いたシリカゲルカラムで精製した。シリカゲルカラムは、あらかじめ5wt%のトリエチルアミンを含むヘキサンに5分間浸し、その後、ヘキサンですすいだシリカゲルを用いた。精製後、化合物Tを得た(収量:3.30g,収率:68%)。
<Synthesis of Compound T>
Compound 300 (2.00 g, 4.97 mmol) and dehydrated THF (80 mL) were placed in a 300 mL flask in which the internal gas was replaced with argon to obtain a uniform solution. The obtained THF solution was kept cooled to -78 ° C., and 1.6 M n-butyllithium hexane solution (7.76 mL, 12.4 mmol) was added dropwise over 10 minutes. After the addition, the reaction solution was stirred at -78 ° C for 30 minutes, and then stirred at room temperature (25 ° C) for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was cooled again to −78 ° C., and tributyltin chloride (4.45 g, 13.7 mmol) was added to the reaction solution. After the addition, the reaction solution was stirred at −78 ° C. for 30 minutes, and then stirred at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. Thereafter, water (100 mL) was added to the reaction solution to stop the reaction, and ethyl acetate was added to extract an organic layer containing the reaction product. The organic layer which is an ethyl acetate solution was dried with sodium sulfate, the organic layer was filtered, and then the solvent component of the filtrate was distilled off with an evaporator. The obtained oily substance was purified by a silica gel column using hexane as a developing solvent. The silica gel column used was a silica gel that was previously immersed in hexane containing 5 wt% triethylamine for 5 minutes and then rinsed with hexane. After purification, compound T was obtained (yield: 3.30 g, yield: 68%).
実施例12
<重合体Uの合成>
内部の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物T(125.0mg,0.127mmol)、化合物C(68.5mg,0.127mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィン(3.5mg,0.011mmol)及び脱水トルエン(5mL)を入れて均一な溶液とした。得られたトルエン溶液を、アルゴンで30分バブリングした。トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(1.74mg,0.0019mmol)を加え、105℃で6時間攪拌し、反応液にフェニルブロミド(100mg)を加え、さらに105℃で3時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、メタノール(200mL)と濃塩酸(20mL)との混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ取して回収し、得られたポリマーを、円筒ろ紙に入れ、ソックスレー抽出器を用いて、メタノール、アセトン及びヘキサンでそれぞれ3時間洗浄した。円筒ろ紙内に残ったポリマーを、o−ジクロロベンゼン(7mL)に溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム(0.11g)と水(2.0mL)を加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去した後、有機層を水(50mL)で2回洗浄し、次いで、3wt%の酢酸水溶液(50mL)で2回洗浄し、最後に、水(50mL)で2回洗浄し、得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させた。ポリマーをろ取した後、乾燥し、得られたポリマーをo−ジクロロベンゼン7mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムで精製した。得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、ポリマーをろ取した後、乾燥することによって重合体U(23mg)を得た。
Example 12
<Synthesis of Polymer U>
In a 100 mL flask in which the internal gas was replaced with argon, compound T (125.0 mg, 0.127 mmol), compound C (68.5 mg, 0.127 mmol), tris (2-tolyl) phosphine (3.5 mg,. 011 mmol) and dehydrated toluene (5 mL) were added to obtain a uniform solution. The resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes. Tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (1.74 mg, 0.0019 mmol) was added to the toluene solution, and the mixture was stirred at 105 ° C. for 6 hours. Phenyl bromide (100 mg) was added to the reaction solution, and further stirred at 105 ° C. for 3 hours. did. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and poured into a mixed solution of methanol (200 mL) and concentrated hydrochloric acid (20 mL). The precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol, acetone and hexane for 3 hours using a Soxhlet extractor. The polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in o-dichlorobenzene (7 mL), sodium diethyldithiocarbamate (0.11 g) and water (2.0 mL) were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours. After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with water (50 mL), then twice with 3 wt% aqueous acetic acid (50 mL), and finally twice with water (50 mL). The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer. The polymer was collected by filtration and dried, and the obtained polymer was dissolved again in 7 mL of o-dichlorobenzene and purified with an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was collected by filtration and dried to obtain a polymer U (23 mg).
<化合物Wの合成>
内部の気体をアルゴンで置換した300mLフラスコに、化合物V(1.00g,1.59mmol)及び脱水THF(20mL)を入れて均一な溶液とした。得られたTHF溶液を−78℃に冷却して保ち、2.6Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.45mL,6.38mmol)を10分かけて滴下した。滴下後、反応液を−78℃で30分攪拌し、次いで、室温(25℃)で2時間攪拌した。その後、反応液を再び−78℃に冷却し、反応液にトリブチルスズクロリド(2.34g,7.18mmol)を加えた。添加後、反応液を−78℃で30分攪拌し、次いで、室温(25℃)で3時間攪拌した。その後、反応液に水(100mL)を加えて反応を停止させ、酢酸エチルを加えて反応生成物を含む有機層を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、有機層をろ過後、ろ液の溶媒成分をエバポレーターで留去した。得られたオイル状の物質を、オクタデシルシリル基を表面に結合させたシリカゲル(和光純薬製 Wakogel 100C18)を用いたカラムで精製した。展開溶媒としてはアセトニトリルとテトラヒドロフランの混合溶液を用いた。精製後、化合物Wを得た(収量:1.14g,収率:59%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=6.89(s,2H),1.79(t,4H),0.85−1.75(m,116H).
<Synthesis of Compound W>
Compound V (1.00 g, 1.59 mmol) and dehydrated THF (20 mL) were placed in a 300 mL flask in which the internal gas was replaced with argon to obtain a uniform solution. The obtained THF solution was cooled to -78 ° C., and a 2.6 M n-butyllithium hexane solution (2.45 mL, 6.38 mmol) was added dropwise over 10 minutes. After the addition, the reaction solution was stirred at -78 ° C for 30 minutes, and then stirred at room temperature (25 ° C) for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was cooled again to −78 ° C., and tributyltin chloride (2.34 g, 7.18 mmol) was added to the reaction solution. After the addition, the reaction solution was stirred at −78 ° C. for 30 minutes, and then stirred at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. Thereafter, water (100 mL) was added to the reaction solution to stop the reaction, and ethyl acetate was added to extract an organic layer containing the reaction product. The organic layer which is an ethyl acetate solution was dried with sodium sulfate, and after filtering the organic layer, the solvent component of the filtrate was distilled off with an evaporator. The obtained oily substance was purified with a column using silica gel (Wakogel 100C18 manufactured by Wako Pure Chemical Industries) with octadecylsilyl group bonded to the surface. As a developing solvent, a mixed solution of acetonitrile and tetrahydrofuran was used. After purification, compound W was obtained (yield: 1.14 g, yield: 59%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 6.89 (s, 2H), 1.79 (t, 4H), 0.85-1.75 (m, 116H).
<化合物Xの合成>
窒素気流雰囲気下、ジムロートを取付けた200mL3口フラスコに化合物A(3.0g,9.1mmol)、トルエン(150mL)及びN,N−ジメチルホルムアミド(1滴)を室温下にて仕込み、オキサリルクロリド(3.18mL,36mmol)を滴下し、1時間加熱還流した。還流後、室温まで冷却し、反応液をエバポレーターで濃縮し、脱水ジクロロメタン(100mL)を入れ、0℃まで冷却した。ジクロロメタン溶液に塩化アルミニウム(5.33g)をゆっくり加え、0℃で30分間攪拌した。反応液に、1,2−ジエチルベンゼン(1.49g)のジクロロメタン(20mL)溶液をシリンジでゆっくりと滴下し、0℃で1時間攪拌した後、室温まで昇温させ、さらに2時間攪拌した。その後、水を加え、炭酸水素ナトリウム水溶液で水層を中和し、有機層をクロロホルムで抽出し、有機層を水(50mL)で3回洗浄した。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後に、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、再結晶によって化合物Xを得た(収量:2.32g,収率:54%)。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=8.09(s,2H),2.80(q,4H),1.31(t,6H).
<Synthesis of Compound X>
Under a nitrogen stream atmosphere, Compound A (3.0 g, 9.1 mmol), toluene (150 mL) and N, N-dimethylformamide (1 drop) were charged at room temperature into a 200 mL three-necked flask equipped with a Dimroth, and oxalyl chloride ( 3.18 mL, 36 mmol) was added dropwise, and the mixture was heated to reflux for 1 hour. After refluxing, the reaction solution was cooled to room temperature, concentrated with an evaporator, dehydrated dichloromethane (100 mL) was added, and the mixture was cooled to 0 ° C. Aluminum chloride (5.33 g) was slowly added to the dichloromethane solution and stirred at 0 ° C. for 30 minutes. To the reaction solution, a solution of 1,2-diethylbenzene (1.49 g) in dichloromethane (20 mL) was slowly added dropwise with a syringe, stirred at 0 ° C. for 1 hour, then warmed to room temperature, and further stirred for 2 hours. Thereafter, water was added, the aqueous layer was neutralized with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution, the organic layer was extracted with chloroform, and the organic layer was washed three times with water (50 mL). The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained crude product was purified by silica gel column chromatography, and then compound X was obtained by recrystallization (yield: 2.32 g, yield: 54%).
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.09 (s, 2H), 2.80 (q, 4H), 1.31 (t, 6H).
実施例13
<重合体Yの合成>
内部の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物W(200mg,0.166mmol)、化合物X(71.0mg,0.166mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィン(4.5mg,0.015mmol)及び脱水トルエン(30mL)を入れて均一溶液とした。得られたトルエン溶液を、アルゴンで30分バブリングした。トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(2.3mg,0.0025mmol)を加え、105℃で6時間攪拌し、反応液にフェニルブロミド(100mg)を加え、さらに105℃で3時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、メタノール(200mL)と濃塩酸(20mL)との混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ取して回収し、得られたポリマーを、円筒ろ紙に入れ、ソックスレー抽出器を用いて、メタノール、アセトン及びヘキサンでそれぞれ3時間洗浄した。円筒ろ紙内に残ったポリマーを、o−ジクロロベンゼン(7mL)に溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム(0.11g)と水(2.0mL)を加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去した後、有機層を水(50mL)で2回洗浄し、次いで、3wt%の酢酸水溶液(50mL)で2回洗浄し、最後に、水(50mL)で2回洗浄し、得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させた。ポリマーをろ取した後、乾燥し、得られたポリマーをo−ジクロロベンゼン(7mL)に再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムで精製した。得られた溶液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、ポリマーをろ取した後、乾燥することによって重合体Y(135mg)を得た。
Example 13
<Synthesis of Polymer Y>
Compound 100 (200 mg, 0.166 mmol), compound X (71.0 mg, 0.166 mmol), tris (2-tolyl) phosphine (4.5 mg, 0.015 mmol) was added to a 100 mL flask whose internal gas was replaced with argon. And dehydrated toluene (30 mL) was added to make a homogeneous solution. The resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes. Tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (2.3 mg, 0.0025 mmol) was added to the toluene solution and stirred at 105 ° C. for 6 hours. Phenyl bromide (100 mg) was added to the reaction solution, and further stirred at 105 ° C. for 3 hours. did. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature and poured into a mixed solution of methanol (200 mL) and concentrated hydrochloric acid (20 mL). The precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol, acetone and hexane for 3 hours using a Soxhlet extractor. The polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in o-dichlorobenzene (7 mL), sodium diethyldithiocarbamate (0.11 g) and water (2.0 mL) were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours. After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with water (50 mL), then twice with 3 wt% aqueous acetic acid (50 mL), and finally twice with water (50 mL). The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer. The polymer was collected by filtration and dried. The obtained polymer was dissolved again in o-dichlorobenzene (7 mL) and purified with an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was collected by filtration and dried to obtain a polymer Y (135 mg).
実施例14
<有機薄膜素子5の作製及びトランジスタ特性の評価>
重合体Eの代わりに重合体Yを用いたほかは実施例8と同じ条件で、有機薄膜素子5を作製した。なお、重合体Yを含む有機薄膜の膜厚は50nmであった。得られた有機薄膜素子5に実施例8と同様にして半導体パラメータアナライザー(keithley社製、商品名「4200−SCS」)を用いて、真空中でゲート電圧Vg及びソース−ドレイン間電圧Vsdを+20〜−40Vの範囲で変化させながら、有機薄膜素子2の有機トランジスタ特性を測定した。移動度は2.8×10−4cm2/Vsであり、しきい値電圧は13.3Vであり、オン/オフ比は約104であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子5は、p型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、このことから、重合体Yは優れたホール輸送性を有し、有機p型半導体として利用可能であることが確認された。
Example 14
<Preparation of organic
An organic
1…基板、2…活性層、2a…活性層、3…絶縁層、4…ゲート電極、5…ソース電極、6…ドレイン電極、7a…第1の電極、7b…第2の電極、8…電荷発生層、100…第1実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、110…第2実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、120…第3実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、130…第4実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、140…第5実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、150…第6実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、160…第7実施形態に係る有機薄膜トランジスタ、200…実施形態に係る有機薄膜太陽電池、300…第1実施形態に係る光センサ、310…第2実施形態に係る光センサ、320…第3実施形態に係る光センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
[式中、
X1及びX2は、酸素原子を示す。
R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の1価の複素環基を示す。また、R1及びR2は互いに結合して、これらが結合している環と縮合する炭化水素環又は複素環を形成していてもよく、該炭化水素環及び該複素環は置換基を有していてもよい。
Z 1 は、式(ii)で表される基を示す。
Yは、炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子又はスズ原子を示す。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基を含む1価の非アルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数2〜60の1価の複素環基を示す。
W 3 及びW 4 は、それぞれ独立に、−C(R’)=で表される基(R’は、水素原子、ハロゲン原子又は1価の基を示す。)又は−N=で表される基を示す。
Z 3 及びZ 4 は、式(ii)で表される基を示す。]
[Where:
X 1 and X 2 represents an acid MotoHara child.
R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent Indicates. R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a hydrocarbon ring or a heterocyclic ring condensed with the ring to which they are bonded, and the hydrocarbon ring and the heterocyclic ring have a substituent. You may do it.
Z 1 represents a group represented by the formula (ii).
Y represents a carbon atom, a silicon atom, a germanium atom, a titanium atom or a tin atom.
R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A monovalent non-alkyl group containing an alkyl group, an aryl group having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent, or a monovalent heterocyclic group having 2 to 60 carbon atoms which may have a substituent Indicates.
W 3 and W 4 are each independently a group represented by —C (R ′) ═ (R ′ represents a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group) or —N═. Indicates a group.
Z 3 and Z 4 represent a group represented by the formula (ii). ]
[式中、
Ar4は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい2価の複素環基を示す。] Further comprising a structural unit represented by Formula (7) The polymer according to claim 1.
[Where:
Ar 4 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent or a divalent heterocyclic group which may have a substituent. ]
[式中、
X1、X2、Y、R1、R2、R3、R4、W3、W4,Z1、Z3及びZ4は、前記と同義である。
R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は1価の基を示し、R7とR8とは互いに結合して環を形成していてもよい。
Z5は、式(xxxi)で表される基、式(xxxii)で表される基、式(xxxiii)で表される基、式(xxxiv)で表される基、式(xxxv)で表される基、式(xxxvi)で表される基、式(xxxvii)で表される基、式(xxxviii)で表される基又は式(xxxix)で表される基を示す。
s及びtは、それぞれ独立に、0から6の整数を示す。
R7、R8及びZ5が複数ある場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。]
[式中、
R41、R42、R43及びR44は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又は置換基を有していてもよい1価の基を示し、R41とR42とは互いに結合して環を形成していてもよい。] The polymer of Claim 1 or 2 which has a structural unit represented by Formula (12).
[Where:
X 1 , X 2 , Y, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , W 3 , W 4 , Z 1 , Z 3 and Z 4 are as defined above.
R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group, and R 7 and R 8 may be bonded to each other to form a ring.
Z 5 is a group represented by the formula (xxxi), a group represented by the formula (xxxii), a group represented by the formula (xxxiii), a group represented by the formula (xxxiv), or a group represented by the formula (xxxv). A group represented by formula (xxxvi), a group represented by formula (xxxvii), a group represented by formula (xxxviii), or a group represented by formula (xxxix).
s and t each independently represent an integer of 0 to 6.
When there are a plurality of R 7 , R 8 and Z 5 , they may be the same or different. ]
[Where:
R 41 , R 42 , R 43 and R 44 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or a monovalent group which may have a substituent, and R 41 and R 42 are bonded to each other. A ring may be formed. ]
An organic thin film solar cell comprising the organic thin film according to claim 4 .
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