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CN102858840B - 高分子化合物 - Google Patents

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CN102858840B
CN102858840B CN201180021244.2A CN201180021244A CN102858840B CN 102858840 B CN102858840 B CN 102858840B CN 201180021244 A CN201180021244 A CN 201180021244A CN 102858840 B CN102858840 B CN 102858840B
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

含有下述高分子化合物的光电转换元件的光电转换效率高,所述高分子化合物具有由式(1)表示的结构单元。式中,X1和X2相同或不同,表示氮原子或=CH?;Y1表示硫原子、氧原子、硒原子、?N(R1)?或?CR2=CR3?;R1、R2和R3相同或不同,表示氢原子或取代基;W1表示氰基、具有氟原子的1价有机基团或卤素原子;W2表示氰基、具有氟原子的1价有机基团、卤素原子或氢原子。

Description

高分子化合物
技术领域
本发明涉及具有特定结构的高分子化合物。
背景技术
近年来,为了防止地球温室化,要求消减释放到大气中的CO2。例如提倡在房屋的屋顶转换为使用了pn接合型的硅系太阳能电池等的太阳能系统,但存在上述硅系太阳能电池中使用的单晶硅、多晶硅和非晶硅在其制造过程中需要高温、高真空条件这样的问题。
另一方面,对于作为光电转换元件的一种方式的有机薄膜太阳能电池,可以省略在硅系太阳能电池的制造步骤中使用的高温、高真空步骤,具有仅用涂布步骤即可廉价地制造的可能性,从而近年来受到人们的关注。作为有机薄膜太阳能电池中使用的高分子化合物,在WO2007/011739中记载了含有重复单元(A)和重复单元(B):
的高分子化合物。
但是,具有含有上述高分子化合物的有机层的光电转换元件的光电转换效率未必充分。
发明内容
本发明的目的在于提供高分子化合物,其在用于光电转换元件中所含的有机层时,光电转换元件的光电转换效率变高。
即,本发明第一提供了具有由式(1):
表示的结构单元的高分子化合物。
〔式中,X1和X2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y1表示硫原子、氧原子、硒原子、?N(R1)?或?CR2=CR3?。R1、R2和R3相同或不同,表示氢原子或取代基。W1表示氰基、具有氟原子的1价有机基团或卤素原子。W2表示氰基、具有氟原子的1价有机基团、卤素原子或氢原子。〕
本发明第二提供了由式(3a):
表示的化合物。
〔式中,X3a1和X3a2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y3a1表示硫原子。Z3a1和Z3a2相同或不同,表示具有氟原子的1价有机基团或氟原子。Q3a1和Q3a2相同或不同,表示氢原子、二羟基硼烷基[?B(OH)2]或1价的有机基团。〕
本发明第三提供了由式(3b):
表示的化合物。
〔式中,X3b1和X3b2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y3b1表示氧原子、硒原子、?N(R1)?或?CR2=CR3?。R1、R2和R3相同或不同,表示氢原子或取代基。Z3b1和Z3b2相同或不同,表示具有氟原子的1价有机基团或氟原子。Q3b1表示氯原子、溴原子、碘原子、二羟基硼烷基[?B(OH)2]或1价的有机基团。Q3b1表示卤素原子、二羟基硼烷基[?B(OH)2]或1价的有机基团。〕
本发明第四提供了具有第1电极和第2电极,在该第1电极和该第2电极之间具有活性层,且在该活性层中含有上述高分子化合物或上述化合物的光电转换元件。
本发明第五提供了具有门电极、源电极、漏电极、和活性层,且在该活性层中含有上述高分子化合物或上述化合物的有机薄膜晶体管。
本发明第六提供了具有第1电极和第2电极,在该第1电极和该第2电极之间具有发光层,且在该发光层中含有上述高分子化合物或上述化合物的有机电致发光元件。
具体实施方式
以下,详细地说明本发明。
本发明的高分子化合物的特征在于,具有由上述式(1)表示的结构单元。
作为由R1、R2和R3表示的取代基,表示卤素原子、烷基、可被取代的烷氧基、可被取代的烷基硫基、可被取代的芳基、可被取代的芳基氧基、可被取代的芳基硫基、可被取代的芳基烷基、可被取代的芳基烷氧基、可被取代的芳基烷基硫基、酰基、酰基氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、杂环基、杂环氧基(heterocyclyloxy)、杂环硫基(heterocyclylthio)、芳基烯基、芳基炔基、羧基或氰基。
其中,烷基可以是直链状或支链状,还可以是环状。烷基的碳原子数通常为1~30。烷基的具体例可以列举甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、2?甲基丁基、1?甲基丁基、己基、异己基、3?甲基戊基、2?甲基戊基、1?甲基戊基、庚基、辛基、异辛基、2?乙基己基、3,7?二甲基辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基等的链状烷基、环戊基、环己基、金刚烷基等的环状烷基。
烷氧基的烷基部分可以是直链状或支链状,还可以是环状。烷氧基可具有取代基。烷氧基的碳原子数通常为1~20,取代基可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的烷氧基的具体例,可以列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、戊基氧基、己基氧基、环己基氧基、庚基氧基、辛基氧基、2?乙基己基氧基、壬基氧基、癸基氧基、3,7?二甲基辛基氧基、月桂基氧基、三氟甲氧基、五氟乙氧基、全氟丁氧基、全氟己基氧基、全氟辛基氧基、甲氧基甲氧基和2?甲氧基乙氧基。
烷基硫基的烷基部分可以是直链状或支链状,还可以是环状。烷基硫基可具有取代基。烷基硫基的碳原子数通常为1~20,取代基可以列举卤素原子。作为可具有取代基的烷基硫基的具体例,可以列举甲基硫基、乙基硫基、丙基硫基、异丙基硫基、丁基硫基、异丁基硫基、叔丁基硫基、戊基硫基、己基硫基、环己基硫基、庚基硫基、辛基硫基、2?乙基己基硫基、壬基硫基、癸基硫基、3,7?二甲基辛基硫基、月桂基硫基和三氟甲基硫基。
芳基是从芳族烃中除去了1个芳香环上的氢原子的基团,其碳原子数通常为6~60。芳基可具有取代基,取代基可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的芳基的具体例,可以列举苯基、C1~C12烷氧基苯基、C1~C12烷基苯基、1?萘基、2?萘基和五氟苯基。C1~C12烷氧基苯基中,优选的方式为C1~C8烷氧基苯基,更优选的方式是C1~C6烷氧基苯基。作为C1~C8烷氧基和C1~C6烷氧基的具体例,可以列举对于上述烷氧基所举出的烷氧基中的C1~C8和C1~C6的基团。
芳基氧基的碳原子数通常为6~60,芳基部分可以具有取代基。取代基可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的芳基氧基的具体例,可以列举苯氧基、C1~C12烷氧基苯氧基、C1~C12烷基苯氧基、1?萘基氧基、2?萘基氧基和五氟苯氧基。
芳基硫基的碳原子数通常为6~60,芳基部分可具有取代基。作为可具有取代基的芳基硫基的具体例,可以列举苯基硫基、C1~C12烷氧基苯基硫基、C1~C12烷基苯基硫基、1?萘基硫基、2?萘基硫基和五氟苯基硫基。
芳基烷基的碳原子数通常为7~60,芳基部分可具有取代基。作为取代基,可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的芳基烷基的具体例,可以列举苯基?C1~C12烷基、C1~C12烷氧基苯基?C1~C12烷基、C1~C12烷基苯基?C1~C12烷基、1?萘基?C1~C12烷基和2?萘基?C1~C12烷基。
芳基烷氧基的碳原子数通常为7~60,芳基部分可具有取代基。作为取代基,可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的芳基烷氧基的具体例,可以列举苯基?C1~C12烷氧基、C1~C12烷氧基苯基?C1~C12烷氧基、C1~C12烷基苯基?C1~C12烷氧基、1?萘基?C1~C12烷氧基和2?萘基?C1~C12烷氧基。
芳基烷基硫基的碳原子数通常为7~60,芳基部分可具有取代基。作为取代基,可以列举卤素原子和烷氧基(例如碳原子数为1~20)。作为可具有取代基的芳基烷基硫基的具体例,可以列举苯基?C1~C12烷基硫基、C1~C12烷氧基苯基?C1~C12烷基硫基、C1~C12烷基苯基?C1~C12烷基硫基、1?萘基?C1~C12烷基硫基和2?萘基?C1~C12烷基硫基。
酰基是指除去了羧酸(?COOH)中的羟基的基团,其碳原子数通常为2~20。酰基的具体例可以列举乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、特戊酰基、三氟乙酰基等碳原子数为2~20的可被卤素取代的烷基羰基、苯甲酰基、五氟苯甲酰基等可被卤素取代的苯基羰基。
酰基氧基是指除去了羧酸(?COOH)中的氢原子的基团,其碳原子数通常为2~20。酰基氧基的具体例可以列举乙酰氧基、丙酰氧基、丁酰氧基、异丁酰氧基、戊酰氧基、苯甲酰氧基、三氟乙酰氧基和五氟苯甲酰氧基。
酰胺基是指从酰胺中除去了1个与氮原子键合的氢原子的基团,其碳原子数通常为2~20。酰胺基的具体例可以列举甲酰胺基、乙酰胺基、丙酰胺基、丁酰胺基、苯甲酰胺基、三氟乙酰胺基、五氟苯甲酰胺基、二甲酰胺基、二乙酰胺基、二丙酰胺基、二丁酰胺基、二苯甲酰胺基、二(三氟乙酰胺基)和二(五氟苯甲酰胺基)。
酰亚胺基是指从酰亚胺(?CO?NH?CO?)中除去了1个与氮原子键合的氢原子的基团,具体例可以列举琥珀酰亚胺基、邻苯二甲酰亚胺基。
取代氨基是指氨基的1或2个氢原子被取代了的基团,取代基例如是烷基和可被取代的芳基。作为烷基和可被取代的芳基的具体例,与R1所示的烷基和可被取代的芳基的具体例相同。取代氨基的碳原子数通常为1~40。取代氨基的具体例可以列举甲基氨基、二甲基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、丙基氨基、二丙基氨基、异丙基氨基、二异丙基氨基、丁基氨基、异丁基氨基、叔丁基氨基、戊基氨基、己基氨基、环己基氨基、庚基氨基、辛基氨基、2?乙基己基氨基、壬基氨基、癸基氨基、3,7?二甲基辛基氨基、月桂基氨基、环戊基氨基、二环戊基氨基、环己基氨基、二环己基氨基、吡咯烷基、哌啶基、二(三氟甲基)氨基、苯基氨基、二苯基氨基、C1~C12烷氧基氧基苯基氨基、二(C1~C12烷基氧基苯基)氨基、二(C1~C12烷基苯基)氨基、1?萘基氨基、2?萘基氨基、五氟苯基氨基、吡啶基氨基、哒嗪基氨基、嘧啶基氨基、吡唑基氨基、三嗪基氨基、苯基?C1~C12烷基氨基、C1~C12烷基氧基苯基?C1~C12烷基氨基、C1~C12烷基苯基?C1~C12烷基氨基、二(C1~C12烷基氧基苯基?C1~C12烷基)氨基、二(C1~C12烷基苯基?C1~C12烷基)氨基、1?萘基?C1~C12烷基氨基和2?萘基?C1~C12烷基氨基。
取代甲硅烷基是甲硅烷基的1、2或3个氢原子被取代了的基团,一般来说,是甲硅烷基的3个氢原子全部被取代了的基团,取代基例如是烷基和可被取代的芳基。烷基和可被取代的芳基的具体例与R1所示的烷基和可被取代的芳基的具体例相同。作为取代甲硅烷基的具体例,可以列举三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三丙基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、三(对二甲苯基)甲硅烷基、三苄基甲硅烷基、二苯基甲基甲硅烷基、叔丁基二苯基甲硅烷基和二甲基苯基甲硅烷基。
取代甲硅烷基氧基是在上述的取代甲硅烷基上键合了氧原子的基团。作为取代甲硅烷基氧基的具体例,可以列举三甲基甲硅烷基氧基、三乙基甲硅烷基氧基、三丙基甲硅烷基氧基、三异丙基甲硅烷基氧基、叔丁基二甲基甲硅烷基氧基、三苯基甲硅烷基氧基、三(对二甲苯基)甲硅烷基氧基、三苄基甲硅烷基氧基、二苯基甲基甲硅烷基氧基、叔丁基二苯基甲硅烷基氧基和二甲基苯基甲硅烷基氧基。
取代甲硅烷基硫基是在上述的取代甲硅烷基上键合了硫原子的基团。作为取代甲硅烷基硫基的具体例,可以列举三甲基甲硅烷基硫基、三乙基甲硅烷基硫基、三丙基甲硅烷基硫基、三异丙基甲硅烷基硫基、叔丁基二甲基甲硅烷基硫基、三苯基甲硅烷基硫基、三(对二甲苯基)甲硅烷基硫基、三苄基甲硅烷基硫基、二苯基甲基甲硅烷基硫基、叔丁基二苯基甲硅烷基硫基和二甲基苯基甲硅烷基硫基。
取代甲硅烷基氨基是氨基的1或2个氢原子被取代甲硅烷基取代了的基团,该取代甲硅烷基是如上所述的基团。作为取代甲硅烷基氨基的具体例,可以列举三甲基甲硅烷基氨基、三乙基甲硅烷基氨基、三丙基甲硅烷基氨基、三异丙基甲硅烷基氨基、叔丁基二甲基甲硅烷基氨基、三苯基甲硅烷基氨基、三(对二甲苯基)甲硅烷基氨基、三苄基甲硅烷基氨基、二苯基甲基甲硅烷基氨基、叔丁基二苯基甲硅烷基氨基、二甲基苯基甲硅烷基氨基、双(三甲基甲硅烷基)氨基、双(三乙基甲硅烷基)氨基、双(三丙基甲硅烷基)氨基、双(三异丙基甲硅烷基)氨基、双(叔丁基二甲基甲硅烷基)氨基、双(三苯基甲硅烷基)氨基、双(三?对二甲苯基甲硅烷基)氨基、双(三苄基甲硅烷基)氨基、双(二苯基甲基甲硅烷基)氨基、双(叔丁基二苯基甲硅烷基)氨基和双(二甲基苯基甲硅烷基)氨基。
杂环基可以列举从可具有取代基的呋喃、噻吩、吡咯、吡咯啉、吡咯烷、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、咪唑、咪唑啉、四氢咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑烷、呋咱、三唑、噻二唑、噁二唑、四唑、吡喃、吡啶、哌啶、噻喃、哒嗪、嘧啶、吡嗪、哌嗪、吗啉、三嗪、苯并呋喃、异苯并呋喃、苯并噻吩、吲哚、异吲哚、吲嗪、二氢吲哚、异二氢吲哚、色烯、色满、异色满、苯并吡喃、喹啉、异喹啉、喹嗪、苯并咪唑、苯并噻唑、吲唑、萘啶、喹喔啉、喹唑啉、喹唑啉烷、噌啉、酞嗪、嘌呤、蝶啶、咔唑、氧杂蒽、菲啶、吖啶、β?咔啉、萘嵌间二氮杂苯、菲咯啉、噻蒽、吩噁噻、吩噁嗪、吩噻嗪、吩嗪等的杂环化合物中除去了1个氢原子的基团。优选芳族杂环基。
杂环氧基是在上述的杂环基上键合了氧原子的基团,可以列举式(11)所示的基团。杂环硫基是在上述杂环基上键合了硫原子的基团,可以列举式(12)所示的基团。
〔式(11)和式(12)中,Ar7表示杂环基。〕。
杂环氧基的碳原子数通常为4~60。杂环氧基的具体例可以列举噻吩基氧基、C1~C12烷基噻吩基氧基、吡咯基氧基、呋喃基氧基、吡啶基氧基、C1~C12烷基吡啶基氧基、咪唑基氧基、吡唑基氧基、三唑基氧基、噁唑基氧基、噻唑氧基和噻重氮氧基。
杂环硫基的碳原子数通常为4~60。杂环硫基的具体例可以列举噻吩基巯基、C1~C12烷基噻吩基巯基、吡咯基巯基、呋喃基巯基、吡啶基巯基、C1~C12烷基吡啶基巯基、咪唑基巯基、吡唑基巯基、三唑基巯基、噁唑基巯基、噻唑巯基和噻重氮巯基。
芳基烯基通常其碳原子数为8~20,作为芳基烯基的具体例子,可以列举苯乙烯基。
芳基炔基通常其碳原子数为8~20,作为芳基炔基的具体例子,可以列举苯基乙炔基。
卤素原子可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
Y1优选为硫原子、氧原子、硒原子,进一步优选为硫原子、氧原子,特别优选为硫原子。
W1表示氰基、具有氟原子的1价有机基团或卤素原子。卤素原子可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
作为具有氟原子的1价有机基团,可以列举氟烷基、氟烷氧基、氟烷基硫基、氟芳基、氟芳基氧基、氟芳基硫基等。
氟烷基通常是碳原子数为1~30的烷基的1个以上的氢原子被氟原子取代了的基团,该烷基的具体例子与由R1表示的烷基的具体例子相同。氟烷基的具体例子可以列举氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、二氟乙基、五氟甲基、七氟丙基、九氟丁基和十三氟己基。
氟烷氧基通常是碳原子数为1~20的烷氧基的1个以上的氢原子被氟原子取代了的基团,该烷氧基的具体例子与由R1表示的烷氧基的具体例子相同。作为氟烷氧基的具体例子,可以列举氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基、二氟乙氧基、五氟甲氧基、七氟丙氧基、九氟丁氧基和十三氟己基氧基。
氟烷基硫基通常是碳原子数为1~20的烷基硫基的1个以上的氢原子被氟原子取代了的基团,该烷基硫基的具体例子与由R1表示的烷基硫基的具体例子相同。氟烷基硫基的具体例子可以列举氟甲基硫基、二氟甲基硫基、三氟甲基硫基、二氟乙基硫基、五氟甲基硫基、七氟丙基硫基、九氟丁基硫基和十三氟己基硫基。
氟芳基通常是苯基或萘基的1个以上的氢原子被氟原子取代了的基团,作为氟芳基的具体例子,可以列举氟苯基、二氟苯基、三氟苯基、五氟苯基、氟联苯基、九氟联苯基、氟萘基和七氟萘基。
氟芳基氧基是指在上述的氟芳基上键合了氧原子的基团。作为氟芳基氧基的具体例子,可以列举氟苯氧基、二氟苯氧基、三氟苯氧基、五氟苯氧基、氟联苯氧基、九氟联苯氧基、氟萘基氧基、七氟萘基氧基。
氟芳基硫基是指在上述的氟芳基上键合了硫原子的基团。作为氟芳基硫基的具体例子,可以列举氟苯基硫基、二氟苯基硫基、三氟苯基硫基、五氟苯基硫基、氟联苯硫基、九氟联苯硫基、氟萘基硫基和七氟萘基硫基。
W1优选为卤素原子,进一步优选为氟原子、氯原子,特别优选为氟原子。
W2表示氰基、具有氟原子的1价有机基团、卤素原子或氢原子。具有氟原子的1价有机基团的定义、具体例与由W1表示的具有氟原子的1价有机基团相同。
W2优选为卤素原子,进一步优选为氟原子、氯原子,特别优选为氟原子。
X1和X2相同或不同,表示氮原子或=CH?。优选X1和X2的至少一者是氮原子,更优选X1和X2是氮原子。
作为由式(1)表示的结构单元,可以列举由式(1001)~式(1240)表示的结构单元。
式(1001)~式(1240)中,R1、R2、R3表示与上述相同的意思。在由式(1001)~式(1240)表示的结构单元中,从提高光电转换效率的角度考虑,优选由式(1001)、式(1002)、式(1041)、式(1042)、式(1081)、式(1082)、式(1121)、式(1122)、式(1161)、式(1162)、式(1201)、式(1202)表示的结构单元,更优选由式(1001)、式(1002)、式(1041)、式(1042)、式(1201)、式(1202)表示的结构单元,进一步优选由式(1001)、式(1002)、式(1041)、式(1042)表示的结构单元,更优选由式(1001)、式(1041)表示的结构单元,特别优选由式(1001)表示的结构单元。
本发明的高分子化合物进一步可以具有式(2):
〔式中,Ar1表示2价的芳族基。〕
所示的结构单元。
2价的芳族基是指2价的芳族碳环基或2价的芳族杂环基。2价的芳族碳环基是指从可被取代的芳族烃中除去了2个氢原子的原子团,构成环的碳原子数通常为6~60左右,优选为6~20。芳族烃包含具有苯环的烃、具有稠环的烃、2个以上的独立的苯环或稠环直接键合了的烃或经由亚乙烯基等基团键合了的烃。
2价的芳族杂环基是从芳族杂环化合物中除去了2个氢原子的原子团,构成环的碳原子数通常为2~60、优选为3~20。芳族杂环化合物是指在具有芳族环结构的有机化合物中,作为构成环的元素,除了碳原子以外,还含有氧、硫、氮、磷、硼、砷、硅等的杂原子的化合物。
由式(2)表示的结构单元在本发明的高分子化合物中可以连续存在2个以上,或者在由式(2)表示的结构单元的两边相邻地存在由式(1)表示的结构单元。当连续存在2个以上时,连续存在的由式(2)表示的结构单元可以相同,也可以相互不同。
作为由式(2)表示的结构单元,可以列举例如由式(D?1)表示的结构单元、和由式(D?2)表示的结构单元。
〔式中,d环表示芳香环。m表示1以上的整数。Z是由式(z?1)~式(z?8)表示的基团。d环为多个时,它们可以相同或不同。Z为多个时,它们可以相同或不同。
(式(z?1)~式(z?8)中,R表示氢原子或取代基。R为多个时,它们可以相同或不同。R可以相互键合而形成环状结构。)〕
由d环表示的芳香环可以为芳族碳环,也可以为芳族杂环。
芳族碳环可以列举苯环、萘环、蒽环等。
芳族杂环可以列举呋喃环、噻吩环、吡咯环、噻咯(シロール)环、硼杂环戊二烯环、磷杂环戊二烯环、咪唑环、三唑环、噻唑环、噁唑环、异噁唑环、吡唑环、异噻唑环、吡啶环、吡嗪环、嘧啶环、喹啉环、异喹啉环、吲哚环、苯并呋喃环、异苯并呋喃环、苯并咪唑环、苯并噻吩环、苯并噻唑环、苯并噁唑环等。
m表示1以上的整数。优选为1~3,进一步优选1~2,特别优选1。
作为由R表示的取代基的例子,可以列举可被氟原子取代的烷基、可被氟原子取代的烷氧基、可被氟原子取代的烷基硫基、可被氟原子取代的芳基、可被氟原子取代的芳基氧基、可被氟原子取代的芳基硫基、可被氟原子取代的芳基烷基、可被氟原子取代的芳基烷氧基、可被氟原子取代的芳基烷基硫基、可被氟原子取代的芳基烯基、可被氟原子取代的芳基炔基、氨基、取代氨基、甲硅烷基、取代甲硅烷基、卤素原子、酰基、酰基氧基、酰胺基、杂环基、羧基、烷氧基羰基、硝基和氰基。
由R表示的烷基、烷氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷基硫基、芳基烯基、芳基炔基、取代氨基、取代甲硅烷基、卤素原子、酰基、酰基氧基、酰胺基和杂环基的定义和具体例,与上述的由R1表示的烷基、烷基氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷基氧基、芳基烷基硫基、芳基烯基、芳基炔基、取代氨基、取代甲硅烷基、卤素原子、酰基、酰基氧基、酰胺基和杂环基的定义和具体例相同。
对于烷氧基羰基,通常含有羰基碳的碳原子数为2~20,具体例子可以列举甲氧基羰基、乙氧基羰基和丁氧基羰基。
由R表示的取代基优选为烷基、烷氧基、芳基、芳基氧基,进一步优选碳原子数为9~18的烷基、烷氧基、芳基、芳基氧基,特别优选碳原子数为9~18的烷基。
d环可以具有取代基,d环具有2个以上的取代基时,该取代基可相互键合而形成环状结构。作为d环可具有的取代基,可以列举与上述的由R1表示的取代基为相同的基团。
作为由式(D?2)表示的结构单元,可以列举由式(D?3)表示的结构单元、由式(D?4)表示的结构单元、由式(D?5)表示的结构单元。
〔式中,e环表示芳香环。n表示1以上的整数。p表示0~5的整数。e环为多个时,它们可以相同,也可以不同。〕
n表示1以上的整数。优选为1~4,进一步优选为1~3,特别优选1~2。
p表示0~5的整数。优选为0~4,更优选为0~3,进一步优选为0~2。
由e环表示的芳香环可以为芳族碳环,也可以为芳族杂环。
e环可以具有取代基,作为该取代基,可以列举与d环可具有的取代基为相同的基团。
当将本发明的高分子化合物用于光电转换元件时,从提高光电转换效率的角度考虑,在由式(D?1)~式(D?5)表示的结构单元中,优选由式(D?1)表示的结构单元、由式(D?5)表示的结构单元,进一步优选由式(D?1)表示的结构单元。
当将本发明的高分子化合物用于有机薄膜晶体管时,从提高霍尔迁移率的角度考虑,在由式(D?1)~式(D?5)表示的结构单元中,优选由式(D?1)表示的结构单元、由式(D?4)表示的结构单元,进而优选由式(D?1)表示的结构单元。
作为由式(D?1)表示的结构单元,可以列举由式1~式152表示的基团。
式1~式152中,R表示与上述相同的意思。
作为由式(D?3)表示的结构单元,可以列举由式201~式234表示的基团。
式201~式234中,R表示与上述相同的意思。
作为由式(D?4)表示的结构单元,可以列举由式235~式238表示的基团。
式235~式238中,R表示与上述相同的意思。
作为由式(D?5)表示的结构单元,可以列举由式301~式323表示的基团。
式301~式323中,R表示与上述相同的意思。
将本发明的高分子化合物作为光电转换元件用材料使用时,从提高光电转换效率的角度考虑,在由式1~式152、式201~式238、式301~式323表示的基团中,优选为由式1、式5、式7、式8、式12、式14、式15、式25、式35、式39、式41、式49、式50、式54、式60、式62、式63、式67、式73、式75、式76、式80、式86、式101、式106、式112、式114、式119、式125、式127、式132、式138、式140、式145、式151、式215、式218、式229、式230、式234、式309、式310、式311、式312、式313、式314、式318、式321、式322、式323表示的基团,更优选由式1、式8、式15、式25、式35、式49、式62、式75、式101、式114、式127、式140、式215、式234、式309、式310、式311、式314、式321、式322、式323表示的基团,进而优选由式75、式309、式314、式322、式323表示的基团,特别优选由式75表示的基团。
将本发明的高分子化合物用于有机薄膜晶体管时,从提高霍尔迁移率的角度考虑,在由式1~式152、式201~式238、式301~式323表示的基团中,优选由式1、式8、式25、式35、式49、式54、式62、式67、式75、式80、式101、式114、式201、式202、式203、式204、式205、式206、式207、式208、式209、式210、式215、式216、式217、式218、式219、式220、式221、式222、式229、式230、式231、式232、式233、式235、式236、式237、式238、式309、式310、式311、式312、式313、式314、式318、式319、式322、式323表示的基团,更优选由式25、式75、式80、式114、式203、式204、式207、式208、式215、式216、式217、式218、式219、式220、式232、式233、式235、式236、式309、式314、式322表示的基团,进而优选由式75、式114、式204、式208、式215、式216、式217、式232、式236、式309、式314表示的基团,特别优选由式75表示的基团。
本发明的高分子化合物可以具有2种以上的由式(D?1)~式(D?5)表示的结构单元键合了的基团。该基团可以列举例如由式401~式414表示的基团。
式401~式414中,a和b相同或不同,表示1~5的整数。优选为1~3,特别优选1。式401~式414中,R表示与上述相同的意思。
将本发明的高分子作为光电转换元件用材料使用时,从提高光电转换效率的角度考虑,在由式401~式414表示的基团中,优选由式401、式402、式409、式410、式411、式412、式413、式414表示的基团,更优选由式401、式409、式413、式414表示的基团,特别优选由式401、式409表示的基团。
Ar1优选的一个方式是具有噻吩环的芳族杂环基。
本发明的高分子化合物具有由式(2)表示的结构单元时,作为本发明的高分子化合物中的由式(1)表示的结构单元的数目与由式(2)表示的结构单元的数目的比例,从提高本发明的高分子化合物在溶剂中的溶解性的角度考虑,下式所示的S的数值优选为0.10~0.80,进而优选为0.15~0.60,特别优选0.20~0.50。
S=(由式(1)表示的结构单元的数目)/{(由式(1)表示的结构单元的数目))+(由式(2)表示的结构单元的数目)}。
本发明中的高分子化合物是指利用凝胶渗透色谱法(以下有时也称为GPC)测定的聚苯乙烯换算的数均分子量为2000以上的化合物。本发明的高分子化合物的聚苯乙烯换算的数均分子量优选为2000~1000000,进而优选为2500~1000000,特别优选为3000~100000。
本发明的高分子化合物中的由式(1)表示的结构单元只要在化合物中至少含有1个即可。由式(1)表示的结构单元优选在高分子化合物中、每一根高分子链平均含有2个以上,更优选平均含有3个以上。
另外,在本发明的高分子化合物用于元件时,从设备制作的容易性的方面考虑,期望该高分子化合物在溶剂中的溶解度高。具体来说,本发明的高分子化合物优选具有可制作含有该高分子化合物0.01重量(wt)%以上的溶液的溶解性,更优选具有可制作含有0.1wt%以上的溶液的溶解性,进一步优选具有可制作含有0.4wt%以上的溶液的溶解性。
本发明的高分子化合物优选为π共轭高分子化合物。π共轭高分子化合物是指在主链中、多重键以在其之间夹着1个单键的状态存在的高分子化合物。
本发明的高分子化合物的制造方法没有特别限定,从高分子化合物合成的容易性的角度考虑,优选使用Suzuki偶联反应或Stille偶联反应的方法。
作为使用Suzuki偶联反应的方法,可以列举例如具有下述工序的制造方法,所述工序是使式(100):
Q100?E1?Q200(100)
〔式中,E1表示含有芳香环的2价基团。Q100和Q200相同或不同,表示二羟基硼烷基或硼酸酯残基。〕
所示的1种以上的化合物、与式(200):
T1?E2?T2(200)
〔式中,E2表示由式(1)表示的结构单元。T1和T2相同或不同,表示卤素原子、磺酸残基。〕
所示的1种以上的化合物在钯催化剂和碱的存在下反应的工序。E1优选列举亚芳基、亚杂芳基,进一步优选列举上述的由式1~式255表示的基团。
该情况下,优选反应中使用的式(200)所示的1种以上的化合物的摩尔数的合计相对于式(100)所示的1种以上的化合物的摩尔数的合计为过量。将反应中使用的式(200)所示的1种以上的化合物的摩尔数的合计设为1摩尔时,式(100)所示的1种以上的化合物的摩尔数的合计优选为0.6~0.99摩尔,进而优选为0.7~0.95摩尔。
硼酸酯残基是指从硼酸二酯中除去了羟基的基团,可以列举二烷基酯残基、二芳基酯残基、二(芳基烷基)酯残基等。硼酸酯残基的具体例子可以列举下式:
(式中,Me表示甲基,Et表示乙基。)
所示的基团。
式(200)中的、由T1和T2表示的卤素原子可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。从高分子化合物合成的容易性的角度考虑,优选为溴原子或碘原子,进而优选溴原子。
式(200)中的、由T1和T2表示的磺酸残基是指从磺酸(?SO3H)中除去了酸性氢的原子团,作为具体例,可以列举烷基磺酸盐基(例如甲烷磺酸盐基、乙烷磺酸盐基)、芳基磺酸盐基(例如苯磺酸盐基、对甲苯磺酸盐基)、芳基烷基磺酸盐基(例如苄基磺酸盐基)和三氟甲烷磺酸盐基。
作为进行Suzuki偶联反应的具体方法,可以列举在任意的溶剂中,使用钯催化剂作为催化剂,在碱的存在下使其反应的方法。
作为在Suzuki偶联反应中使用的钯催化剂,可以列举例如Pd(0)催化剂、Pd(II)催化剂,具体来说,可以列举[四(三苯基膦)]钯、醋酸钯类、二氯双(三苯基膦)钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯,从反应(聚合)操作的容易性、反应(聚合)速度的角度考虑,优选二氯双(三苯基膦)钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯。
钯催化剂的添加量没有特别限定,只要是作为催化剂的有效量即可,相对于式(100)所示的化合物1摩尔,通常为0.0001摩尔~0.5摩尔、优选为0.0003摩尔~0.1摩尔。
当使用醋酸钯类作为Suzuki偶联反应中使用的钯催化剂时,可以添加例如三苯基膦、三(邻甲苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦等的磷化合物作为配位体。该情况下,配位体的添加量相对于钯催化剂1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选为0.9摩尔~20摩尔,进一步优选为1摩尔~10摩尔。
作为Suzuki偶联反应中使用的碱,可以列举碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钡、氟化铯等无机碱和三乙基胺、三丁基胺等有机碱。
碱的添加量相对于式(100)所示的化合物1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选为0.9摩尔~20摩尔,进一步优选为1摩尔~10摩尔。
Suzuki偶联反应通常在溶剂中进行。溶剂可以列举N,N?二甲基甲酰胺、甲苯、二甲氧基乙烷、四氢呋喃。从本发明中使用的高分子化合物的溶解性的角度考虑,优选为甲苯、四氢呋喃。另外,碱以水溶液的方式添加,可在2相体系中反应。当使用无机盐作为碱时,从无机盐的溶解性的角度考虑,通常作为水溶液加入来反应。
并且,将碱作为水溶液添加、并在2相体系中使其反应时,根据需要可以添加季铵盐等的相转移催化剂。
进行Suzuki偶联反应的温度也依赖于上述溶剂,但通常为50~160℃左右,从高分子化合物的高分子量化的角度考虑,优选为60~120℃。另外,可以升温至接近于溶剂的沸点,使其回流。反应时间可以将达到目标聚合度的时刻作为终点,通常为0.1小时~200小时左右。1小时~30小时左右是有效率的,从而优选。
Suzuki偶联反应在氩气、氮气等的惰性气氛下、在Pd(0)催化剂不失活的反应体系中进行。例如在用氩气或氮气等、进行了充分脱气了的体系中进行。具体来说,将聚合容器(反应体系)内用氮气进行充分置换、脱气后,在该聚合容器中装入式(100)所示的化合物、式(200)所示的化合物、二氯双(三苯基膦)钯(II),进一步地将聚合容器用氮气充分置换、脱气后,加入通过预先用氮气鼓泡而进行了脱气的溶剂、例如甲苯后,向该溶液中滴加通过预先用氮气鼓泡而进行了脱气的碱、例如碳酸钠水溶液后,进行加热、升温,例如在回流温度下一边保持惰性气氛一边聚合8小时。
作为使用Stille偶联反应的方法,可以列举例如具有使式(300):
Q300?E3?Q400(300)
〔式中,E3表示含有芳香环的2价的基团。Q300和Q400相同或不同,表示取代甲锡烷基(stannyl)。〕
所示的1种以上的化合物、和上述式(200)所示的1种以上的化合物在钯催化剂的存在下反应的工序的制造方法。E3优选是2价的芳族基,进而优选由上式1~式255表示的基团。
取代甲锡烷基是由?SnR100 3表示的基团。其中,R100表示1价的有机基团。1价的有机基团可以列举烷基、芳基等。
该烷基的碳原子数通常为1~30,具体例子可以列举甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、2?甲基丁基、1?甲基丁基、己基、异己基、3?甲基戊基、2?甲基戊基、1?甲基戊基、庚基、辛基、异辛基、2?乙基己基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基等的链状烷基、环戊基、环己基、金刚烷基等的环状烷基。芳基可以列举苯基、萘基等。取代甲锡烷基的优选例子为?SnMe3、?SnEt3、SnBu3、?SnPh3,更优选的例子为?SnMe3、?SnEt3、?SnBu3。其中,Me表示甲基,Et表示乙基,Bu表示丁基,Ph表示苯基。
作为进行Stille偶联反应的具体方法,可以列举在钯催化剂下、在任意的溶剂中反应的方法。
作为Stille偶联反应中使用的钯催化剂,可以列举例如Pd(0)催化剂、Pd(II)催化剂。具体来说,可以列举[四(三苯基膦)]钯、醋酸钯类、二氯双(三苯基膦)钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯,从聚合反应操作的容易性、聚合反应速度的角度考虑,优选是[四(三苯基膦)]钯、三(二亚苄基丙酮)二钯。
Stille偶联反应中使用的钯催化剂的添加量没有特别限定,只要是作为催化剂的有效量即可,相对于由式(100)表示的化合物1摩尔,通常为0.0001摩尔~0.5摩尔,优选为0.0003摩尔~0.2摩尔。
另外,在Stille偶联反应中,也可以根据需要使用配位体或助催化剂。作为配位体,可以列举例如三苯基膦、三(邻甲苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦、三(2?呋喃基)膦等的磷化合物或三苯基胂、三苯氧基胂等的砷化合物。作为助催化剂,可以列举碘化铜、溴化铜、氯化铜、2?噻吩甲酸铜(I)等。
当使用配位体或助催化剂时,配位体或助催化剂的添加量相对于钯催化剂1摩尔,通常为0.5摩尔~100摩尔,优选为0.9摩尔~20摩尔、进一步优选为1摩尔~10摩尔。
Stille偶联反应通常在溶剂中进行。溶剂可以列举N,N?二甲基甲酰胺、N,N?二甲基乙酰胺、甲苯、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等。从本发明中使用的高分子化合物的溶解性的角度考虑,优选甲苯、四氢呋喃。
进行Stille偶联反应的温度也依赖于上述溶剂,但通常为50~160℃,从高分子化合物的高分子量化的角度考虑,优选为60~120℃。另外,也可以升温至接近溶剂的沸点,使其回流。
进行上述反应的时间可以将达到目标聚合度的时刻作为终点,通常为0.1小时~200小时左右。1小时~30小时左右是有效率的,从而优选。
Stille偶联反应在氩气、氮气等的惰性气氛下、在Pd催化剂不失活的反应体系中进行。例如在用氩气、氮气等、充分脱气了的体系中进行。具体地,将聚合容器(反应体系)内用氮气充分置换,进行脱气后,在该聚合容器中装入由式(300)表示的化合物、由式(200)表示的化合物、钯催化剂,进而将聚合容器用氮气充分置换,进行脱气后,加入通过预先用氮气鼓泡而进行脱气了的溶剂、例如甲苯后,根据需要加入配位体或助催化剂,然后,进行加热、升温,例如在回流温度下保持惰性气氛,同时进行8小时的聚合。
对于本发明的高分子化合物的末端基,如果有Q100~Q400、T1、T2所示这样的在聚合反应中为活性的基团残留,则在用于元件的制作时有使所得的元件的特性、寿命降低的可能性,因此优选用稳定基团进行保护。该稳定基团优选是具有与主链的共轭结构连续的共轭键的基团。另外,该稳定基团可以具有经由亚乙烯基与芳香环结合的结构。该稳定基团可以列举苯基、萘基、甲基、乙基、丙基、丁基、三氟甲基、五氟乙基等。
本发明的高分子化合物中含有的金属元素的量少,这可提高光电转换效率、霍尔迁移率,从而优选。其中,本发明的高分子化合物中含有的过渡金属元素的量优选是少的。过渡金属元素可以列举钯、铁、锡、镍、铜。其中优选钯、铁、锡的量是少的。本发明的高分子化合物中所含的杂质的量可以用元素分析测定,钯、铁、锡的合计量优选为1000ppm以下,进一步优选为500ppm以下,进一步更优选为100ppm以下,特别优选是30ppm以下。
作为元素分析的方法,可以列举原子吸光分析、发光分光分析、等离子体发光分析、荧光X射线分析、等离子体质量分析、辉光放电质谱分析、离子色谱分析等。
本发明的高分子化合物的特征在于具有由式(1)表示的结构单元,该高分子化合物例如可以通过使用式(3):
〔式中,X1和X2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y1表示硫原子、氧原子、硒原子、?N(R1)?或?CR2=CR3?。R1、R2和R3相同或不同,表示氢原子或取代基。W表示氢原子、氰基、具有氟原子的1价有机基团或氟原子。2个W可以相同或不同。其中,至少1个W是氰基、具有氟原子的1价有机基团或氟原子。Q表示氢原子、卤素原子、二羟基硼烷基或1价的有机基团。2个Q可以相同或不同。〕
所示的化合物用作原料的一种来进行合成。
式(3)中,X1和X2的至少一者优选是氮原子,进一步优选X1和X2这两者是氮原子。
式(3)中,Y1优选是硫原子、氧原子、?N(R1)?、?CR2=CR3?,更优选是硫原子、氧原子、?CR2=CR3?,进一步优选是硫原子、?CR2=CR3?。
作为由Q表示的1价的有机基团,可以列举烷基、烷氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰基氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基、芳基炔基、硼酸酯残基和取代甲锡烷基(stannyl)。
烷基、烷氧基、烷基硫基、芳基、芳基氧基、芳基硫基、芳基烷基、芳基烷氧基、芳基烷基硫基、酰基、酰基氧基、酰胺基、酰亚胺基、氨基、取代氨基、取代甲硅烷基、取代甲硅烷基氧基、取代甲硅烷基硫基、取代甲硅烷基氨基、杂环基、杂环氧基、杂环硫基、芳基烯基和芳基炔基的定义和具体例,可以列举与前述的R1中说明的这些定义和具体例为相同的定义和具体例。作为硼酸酯残基、取代甲锡烷基的定义和具体例,可以列举与前述的Q100中说明的定义和具体例为相同的定义和具体例。
作为由Q表示的卤素原子,可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
Q优选是溴原子、二羟基硼烷基、硼酸酯残基、取代甲锡烷基、取代甲硅烷基,更优选是溴原子、二羟基硼烷基、硼酸酯残基,特别优选是溴原子。
式(3)中,由W表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例,与由W1表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例相同。
作为由式(3)表示的化合物,可以列举由式501~式652表示的化合物。
式501~式652中,R、R1、R2、R3表示与上述相同的意思。
在由式501~式652表示的化合物中,从提高含有聚合的高分子化合物的光电转换元件的光电转换效率的角度考虑,优选为式501~式510、式531~式550、式571~式590、式611~式620、式621、式624、式625、式628、式629、式632、式633~642、式643~652。进一步优选为由式501~式510、式541~式550、式581~式590、式621、式625、式629、式633~式637、式643~652表示的化合物。进一步更优选为由式501、式507、式541、式547、式581、式587、式621、式634、式643表示的化合物。从合成的容易性的角度考虑,优选为由式501、式507、式541、式581、式634、式643表示的化合物。
在由式(3)表示的化合物中,进一步优选由式(3C):
〔式中,X1、X2、Y1和Q表示与上述相同的意思。Z1和Z2相同或不同,表示具有氟原子的1价有机基团或氟原子。〕
表示的化合物。
式(3C)中,由Z1和Z2表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例,与由W1表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例相同。
由式(3C)表示的化合物的一种方式是由式(3a):
表示的化合物。
式(3a)中,X3a1和X3a2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y3a1表示硫原子。Z3a1和Z3a2相同或不同,表示具有氟原子的1价有机基团或氟原子。Q3a1和Q3a2相同或不同,表示氢原子、二羟基硼烷基或1价的有机基团。
式(3a)中,由Z3a1和Z3a2表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例子,与由W1表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例子相同。由Q3a1和Q3a2表示的1价有机基团的具体例子,与由Q表示的1价有机基团的具体例子相同。
Q3a1和Q3a2优选的一个方式是氢原子。Q3a1和Q3a2优选的其他方式是二羟基硼烷基、硼酸酯残基、取代甲锡烷基、取代甲硅烷基。其中,优选为硼酸酯残基、取代甲锡烷基。
由式(3C)表示的化合物的其他方式是由式(3b):
表示的化合物。
式(3b)中,X3b1和X3b2相同或不同,表示氮原子或=CH?。Y3b1表示氧原子、硒原子、?N(R1)?或?CR2=CR3?。R1、R2和R3表示与上述相同的意思。Z3b1和Z3b2相同或不同,表示具有氟原子的1价有机基团或氟原子。Q3b1表示氯原子、溴原子、碘原子、二羟基硼烷基、或1价的有机基团。Q3b2表示卤素原子、二羟基硼烷基或1价的有机基团。
式(3b)中,由Z3b1和Z3b2表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例,与由W1表示的具有氟原子的1价有机基团的具体例相同。由Q3b1和Q3b2表示的1价的有机基团的具体例,与由Q表示的1价的有机基团的具体例相同。作为由Q3b2表示的卤素原子,可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
作为Q3b1和Q3b2,优选是氯原子、溴原子、碘原子、二羟基硼烷基、硼酸酯残基、取代甲锡烷基、取代甲硅烷基,进一步优选是溴原子、碘原子、二羟基硼烷基、硼酸酯残基、取代甲锡烷基、取代甲硅烷基,特别优选是溴原子、碘原子、硼酸酯残基、取代甲锡烷基。
Y3b1优选是氧原子、硒原子、?CR2=CR3?,进一步优选是氧原子、?CR2=CR3?。作为由式(3)表示的化合物的其它方式,可以列举由式(3D):
〔式中,X1、X2、Y1、Z1和Z2表示与上述相同的意思。Q1表示氢原子、氯原子、溴原子、碘原子、二羟基硼烷基或1价的有机基团。Q2表示氢原子、卤素原子或1价的有机基团。〕
表示的化合物。
式(3D)中,由Q1和Q2表示的1价有机基团的具体例子,与由Q表示的1价有机基团的具体例子相同。作为由Q2表示的卤素原子,可以列举氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
作为由式(3)表示的化合物的一个方式的、由式(3?1):
(式中,Y1表示与上述相同的意思。)
表示的化合物,可以通过将由式(3?2):
(式中,Y1表示与上述相同的意思。)
表示的化合物溴化来制造。
溴化可以使用公知的方法,可以列举例如在无溶剂下、或在溶剂中使用溴化剂进行溴化的方法。
使用溶剂时,作为反应中使用的溶剂,可以列举戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷等的饱和烃、苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等的不饱和烃、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等的卤化饱和烃、氯苯、二氯苯、三氯苯等的卤化不饱和烃等。
溴化剂可以列举溴、N?溴琥珀酰亚胺(以下有时也称为NBS)、四氯化碳、氢溴酸等。也可以将这些溴化剂多种组合来使用。溴化剂的使用量相对于由式(3?2)表示的化合物的摩尔数,通常为2~100000当量。
另外,也可以使在溴化时用于促进溴化的催化剂共存。催化剂可以列举铁、钴、镍、铜等金属、卤化铁、卤化钴、卤化镍、卤化铜等卤化金属、过氧化苯甲酰、偶氮异丁腈等自由基发生剂等。催化剂优选是金属、卤化金属,进一步优选是铁、溴化铁。催化剂的使用量通常相对于由式(3?2)表示的化合物的摩尔数,为0.001~10当量,优选为0.01~1当量。反应温度通常为?50~200℃,优选为0~150℃。
反应后,例如加入水,终止反应后,将产物用有机溶剂萃取,进行溶剂的蒸馏除去等通常的后处理,可以得到由式(3?1)表示的化合物。产物的分离后和纯化可以通过利用了色谱法的分选或再结晶等方法来进行。
在由式(3?2)表示的化合物中,Y1为硫原子的化合物可以通过例如使式(3?3)所示的化合物:
与亚硫酰氯反应来制造。
亚硫酰氯的使用量相对于式(3?3)所示的化合物的摩尔数,通常为1~100000当量。反应温度通常为?50~200℃,优选为0~150℃。
亚硫酰氯与式(3?3)所示的化合物的反应可以在无溶剂、或溶剂中进行。使用溶剂时,作为反应中使用的溶剂,可以列举戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环己烷等饱和烃、苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等不饱和烃、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤化饱和烃、氯苯、二氯苯、三氯苯等卤化不饱和烃等。
在使式(3?3)所示的化合物与亚硫酰氯反应时,可以通过使碱性化合物共存来促进反应。作为碱性化合物,可以列举三甲基胺、三乙基胺、三丁基胺、吡啶、喹啉、吡嗪等。碱性化合物的使用量相对于由式(3?3)表示的化合物的摩尔数,通常为1~100000当量,优选2~10000当量。
反应后,例如加入水,终止反应后将产物用有机溶剂萃取,进行溶剂的蒸馏除去等通常的后处理,可以得到由式(3?2)表示的化合物。产物的分离后和纯化可以通过利用了色谱法的分选或再结晶等方法来进行。
本发明的高分子化合物可以发挥高的电子和/或空穴输送性,因此在将含有该高分子化合物的有机薄膜用于元件中时,可以输送由电极注入的电子或空穴、或输送由光吸收产生的电荷。充分利用这些特性,可以适用于光电转换元件、有机薄膜晶体管、有机电致发光元件等的各种元件。以下,对于这些元件分别进行说明。
本发明的高分子化合物优选光吸收末端波长为长波长。光吸收末端波长可以利用以下方法求得。
测定中可以使用在紫外、可见、近红外的波长区域工作的分光光度计(例如日本分光制、紫外可见近红外分光光度计JASCO?V670)。当使用JASCO?V670时,由于可测定的波长范围为200~1500nm,因此可在该波长范围进行测定。首先,测定在测定中使用的基板的吸收光谱。作为基板,可以使用石英基板、玻璃基板等。接着,在该基板上由含有第1化合物的溶液或含有第1化合物的熔融体形成含有第1化合物的薄膜。在由溶液的制膜中,进行制膜后干燥。然后,得到薄膜与基板的叠层体的吸收光谱。将薄膜与基板的叠层体的吸收光谱、与基板的吸收光谱之差作为薄膜的吸收光谱来得到。
对于该薄膜的吸收光谱,纵轴表示第1化合物的吸光度,横轴表示波长。期望调整薄膜的膜厚,以使最大的吸收峰的吸光度为0.5~2左右。将吸收峰中最长波长的吸收峰的吸光度设为100%,将含有其50%的吸光度的平行于横轴(波长轴)的直线与该吸收峰的交点、且作为比该吸收峰的峰波长长的波长的交点设为第1点。将含有其25%的吸光度的平行于波长轴的直线与该吸收峰的交点、且作为比该吸收峰的峰波长长的波长的交点设为第2点。将连接第1点和第2点的直线与基线的交点定义为光吸收末端波长。其中,基线是指下述这样得到的直线:在最长波长的吸收峰中,将该吸收峰的吸光度设为100%,将含有其10%的吸光度的平行于波长轴的直线与该吸收峰的交点、且作为比该吸收峰的峰波长长的波长的交点的波长设为基准,将比成为基准的波长长100nm的波长的吸收光谱上的第3点、与比成为基准的波长长150nm的波长的吸收光谱上的第4点连接而形成的直线。
具有本发明的高分子化合物的光电转换元件在第1电极与第2电极之间具有含有本发明的高分子化合物的1层以上的活性层。
作为具有本发明高分子化合物的光电转换元件的优选方式,具有至少一方为透明或半透明的一对电极、和由p型的有机半导体和n型的有机半导体的有机组合物形成的活性层。本发明的高分子化合物优选作为p型的有机半导体使用。对该形式的光电转换元件的工作结构进行说明。从透明或半透明的电极入射的光能量被富勒烯衍生物等的电子接受性化合物(n型的有机半导体)和/或本发明的高分子化合物等的电子供与性化合物(p型的有机半导体)吸收,产生电子和空穴结合了的激子。生成的激子移动,在到达电子接受性化合物和电子供与性化合物邻接的异质结界面时,通过在界面的各自的HOMO能量和LUMO能量的不同,导致电子和空穴分离,产生可独立活动的电荷(电子和空穴)。产生的电荷通过分别向电极移动,可以向外部作为电能(电流)取出。
使用本发明的高分子化合物制造的光电转换元件通常在基板上形成。该基板形成电极,只要是在形成有机物的层时没有化学性变化的基板即可。作为基板的材料,可以列举例如玻璃、塑料、高分子膜、硅。当为不透明的基板时,优选相反的电极(即,离基板远的一方的电极)为透明或半透明。
作为具有本发明的高分子化合物的光电转换元件的其它方式,有在至少一方为透明或半透明的一对电极间含有包含本发明的高分子化合物的第1活性层、和与该第1活性层相邻、且包含富勒烯衍生物等电子接受性化合物的第2活性层的光电转换元件。
本发明的光电转换元件也可以具有含有由式(3)表示的化合物的活性层来代替含有上述高分子化合物的活性层。
本发明的光电转换元件优选具有含有上述高分子化合物的活性层。
作为上述的透明或半透明的电极材料,可以列举导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。具体来说,可以使用利用由氧化铟、氧化锌、氧化锡、和作为它们的复合体的铟?锡?氧化物(ITO)、铟?锌?氧化物等构成的导电性材料制作的膜、NESA、或金、铂、银、铜等,优选ITO、铟?锌?氧化物、氧化锡。作为电极的制作方法,可以列举真空蒸镀法、溅射法、离子电镀法、镀敷法等。
另外,作为电极材料,可以使用聚苯胺和其衍生物、聚噻吩和其衍生物等有机的透明导电膜。
一方的电极可以不透明,作为该电极的电极材料,可以使用金属、导电性高分子等。作为电极材料的具体例,可以列举锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钒、锌、钇、铟、铈、钐、铕、铽、镱等的金属、和它们中的2种以上的合金、或1种以上的上述金属、与选自金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨和锡中的1种以上的金属的合金、石墨、石墨层间化合物、聚苯胺和其衍生物、聚噻吩和其衍生物。合金可以列举镁?银合金、镁?铟合金、镁?铝合金、铟?银合金、锂?铝合金、锂?镁合金、锂?铟合金、钙?铝合金等。
作为用于提高光电转换效率的方法,可以使用活性层以外的附加的中间层。作为可用作中间层的材料,可以列举氟化锂等的碱金属、碱土类金属的卤化物、氧化钛等的氧化物、PEDOT(聚?3,4?乙撑二氧噻吩)等。
上述活性层可以单独含有一种本发明的高分子化合物,也可以将两种以上组合使用。另外,为了提高上述活性层的空穴输送性,在上述活性层中作为电子供与性化合物和/或电子接受性化合物,可以将本发明的高分子化合物以外的化合物混合使用。并且,上述电子供与性化合物、上述电子接受性化合物由这些化合物的能级相对地决定。
作为上述电子供与性化合物,除了本发明的高分子化合物以外,还可以列举例如吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、芪衍生物、三苯基二胺衍生物、寡聚噻吩和其衍生物、聚乙烯基咔唑和其衍生物、聚硅烷和其衍生物、在侧链或主链具有芳族胺残基的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺和其衍生物、聚噻吩和其衍生物、聚吡咯和其衍生物、聚苯乙烯撑(ポリフェニレンビニレン)和其衍生物、聚噻吩乙烯撑(ポリチエニレンビニレン)和其衍生物。
作为上述电子接受性化合物,除了本发明的高分子化合物以外,还可以列举例如碳材料、氧化钛等的金属氧化物、噁二唑衍生物、蒽醌基二甲烷和其衍生物、苯醌和其衍生物、萘醌和其衍生物、蒽醌和其衍生物、四氰基蒽醌基二甲烷和其衍生物、芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯和其衍生物、联苯醌衍生物、8?羟基喹啉和其衍生物的金属络合物、聚喹啉和其衍生物、聚喹喔啉和其衍生物、聚芴和其衍生物、2,9?二甲基?4,7?二苯基?1,10?邻二氮杂菲(浴铜灵)等的邻二氮杂菲衍生物、富勒烯、富勒烯衍生物,优选是氧化钛、碳纳米管、富勒烯、富勒烯衍生物,特别优选是富勒烯、富勒烯衍生物。
富勒烯、富勒烯衍生物可以列举C60、C70、C76、C78、C84和其衍生物。富勒烯衍生物表示富勒烯的至少一部分被修饰了的化合物。
富勒烯衍生物可以列举例如由式(I)表示的化合物、由式(II)表示的化合物、由式(III)表示的化合物、由式(IV)表示的化合物。
[式(I)~(IV)中,Ra是烷基、芳基、芳族杂环基或具有酯结构的基团。多个Ra可以相同,也可以不同。Rb表示烷基或芳基。多个Rb可以相同,也可以不同。]
由Ra和Rb表示的烷基和芳基的定义和具体例,与由R1表示的烷基和芳基的定义和具体例相同。
由Ra表示的芳族杂环基可以列举例如噻吩基、吡啶基、呋喃基和吡咯基。
由Ra表示的具有酯结构的基团可以列举例如由式(V):
[式中,u1表示1~6的整数,u2表示0~6的整数,Rc表示烷基、芳基或芳族杂环基。]
表示的基团。
由Rc表示的烷基、芳基和芳族杂环基的定义和具体例,与由Ra表示的烷基、芳基和芳族杂环基的定义和具体例相同。
作为C60的衍生物的具体例,可以列举以下这样的例子。
作为C70的衍生物的具体例,可以列举以下这样的例子。
另外,作为富勒烯衍生物的例子,可以列举[6,6]苯基?C61丁酸甲基酯(C60PCBM、[6,6]?PhenylC61butyricacidmethylester)、[6,6]苯基?C71丁酸甲基酯(C70PCBM、[6,6]?PhenylC71butyricacidmethylester)、[6,6]苯基?C85丁酸甲基酯(C84PCBM、[6,6]?PhenylC85butyricacidmethylester)、[6,6]噻吩基?C61丁酸甲基酯([6,6]?ThienylC61butyricacidmethylester)。
当在活性层中含有本发明的高分子化合物和富勒烯衍生物时,富勒烯衍生物的比例相对于本发明的高分子化合物100重量份,优选为10~1000重量份,更优选为20~500重量份。
活性层的厚度通常优选为1nm~100μm,更优选为2nm~1000nm,进一步优选是5nm~500nm,更优选为20nm~200nm。
上述活性层的制造方法可以用任意方法制造,可以列举例如由含有高分子化合物和溶剂的溶液进行的成膜、或利用了真空蒸镀法的成膜方法。
光电转换元件的优选制造方法是具有第1电极和第2电极、且在该第1电极和该第2电极之间具有活性层的元件的制造方法,其中具有通过涂布法在该第1电极上涂布含有本发明的高分子化合物和溶剂的溶液(油墨)来形成活性层的工序、在该活性层上形成第2电极的工序。
由溶液进行的成膜中所用的溶剂只要是可使本发明的高分子化合物溶解的溶剂即可。作为该溶剂,可以列举例如甲苯、二甲苯、1,3,5-三甲苯、四氢萘、萘烷、双环己基、正丁基苯、仲丁基苯、叔丁基苯等不饱和烃系溶剂、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤化饱和烃系溶剂、氯苯、二氯苯、三氯苯等卤化不饱和烃系溶剂、四氢呋喃、四氢吡喃等醚系溶剂。本发明的高分子化合物通常可在上述溶剂中溶解0.1重量%以上。
当使用溶液进行成膜时,可以使用狭缝涂布法、刮涂法、旋涂法、浇铸法、微凹版涂布法、凹版涂布法、棒涂法、辊涂法、线棒涂布法、浸涂法、喷涂法、筛网印刷法、照相凹版印刷法、柔印法、胶印法、喷墨涂布法、分配器印刷法、喷嘴涂布法、毛细管涂布(キャピラリーコート)法等的涂布法,优选狭缝涂布法、毛细管涂布法、凹版涂布法、微凹版涂布法、棒涂法、刮涂法、喷嘴涂布法、喷墨涂布法、旋涂法。
从成膜性的角度考虑,优选25℃时的溶剂的表面张力大于15mN/m,更优选大于15mN/m且小于100mN/m,进一步优选大于25mN/m且小于60mN/m。
本发明的高分子化合物也可以在有机薄膜晶体管中使用。作为有机薄膜晶体管,可以列举具有下述构成的有机薄膜晶体管,所述构成具有源电极和漏电极、形成这些电极间的电流通路的有机半导体层(活性层)、和控制通过该电流通路的电流量的门电极,有机半导体层通过上述有机薄膜构成。作为这种有机薄膜晶体管,可以列举场效应型、静电感应型等。
场效应型有机薄膜晶体管优选具有源电极和漏电极、形成这些电极间的电流通路的有机半导体层(活性层)、控制通过该电流通路的电流量的门电极、以及在有机半导体层与门电极间配置的绝缘层。
特别地,源电极和漏电极可与有机半导体层(活性层)相接来设置,进一步优选将与有机半导体层相接的绝缘层夹住来设置门电极。在场效应型有机薄膜晶体管中,有机半导体层可以利用含有本发明的高分子化合物的有机薄膜构成。
静电感应型有机薄膜晶体管优选具有源电极和漏电极、形成在这些电极间的电流通路的有机半导体层(活性层)、以及控制通过电流通路的电流量的门电极,该门电极设置在有机半导体层中。特别地,源电极、漏电极和设置在有机半导体层中的门电极优选与有机半导体层相接来设置。其中,作为门电极的结构,只要是可以形成从源电极流向漏电极的电流通路,且利用施加在门电极上的电压可控制流过电流通路的电流量的结构即可,可以列举例如梳形电极。即使在静电感应型有机薄膜晶体管中,有机半导体层也可以利用含有本发明的高分子化合物的有机薄膜构成。
本发明的有机薄膜晶体管可以具有含有由式(3)表示的化合物的活性层来代替含有上述高分子化合物的活性层。
本发明的有机薄膜晶体管优选具有含有上述高分子化合物的活性层。
使用了本发明的高分子化合物的光电转换元件通过从透明或半透明的电极照射太阳光等的光,电极间产生光伏功率,可以作为有机薄膜太阳能电池而工作。通过将多个有机薄膜太阳能电池集聚,也可以作为有机薄膜太阳能电池模块来使用。
另外,在向电极间施加电压的状态下、或不施加电压的状态下,通过从透明或半透明的电极照射光,光电流流过,可以作为有机光传感器工作。通过将多个有机光传感器集聚,也可以作为有机摄像传感器来使用。
上述有机薄膜晶体管例如可以作为用于电泳显示器、液晶显示器、有机电致发光显示器等的像素的控制、或用于控制画面辉度的均一性、画面更换速度的像素驱动元件等来使用。
有机薄膜太阳能电池可以采用与现有的太阳能电池模块基本同样的模块结构。太阳能电池模块一般采用在金属、陶瓷等的支承基板上构成单体蓄电池(セル)、并在其上用填充树脂、保护玻璃等覆盖,从支承基板的相反侧摄入光的结构,但也可以是在支承基板上使用强化玻璃等的透明材料、并在其上构成单体蓄电池,从该透明的支承基板侧摄入光的结构。具体来说,已知有称作为超直型(スーパーストレートタイプ)、亚直型(サブストレートタイプ)、罐封型(ポッティングタイプ)的模块结构、在非晶硅太阳能电池等中使用的基板一体型模块结构等。使用本发明的高分子化合物制造的有机薄膜太阳能电池也可以根据使用目的、使用场所和环境,来适当选择这些模块结构。
代表性的超直型或亚直型的模块形成下述结构:在单侧或两侧透明且实施了防反射处理的支承基板间以一定间隔配置单体蓄电池,邻接的单体蓄电池之间通过金属引线或挠性配线等连接,在外缘部配置集电电极,将产生的电力取出到外部。在基板和单体蓄电池之间,为了进行单体蓄电池的保护、集电效率的提高,根据目的,也可以以膜或填充树脂的形式使用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等各种的塑料材料。另外,当在来自外部的冲击少等、不需要用硬的原材料覆盖表面的地方使用时,用透明塑料膜构成表面保护层,或通过使上述填充树脂固化而赋予保护功能,可以没有单侧的支承基板。
为了确保内部的密封和模块的刚性,支承基板的周围用金属制的架子以夹层状固定,在支承基板与架子之间用封闭材料密封。另外,如果单体蓄电池本身或支承基板、填充材料和封闭材料中使用挠性的原材料,则也可以在曲面上构成太阳能电池。
对于使用了聚合物膜等挠性支承体的太阳能电池的情况,一边输出卷状的支承体一边依次形成单体蓄电池,切断成期望的尺寸后,将周边部用具有挠性、防湿性的原材料进行密封,由此可以制作电池本体。另外,也可以为在SolarEnergyMaterialsandSolarCells,48,p383?391记载的称为“SCAF”的模块结构。进一步地,使用了挠性支承体的太阳能电池也可以在曲面玻璃等上粘接固定来使用。
本发明的高分子化合物也可以用于有机电致发光元件(有机EL元件)。有机EL元件在第1电极与第2电极之间具有发光层。有机EL元件除了发光层以外,也可以含有空穴输送层、电子输送层。该发光层、空穴输送层、电子输送层的任一层中含有本发明的高分子化合物。发光层中除了本发明的高分子化合物以外,也可以含有电荷输送材料(是指电子输送材料和空穴输送材料的总称)。作为有机EL元件,可以列举具有阳极、发光层和阴极的元件;进一步在阴极与发光层之间具有与该发光层邻接的、含有电子输送材料的电子输送层的、具有阳极、发光层、电子输送层和阴极的元件;进一步在阳极与发光层之间具有与该发光层邻接的、含有空穴输送材料的空穴输送层的、具有阳极、空穴输送层、发光层和阴极的元件;具有阳极、空穴输送层、发光层、电子输送层和阴极的元件等。第1电极和第2电极的至少一者优选为透明或半透明。
本发明的有机EL元件可以具有含有由式(3)表示的化合物的活性层来代替含有上述高分子化合物的活性层。
本发明的有机EL元件优选具有含有上述高分子化合物的活性层。
实施例
以下,为了进而详细地说明本发明而列举了实施例,但本发明不限于这些实施例。
(NMR测定)
NMR测定通过使化合物溶解在氘代氯仿中,并使用NMR装置(Varian社制、INOVA300)来进行。
(数均分子量和重均分子量的测定)
对于数均分子量和重均分子量,利用凝胶渗透色谱法(GPC)(岛津制作所制、商品名:LC?10Avp)求得聚苯乙烯换算的数均分子量和重均分子量。使测定的高分子化合物以形成约0.5重量%的浓度的方式溶解在四氢呋喃中,将30μL注入到GPC中。GPC的流动相使用四氢呋喃,以0.6mL/分钟的流速流动。柱子将TSKgelSuperHM?H(东ソー制)2根和TSKgelSuperH2000(东ソー制)1根串联连接。检测器使用了差示折射率检测器(岛津制作所制、商品名:RID?10A)。
参考例1(化合物1的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的1000mL的四颈烧瓶中,加入3?溴噻吩13.0g(80.0mmol)、二乙基醚80mL,形成均一的溶液。将该溶液保持在?78℃的状态下,滴加2.6M的丁基锂(n?BuLi)的己烷溶液31mL(80.6mmol)。使反应液在?78℃反应2小时后,滴加使3?噻吩甲醛8.96g(80.0mmol)溶解在二乙基醚20mL中而成的溶液。滴加后,在?78℃搅拌30分钟,进而在室温(25℃)搅拌30分钟。将反应液再次冷却至?78℃,用15分钟滴加2.6M的n?BuLi的己烷溶液62mL(161mmol)。滴加后,将反应液在?25℃搅拌2小时,进而在室温(25℃)搅拌1小时。然后,将反应液冷却至?25℃,用30分钟滴加使碘60g(236mmol)溶解在二乙基醚1000mL中而成的溶液。滴加后,在室温(25℃)搅拌2小时,加入1N的硫代硫酸钠水溶液50mL,终止反应。加入二乙基醚,将含有反应产物的油层萃取后,用硫酸镁将含有反应产物的二乙基醚溶液干燥、浓缩,得到35g粗产物。使用氯仿将粗产物再结晶,进行纯化,得到28g化合物1。
参考例2(化合物2的合成)
在300mL的四颈烧瓶中加入双(碘代噻吩基)甲醇(化合物1)10.5g(23.4mmol)、二氯甲烷150mL,形成均一的溶液。在该溶液中加入氯铬酸吡啶鎓盐7.50g(34.8mmol),在室温(25℃)搅拌10小时。将反应液过滤,除去不溶物后,将滤液浓缩,得到10.0g(22.4mmol)化合物2。
参考例3(化合物3的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的300mL的烧瓶中,加入10.0g(22.4mmol)化合物2、6.0g(94.5mmol)铜粉末、120mL脱水N,N?二甲基甲酰胺(以下有时也称为DMF),在120℃搅拌4小时。反应后,将烧瓶冷却至室温(25℃),将反应液通过硅胶柱,除去不溶成分。然后,在反应液中加入水500mL,进而加入氯仿,将含有反应产物的油层萃取。将氯仿溶液用硫酸镁干燥、浓缩,得到粗品。利用展开液为氯仿的硅胶柱将粗品纯化,得到3.26g化合物3。进行多次前述的操作。
参考例4(化合物4的合成)
在具有机械搅拌器、且将烧瓶内的气体用氩置换了的300mL四颈烧瓶中,加入3.85g(20.0mmol)化合物3、50mL氯仿、50mL三氟乙酸,形成均一的溶液。在该溶液中加入过硼酸钠一水合物5.99g(60mmol),在室温(25℃)搅拌45分钟。然后,在反应液中加入水200mL,进而加入氯仿,将含有反应产物的有机层萃取,将氯仿溶液通过硅胶柱,用蒸发器蒸馏除去溶剂。使用甲醇将残渣再结晶,得到534mg化合物4。
1HNMRCDCl3(ppm)中:7.64(d、1H)、7.43(d、1H)、7.27(d、1H)、7.10(d、1H)。
参考例5(化合物5c的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL四颈烧瓶中,加入1.00g(4.80mmol)化合物4、30ml脱水四氢呋喃(THF),形成均一的溶液。将烧瓶保持在?20℃,同时在反应液中加入1M的3,7?二甲基辛基溴化镁的二乙基醚溶液12.7mL。然后,用30分钟将温度升高至?5℃,在该状态下搅拌反应液30分钟。然后,用10分钟将温度升高至0℃,在该状态下搅拌反应液1.5小时。然后,在反应液中加入水,终止反应,加入乙酸乙酯,将含有反应产物的有机层萃取。将乙酸乙酯溶液用硫酸钠干燥,通过硅胶柱后,蒸馏除去溶剂,得到1.50g化合物5c。
1HNMRCDCl3(ppm)中:8.42(b、1H)、7.25(d、1H)、7.20(d、1H)、6.99(d、1H)、6.76(d、1H)、2.73(b、1H)、1.90(m、4H)、1.58?1.02(b、20H)、0.92(s、6H)、0.88(s、12H)。
参考例6(化合物6c的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中加入1.50g化合物5c、30mL甲苯,形成均一的溶液。在该溶液中加入对甲苯磺酸钠一水合物100mg,在100℃搅拌1.5小时。将反应液冷却至室温(25℃)后,加入水50mL,进而加入甲苯,将含有反应产物的有机层萃取。将甲苯溶液用硫酸钠干燥后,蒸馏除去溶剂。将所得的粗产物用展开溶剂为己烷的硅胶柱纯化,得到1.33g化合物6c。进行多次前述的操作。
1HNMRCDCl3(ppm)中:6.98(d、1H)、6.93(d、1H)、6.68(d、1H)、6.59(d、1H)、1.89(m、4H)、1.58?1.00(b、20H)、0.87(s、6H)、0.86(s、12H)。
参考例7(化合物7的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中,加入2.16g(4.55mmol)化合物6c、100mL脱水THF,形成均一的溶液。将该溶液保持在?78℃,在该溶液中用10分钟滴加2.6M的正丁基锂的己烷溶液4.37mL(11.4mmol)。滴加后,将反应液在?78℃搅拌30分钟,接着在室温(25℃)搅拌2小时。然后,将烧瓶冷却至?78℃,在反应液中加入三丁基氯化锡4.07g(12.5mmol)。添加后,将反应液在?78℃搅拌30分钟,接着在室温(25℃)搅拌3小时。然后,在反应液中加入水200ml,终止反应,加入乙酸乙酯,将含有反应产物的有机层萃取。将乙酸乙酯溶液用硫酸钠干燥后,蒸馏除去溶剂。将所得的油状物质用展开溶剂为己烷的硅胶柱纯化。在硅胶柱的硅胶中,使用预先在含有5重量(wt)%的三乙胺的己烷中浸渍5分钟,然后用己烷洗濯了的硅胶。纯化后,得到3.52g(3.34mmol)化合物7。
1HNMRCDCl3(ppm)中:6.72(d、1H)、6.68(d、1H)、1.95?1.80(b、4H)、1.65?1.00(b、56H)、0.90?0.83(m、36H)。
实施例1(化合物8的合成)
在100ml烧瓶中加入4,5?二氟?1,2?二氨基苯(东京化成工业制)2.00g(13.9mmol)、二氯甲烷10ml、三乙胺3.84g(37.9mmol),形成均一溶液。将烧瓶保持在0℃的状态下,在烧瓶内中滴加使亚硫酰氯1.82g(15.3mmol)溶解在二氯甲烷10ml中而成的溶液。滴加后,将烧瓶加热至40℃,进行4小时反应。然后,将烧瓶冷却至室温(25℃),加入水50ml,进而加入氯仿,将含有反应产物的有机层萃取。将氯仿溶液用硫酸钠干燥,利用蒸发器浓缩,将析出的固体用柱层析(己烷:乙酸乙酯=4:1(体积比))纯化,得到0.80g(4.65mmol)化合物8。
1HNMR(CDCl3、ppm):7.75(t、2H)
19FNMR(CDCl3、ppm):?128.3(s、2F)。
实施例2(化合物8的合成)
在500ml烧瓶中加入10.2g(70.8mmol)4,5?二氟?1,2?二氨基苯(东京化成工业制)、150mL吡啶,形成均一溶液。将烧瓶保持在0℃的状态下,在烧瓶内滴加亚硫酰氯16.0g(134mmol)。滴加后,将烧瓶加热至25℃,进行6小时反应。然后,在反应液中加入水250ml,进而加入氯仿,将含有反应产物的有机层萃取。将氯仿溶液用硫酸钠干燥,利用蒸发器浓缩,将析出的固体利用再结晶纯化。再结晶的溶剂中使用了甲醇。纯化后,得到10.5g(61.0mmol)化合物8。
1HNMR(CDCl3、ppm):7.75(t、2H)
19FNMR(CDCl3、ppm):?128.3(s、2F)。
实施例3(化合物9的合成)
在100mL烧瓶中加入2.00g(11.6mmol)化合物8、0.20g(3.58mmol)铁粉,将烧瓶加热至90℃。在该烧瓶中,用1小时滴加溴31g(194mmol)。滴加后,将反应液在90℃搅拌38小时。然后,将烧瓶冷却至室温(25℃),加入氯仿100mL,将反应液稀释。将所得的溶液注入到5wt%的亚硫酸钠水溶液300mL中,搅拌1小时。将所得的混合液的有机层用分液漏斗分离,将水层用氯仿萃取3次。将所得的萃取液混合在有机层中,将混合的溶液用硫酸钠干燥,利用蒸发器将溶剂蒸馏除去。使所得的黄色固体溶解在加热至55℃的甲醇90mL中,然后,冷却至25℃。滤取析出的结晶,然后,在室温(25℃)进行减压干燥,得到1.50g化合物9。
19FNMR(CDCl3、ppm):?118.9(s、2F)。
实施例4(高分子化合物A的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中,加入500mg(0.475mmol)化合物7、141mg(0.427mmol)化合物9、32ml甲苯,形成均一溶液。将所得的甲苯溶液用氩鼓泡30分钟。然后,在甲苯溶液中加入三(二亚苄基丙酮)二钯6.52mg(0.007mmol)、三(2?甲苯基)膦13.0mg,在100℃搅拌6小时。然后,在反应液中加入溴苯500mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却至25℃,将反应液注入到甲醇300mL中。将析出的聚合物过滤取得,将所得的聚合物加入到圆筒滤纸中,使用索格利特萃取器,用甲醇、丙酮和己烷分别萃取5小时。将残留在圆筒滤纸内的聚合物溶解在甲苯100mL中,加入二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水40mL,在8小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水50ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,接着用5%氟化钾水溶液50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,将得到的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯50mL中,并通过氧化铝/硅胶柱。将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出,将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物185mg。以下,将该聚合物称为高分子化合物A。对于利用GPC测定的高分子化合物A的聚苯乙烯换算的分子量,重均分子量(Mw)为29000,数均分子量(Mn)为14000。
实施例5(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
将具有利用溅射法形成的厚度为150nm的ITO膜的玻璃基板进行臭氧UV处理,由此进行表面处理。接着,将高分子化合物A和富勒烯C60PCBM(苯基C61?丁酸甲基酯)(phenylC61?butyricacidmethylester、フロンティアカーボン社制)溶解在邻二氯苯中,以使C60PCBM相对于高分子化合物A的重量比为3,制造油墨1。油墨1中,高分子化合物A的重量和C60PCBM的重量的合计相对于油墨1的重量为2.0重量%。使用该油墨1,利用旋涂涂布在基板上,制作含有高分子化合物A的有机膜。该有机膜的膜厚约为100nm。测定有机膜的光吸收末端波长后,结果为890nm。然后,在有机膜上利用真空蒸镀机蒸镀厚度为2nm的氟化锂,接着以100nm的厚度蒸镀Al,制作有机薄膜太阳能电池。所得的有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。对所得的有机薄膜太阳能电池,使用太阳模拟器(分光计器制、商品名OTENTO?SUNII:AM1.5G滤光器、放射照度100mW/cm2)照射一定的光,测定产生的电流和电压,求得光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子。Jsc(短路电流密度)为12.2mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.71V,ff(填充因子(曲线因子))为0.64,光电转换效率(η)为5.54%。
实施例6(有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
在实施例5中,使用富勒烯C70PCBM([6,6]苯基?C71丁酸甲基酯([6,6]?PhenylC71butyricacidmethylester)、フロンティアカーボン社制)代替富勒烯C60PCBM,除此以外同样地制作有机薄膜太阳能电池,求得光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子。有机膜的光吸收末端波长为890nm。Jsc(短路电流密度)为15.9mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.72V,ff(填充因子(曲线因子))为0.59,光电转换效率(η)为6.72%。
参考例8(化合物16的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中加入1.78g(10.0mmol)化合物15、5.83g(25.0mmol)2?乙基己基溴化物、41.5mg(0.25mmol)碘化钾、1.68g(30.0mmol)氢氧化钾,使其溶解在二甲基亚砜35mL中,在室温(25℃)搅拌24小时。在反应液中加入水100mL,用己烷萃取产物,利用展开溶剂为己烷的硅胶柱进行纯化,得到2.61g化合物16。
参考例9(化合物17的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中加入1.31g(3.25mmol)化合物16、25mLDMF,将烧瓶冷却至0℃,加入NBS1.21g,搅拌12小时。在反应液中加入水100mL,终止反应,用二乙基醚萃取产物。利用展开溶剂为己烷的硅胶柱进行纯化,得到1.70g化合物17。
参考例10(高分子化合物E的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL烧瓶中加入561mg(1.00mmol)化合物17、388.1mg(1.00mmol)化合物10(4,7?双(4,4,5,5?四甲基?1,3,2?二氧杂环戊硼烷?2?基)?2,1,3?苯并噻重氮)(Aldrich社制)、202mg甲基三烷基氯化铵(商品名Aliquat336(注册商标)、アルドリッチ社制),使其溶解在甲苯20ml中,将所得的甲苯溶液用氩进行30分钟的鼓泡。然后,在反应液中加入乙酸钯2.25mg、三(2?甲氧基苯基)膦(Tris(2?methoxyphenyl)phosphine)12.3mg、16.7wt%的碳酸钠水溶液6.5mL,在100℃进行5小时的搅拌。然后,在反应液中加入苯基硼酸50mg,进而在70℃反应2小时。然后,在反应液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水20mL,2小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水20ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液20mL洗涤2次,进而用水20mL洗涤2次,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯30mL中,通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物280mg。以下,将该聚合物称为高分子化合物E。对于利用GPC测定的高分子化合物E的聚苯乙烯换算的分子量,Mw为30000,Mn为14000。
比较例1(有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
在实施例5中,使用高分子化合物E代替高分子化合物A,除此以外同样地制作有机薄膜太阳能电池,求得光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子。另外,测定由高分子化合物E和C60PCBM形成的有机膜的光吸收末端波长。结果示于表1。
实施例7(化合物18的合成)
在四颈烧瓶中加入12.30g(37.28mmol)化合物9、23.67g(93.20mmol)双(频哪醇合)二硼、9.15g(93.20mmol)乙酸钾、和500mL二噁烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。在反应溶液中加入二苯基膦基二茂铁二氯化钯1.52g(1.86mmol)、二苯基膦基二茂铁1.03mg(1.86mmol)后,进行60小时的加热回流。回流后,利用液相色谱法确认原料的消失。将反应溶液进行硅藻土过滤,分离不溶成分后,使滤液干燥,除去溶剂,得到褐色固体。在所得的褐色固体中加入热己烷200mL,进行过滤,使滤液干燥,除去溶剂,得到粗结晶。接着,将粗结晶用己烷再结晶。将再结晶进行2次,得到3.12g化合物18。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):1.45(s,24H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?117(s,2F)。
参考例11(化合物19的合成)
在四颈烧瓶中,加入3.00g(6.32mmol)化合物6c、60mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?30℃后,加入N?溴琥珀酰亚胺1.01g(5.69mmol),在?10℃搅拌2小时。搅拌后,利用液相色谱法确认90%的原料的消失,终止反应。在反应溶液中加入水和二乙基醚,进行有机层的萃取,利用展开溶剂使用了己烷的柱子进行有机层的纯化。使纯化了的有机层干燥,除去溶剂,得到2.84g化合物19。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(m,18H),1.08?1.47(m,20H),1.95(q,4H),6.65(s,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)
实施例8(化合物20的合成)
在四颈烧瓶中加入1.352g(2.442mmol)化合物19和25mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。
然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯21.6mg(0.024mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐27.4mg(0.094mmol)和2mol/L的磷酸钾水溶液5.90g(11.79mmol)。将反应溶液在80℃搅拌,同时用20分钟滴加使0.500g化合物18(1.179mmol)溶解在10mL四氢呋喃中而成的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和己烷,将有机层萃取,利用展开溶剂使用了己烷的柱子进行有机层的纯化后,使纯化的有机层干燥,除去溶剂,得到665mg化合物20。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(m,36H),1.08?1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.92(d,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?125(s,2F)。
实施例9(化合物21的合成)
在四颈烧瓶中加入657mg(0.588mmol)化合物20、10mL四氢呋喃(THF),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至0℃后,加入NBS230mg(1.30mmol),升温至40℃。1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。然后,在反应溶液中加入硫代硫酸钠水溶液,进而加入己烷,进行有机层的萃取。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱子进行有机层的分离,使分离而得到的成分干燥,除去溶剂,得到685mg化合物21。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(m,36H),1.08?1.47(m,40H),1.95(m,8H),6.73(s,2H),7.90(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?129(s,2F)。
参考例12(化合物22的合成)
在四颈烧瓶中加入镁3.50g(144.1mmol)、四氢呋喃72mL、3,7,11?三甲基十二烷基溴化物20.98g(72.03mmol),制备1mol/L的格氏试剂。在另外的四颈烧瓶中加入5.00g(24.01mmol)化合物4、200mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?40℃后,加入制备的格氏试剂,升温至0℃,同时进行搅拌。3小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。
在反应溶液中加入水和氯仿,进行有机层的萃取,将所得的氯仿溶液通过展开溶剂使用了氯仿的柱子,得到含有化合物22的混合油。
参考例13(化合物23的合成)
在四颈烧瓶中加入全部量的参考例12中合成的含有化合物22的混合油、100mL甲苯,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,在反应溶液中加入对甲苯磺酸一水合物500mg后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和乙酸乙酯,进行有机层的萃取。将所得的乙酸乙酯溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到15.6g化合物23。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.80~0.88(m,24H),0.97~1.62(m,34H),1.87(q,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)。
参考例14(化合物24的合成)
在四颈烧瓶中加入7.995g(13.00mmol)化合物23、160mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?30℃后,加入N?溴琥珀酰亚胺1.85g(10.4mmol),在?10℃搅拌2小时。利用液相色谱法确认90%的原料消失,终止反应。在反应溶液中加入水和二乙基醚,进行有机层的萃取,将二乙基醚溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到7.47g化合物24。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82~0.88(m,24H),0.95~1.60(m,34H),1.82(q,4H),6.64(s,1H),6.65(s,1H),6.98(d,1H)。
实施例10(化合物25的合成)
在四颈烧瓶中加入1.729g(2.491mmol)化合物24、和25mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯21.6mg(0.024mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐27.4mg(0.094mmol)和、2mol/L的磷酸钾水溶液5.90g(11.79mmol)。将反应溶液在45℃搅拌,同时用20分钟滴加使0.500g化合物18(1.179mmol)溶解在20mL二氯甲烷中而成的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和己烷,进行有机层的萃取,将所得的己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到1.21g化合物25。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.70?0.95(m,48H),0.96?1.60(m,68H),1.97(m,8H),6.72(d,2H),7.08(d,2H),7.93(d,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?125(s,2F)。
实施例11(化合物26的合成)
在四颈烧瓶中加入1.214g(0.868mmol)化合物25、40mL四氢呋喃(THF),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至0℃后,加入NBS340mg(1.91mmol),升温至40℃。1小时后,通过液相色谱法确认原料的消失。然后,在反应溶液中加入硫代硫酸钠水溶液,进而加入己烷,进行有机层的萃取。将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子,除去溶剂,得到1.23g化合物26。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.65?0.96(m,48H),0.98?1.62(m,68H),1.95(m,8H),6.73(s,2H),7.90(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?129(s,2F)。
参考例15(化合物27的合成)
在四颈烧瓶中加入10.00g(48.02mmol)化合物4、400mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?40℃后,加入含有十二烷基溴化镁1.0mol/L的二乙基醚溶液144mL,升温至0℃,同时进行搅拌。3小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。
在反应溶液中加入水和氯仿,进行有机层的萃取,将氯仿溶液通过展开溶剂使用了氯仿的柱子,除去溶剂,得到含有化合物27的混合油。
参考例16(化合物28的合成)
在四颈烧瓶中,加入全部量的参考例15中合成的含有化合物27的混合油、甲苯200mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,在反应溶液中加入对甲苯磺酸一水合物1000mg后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液加入水和乙酸乙酯,进行有机层的萃取。将乙酸乙酯溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到21.1g化合物28。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.21(m,36H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)。
参考例17(化合物29的合成)
在四颈烧瓶中加入21.1g(39.8mmol)化合物28、420mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?30℃后,加入N?溴琥珀酰亚胺6.38g(35.8mmol),在?10℃搅拌2小时。利用液相色谱法确认90%的原料消失,终止反应。在反应溶液中加入水和二乙基醚,进行有机层的萃取,将二乙基醚溶液通过使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到23.0g化合物29。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.21(m,36H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)。
实施例12(化合物30的合成)
在四颈烧瓶中加入3.388g(5.556mmol)化合物29、和二氯甲烷50mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯86.4mg(0.094mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐109.5mg(0.377mmol)和、2mol/L的磷酸钾水溶液11.79g(23.58mmol)。将反应溶液在45℃搅拌,同时用20分钟滴加使1.000g化合物18(2.358mmol)溶解在50mL二氯甲烷中而成的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和己烷,进行有机层的萃取,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到1.88g化合物30。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.86(t,12H),0.95?1.50(m,80H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.92(d,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?125(s,2F)。
实施例13(化合物31的合成)
在四颈烧瓶中加入1.884g(1.532mmol)化合物30、60mL四氢呋喃(THF),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至0℃后,加入NBS600mg(3.37mmol),升温至40℃。1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。然后,在反应溶液中加入硫代硫酸钠水溶液,进而加入己烷,进行有机层的萃取。然后,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到1.88g化合物31。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.86(t,12H),1.18?1.50(m,80H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?129(s,2F)。
参考例18(化合物32的合成)
在四颈烧瓶中加入6.00g(28.81mmol)化合物4、240mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?40℃后,加入含有十五烷基溴化镁0.5mol/L的四氢呋喃溶液173mL,升温至0℃,同时进行搅拌。3小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。
在反应溶液中加入水和氯仿,进行有机层的萃取,将氯仿溶液通过展开溶剂使用了氯仿的柱子后,除去溶剂,得到含有化合物32的混合油。
参考例19(化合物33的合成)
在四颈烧瓶中加入全部量的参考例18中合成的含有化合物32的混合油、甲苯120mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,在反应溶液中加入对甲苯磺酸一水合物600mg后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液加入水和乙酸乙酯,进行有机层的萃取。将乙酸乙酯溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到18.4g化合物33。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.82(t,6H),1.21(m,48H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)。
参考例20(化合物34的合成)
在四颈烧瓶中,加入23.2g(37.8mmol)化合物33、340mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?30℃后,加入N?溴琥珀酰亚胺6.05g(34.0mmol),在?10℃搅拌2小时。利用液相色谱法确认90%的原料消失,终止反应。在反应溶液中加入水和二乙基醚,进行有机层的萃取,将二乙基醚溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子。除去溶剂,得到23.3g化合物34。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.23(m,48H),1.44(m,4H),1.98(t,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.98(s,1H)。
实施例14(化合物35的合成)
在四颈烧瓶中加入1.695g(2.442mmol)化合物34、和50mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯21.6mg(0.024mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐27.4mg(0.094mmol)和、2mol/L的磷酸钾水溶液5.90g(11.79mmol)。将反应溶液在45℃搅拌,同时用20分钟滴加将0.500g化合物18(1.179mmol)溶解在10mL二氯甲烷而成的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和己烷,进行有机层的萃取,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到1.00g化合物35。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.90?1.46(m,104H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.07(d,2H),7.93(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?125(s,2F)。
实施例15(化合物36的合成)
在四颈烧瓶中加入1.001g(0.716mmol)化合物35、30mL四氢呋喃(THF),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至0℃后,加入NBS280mg(1.573mmol),升温至40℃。1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。然后,在反应溶液中加入硫代硫酸钠水溶液,进而加入己烷,进行有机层的萃取。然后,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子,除去溶剂,得到1.04g化合物36。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.95?1.50(m,104H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?129(s,2F)。
参考例21(化合物37的合成)
在四颈烧瓶中加入镁3.50g(144.1mmol)、四氢呋喃72mL、八癸基溴化物24.01g(72.03mmol),制备1mol/L的格氏试剂。在另外的四颈烧瓶中加入5.00g(24.01mmol)化合物4、200mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?40℃后,加入制备的格氏试剂,升温至0℃的同时,进行搅拌。3小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。
在反应溶液中加入水和氯仿,进行有机层的萃取,将氯仿溶液通过展开溶剂使用了氯仿的柱子后,除去溶剂,得到含有化合物37的混合油。
参考例22(化合物38的合成)
在四颈烧瓶中加入全部量的参考例21中合成的含有化合物37的混合油、甲苯200mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。接着,在反应溶液中加入对甲苯磺酸一水合物1000mg后,升温至120℃,进行搅拌,1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和乙酸乙酯,进行有机层的萃取。将乙酸乙酯溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到23.1g化合物38。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.81(t,6H),1.21(m,60H),1.43(m,4H),1.96(t,4H),6.67(d,1H),6.69(d,1H),6.96(d,1H),7.03(d,1H)。
参考例23(化合物39的合成)
在四颈烧瓶中加入1.500g(2.145mmol)化合物38、150mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至?30℃后,加入N?溴琥珀酰亚胺343.3mg(1.931mmol),在?10℃搅拌2小时。利用液相色谱法确认90%的原料消失,终止反应。在反应溶液中加入水和二乙基醚,进行有机层的萃取,将二乙基醚溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子。除去溶剂,得到1.657g化合物39。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.83(t,6H),1.21(m,60H),1.43(m,4H),1.97(t,4H),6.65(d,1H),6.66(s,1H),6.97(s,1H)。
实施例16(化合物40的合成)
在四颈烧瓶中加入1.657g(2.129mmol)化合物39、和22mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯38.8mg(0.042mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐49.2mg(0.170mmol)和2mol/L的磷酸钾水溶液5.30g(10.60mmol)。将反应溶液在45℃搅拌,同时用20分钟滴加使0.450g化合物18(1.061mmol)溶解在20mL二氯甲烷中而成的溶液。2小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和己烷,进行有机层的萃取,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子后,除去溶剂,得到1.657g化合物40。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.88(t,12H),0.95?1.53(m,128H),1.97(m,8H),6.71(d,2H),7.08(d,2H),7.93(d,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?125(s,2F)。
实施例17(化合物41的合成)
在四颈烧瓶中加入1.166g(0.744mmol)化合物40、120mL四氢呋喃(THF),在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。将反应溶液冷却至0℃后,加入NBS291mg(1.64mmol),升温至40℃。1小时后,利用液相色谱法确认原料的消失。然后,在反应溶液中加入硫代硫酸钠水溶液,进而加入己烷,进行有机层的萃取。然后,将己烷溶液通过展开溶剂使用了己烷的柱子,除去溶剂,得到1.18g化合物41。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.87(t,12H),0.95?1.50(m,128H),1.95(m,8H),6.72(s,2H),7.90(s,2H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?129(s,2F)。
实施例18(高分子化合物F的合成)
在四颈烧瓶中加入191.3mg(0.150mmol)化合物21、和24mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯2.75mg(0.003mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐3.48mg(0.012mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液0.8g(1.6mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使63.6mg化合物18(0.150mmol)溶解在6mL二氯甲烷而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸15.0mg(0.123mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1g和纯水10mL,进行3小时回流,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水50ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液50mL洗涤2次、进而用水50mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到50mg高分子化合物F。
对于利用GPC测定的高分子化合物F的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为25000,数均分子量(Mn)为10000。高分子化合物F的吸收端波长为940nm。
实施例19(高分子化合物G的合成)
在四颈烧瓶中加入440.0mg(0.280mmol)化合物26和50mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯5.49mg(0.006mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐6.96mg(0.024mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.5g(3.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使120.0mg化合物18(0.280mmol)溶解在12mL二氯甲烷中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸150mg(1.23mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠10g和纯水100mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水500mL洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液200mL洗涤2次、进而用水200mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,进行干燥,得到150mg高分子化合物G。
对于利用GPC测定的高分子化合物G的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为8500,数均分子量(Mn)为4000。高分子化合物G的吸收端波长为940nm。
实施例20(高分子化合物H的合成)
在四颈烧瓶中加入50.5mg(0.032mmol)化合物26、和10mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯5.49mg(0.006mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐6.96mg(0.024mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.5g(3.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使12.4mg化合物10(0.032mmol)溶解在5mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。在反应溶液中加入苯基硼酸30.0mg(0.246mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1.5g和纯水13.5mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水15mL洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液15mL洗涤2次、进而用水15mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到24mg高分子化合物H。
对于利用GPC测定的高分子化合物H的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为25000,数均分子量(Mn)为10000。高分子化合物H的吸收端波长为940nm。
实施例21(高分子化合物I的合成)
在四颈烧瓶中加入416.3mg(0.300mmol)化合物31、和10mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯10.99mg(0.012mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐13.93mg(0.048mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.5g(3.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使127.2mg化合物18(0.300mmol)溶解在10mL二氯甲烷中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸30.0mg(0.246mmol),进一步搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠2.5g和纯水22.5mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水30ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液30mL洗涤2次、进而用水30mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到156mg高分子化合物I。
对于利用GPC测定的高分子化合物I的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为76000,数均分子量(Mn)为31000。高分子化合物I的吸收端波长为940nm。
实施例22(高分子化合物J的合成)
在四颈烧瓶中加入277.5mg(0.200mmol)化合物31、和40mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯3.66mg(0.004mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐4.64mg(0.016mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.0g(2.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使77.6mg化合物10(0.200mmol)溶解在10mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸20.0mg(0.164mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1.0g和纯水9.0mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次、进而用水10mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到44mg高分子化合物J。
对于利用GPC测定的高分子化合物J的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为35000,数均分子量(Mn)为15000。高分子化合物J的吸收端波长为950nm。
实施例23(高分子化合物K的合成)
在四颈烧瓶中加入311.2mg(0.200mmol)化合物36、和10mL二氯甲烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯7.32mg(0.008mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐9.28mg(0.032mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.0g(2.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使84.8mg化合物18(0.200mmol)溶解在10mL二氯甲烷中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸20.0mg(0.164mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1.7g和纯水15.0mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水20ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液20mL洗涤2次、进而用水20mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到197mg高分子化合物K。
对于利用GPC测定的高分子化合物K的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为240000,数均分子量(Mn)为90000。高分子化合物K的吸收端波长为950nm。
实施例24(高分子化合物L的合成)
在四颈烧瓶中加入252.2mg(0.162mmol)化合物36、和20mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯3.66mg(0.004mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐4.64mg(0.016mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.0g(2.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使62.9mg化合物10(0.162mmol)溶解在10mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸20.0mg(0.164mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1.0g和纯水9.0mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次、进而用水10mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到165mg高分子化合物L。
对于利用GPC测定的高分子化合物L的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为300000,数均分子量(Mn)为100000。高分子化合物L的吸收端波长为950nm。
实施例25(高分子化合物M的合成)
在四颈烧瓶中加入344.9mg(0.200mmol)化合物41、和12mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯3.66mg(0.004mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐4.64mg(0.016mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液1.0g(2.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使77.6mg化合物10(0.200mmol)溶解在10mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸20.0mg(0.164mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠1.0g和纯水9.0mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次、进而用水10mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到236mg高分子化合物M。
对于利用GPC测定的高分子化合物M的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为101000,数均分子量(Mn)为32000。高分子化合物M的吸收端波长为940nm。
实施例26(有机晶体管的制作)
将具有300nm厚度的热氧化膜的以高浓度掺杂了的n?型硅基板在丙酮中进行10分钟的超声波洗涤后,照射20分钟的臭氧UV。然后,通过将以5滴(用注射器采集并滴加)的比例在甲苯10ml中稀释了的β?苯乙基三氯硅烷进行旋涂,对热氧化膜表面进行硅烷处理。
接着,将高分子化合物H溶解在邻二氯苯中,调制高分子化合物H的浓度为0.5重量%的溶液,将该溶液利用膜过滤器过滤,制作涂布液。将该涂布液利用旋涂法涂布在上述表面处理了的基板上,形成高分子化合物H的涂膜。该涂布膜的厚度约为30nm。进而将该涂膜在氮气氛中、在170℃进行30分钟的热处理,由此形成高分子化合物H的有机半导体薄膜。
进而,通过使用了金属掩模的真空蒸镀法,通过在有机半导体薄膜上,制作从有机半导体薄膜侧具有三氧化钼和金的叠层结构的源电极和漏电极,制造有机晶体管。
实施例27(有机晶体管的评价)
使用半导体パラメータ4200(KEITHLEY社制)测定有机晶体管的电特性。其结果是漏电流(Id)相对于漏电压(Vd)的变化曲线良好,使施加在门电极上的负的门电压增加时,负的漏电流也增加,因此可以确认有机晶体管为p型的有机晶体管。有机晶体管中的载流子的场效应迁移率μ使用表示有机晶体管的电特性的饱和区域的漏电流Id的下式(a)来算出。
Id=(W/2L)μCi(Vg?Vt)2???(a)
(式中,L表示有机晶体管的沟道长度,W表示有机晶体管的沟道宽度,Ci表示门绝缘膜的每单位面积的容量,Vg表示门电压,Vt表示门电压的阈值电压。)
其结果是载流子的场效应迁移率(载流子迁移率)为0.03cm2/Vs,开/关电流比为105。结果示于表2。
实施例28
除了使用高分子化合物I代替高分子化合物H以外,其它利用与实施例26同样的方法来制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法来评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.07cm2/Vs,开/关电流比为106。结果示于表2。
实施例29
除了使用高分子化合物J代替高分子化合物H以外,其它利用与实施例26同样的方法来制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法来评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.06cm2/Vs,开/关电流比为106。结果示于表2。
实施例30
除了使用高分子化合物K代替高分子化合物H以外,其它利用与实施例26同样的方法来制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法来评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.13cm2/Vs,开/关电流比为106。结果示于表2。
实施例31
除了使用高分子化合物L代替高分子化合物H以外,其它利用与实施例26同样的方法来制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法来评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.25cm2/Vs,开/关电流比为106。结果示于表2。
实施例32
除了使用高分子化合物M代替高分子化合物H以外,其它利用与实施例26同样的方法来制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法来评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.12cm2/Vs,开/关电流比为106。结果示于表2。
实施例33(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
将具有利用溅射法形成的150nm厚度的ITO膜的玻璃基板进行臭氧UV处理,进行表面处理。接着,将高分子化合物H和富勒烯C60PCBM(苯基C61?丁酸甲基酯)(phenylC61?butyricacidmethylester、フロンティアカーボン社制)溶解在邻二氯苯中,以使C60PCBM的重量相对于高分子化合物H的重量的比为3,制造油墨2。相对于油墨2的重量,高分子化合物H的重量和C60PCBM的重量的合计为2.0重量%。利用旋涂机将该油墨2涂布在玻璃基板上,制作含有高分子化合物H的有机膜。膜厚约为100nm。由此制作的有机膜的光吸收端波长为940nm。然后,在有机膜上利用真空蒸镀机蒸镀厚度为2nm的氟化锂,接着以100nm的厚度蒸镀Al,制造有机薄膜太阳能电池。所得的有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。对所得的有机薄膜太阳能电池,使用太阳模拟器(分光计器制、商品名OTENTO?SUNII:AM1.5G滤光器、放射照度100mW/cm2)照射一定的光,测定发生的电流和电压,求得光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子。Jsc(短路电流密度)为11.20mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.62V,ff(填充因子(曲线因子))为0.67,光电转换效率(η)为4.63%。
结果示于表3。
实施例34
除了使用高分子化合物I代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为5.00mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.69V,ff(填充因子(曲线因子))为0.56,光电转换效率(η)为1.96%。结果示于表3。
实施例35
除了使用高分子化合物K代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为6.67mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.71V,ff(填充因子(曲线因子))为0.66,光电转换效率(η)为3.11%。结果示于表3。
实施例36
除了使用高分子化合物L代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为10.73mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.58V,ff(填充因子(曲线因子))为0.65,光电转换效率(η)为4.02%。结果示于表3。
实施例37(高分子化合物N的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL烧瓶中加入500mg(0.475mmol)化合物7、123mg(0.373mmol)化合物9、24mg(0.088mmol)化合物42、32ml甲苯,形成均一溶液。将所得的甲苯溶液用氩进行30分钟的鼓泡。然后,在甲苯溶液中加入三(二亚苄基丙酮)二钯6.33mg(0.007mmol)、三(2?甲苯基)膦12.6mg,在100℃搅拌6小时。然后,在反应液中加入溴苯500mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却至25℃,将反应液注入到甲醇300mL中。将析出的聚合物过滤并取得,将所得的聚合物加入到圆筒滤纸中,使用索格利特萃取器,用甲醇、丙酮和己烷分别萃取5小时。将残留在圆筒滤纸内的聚合物溶解在邻二氯苯100mL中,加入二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水40mL,8小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水50ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯30mL中,并通过氧化铝/硅胶柱。将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出,将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物40mg。以下将该聚合物称为高分子化合物N。
实施例38(高分子化合物P的合成)
在实施例37中,使用500mg(0.475mmol)化合物7、101mg(0.306mmol)化合物9、45mg(0.166mmol)化合物42,除此以外同样地得到聚合物62mg。将该聚合物称为高分子化合物P。
实施例39(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
除了使用高分子化合物N代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为12.64mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.75V,ff(填充因子(曲线因子))为0.61,光电转换效率(η)为5.74%。
实施例40(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
除了使用高分子化合物P代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为11.30mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.76V,ff(填充因子(曲线因子))为0.62,光电转换效率(η)为5.28%。
参考例24(化合物43的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的200mL的三颈烧瓶中加入5.00g(15.2mmol)化合物9、991mg(152mmol)粉末状的锌、60mL乙酸、30mL水,在80℃搅拌2小时。搅拌后,将反应液冷却至室温,使用硅藻土作为过滤助剂进行过滤。将滤液用碳酸氢钠中和,将析出的固体过滤并回收。将所得的固体悬浮在氯仿中,利用孔径为0.45μm的聚四氟乙烯制过滤器滤出不溶物,将滤液的溶剂用蒸发器蒸馏除去,得到2.86g作为淡褐色的固体的化合物43。
实施例41(化合物44的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL的三颈烧瓶中加入816mg4,4’?二氟二苯甲酰、1000mg化合物43、25mL乙醇,在乙醇回流的温度下搅拌40小时。将反应液冷却至室温,蒸馏除去溶剂。使析出的固体在硅胶柱中洗脱,所述硅胶柱使用了以己烷的体积与乙酸乙酯的体积之比为5的方式将己烷和乙酸乙酯混合了的混合溶剂作为展开溶剂。将洗脱液用蒸发器干固,得到粗产物2.32g。然后,使用2?丙醇80mL进行粗产物的再结晶,得到816mg化合物44。
1HNMRCDCl3(ppm)中:7.64(t、4H)、7.09(t、4H)
19FNMRCDCl3(ppm)中:?110.5、?118.7。
实施例42(高分子化合物Q的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL烧瓶中加入300mg(0.285mmol)化合物7、145mg(0.283mmol)化合物44、23ml甲苯,形成均一溶液。将所得的甲苯溶液用氩进行30分钟的鼓泡。然后,在甲苯溶液中加入三(二亚苄基丙酮)二钯3.89mg(0.0042mmol)、三(2?甲苯基)膦7.76mg(0.025mmol),在100℃搅拌6小时。然后,在反应液中加入溴苯100mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却至25℃,将反应液注入到甲醇200mL中。将析出的聚合物过滤获取,将所得的聚合物加入到圆筒滤纸中,使用索格利特萃取器,用甲醇、丙酮和己烷分别萃取5小时。将残留在圆筒滤纸内的聚合物溶解在邻二氯苯12mL中,加入二乙基二硫代氨基甲酸钠2g和水40mL,8小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水50ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯12mL中,并通过氧化铝/硅胶柱。将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出,将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物159mg。以下,将该聚合物称为高分子化合物Q。
实施例43(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
除了使用高分子化合物Q代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为5.20mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.90V,ff(填充因子(曲线因子))为0.40,光电转换效率(η)为1.84%。
实施例44(高分子化合物R的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL烧瓶中加入208.3mg(0.198mmol)化合物7、52.1mg(0.158mmol)化合物9、20mg(0.039mmol)化合物44、14ml甲苯,形成均一溶液。将所得的甲苯溶液用氩进行30分钟的鼓泡。然后,在甲苯溶液中加入三(二亚苄基丙酮)二钯2.70mg(0.00295mmol)、三(2?甲苯基)膦5.40mg(0.0177mmol),在100℃搅拌6小时。然后,在反应液中加入溴苯100mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却至25℃,将反应液注入到甲醇200mL中。将析出的聚合物过滤获取,将所得的聚合物加入到圆筒滤纸中,使用索格利特萃取器,用甲醇、丙酮和己烷分别萃取5小时。将残留在圆筒滤纸内的聚合物溶解在邻二氯苯10mL中,加入二乙基二硫代氨基甲酸钠0.5g和水20mL,8小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水50ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,接着用水50mL洗涤2次,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯10mL中,并通过氧化铝/硅胶柱。将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出,将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物75mg。以下将该聚合物称为高分子化合物R。
实施例45(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
除了使用高分子化合物R代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为8.84mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.75V,ff(填充因子(曲线因子))为0.48,光电转换效率(η)为3.15%。
实施例46(化合物46的合成)
在200mL烧瓶内加入2.00g化合物45(CHEMSTEP社制)、5.00g碘、20mL含有三氧化硫30重量%的发烟硫酸,形成均一溶液。将所得的溶液浸入60℃的油浴中,在加热12小时下进行搅拌。然后,将反应液冷却至25℃,缓慢注入到碎冰1Kg中。在所得的悬浮液中加入氯仿100mL,用分液漏斗分离氯仿层并回收。使所得的氯仿层用硫酸钠干燥,进行过滤。将所得的滤液用蒸发器浓缩。将所得的粗产物利用具有硅胶柱的色谱法纯化,所述硅胶柱是使用了在展开溶剂中以乙酸乙酯的体积与己烷的体积之比为4的方式混合了己烷和乙酸乙酯的混合溶剂的硅胶柱,得到1.23g化合物46。
19FNMRCDCl3(ppm)中:?112.0。
实施例47(高分子化合物S的合成)
在将烧瓶内的气体用氩置换了的100mL烧瓶中,加入500mg(0.475mmol)化合物7、190mg(0.466mmol)化合物46、36ml甲苯,形成均一溶液。将所得的甲苯溶液用氩进行30分钟的鼓泡。然后,在甲苯溶液中加入三(二亚苄基丙酮)二钯6.40mg(0.00700mmol)、三(2?甲苯基)膦12.8mg(0.042mmol),在100℃搅拌18小时。然后,在反应液中加入溴苯68mg,进而搅拌5小时。然后,将烧瓶冷却至25℃,将反应液注入到甲醇500mL中。将析出的聚合物过滤、回收,将所得的聚合物加入到圆筒滤纸中,使用索格利特萃取器,用甲醇、丙酮和己烷分别萃取5小时。使残留在圆筒滤纸内的聚合物溶解在邻二氯苯34mL中,加入二乙基二硫代氨基甲酸钠0.4g和水50mL,8小时回流下进行搅拌。除去水层后,将有机层用水100ml洗涤2次,接着用3wt%的乙酸水溶液100mL洗涤2次,接着用水100mL洗涤2次,接着用水100mL洗涤2次,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,将所得的聚合物再次溶解在邻二氯苯34mL中,并通过氧化铝/硅胶柱。将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出,将聚合物过滤后,干燥,得到纯化了的聚合物52mg。以下,将该聚合物称为高分子化合物S。
实施例48(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
除了使用高分子化合物S代替高分子化合物H以外,其它用与实施例33同样的方法制作油墨和有机薄膜太阳能电池,进行评价。Jsc(短路电流密度)为3.20mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.87V,ff(填充因子(曲线因子))为0.45,光电转换效率(η)为1.25%。
参考例25(化合物48的合成)
在四颈烧瓶中加入6.847g(10.00mmol)化合物47、10.16g(40.00mmol)联硼酸频那醇酯、和150mL二噁烷,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应液中加入二苯基膦基二茂铁二氯化钯408.3mg、二苯基膦基二茂铁277.2mg、和乙酸钾3.926g(40.00mmol)后,进行10小时的加热回流。反应后,将反应液利用高效液相色谱法(HPLC)分析,确认原料的消失。
然后,使用过滤器将难溶于反应液的碱分离。接着,使溶液用蒸发干燥30分钟左右,除去二噁烷。然后,利用展开溶剂使用了己烷的柱子进行反应产物的分离,将分离得到的成分进行3小时的甲醇洗涤,由此得到淡褐色粉末。使该粉末溶解在100mL的己烷后,加入100mL的乙醇,并放置,由此进行再结晶,得到1.386g化合物48。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.880(t,6H),1.261(m,36H),1.409(m,24H),1.793(m,4H),3.208(t,4H),8.022(s,2H)。
实施例49(高分子化合物T的合成)
在四颈烧瓶中加入138.8mg(0.100mmol)化合物31、和7mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯1.83mg(0.002mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐2.32mg(0.008mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液0.5g(1.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使77.9mg化合物48(0.100mmol)溶解在3mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸10.0mg(0.082mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠0.8g和纯水7.5mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次,进而过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到160mg高分子化合物T。
对于利用GPC测定的高分子化合物T的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为125000,数均分子量(Mn)为41000。高分子化合物T的吸收端波长为800nm。
实施例50(高分子化合物U的合成)
在四颈烧瓶中加入172.4mg(0.100mmol)化合物41、和7mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯1.83mg(0.002mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐2.32mg(0.008mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液0.5g(1.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使39.2mg化合物49(0.100mmol)溶解在3mL四氢呋喃中而成的溶液,搅拌30分钟。化合物49利用Tetrahedron、2005年、第61卷、1699页中记载的方法合成。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸10.0mg(0.082mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠0.8g和纯水7.5mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次、进而用水10mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,得到150mg高分子化合物U。
对于利用GPC测定的高分子化合物U的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为226000,数均分子量(Mn)为52000。高分子化合物U的吸收端波长为840nm。
实施例51(高分子化合物V的合成)
在四颈烧瓶中加入172.4mg(0.100mmol)化合物41、和7mL四氢呋喃,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,在反应溶液中加入三(二亚苄基丙酮)钯1.83mg(0.002mmol)、[三(叔丁基)磷鎓]四氟硼酸盐2.32mg(0.008mmol)、2mol/L的磷酸钾水溶液0.5g(1.0mmol)。将反应溶液在油浴的温度为40℃的条件下搅拌,同时用10分钟滴加使41.8mg化合物50(0.100mmol)溶解在3mL四氢呋喃中而成的溶液,进行30分钟。然后,在反应溶液中加入苯基硼酸10.0mg(0.082mmol),进而搅拌1小时后,终止反应。并且,反应在氩气氛下进行。
然后,在反应溶液中加入二乙基二硫代氨基甲酸钠0.8g和纯水7.5mL,回流3小时,同时进行搅拌。除去反应液中的水层后,将有机层用水10ml洗涤2次、用3重量(wt)%的乙酸水溶液10mL洗涤2次、进而用水10mL洗涤2次,注入到甲醇中,使聚合物析出。将聚合物过滤后,干燥,使所得的聚合物溶解在甲苯中。将甲苯溶液通过氧化铝/硅胶柱,将所得的溶液注入到甲醇中,使聚合物析出。聚合物过滤后,干燥,得到130mg高分子化合物V。
对于利用GPC测定的高分子化合物V的分子量(聚苯乙烯换算),重均分子量(Mw)为42000,数均分子量(Mn)为18000。高分子化合物V的吸收端波长为830nm。
实施例52(有机晶体管的制作和评价)
除了使用高分子化合物T代替高分子化合物H以外,其它用与实施例26同样的方法制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法评价晶体管特性。
载流子迁移率为1.2×10?2cm2/Vs,开/关电流比为105。结果示于表4。
实施例53(有机晶体管的制作和评价)
除了使用高分子化合物U代替高分子化合物H以外,其它用与实施例26同样的方法制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.35cm2/Vs,开/关电流比为107。结果示于表4。
实施例54(有机晶体管的制作和评价)
除了使用高分子化合物V代替高分子化合物H以外,其它用与实施例26同样的方法制作有机晶体管元件,利用与实施例27同样的方法评价晶体管特性。
载流子迁移率为0.20cm2/Vs,开/关电流比为107。结果示于表4。
实施例55(油墨和有机薄膜太阳能电池的制作、评价)
将具有利用溅射法形成的150nm厚度的ITO膜的玻璃基板进行臭氧UV处理,进行表面处理。接着,使高分子化合物U和富勒烯C60PCBM(苯基C61?丁酸甲基酯)(phenylC61?butyricacidmethylester、フロンティアカーボン社制)溶解在邻二氯苯中,以使C60PCBM的重量相对于高分子化合物U的重量的比为3,制造油墨。相对于油墨的重量,高分子化合物U的重量和C60PCBM的重量的合计为2.0重量%。通过旋涂将该油墨涂布在玻璃基板上,制作含有高分子化合物U的有机膜。膜厚约为100nm。这样制作的有机膜的光吸收端波长为840nm。然后,在有机膜上利用真空蒸镀机以2nm的厚度蒸镀氟化锂,接着以100nm的厚度蒸镀Al,制造有机薄膜太阳能电池。所得的有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。对所得的有机薄膜太阳能电池,使用太阳模拟器(分光计器制、商品名OTENTO?SUNII:AM1.5G滤光器、放射照度100mW/cm2)照射一定的光,测定发生的电流和电压,求得光电转换效率、短路电流密度、开放端电压、填充因子。Jsc(短路电流密度)为4.72mA/cm2,Voc(开放端电压)为0.56V,ff(填充因子(曲线因子))为0.61,光电转换效率(η)为1.63%。结果示于表5。
实施例56(化合物51的合成)
在四颈烧瓶中加入二异丙基胺149.8mg(1.480mmol)、和四氢呋喃10mL,在室温(25℃)下进行30分钟的氩鼓泡。然后,将反应体系中的温度冷却至?78℃后,加入含有1.62mol/L正丁基锂的己烷溶液0.82mL,持续搅拌20分钟。在反应溶液中加入102mg(0.592mmol)化合物8,在?78℃持续搅拌10分钟。然后,在反应溶液中加入三甲基甲硅烷基氯化物176.9mg(1.628mmol),在?78℃搅拌30分钟。搅拌后,利用液相色谱法确认原料的消失。在反应溶液中加入水和氯仿,进行有机层的萃取,通过展开溶剂使用了氯仿的柱层析进行有机层的纯化。使纯化了的有机层干燥,除去溶剂,得到106mg化合物51。
1H?NMR(CDCl3,δ(ppm)):1.45(s,24H)
19F?NMR(CDCl3,δ(ppm)):?117(s,2F)。
产业可利用性
具有含有本发明的高分子化合物的有机层的光电转换元件由于光电转换效率大,因此极其有用。

Claims (6)

1.高分子化合物,其含有由式(1)表示的结构单元和由式75表示的结构单元,
式中,X1和X2表示氮原子;Y1表示硫原子、氧原子或?CR2=CR3?;R2和R3相同或不同,表示氢原子或取代基;W1表示氟原子;W2表示氟原子,
式中,R表示氢原子或取代基,R为多个时,它们可以相同或不同。
2.根据权利要求1所述的高分子化合物,其是π共轭高分子化合物。
3.根据权利要求1或2所述的高分子化合物,其中,Y1为硫原子或氧原子。
4.光电转换元件,其具有第1电极和第2电极,在该第1电极与该第2电极之间具有活性层,在该活性层中含有权利要求1~3中任一项所述的高分子化合物。
5.有机薄膜晶体管,其具有门电极、源电极、漏电极和活性层,在该活性层中含有权利要求1~3中任一项所述的高分子化合物。
6.有机电致发光元件,其具有第1电极和第2电极,在该第1电极与该第2电极之间具有发光层,在该发光层中含有权利要求1~3中任一项所述的高分子化合物。
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