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WO2013035710A1 - 高分子化合物及び有機光電変換素子 - Google Patents

高分子化合物及び有機光電変換素子 Download PDF

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WO2013035710A1
WO2013035710A1 PCT/JP2012/072523 JP2012072523W WO2013035710A1 WO 2013035710 A1 WO2013035710 A1 WO 2013035710A1 JP 2012072523 W JP2012072523 W JP 2012072523W WO 2013035710 A1 WO2013035710 A1 WO 2013035710A1
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WO
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group
compound
formula
polymer
represented
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/072523
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English (en)
French (fr)
Inventor
上谷 保則
貴史 荒木
淳 藤原
Original Assignee
住友化学株式会社
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Publication date
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a polymer compound, and an organic photoelectric conversion element and an organic thin film transistor using the polymer compound.
  • An organic semiconductor material is used for organic photoelectric conversion elements, such as an organic solar cell and an optical sensor, for example.
  • organic photoelectric conversion elements such as an organic solar cell and an optical sensor
  • a high molecular compound is used among organic semiconductor materials
  • a thin film can be manufactured by an inexpensive coating method, and the manufacturing cost of the element can be reduced.
  • various polymer compounds have been studied for organic semiconductor materials constituting the element. For example, a polymer compound obtained by polymerizing 9,9-dioctylfluorene-2,7-diboronic acid ester and 5,5 ′′ ′′-dibromo-3 ′′, 4 ′′ -dihexyl- ⁇ -pentathiophene is proposed. (WO 2005/092947). However, the polymer compound has a problem that long-wavelength light is not sufficiently absorbed.
  • the present invention provides a polymer compound having a large absorbance of light having a long wavelength. That is, this invention provides the high molecular compound containing the repeating unit represented by the below-mentioned formula (A) and the repeating unit represented by Formula (B). Moreover, this invention provides the high molecular compound containing the repeating unit represented by below-mentioned formula (1).
  • 1 to 7 are diagrams showing absorption spectra of polymer compounds A to G, respectively.
  • 8 to 10 are diagrams showing absorption spectra of the polymer compounds J, K, and L, respectively.
  • the polymer compound of the present invention includes a repeating unit represented by the formula (A) and a repeating unit represented by the formula (B).
  • R is the same or different and is a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group optionally substituted with a fluorine atom, an alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom, An aryl group, a heteroaryl group, a group represented by the formula (2a), or a group represented by (2b) is represented.
  • Ar 1 and Ar 2 represent an optionally substituted trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms or a trivalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms.
  • Ar 3 represents an optionally substituted divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms or a divalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms.
  • m1 represents an integer of 0 to 6
  • m2 represents an integer of 0 to 6.
  • R ′ represents an alkyl group, aryl group or heteroaryl optionally substituted with a fluorine atom. Represents a group.
  • m3 represents an integer of 0 to 6
  • m4 represents an integer of 0 to 6.
  • R ′′ represents an alkyl group, an aryl group, or a hetero atom optionally substituted with a fluorine atom. Represents an aryl group.
  • the alkyl group represented by R usually has 1 to 20 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group. Hexyl group, octyl group, iso-octyl group, decyl group, dodecyl group, pentadecyl group and octadecyl group.
  • the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom.
  • Examples of the alkyl group substituted with a fluorine atom include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluorobutyl group, and a perfluorohexyl group. And a perfluorooctyl group.
  • the alkoxy group represented by R usually has 1 to 20 carbon atoms.
  • the hydrogen atom in the alkoxy group may be substituted with a fluorine atom.
  • alkoxy group substituted with a fluorine atom examples include a trifluoromethoxy group, a pentafluoroethoxy group, a perfluorobutoxy group, and a perfluorohexyloxy group.
  • the aryl group represented by R is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic hydrocarbon which may have a substituent.
  • the aryl group includes a group containing a benzene ring, a group containing a condensed ring having aromaticity, a group having a structure in which two or more benzene rings or a condensed ring having aromaticity are directly bonded, and two or more benzenes
  • Examples include a group in which a ring or an aromatic condensed ring is bonded via a group such as vinylene.
  • the aryl group preferably has 6 to 60 carbon atoms, more preferably 6 to 30 carbon atoms. Examples of the aryl group include a phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group.
  • Examples of the substituent that the aromatic hydrocarbon may have include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group, and an alkoxy group.
  • the definitions and specific examples of the alkyl group and alkoxy group are the same as the definitions and specific examples of the alkyl group and alkoxy group represented by R.
  • the heteroaryl group represented by R is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic heterocyclic compound which may have a substituent.
  • heteroaryl group examples include a thienyl group, a pyrrolyl group, a furyl group, a pyridyl group, a quinolyl group, and an isoquinolyl group.
  • substituent that the aromatic heterocyclic compound may have include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group, and an alkoxy group.
  • the definitions and specific examples of the alkyl group and alkoxy group are the same as the definitions and specific examples of the alkyl group and alkoxy group represented by R.
  • m1 represents an integer of 0 to 6
  • m2 represents an integer of 0 to 6.
  • R ′ represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group which may be substituted with a fluorine atom.
  • the definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group which may be substituted with a fluorine atom represented by R ′ are the alkyl group and aryl group which may be substituted with a fluorine atom represented by R.
  • the definition and specific examples of the heteroaryl group are the same.
  • m3 represents an integer of 0 to 6
  • m4 represents an integer of 0 to 6.
  • R ′′ represents an alkyl group, an aryl group or a heteroaryl group which may be substituted with a fluorine atom.
  • alkyl group, aryl group and heteroaryl group optionally substituted with a fluorine atom represented by R ′′ are an alkyl group optionally substituted with a fluorine atom represented by R, aryl
  • the definition and specific examples of the group and the heteroaryl group are the same.
  • R is an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom or an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom, from the viewpoint of the solubility of the polymer compound in the solvent,
  • the number of carbon atoms is preferably 1-20, more preferably 2-18, and even more preferably 3-12.
  • Ar 1 and Ar 2 may have a substituent, a trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms, or a substituent.
  • Ar 3 may have a divalent aromatic hydrocarbon group or substituent having 6 to 60 carbon atoms which may have a substituent.
  • a divalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms is shown.
  • an optionally substituted trivalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 60 carbon atoms is an aromatic carbon atom having 6 to 60 carbon atoms that may have a substituent.
  • excluding three hydrogen atoms on the aromatic ring in a hydrogen compound is shown.
  • the optionally substituted divalent 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.
  • excluding two 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 excellent solubility is obtained and production is easy, a condensed ring or a single ring in which five or less rings are condensed is preferable, and a condensed ring or a single ring in which two rings are condensed is preferable. A ring is more preferable, and a single ring is more preferable.
  • the aromatic hydrocarbon compound examples include benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, pyrene, and perylene. Of these, benzene or naphthalene is preferable, and benzene is more preferable.
  • the aromatic hydrocarbon group has a substituent, the carbon number of the preferred aromatic hydrocarbon group described above does not include the carbon number of the substituent. Examples of the substituent include the same groups as those described above for R.
  • the trivalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms is a trivalent group excluding three hydrogen atoms on the heterocyclic ring in the heterocyclic compound having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent. Indicates.
  • the divalent heterocyclic group having 4 to 60 carbon atoms is a divalent heterocyclic group having 2 hydrogen atoms on the heterocyclic ring in the heterocyclic compound having 4 to 60 carbon atoms which may have a substituent. Indicates a group.
  • the heterocyclic compound may be a single ring or a condensed ring. Among these, since excellent solubility is obtained and production is easy, a condensed ring or a single ring in which five or less rings are condensed is preferable, and a condensed ring or a single ring in which two rings are condensed is preferable. Is more preferable, and a single ring is more preferable.
  • heterocyclic compound examples 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.
  • the heterocyclic group has a substituent, the carbon number of the preferable heterocyclic group described above does not include the carbon number of the substituent.
  • substituents examples include a halogen atom, a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, 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, Examples thereof include aryloxy groups having 6 to 60 carbon atoms, heterocyclic groups having 3 to 60 carbon atoms, amino groups, nitro groups, and cyano groups. Examples of these substituents include the same groups as those described above for R.
  • Ar 1 and Ar 2 are preferably trivalent groups excluding three hydrogen atoms on the aromatic ring in benzene or thiophene.
  • Ar 3 is preferably a divalent group excluding three hydrogen atoms on the aromatic ring in benzene or thiophene.
  • the repeating unit represented by the formula (A) include the following repeating units.
  • the repeating unit represented by the formula (B) include the following repeating units.
  • the polymer compound of the present invention preferably includes a repeating unit in which the repeating unit represented by the formula (A) and the repeating unit represented by the formula (B) are directly bonded.
  • the total amount of the repeating unit represented by the formula (A) and the repeating unit represented by the formula (B) contained in the polymer compound of the present invention is that of the organic photoelectric conversion element having a functional layer containing the polymer compound.
  • the polymer compound of the present invention is a polymer compound containing a repeating unit represented by the formula (1).
  • R represents the same meaning as described above.
  • Examples of the repeating unit represented by the formula (1) include the following repeating units.
  • the amount of the repeating unit represented by the formula (1) contained in the polymer compound of the present invention is selected from the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency of an organic photoelectric conversion device having a functional layer containing the polymer compound.
  • the amount is preferably 20 to 100 mol%, more preferably 30 to 100 mol%, based on the total amount of repeating units contained in the compound.
  • the polystyrene equivalent weight average molecular weight of the polymer compound of the present invention is preferably 10 3 to 10 8 , more preferably 10 3 to 10 7 , and still more preferably 10 3 to 10 6 .
  • the polymer compound of the present invention is preferably a conjugated polymer compound.
  • the conjugated polymer compound means a compound in which atoms constituting the main chain of the polymer compound are substantially conjugated.
  • the polymer compound of the present invention may have a repeating unit other than the repeating unit represented by the formula (A), the repeating unit represented by the formula (B), and the repeating unit represented by the formula (1).
  • the repeating unit include an arylene group and a heteroarylene group.
  • the arylene group include a phenylene group, a naphthalenediyl group, an anthracenediyl group, a pyrenediyl group, and a fluorenediyl group.
  • the polymer compound of the present invention may be produced by any method. For example, after synthesizing a monomer having a functional group suitable for the polymerization reaction to be used, the monomer is dissolved in an organic solvent, if necessary, , And can be synthesized by polymerization using a known aryl coupling reaction using a catalyst, a ligand and the like. The synthesis of the monomer can be performed, for example, with reference to the methods disclosed in JP-A Nos. 2006-182920 and 2006-335933.
  • Examples of the polymerization by the aryl coupling reaction include polymerization by Stille coupling reaction, polymerization by Suzuki coupling reaction, polymerization by Yamamoto coupling reaction, and polymerization by Kumada-Tamao coupling reaction.
  • Polymerization by Stille coupling reaction is necessary using palladium complexes such as palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], [tris (dibenzylideneacetone)] dipalladium, palladium acetate, bis (triphenylphosphine) palladium dichloride as catalysts.
  • ligands such as triphenylphosphine, tri (2-methylphenyl) phosphine, tri (2-methoxyphenyl) phosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, tri (tert-butyl) phosphine
  • a polymerization reaction of a monomer having a group The details of the polymerization by the Stille coupling reaction are described in, for example, Angewante Chemie International Edition, 2005, Vol. 44, p. 4442-4489.
  • Polymerization by Suzuki coupling reaction uses a palladium complex or nickel complex as a catalyst in the presence of an inorganic base or an organic base, and a ligand is added as necessary to have a boronic acid residue or a boric acid ester residue.
  • a monomer having a halogen atom such as a bromine atom, an iodine atom or a chlorine atom, or a monomer having a sulfonate group such as a trifluoromethanesulfonate group or a p-toluenesulfonate group.
  • a monomer having a halogen atom such as a bromine atom, an iodine atom or a chlorine atom
  • a monomer having a sulfonate group such as a trifluoromethanesulfonate group or a p-toluenesulfonate group.
  • the inorganic base include sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, tripotassium phosphate, and potassium fluoride.
  • Examples of the organic base include tetrabutylammonium fluoride, tetrabutylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, and tetraethylammonium hydroxide.
  • Examples of the palladium complex include palladium [tetrakis (triphenylphosphine)], [tris (dibenzylideneacetone)] dipalladium, palladium acetate, and bis (triphenylphosphine) palladium dichloride.
  • Examples of the nickel complex include bis (cyclooctadiene) nickel.
  • Examples of the ligand include triphenylphosphine, tri (2-methylphenyl) phosphine, tri (2-methoxyphenyl) phosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, and tri (tert-butyl) phosphine. It is done. Details of the polymerization by the Suzuki coupling reaction are described in, for example, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry (Part A: Polymer Chemistry), 2001, Vol. 39, p. 1533-1556.
  • Polymerization by Yamamoto coupling reaction uses a catalyst and a reducing agent to react monomers having halogen atoms, monomers having sulfonate groups such as trifluoromethanesulfonate groups, or monomers having halogen atoms and monomers having sulfonate groups.
  • Catalysts include nickel zero-valent complexes such as bis (cyclooctadiene) nickel and ligands such as bipyridyl, [bis (diphenylphosphino) ethane] nickel dichloride, [bis (diphenylphosphino) propane] nickel.
  • a catalyst comprising a nickel complex other than a nickel zero-valent complex such as dichloride and a ligand such as triphenylphosphine, diphenylphosphinopropane, tri (cyclohexyl) phosphine, tri (tert-butyl) phosphine, if necessary.
  • the reducing agent include zinc and magnesium.
  • Polymerization by the Yamamoto coupling reaction may be performed using a dehydrated solvent in the reaction, may be performed in an inert atmosphere, or may be performed by adding a dehydrating agent to the reaction system. Details of the polymerization by Yamamoto coupling are described in, for example, Macromolecules, 1992, Vol. 25, p. 1214-1223.
  • Polymerization by Kumada-Tamao coupling reaction uses a nickel catalyst such as [bis (diphenylphosphino) ethane] nickel dichloride, [bis (diphenylphosphino) propane] nickel dichloride, a compound having a magnesium halide group and a halogen atom.
  • a dehydrated solvent may be used for the reaction, the reaction may be performed in an inert atmosphere, or a dehydrating agent may be added to the reaction system.
  • a solvent is usually used. The solvent may be selected in consideration of the polymerization reaction used, the solubility of the monomer and polymer, and the like.
  • the solvent used in the Stille coupling reaction is preferably an organic solvent such as tetrahydrofuran, toluene, N, N-dimethylformamide, a mixed solvent obtained by mixing two or more of these solvents, or a solvent having two phases of an organic solvent phase and an aqueous phase.
  • the solvent used for the Stille coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions.
  • Solvents used in the Suzuki coupling reaction are organic solvents such as tetrahydrofuran, toluene, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and mixed solvents in which two or more of these solvents are mixed.
  • a solvent and a solvent having two phases of an organic solvent phase and an aqueous phase are preferred.
  • the solvent used for the Suzuki coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions.
  • the solvent used for the Yamamoto coupling reaction is an organic solvent such as tetrahydrofuran, toluene, 1,4-dioxane, dimethoxyethane, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, or a mixed solvent in which two or more of these solvents are mixed.
  • a solvent is preferred.
  • the solvent used for the Yamamoto coupling reaction is preferably deoxygenated before the reaction in order to suppress side reactions.
  • a method of polymerizing by a Stille coupling reaction a method of polymerizing by a Suzuki coupling reaction, a method of polymerizing by a Yamamoto coupling reaction are preferable, and a Stille coupling reaction More preferred are a method of polymerizing, a method of polymerizing by a Suzuki coupling reaction, and a method of polymerizing by a Yamamoto coupling reaction using a nickel zero-valent complex.
  • the lower limit of the reaction temperature of the aryl coupling reaction is preferably ⁇ 100 ° C., more preferably ⁇ 20 ° C., and particularly preferably 0 ° C. from the viewpoint of reactivity.
  • the upper limit of the reaction temperature is preferably 200 ° C., more preferably 150 ° C., and particularly preferably 120 ° C. from the viewpoint of the stability of the monomer and the polymer compound.
  • a known method can be used as a method for removing the polymer compound of the present invention from the reaction solution after completion of the reaction.
  • the polymer compound of the present invention can be obtained by adding a reaction solution to a lower alcohol such as methanol, filtering the deposited precipitate, and drying the filtrate.
  • a lower alcohol such as methanol
  • the polymer compound of the present invention When the polymer compound of the present invention is used for the production of an organic photoelectric conversion element, if a polymerization active group remains at the terminal of the polymer compound, characteristics such as durability of the organic photoelectric conversion element may be deteriorated. It is preferable to protect the terminal of the polymer compound with a stable group.
  • the stable group for protecting the terminal include an alkyl group, an alkoxy group, a fluoroalkyl group, a fluoroalkoxy group, an aryl group, an arylamino group, and a monovalent heterocyclic group.
  • the arylamino group include a phenylamino group and a diphenylamino group.
  • the monovalent heterocyclic group examples include thienyl group, pyrrolyl group, furyl group, pyridyl group, quinolyl group, and isoquinolyl group.
  • the polymerization active group remaining at the terminal of the polymer compound may be replaced with a hydrogen atom instead of a stable group.
  • the stable group for protecting the terminal is a group imparting electron donating properties such as an arylamino group.
  • the polymer compound of the present invention is produced using Stille coupling, for example, the polymer compound is produced by polymerizing the compound represented by the formula (3) and the compound represented by the formula (4). be able to.
  • R represents the same meaning as described above.
  • Plural Rs may be the same or different.
  • Z represents a bromine atom, an iodine atom or a chlorine atom. May be the same or different.
  • R represents the same meaning as described above.
  • Two Rs may be the same or different.
  • Z 2 represents an organotin residue.
  • Z is preferably a bromine atom or a chlorine atom, and more preferably a bromine atom, from the viewpoint of increasing the reactivity during polymerization.
  • the compound represented by the formula (3) can be synthesized, for example, using the method described in Organic Electronics 2010, 11, 1740-1745.
  • 2,4-dibromo-3,4-dicarboxylic acid obtained by bromine under glacial acetic acid with 3,4-thiophenedicarboxylic acid in a solvent such as halogenated hydrocarbons such as chloroform and dichloromethane
  • a chlorinating agent such as thionyl chloride or oxalyl dichloride
  • R an acid chloride compound obtained by reacting a chlorinating agent such as thionyl chloride or oxalyl dichloride is reacted with R in the presence of a Lewis acid, for example, aluminum (III) chloride, in a halogenated hydrocarbon such as chloroform or dichloromethane. It can be synthesized by reacting a defined substituted benzene (Friedel-Crafts reaction).
  • Z 2 is -SnMe 3, preferably a -SnEt 3 or -SnBu 3.
  • Me represents a methyl group
  • Et represents an ethyl group
  • Bu represents a butyl group.
  • the compound represented by the formula (4) is prepared by, for example, reacting the compound represented by the formula (5) with an organolithium compound to produce an intermediate, and then reacting the intermediate with a trialkyltin halide. Can be manufactured.
  • Examples of the organic lithium compound include n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, and lithium diisopropylamide. Of the organic lithium compounds, n-butyllithium is preferable.
  • Examples of the trialkyltin halide include trimethyltin chloride, triethyl chloride, and tributyl chloride.
  • the temperature for reacting the organolithium compound with the compound represented by formula (5) is usually ⁇ 100 to 50 ° C., preferably ⁇ 80 to 0 ° C.
  • the time for reacting the organolithium compound with the compound represented by the formula (5) is usually 1 minute to 10 hours, preferably 30 minutes to 5 hours.
  • the amount of the organolithium compound to be reacted is usually 2 to 5 molar equivalents (hereinafter, the molar equivalent is simply referred to as equivalent), preferably 2 to 3 with respect to the compound represented by the formula (5). Is equivalent.
  • the temperature at which the intermediate and the trialkyltin halide are reacted is usually ⁇ 100 to 100 ° C., preferably ⁇ 80 ° C. to 50 ° C.
  • the reaction time of the intermediate and the trialkyltin halide is usually 1 minute to 30 hours, preferably 1 to 10 hours.
  • the amount of the trialkyltin halide to be reacted is usually 2 to 6 equivalents, preferably 2 to 3 equivalents, relative to the compound represented by the formula (5).
  • normal post-treatment can be performed to obtain the compound represented by the formula (4). For example, after the reaction is stopped by adding water, the product is extracted with an organic solvent and the solvent is distilled off.
  • the product can be isolated and purified by a method such as fractionation by chromatography or recrystallization.
  • the compound represented by the formula (5) can be produced, for example, by reacting the compound represented by the formula (6) in the presence of an acid.
  • R represents the same meaning as described above.
  • the acid used in the reaction for producing the compound represented by the formula (5) from the compound represented by the formula (6) may be Lewis acid or Bronsted acid, Hydrochloric acid, bromic acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, benzoic acid, boron fluoride, aluminum chloride, tin chloride (IV), iron chloride (II), titanium tetrachloride, Examples include benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid and mixtures of these compounds.
  • the reaction for producing the compound represented by formula (5) from the compound represented by formula (6) is preferably carried out in the presence of a solvent.
  • the reaction temperature is preferably from ⁇ 80 ° C. to the boiling point of the solvent.
  • Solvents used in the reaction include saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, octane and cyclohexane, unsaturated hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, chlorobutane and bromobutane.
  • Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane, bromocyclohexane, halogenated unsaturated hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, methanol, ethanol, propanol, Alcohol solvents such as isopropanol, butanol, tert-butyl alcohol, carboxylic acid solvents such as formic acid, acetic acid, propionic acid, dimethyl ether, diethyl ether Ether, methyl -tert- butyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, ether solvents such as dioxane.
  • Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohe
  • the reaction can be used alone or in combination.
  • normal post-treatment can be performed to obtain the compound represented by the formula (5).
  • the reaction is stopped by adding water, the product is extracted with an organic solvent and the solvent is distilled off.
  • the product can be isolated and purified by a method such as fractionation by chromatography or recrystallization.
  • the compound represented by the formula (6) can be produced, for example, by reacting the compound represented by the formula (7) with a Grignard reagent or an organolithium compound.
  • methyl magnesium chloride methyl magnesium bromide, ethyl magnesium chloride, ethyl magnesium bromide, propyl magnesium chloride, propyl magnesium bromide, butyl magnesium chloride, butyl magnesium bromide, hexyl magnesium bromide, octyl magnesium bromide
  • Examples include decylmagnesium bromide, allylmagnesium chloride, allylmagnesium bromide, benzylmagnesium chloride, phenylmagnesium bromide, naphthylmagnesium bromide, and tolylmagnesium bromide.
  • Examples of the organic lithium compound include methyl lithium, ethyl lithium, propyl lithium, butyl lithium, phenyl lithium, naphthyl lithium, benzyl lithium, and tolyl lithium.
  • the reaction for producing the compound represented by the formula (6) from the compound represented by the formula (7) and a Grignard reagent or an organolithium compound may be carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. preferable. Moreover, it is preferable to implement this reaction in presence of a solvent.
  • the reaction temperature is preferably from ⁇ 80 ° C. to the boiling point of the solvent.
  • Solvents used in the reaction include saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, octane and cyclohexane, unsaturated hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene, dimethyl ether, diethyl ether, methyl-tert-butyl ether, Ether solvents such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, dioxane and the like can be mentioned. These solvents may be used alone or in combination. After the reaction, normal post-treatment can be performed to obtain the compound represented by the formula (6).
  • saturated hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, heptane, octane and cyclohexane
  • unsaturated hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, ethylbenzene and xylene, dimethyl ether
  • the compound represented by the formula (7) can be produced, for example, by reacting the compound represented by the formula (8) with a peroxide.
  • the peroxide include sodium perborate, m-chloroperbenzoic acid, hydrogen peroxide, and benzoyl peroxide. Preferred are sodium perborate and m-chloroperbenzoic acid, and particularly preferred is sodium perborate.
  • the reaction for producing the compound represented by the formula (7) from the compound represented by the formula (8) and the peroxide is carried out in the presence of a carboxylic acid solvent such as acetic acid, trifluoroacetic acid, propionic acid and butyric acid. It is preferable.
  • a carboxylic acid solvent such as acetic acid, trifluoroacetic acid, propionic acid and butyric acid. It is preferable.
  • a mixed solvent in which one or more solvents selected from the group consisting of carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, benzene, and toluene are mixed with a carboxylic acid solvent. It is preferable to carry out the reaction.
  • the reaction temperature is preferably 0 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
  • the polymer compound of the present invention may contain a structural unit represented by the formula (C-1) to the formula (C-12) as a third structural unit.
  • X represents a sulfur atom, an oxygen atom or a selenium atom.
  • the plurality of Xs may be the same or different.
  • R represents the same as those shown above.
  • the plurality of Rs may be the same or different.
  • the organic photoelectric conversion device of the present invention has a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, and the functional layer contains the electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention.
  • an electron-accepting compound fullerene or a fullerene derivative is preferable.
  • the organic photoelectric conversion element 1. An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, the functional layer containing an electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention; 2.
  • An organic photoelectric conversion element comprising a pair of electrodes and a functional layer between the electrodes, the functional layer containing an electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention, wherein the electron-accepting compound is a fullerene
  • at least one of the pair of electrodes is transparent or translucent.
  • the amount of the electron accepting compound in the functional layer containing the electron accepting compound and the polymer compound is 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. It is preferably 20 to 500 parts by weight. In addition, 2.
  • the amount of the fullerene derivative in the functional layer containing the fullerene derivative and the polymer compound is preferably 10 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. More preferably, it is ⁇ 500 parts by weight. From the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency, the amount of the fullerene derivative in the functional layer is preferably 20 to 400 parts by weight, and preferably 40 to 250 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. More preferred is 80 to 120 parts by weight.
  • the amount of the fullerene derivative in the functional layer is preferably 20 to 250 parts by weight, and preferably 40 to 120 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer compound. More preferred.
  • the electron-accepting compound and the polymer compound of the present invention have an absorption region that can efficiently absorb the spectrum of desired incident light. It is important that the heterojunction interface includes many heterojunction interfaces in order to efficiently separate excitons, and that the heterojunction interface has a charge transporting property for quickly transporting charges generated by the heterojunction interface to the electrode. From such a viewpoint, as the organic photoelectric conversion element, the above 1. , 2.
  • the organic photoelectric conversion element is preferable.
  • the organic photoelectric conversion element is more preferable.
  • an additional layer may be provided between at least one electrode and the functional layer in the element.
  • the additional layer include a charge transport layer that transports holes or electrons, and a buffer layer.
  • the organic photoelectric conversion element of the present invention is usually formed on a substrate.
  • the substrate may be any substrate that does not chemically change when an electrode is formed and an organic layer is formed. Examples of the material for the substrate include glass, plastic, polymer film, and silicon. In the case of an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably transparent or translucent.
  • a metal, a conductive polymer, or the like can be used as a material for the pair of electrodes.
  • the material of one of the pair of electrodes is preferably a material having a low work function.
  • metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and those metals
  • An alloy with metal, graphite, a graphite intercalation compound, or the like is used.
  • the alloy examples include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, and calcium-aluminum alloy.
  • the material of the transparent or translucent electrode include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, a film formed using a conductive material made of indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, etc., which is a composite thereof, NESA Gold, platinum, silver, and copper are used, and ITO, indium / zinc / oxide, and tin oxide are preferable.
  • Examples of the method for producing the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plating method, and the like.
  • organic transparent conductive films such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as an electrode material.
  • a material used for the charge transport layer as the additional layer that is, the hole transport layer or the electron transport layer
  • an electron donating compound and an electron accepting compound described later can be used, respectively.
  • As a material used for the buffer layer as an additional layer halides or oxides of alkali metals or alkaline earth metals such as lithium fluoride can be used.
  • fine particles of an inorganic semiconductor such as titanium oxide can be used.
  • an organic thin film containing the polymer compound of the present invention and an electron-accepting compound can be used as the functional layer in the organic photoelectric conversion element of the present invention.
  • the organic thin film generally has a thickness of 1 nm to 100 ⁇ m, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 200 nm.
  • the organic thin film may contain the polymer compound alone or in combination of two or more.
  • a low molecular compound and / or a high molecular compound other than the high molecular compound can be mixed and used as the electron donating compound in the organic thin film.
  • Examples of the electron-donating compound that the organic thin film may contain in addition to the polymer compound of the present invention include, for example, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and its derivatives, polyvinylcarbazole and its Derivatives, polysilanes and derivatives thereof, polysiloxane derivatives having aromatic amines in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof Is mentioned.
  • Examples of the electron-accepting compound include oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and derivatives thereof, benzoquinone and derivatives thereof, naphthoquinone and derivatives thereof, anthraquinones and derivatives thereof, tetracyanoanthraquinodimethane and derivatives thereof, and fluorenone derivatives.
  • diphenyldicyanoethylene and derivatives thereof diphenoquinone derivatives, 8-hydroxyquinoline and metal complexes of derivatives thereof, polyquinoline and derivatives thereof, polyquinoxaline and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, fullerene and derivatives thereof such as C 60, carbon nanotube And phenanthroline derivatives such as 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, and fullerene and derivatives thereof are particularly preferable.
  • the electron donating compound and the electron accepting compound are relatively determined from the energy level of the energy level of these compounds.
  • Fullerenes and derivatives thereof include C 60 , C 70 , C 84 and derivatives thereof.
  • a fullerene derivative represents a compound in which at least a part of fullerene is modified.
  • Examples of the fullerene derivative include a compound represented by the formula (I), a compound represented by the formula (II), a compound represented by the formula (III), and a compound represented by the formula (IV).
  • R a is an alkyl group, aryl group, heteroaryl group or group having an ester structure optionally substituted with a fluorine atom.
  • a plurality of R a are the same.
  • R b represents an alkyl group or an aryl group which may be substituted with a fluorine atom, and a plurality of R b may be the same or different.
  • the definition and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group optionally substituted with a fluorine atom represented by R a and R b are the alkyl group optionally substituted with a fluorine atom represented by R
  • the definition and specific examples of the aryl group and heteroaryl group are the same.
  • Examples of the group having an ester structure represented by Ra include a group represented by the formula (V).
  • u1 represents an integer of 1 to 6
  • u2 represents an integer of 0 to 6
  • R c represents an alkyl group, aryl group or heteroaryl optionally substituted with a fluorine atom. Represents a group.
  • the definitions and specific examples of the alkyl group, aryl group and heteroaryl group which may be substituted with a fluorine atom represented by R c are as follows: the alkyl group and aryl group which may be substituted with a fluorine atom represented by R And the definition and specific examples of the heteroaryl group are the same.
  • Specific examples of the C 60 derivative include the following.
  • Specific examples of the C 70 derivative include the following.
  • the organic thin film may be produced by any method.
  • the organic thin film may be produced by a film formation method from a solution containing the polymer compound of the present invention, or an organic thin film may be formed by a vacuum deposition method. Good.
  • Examples of the method for producing an organic thin film by film formation from a solution include a method of producing an organic thin film by applying the solution on one electrode and then evaporating the solvent.
  • the solvent used for film formation from a solution is not particularly limited as long as it dissolves the polymer compound of the present invention.
  • Examples of the solvent include toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, bicyclohexyl, butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, and other unsaturated hydrocarbon solvents, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as chlorobutane, bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane, bromocyclohexane, halogenated unsaturated hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, tetrahydrofuran, tetrahydro Examples include ether solvents such as pyran.
  • the polymer compound of the present invention can usually be dissolved in the solvent in an amount of 0.1% by weight or more.
  • spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, spray coating method, screen printing method, flexographic method Coating methods such as a printing method, an offset printing method, an ink jet printing method, a dispenser printing method, a nozzle coating method, a capillary coating method can be used, and a spin coating method, a flexographic printing method, an ink jet printing method, and a dispenser printing method are preferable.
  • the organic photoelectric conversion element By irradiating light such as sunlight from a transparent or translucent electrode, the organic photoelectric conversion element generates a photovoltaic force between the electrodes and can be operated as an organic thin film solar cell. It can also be used as an organic thin film solar cell module by integrating a plurality of organic thin film solar cells. In addition, by applying light from a transparent or translucent electrode in a state where a voltage is applied between the electrodes, a photocurrent flows and it can be operated as an organic photosensor. It can also be used as an organic image sensor by integrating a plurality of organic photosensors.
  • Organic thin film transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor layer, and a gate electrode.
  • the organic semiconductor layer is represented by the repeating unit represented by the formula (A) and the formula (B).
  • the polystyrene equivalent weight average molecular weight of the polymer compound was determined by size exclusion chromatography (SEC). Column: TOSOH TSKgel SuperHM-H (2) + TSKgel SuperH2000 (4.6 mm Id ⁇ 15 cm); Detector: RI (SHIMADZU RID-10A); Mobile phase: Tetrahydrofuran (THF) Reference Example 1 (Synthesis of Compound 2) A homogeneous solution containing 2.00 g (9.60 mmol) of Compound 1 synthesized by the method described in WO2011 / 052709A1 and 60 mL of dehydrated THF (tetrahydrofuran) in a 200 mL four-necked flask in which the gas in the flask is replaced with argon.
  • SEC size exclusion chromatography
  • the obtained oily substance was purified by a silica gel column whose developing solvent was hexane.
  • silica gel of the silica gel column silica gel previously immersed in hexane containing 5 wt% triethylamine for 5 minutes and then rinsed with hexane was used. After purification, 3.77 g (4.13 mmol) of compound 4 was obtained.
  • Example 1 Synthesis of Polymer Compound A
  • 273 mg (0.300 mmol) of compound 4 162 mg (0.300 mmol) of compound 11 synthesized in Reference Example 8, and 8.2 mg of tris (2-tolyl) phosphine (0.027 mmol) and 23 ml of dehydrated toluene were added to obtain a uniform solution.
  • the resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes. Thereafter, 4.1 mg (0.0045 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium was added to the toluene solution, stirred at 105 ° C.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 15 mL of toluene, 0.25 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water 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 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol. A polymer was precipitated.
  • Example 2 Synthesis of polymer compound B
  • 316 mg (0.300 mmol) of compound 13 synthesized by the method described in WO2011 / 052709A1, 162.1 mg (0.300 mmol) of compound 11, tris (2-tolyl) ) 8.2 mg (0.027 mmol) of phosphine and 25 ml of dehydrated toluene were added to obtain a uniform solution.
  • the resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes.
  • the precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol and acetone for 3 hours using a Soxhlet extractor.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 12 mL of toluene, 0.26 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours.
  • the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol.
  • Example 3 Synthesis of Polymer Compound C
  • 158 mg (0.150 mmol) of compound 13 and 178 mg (0.150 mmol) of compound 14 as a starting material were synthesized using the compound synthesized by the method described in WO2011 / 052709A1.
  • tris (2-tolyl) phosphine (8.2 mg, 0.027 mmol) were added to obtain a homogeneous solution.
  • the resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes.
  • the precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol and acetone for 3 hours, respectively, using a Soxhlet extractor.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 15 mL of toluene, 0.26 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours.
  • polymer compound C After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol. A polymer was precipitated. The polymer was filtered and dried, and the resulting polymer was dissolved again in 13 mL of toluene and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 233 mg of a purified polymer.
  • this polymer is referred to as polymer compound C.
  • Example 4 Synnthesis of polymer compound D
  • 299 mg (0.300 mmol) of compound 15 synthesized using the same method as the method of synthesizing compound 4 from compound 1 and 162 mg (0.300 mmol) of compound 11 were synthesized.
  • the flask was cooled to room temperature, and the reaction solution was poured into a mixed solution of 200 mL of methanol and 20 mL of concentrated hydrochloric acid.
  • the precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol and acetone for 3 hours using a Soxhlet extractor.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 12 mL of toluene, 0.25 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours.
  • polymer compound D After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol. A polymer was precipitated. The polymer was filtered and dried, and the resulting polymer was dissolved again in 11 mL of toluene and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 176 mg of a purified polymer.
  • this polymer is referred to as polymer compound D.
  • Example 5 Synthesis of polymer compound E
  • 273 mg (0.300 mmol) of compound 4 196 mg (0.300 mmol) of compound 12
  • 8.2 mg (0.027 mmol) of tris (2-tolyl) phosphine 24 ml of dehydrated toluene was added to make a uniform solution.
  • the resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes.
  • the precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol and acetone for 3 hours using a Soxhlet extractor.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 12 mL of toluene, 0.25 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 2 hours.
  • the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol.
  • Example 6 (Synthesis of Polymer Compound F) 302 mg (0.300 mmol) of Compound 16 synthesized using the same method as the method of synthesizing Compound 4 from Compound 1 and 196 mg (0.300 mmol) of Compound 12 in a 100 mL flask in which the gas in the flask was replaced with argon Then, 8.2 mg (0.027 mmol) of tris (2-tolyl) phosphine and 26 ml of dehydrated toluene were added to obtain a uniform solution. The resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes.
  • the precipitated polymer was collected by filtration, and the obtained polymer was put into a cylindrical filter paper and washed with methanol and acetone for 3 hours using a Soxhlet extractor.
  • the polymer remaining in the cylindrical filter paper was dissolved in 14 mL of toluene, 0.25 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 1.5 hours.
  • the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol.
  • Example 7 Synthesis of polymer compound G
  • 3.6 mg (0.012 mmol) of tris (2-tolyl) phosphine, and 11 ml of dehydrated toluene were added to obtain a uniform solution.
  • the resulting toluene solution was bubbled with argon for 30 minutes.
  • 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 6 mL of toluene, 0.11 g of sodium diethyldithiocarbamate and 1.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 2.5 hours.
  • polymer compound G After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 ml of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol. A polymer was precipitated. The polymer was filtered and dried, and the resulting polymer was dissolved again in 5 mL of toluene and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 244 mg of a purified polymer.
  • this polymer is referred to as polymer compound G.
  • Example 8 Synthesis of Polymer Compound K
  • the flask was cooled, and the reaction solution was poured into 200 mL of a 10 wt% hydrogen chloride methanol solution.
  • 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 9 mL of orthodichlorobenzene, 0.17 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 2 hours.
  • polymer compound K After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 mL of water, then twice with 50 mL of a 3 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was poured into methanol. A polymer was precipitated. The polymer was filtered and dried, and the resulting polymer was dissolved again in 10 mL of orthodichlorobenzene and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 73 mg of a purified polymer.
  • this polymer is referred to as polymer compound K.
  • Example 9 Synthesis of Polymer Compound L
  • 210.6 mg (0.200 mmol) of compound 13 81.6 mg (0.200 mmol) of compound 18, and 5.6 mg of tris (2-tolyl) phosphine were placed in a 100 mL three-necked flask equipped with a reflux tube. (9.0 mol%) and 16 mL (2.0 wt%) of dehydrated toluene were added to obtain a uniform solution.
  • the reaction solution was cooled to room temperature, poured into 200 mL of a 10 wt% hydrogen chloride methanol solution, and the precipitated polymer was collected by filtration.
  • 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 8.0 mL of orthodichlorobenzene, 0.17 g of sodium diethyldithiocarbamate and 3.0 mL of water were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 2 hours.
  • polymer compound L After removing the aqueous layer, the organic layer was washed twice with 50 mL of water, then twice with 50 mL of a 3.0 wt% aqueous acetic acid solution, then twice with 50 mL of water, and the resulting solution was taken up in methanol. The polymer was precipitated by pouring. The polymer was filtered and dried, and the obtained polymer was redissolved in 7.0 mL of orthodichlorobenzene and passed through an alumina / silica gel column. The obtained solution was poured into methanol to precipitate a polymer, and the polymer was filtered and dried to obtain 83 mg of a purified polymer.
  • this polymer is referred to as polymer compound L.
  • Reference Example 12 Synthesis of polymer compound J
  • the weight average molecular weight of polymer compound J in terms of polystyrene is 1.1 ⁇ 10 5 Met.
  • Measurement Example 1 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the polymer compound A was dissolved in o-dichlorobenzene at a concentration of 0.75% by weight and applied onto a glass substrate by spin coating. The coating operation was performed at 23 ° C. Then, it baked for 5 minutes on 120 degreeC conditions in air
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured with a spectrophotometer (trade name: V-670, manufactured by JASCO Corporation). The measured spectrum is shown in FIG.
  • Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement example 2 Measurement of absorbance of organic thin film
  • An organic thin film was formed in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound B was used in place of the polymer compound A, and the absorption spectrum thereof was measured. The measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 3 Measurement of absorbance of organic thin film
  • An organic thin film was formed in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound C was used instead of the polymer compound A, and the absorption spectrum thereof was measured.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 4 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound D was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 5 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound E was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 6 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound F was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 7 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound G was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 8 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound K was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Measurement Example 9 Measurement of absorbance of organic thin film
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured in the same manner as in Measurement Example 1 except that the polymer compound L was used instead of the polymer compound A.
  • the measured spectrum is shown in FIG. Table 1 shows the absorbance at 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
  • Comparative Example 1 Measurement of absorbance of organic thin film
  • Polymer compound J was dissolved in o-dichlorobenzene at a concentration of 0.5% by weight and applied onto a glass substrate by spin coating. The coating operation was performed at 23 ° C. Then, it baked for 5 minutes on 120 degreeC conditions in air
  • the absorption spectrum of the organic thin film was measured with a spectrophotometer (trade name: V-670, manufactured by JASCO Corporation). The measured spectrum is shown in FIG.
  • Example 10 (Production and Evaluation of Organic Thin Film Solar Cell) Fullerene derivative C70PCBM (Phenyl C71-butylic acid methyl ester, manufactured by American Dye Source, Inc., trade name: ADS71BFA (lot number 10K037E), which is an electron-accepting compound, and polymer compound A, which is an electron-donating compound, 2: The mixture was dissolved in o-dichlorobenzene so that the concentration of the mixture was 2.25% by weight, and the resulting solution was filtered through a Teflon filter having a pore size of 0.5 ⁇ m. A coating solution 1 was prepared.
  • a glass substrate provided with an ITO film with a thickness of 150 nm by a sputtering method was subjected to surface treatment by ozone UV treatment.
  • a PEDOT: PSS solution (CleviosP VP AI4083 manufactured by HC Starck Co., Ltd.) is applied onto the ITO film by spin coating, and heated at 120 ° C. for 10 minutes in the atmosphere to thereby form a hole injection layer having a thickness of 50 nm. It was created.
  • the coating solution 1 was applied onto the ITO film by spin coating to obtain a functional layer of an organic thin film solar cell.
  • the film thickness of the functional layer was 100 nm.
  • the organic thin film solar cell was produced by vapor-depositing calcium with a film thickness of 4 nm with a vacuum evaporation machine, and vapor-depositing aluminum with a film thickness of 100 nm.
  • the degree of vacuum at the time of vapor deposition is all 1-9x10 -3 Pa.
  • the shape of the organic thin film solar cell thus obtained was a square of 2 mm ⁇ 2 mm.
  • a solar simulator (trade name OTENTO-SUNII: AM1.5G filter, irradiance 100 mW / cm, manufactured by Spectrometer Co., Ltd.) was applied to the obtained organic thin film solar cell. 2 ) was used to irradiate constant light, and the generated current and voltage were measured.
  • Example 11 Provide and Evaluation of Organic Thin Film Solar Cell
  • An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 10 except that the polymer compound G was used instead of the polymer compound A.
  • the photoelectric conversion efficiency is 6.25%
  • Jsc (short circuit current density) is 13.2 mA / cm.
  • 2 Voc (open end voltage) was 0.88 V
  • FF (fill factor) was 0.54.
  • Example 12 (Production and Evaluation of Organic Thin Film Solar Cell) An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 10 except that tetralin was used instead of o-dichlorobenzene. The photoelectric conversion efficiency is 6.33%, and Jsc (short circuit current density) is 15.2 mA / cm. 2 Voc (open end voltage) was 0.76 V, and FF (fill factor) was 0.55.
  • Example 13 (Production and Evaluation of Organic Thin Film Solar Cell) An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 8 except that the polymer compound K was used instead of the polymer compound A. The photoelectric conversion efficiency is 6.14%, and Jsc (short circuit current density) is 16.2 mA / cm. 2 Voc (open end voltage) was 0.76 V, and FF (fill factor) was 0.50.
  • the polymer compound of the present invention has a large absorbance for light having a long wavelength and can be used for an organic photoelectric conversion device.

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Abstract

式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む高分子化合物は長波長の光の吸光度が大きく、有機光電変換素子に用いることができる。 〔式(A)及び式(B)中、Rは、同一又は相異なり、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、式(2a)で表される基、又は(2b)で表される基を表す。Ar、Ar、Arは、置換基を有してもよい炭素数6~60の芳香族炭化水素基又は炭素数4~60の複素環基を示す。〕

Description

高分子化合物及び有機光電変換素子
 本発明は、高分子化合物並びにそれを用いた有機光電変換素子及び有機薄膜トランジスタに関する。
 有機半導体材料は、例えば有機太陽電池や光センサー等の有機光電変換素子に用いられる。有機半導体材料のなかでもとくに高分子化合物を用いれば、安価な塗布法で薄膜を作製することができ、素子の製造コストを削減することが可能である。
 有機光電変換素子の諸特性を向上させるために、当該素子を構成する有機半導体材料について種々の高分子化合物が検討されている。例えば、9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸エステルと5,5’’’’−ジブロモ−3’’,4’’−ジヘキシル−α−ペンタチオフェンとを重合した高分子化合物が提案されている(WO2005/092947)。
 しかしながら、上記高分子化合物は、長波長の光の吸収が十分でないという課題がある。
 本発明は長波長の光の吸光度が大きい高分子化合物を提供する。
 即ち、本発明は、後述の式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む高分子化合物を提供する。
 また、本発明は、後述の式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を提供する。
 図1~図7は、それぞれ高分子化合物A~Gの吸収スペクトルを示す図である。図8~図10は、それぞれ高分子化合物J、K及びLの吸収スペクトルを示す図である。
 以下、本発明を詳細に説明する。
<高分子化合物>
 本発明の高分子化合物は、式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
〔式(A)及び式(B)中、Rは、同一又は相異なり、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、式(2a)で表される基、又は(2b)で表される基を表す。Ar及びArは、置換基を有してもよい炭素数6~60の3価の芳香族炭化水素基又は炭素数4~60の3価の複素環基を示す。Arは、置換基を有してもよい炭素数6~60の2価の芳香族炭化水素基又は炭素数4~60の2価の複素環基を示す。〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
(式(2a)中、m1は、0~6の整数を表し、m2は、0~6の整数を表す。R’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
(式(2b)中、m3は、0~6の整数を表し、m4は、0~6の整数を表す。R’’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
 Rで表されるアルキル基は通常炭素数が1~20であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、イソ−オクチル基、デシル基、ドデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基である。アルキル基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよく、フッ素原子で置換されたアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基及びパーフルオロオクチル基が挙げられる。
 Rで表されるアルコキシ基は通常炭素数が1~20であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基である。アルコキシ基中の水素原子は、フッ素原子で置換されていてもよく、フッ素原子で置換されたアルコキシ基としては、例えば、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシルオキシ基及びパーフルオロオクチルオキシ基が挙げられる。
 Rで表されるアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、水素原子1個を除いた原子団である。アリール基には、ベンゼン環を含む基、芳香族性を有する縮合環を含む基、2個以上のベンゼン環又は芳香族性を有する縮合環が直接結合した構造を有する基、2個以上のベンゼン環又は芳香族性を有する縮合環がビニレン等の基を介して結合した基などが含まれる。アリール基の炭素数は6~60であることが好ましく、6~30であることがより好ましい。アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基が挙げられる。芳香族炭化水素が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アルキル基、アルコキシ基が挙げられる。該アルキル基及びアルコキシ基の定義及び具体例は、Rで表されるアルキル基及びアルコキシ基の定義及び具体例と同じである。
 Rで表されるヘテロアリール基は、置換基を有していてもよい芳香族複素環式化合物から、水素原子1個を除いた原子団である。ヘテロアリール基としては、例えば、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基が挙げられる。芳香族複素環式化合物が有していてもよい置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アルキル基、アルコキシ基が挙げられる。該アルキル基及びアルコキシ基の定義及び具体例は、Rで表されるアルキル基及びアルコキシ基の定義及び具体例と同じである。
 式(2a)で表される基において、m1は、0~6の整数を表し、m2は、0~6の整数を表す。R’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。R’で表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例は、Rで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例と同じである。
 式(2b)で表される基において、m3は、0~6の整数を表し、m4は、0~6の整数を表す。R’’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。R’’で表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例は、Rで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例と同じである。
 Rが、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基又はフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基である場合、高分子化合物の溶媒への溶解性の観点からは、アルキル基又はアルコキシ基の炭素数は1~20であることが好ましく、2~18であることがより好ましく、3~12であることがさらに好ましい。
 式(A)、(B)中、Ar及びArは、置換基を有してもよい炭素数6~60の3価の芳香族炭化水素基、又は、置換基を有してもよい炭素数4~60の3価の複素環基を示し、Arは、置換基を有してもよい炭素数6~60の2価の芳香族炭化水素基又は置換基を有してもよい炭素数4~60の2価の複素環基を示す。
 Ar及びArにおいて、置換基を有してもよい炭素数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。またArにおいて、置換基を有してもよい炭素数6~60の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2つの水素原子を除いた2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、5つ以下の環が縮合した縮合環、又は単環が好ましく、2つの環が縮合した縮合環、又は単環がより好ましく、単環がさらに好ましい。
 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。
 芳香族炭化水素基が置換基を有する場合、上述した好適な芳香族炭化水素基の炭素数には、置換基の炭素数は含まない。置換基としては、上記Rと同じ基が挙げられる。
 炭素数4~60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4~60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価の基を示す。また炭素数4~60の2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2つの水素原子を除いた2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、5つ以下の環が縮合した縮合環、又は単環が好ましく、2つの環が縮合した縮合環、又は単環がより好ましく、単環がさらに好ましい。
 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、より好ましくはチオフェンである。
 複素環基が置換基を有する場合、上述した好適な複素環基の炭素数には、置換基の炭素数は含まない。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3~60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Rと同じ基が挙げられる。
 Ar、Arとしては、ベンゼン又はチオフェンにおける芳香環上の3つの水素原子を除いた3価の基が好ましい。またArとしては、ベンゼン又はチオフェンにおける芳香環上の3つの水素原子を除いた2価の基が好ましい。
 式(A)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記繰り返し単位が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
 式(B)で表される繰り返し単位としては、例えば、下記繰り返し単位が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
 本発明の高分子化合物は、光電変換効率の観点からは、式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とが直接結合した繰り返し単位を含むことが好ましい。
 本発明の高分子化合物に含まれる式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位の合計量は、該高分子化合物を含む機能層を有する有機光電変換素子の光電変換効率を高める観点からは、該高分子化合物が含有する繰り返し単位の合計量に対して、20~100モル%であることが好ましく、30~100モル%であることがより好ましい。
 また本発明の高分子化合物に含まれる式(A)で表される繰り返し単位の数と、式(B)で表される繰り返し単位の数との比は、例えば1:9~9:1であり、3:7~7:3が好ましい。
 本発明の高分子化合物の他の態様は、式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
〔式(1)中、Rは、前述と同じ意味を表す。〕
 式(1)で表される繰り返し単位としては、例えば、以下の繰り返し単位が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
 本発明の高分子化合物に含まれる式(1)で表される繰り返し単位の量は、該高分子化合物を含む機能層を有する有機光電変換素子の光電変換効率を高める観点からは、該高分子化合物が含有する繰り返し単位の合計量に対して、20~100モル%であることが好ましく、30~100モル%であることがより好ましい。
 本発明の高分子化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量は、好ましくは10~10であり、より好ましくは10~10であり、さらに好ましくは10~10である。
 本発明の高分子化合物は、共役系高分子化合物であることが好ましい。ここで、共役系高分子化合物とは、高分子化合物の主鎖を構成する原子が実質的に共役している化合物を意味する。
 本発明の高分子化合物は、式(A)で表される繰り返し単位、式(B)で表される繰り返し単位、式(1)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を有していてもよい。該繰り返し単位としては、アリーレン基、ヘテロアリーレン基等が挙げられる。アリーレン基としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、ピレンジイル基、フルオレンジイル基等が挙げられる。ヘテロアリーレン基としては、フランジイル基、ピロールジイル基、ピリジンジイル基等が挙げられる。
 <高分子化合物の製造方法>
 本発明の高分子化合物は、如何なる方法で製造してもよいが、例えば、用いる重合反応に適した官能基を有するモノマーを合成した後に、必要に応じて該モノマーを有機溶媒に溶解し、アルカリ、触媒、配位子等を用いた公知のアリールカップリング反応を用いて重合することにより合成することができる。前記モノマーの合成は、例えば、特開2006−182920号公報、特開2006−335933号公報に示された方法を参考にして行うことができる。
 アリールカップリング反応による重合は、例えば、Stilleカップリング反応による重合、Suzukiカップリング反応による重合、Yamamotoカップリング反応による重合、Kumada−Tamaoカップリング反応による重合が挙げられる。
 Stilleカップリング反応による重合は、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[トリス(ジベンジリデンアセトン)]ジパラジウム、パラジウムアセテート、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロライドなどのパラジウム錯体を触媒として用い、必要に応じて、トリフェニルホスフィン、トリ(2−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィン等の配位子を添加し、有機スズ残基を有するモノマーと、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を有するモノマー、又は、トリフルオロメタンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。Stilleカップリング反応による重合の詳細は、例えば、アンゲヴァンテ ケミー インターナショナル エディション(Angewandte Chemie International Edition),2005年,第44巻,p.4442−4489に記載されている。
 Suzukiカップリング反応による重合は、無機塩基又は有機塩基の存在下、パラジウム錯体又はニッケル錯体を触媒として用い、必要に応じて配位子を添加し、ボロン酸残基又はホウ酸エステル残基を有するモノマーと、臭素原子、ヨウ素原子、塩素原子等のハロゲン原子を有するモノマー、又は、トリフルオロメタンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。
 無機塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、リン酸三カリウム、フッ化カリウムが挙げられる。有機塩基としては、例えば、フッ化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムが挙げられる。パラジウム錯体としては、例えば、パラジウム[テトラキス(トリフェニルホスフィン)]、[トリス(ジベンジリデンアセトン)]ジパラジウム、パラジウムアセテート、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロライドが挙げられる。ニッケル錯体としては、例えば、ビス(シクロオクタジエン)ニッケルが挙げられる。配位子としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ(2−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(2−メトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィンが挙げられる。
 Suzukiカップリング反応による重合の詳細は、例えば、ジャーナル オブ ポリマー サイエンス:パート エー:ポリマー ケミストリー(Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry),2001年,第39巻,p.1533−1556に記載されている。
 Yamamotoカップリング反応による重合は、触媒と還元剤とを用い、ハロゲン原子を有するモノマー同士、トリフルオロメタンスルホネート基等のスルホネート基を有するモノマー同士又はハロゲン原子を有するモノマーとスルホネート基を有するモノマーとを反応させる重合である。
 触媒としては、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル等のニッケルゼロ価錯体とビピリジル等の配位子からなる触媒、[ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]ニッケルジクロライド、[ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルジクロライド等のニッケルゼロ価錯体以外のニッケル錯体と、必要に応じ、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン、トリ(シクロヘキシル)ホスフィン、トリ(tert−ブチル)ホスフィン等の配位子からなる触媒が挙げられる。還元剤としては、例えば、亜鉛、マグネシウムが挙げられる。Yamamotoカップリング反応による重合は、脱水した溶媒を反応に用いてもよく、不活性雰囲気下で反応を行ってもよく、脱水剤を反応系中に添加して行ってもよい。
 Yamamotoカップリングによる重合の詳細は、例えば、マクロモルキュルズ(Macromolecules),1992年,第25巻,p.1214−1223に記載されている。
 Kumada−Tamaoカップリング反応による重合は、[ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]ニッケルジクロライド、[ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケルジクロライド等のニッケル触媒を用い、ハロゲン化マグネシウム基を有する化合物とハロゲン原子を有する化合物とを反応させる重合するである。反応は、脱水した溶媒を反応に用いてもよく、不活性雰囲気下で反応を行ってもよく、脱水剤を反応系中に添加して行ってもよい。
 前記アリールカップリング反応による重合では、通常、溶媒が用いられる。該溶媒は、用いる重合反応、モノマー及びポリマーの溶解性等を考慮して選択すればよい。具体的には、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が挙げられる。Stilleカップリング反応に用いる溶媒はテトラヒドロフラン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が好ましい。Stilleカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。Suzukiカップリング反応に用いる溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒、有機溶媒相と水相の二相を有する溶媒が好ましい。Suzukiカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。Yamamotoカップリング反応に用いる溶媒は、テトラヒドロフラン、トルエン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、これらの溶媒を2種以上混合した混合溶媒等の有機溶媒が好ましい。Yamamotoカップリング反応に用いる溶媒は、副反応を抑制するために、反応前に脱酸素処理を行うことが好ましい。
 前記アリールカップリング反応による重合の中でも、反応性の観点からは、Stilleカップリング反応により重合する方法、Suzukiカップリング反応により重合する方法、Yamamotoカップリング反応により重合する方法が好ましく、Stilleカップリング反応により重合する方法、Suzukiカップリング反応による重合する方法、ニッケルゼロ価錯体を用いたYamamotoカップリング反応による重合する方法がより好ましい。
 前記アリールカップリング反応の反応温度の下限は、反応性の観点からは、好ましくは−100℃であり、より好ましくは−20℃であり、特に好ましくは0℃である。反応温度の上限は、モノマー及び高分子化合物の安定性の観点からは、好ましくは200℃であり、より好ましくは150℃であり、特に好ましくは120℃である。
 前記アリールカップリング反応による重合において、反応終了後の反応溶液からの本発明の高分子化合物を取り出す方法としては、公知の方法が挙げられる。例えば、メタノール等の低級アルコールに反応溶液を加え、析出した沈殿をろ過し、ろ物を乾燥することにより、本発明の高分子化合物を得ることができる。得られた高分子化合物の純度が低い場合は、再結晶、ソックスレー抽出器による連続抽出、カラムクロマトグラフィー等により精製することができる。
 本発明の高分子化合物を有機光電変換素子の製造に用いる場合、高分子化合物の末端に重合活性基が残っていると、有機光電変換素子の耐久性等の特性が低下することがあるため、高分子化合物の末端を安定な基で保護することが好ましい。
 末端を保護する安定な基としては、アルキル基、アルコキシ基、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、アリール基、アリールアミノ基、1価の複素環基等が挙げられる。アリールアミノ基としては、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基等が挙げられる。1価の複素環基としては、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基等が挙げられる。また、高分子化合物の末端に残っている重合活性基を、安定な基に代えて、水素原子で置換してもよい。ホール輸送性を高める観点からは、末端を保護する安定な基がアリールアミノ基などの電子供与性を付与する基であることが好ましい。高分子化合物が共役高分子化合物である場合、高分子化合物の主鎖の共役構造と末端を保護する安定な基の共役構造とが連続するような共役結合を有している基も末端を保護する安定な基として好ましく用いることができる。該基としては、例えば、アリール基、芳香族性を有する1価の複素環基が挙げられる。
 Stilleカップリングを用いて本発明の高分子化合物を製造する場合、例えば、式(3)で表される化合物と式(4)で表される化合物とを重合して該高分子化合物を製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017
(式(3)中、Rは、前述と同じ意味を表す。複数あるRは、同一でも相異なっていてもよい。Zは、臭素原子、ヨウ素原子又は塩素原子を表す。2個あるZは、同一でも相異なっていてもよい。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
(式(4)中、Rは前述と同じ意味を表す。2個あるRは、同一でも相異なっていてもよい。Zは有機スズ残基を表す。)
 式(3)において、重合時の反応性を高める観点からは、Zが臭素原子、塩素原子であることが好ましく、臭素原子であることがさらに好ましい。式(3)で表される化合物は、例えば、Organic Electronics 2010,11,1740−1745に記載の方法を用いて合成することができる。一般的には、3、4−チオフェンジカルボン酸を氷酢酸下臭素にて得られる2、5−ジブロモ−3、4−ジカルボン酸に無溶媒またはクロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素等の溶媒中塩化チオニルや二塩化オギザリル等の塩素化剤を反応させて得られる酸クロリド化合物にクロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素等の溶媒中ルイス酸、例えば塩化アルミニウム(III)存在化にて前記Rで定義された置換ベンゼンを反応させる(フリーデル・クラフツ反応)ことにより合成できる。
 式(3)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
 式(4)において、式(4)で表される化合物の合成のしやすさの観点からは、Zが−SnMe、−SnEt又は−SnBuであることが好ましい。ここで、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表し、Buはブチル基を表す。
 式(4)で表される化合物は、例えば、式(5)で表される化合物と有機リチウム化合物とを反応させて中間体を製造した後に、該中間体とトリアルキルスズハライドとを反応させることによって製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
(式(5)中、Rは前述と同じ意味を表す。)
 有機リチウム化合物としては、例えば、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミドが挙げられる。有機リチウム化合物の中でも、n−ブチルリチウムが好ましい。トリアルキルスズハライドとしては、例えば、トリメチルスズクロリド、トリエチルクロリド、トリブチルクロリドが挙げられる。
 式(5)で表される化合物と有機リチウム化合物から中間体を製造する反応及び該中間体とトリアルキルスズハライドから式(4)で表される化合物を製造する反応は、通常、溶媒中で行われる。溶媒としては十分に脱水したテトラヒドロフラン、十分に脱水した1,4−ジオキサン、十分に脱水したジエチルエーテルが好ましく用いられる。
 有機リチウム化合物と式(5)で表される化合物とを反応させる際の温度は、通常、−100~50℃であり、好ましくは−80~0℃である。有機リチウム化合物と式(5)で表される化合物とを反応させる時間は、通常、1分~10時間であり、好ましくは30分~5時間である。反応させる有機リチウム化合物の量は、式(5)で表される化合物に対して、通常、2~5モル当量(以下、モル当量を単に当量と記載する。)であり、好ましくは2~3当量である。
 前記中間体とトリアルキルスズハライドとを反応させる時の温度は、通常、−100~100℃であり、好ましくは−80℃~50℃である。前記中間体とトリアルキルスズハライドを反応させる時間は、通常、1分~30時間であり、好ましくは1~10時間である。反応させるトリアルキルスズハライドの量は、式(5)で表される化合物に対して、通常、2~6当量であり、好ましくは2~3当量である。
 反応後は、通常の後処理を行い、式(4)で表される化合物を得ることができる。例えば、水を加えて反応を停止させた後に、生成物を有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する後処理が挙げられる。生成物の単離及び精製は、クロマトグラフィーによる分取や再結晶などの方法により行うことができる。
 式(5)で表される化合物は、例えば、式(6)で表される化合物を酸の存在下で、反応させることにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
(式(6)中、Rは前述と同じ意味を表す)
 式(6)で表される化合物から式(5)で表される化合物を製造する反応に用いられる酸は、ルイス(Lewis)酸であってもブレンステッド(Bronsted)酸であってもよく、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、安息香酸、フッ化ホウ素、塩化アルミニウム、塩化スズ(IV)、塩化鉄(II)、四塩化チタン、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸及びこれらの化合物の混合物が例示される。
 式(6)で表される化合物から式(5)で表される化合物を製造する反応は、溶媒の存在下で実施することが好ましい。該反応の反応温度は、−80℃以上溶媒の沸点以下の温度が好ましい。
 反応に用いられる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどの飽和炭化水素溶媒、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの不飽和炭化水素溶媒、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などのハロゲン化飽和炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化不飽和炭化水素溶媒、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−ブチルアルコールなどのアルコール溶媒、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸溶媒、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、ジオキサンなどのエーテル溶媒等が挙げられる。該溶媒を単一で用いても、混合して用いてもよい。
 反応後は、通常の後処理を行い、式(5)で表される化合物を得ることができる。例えば、水を加えて反応を停止させた後に、生成物を有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する後処理が挙げられる。生成物の単離及び精製は、クロマトグラフィーによる分取や再結晶などの方法により行うことができる。
 式(6)で表される化合物は、例えば、式(7)で表される化合物とグリニャール(Grignard)試薬又は有機リチウム化合物とを反応させることにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022
 上記反応に用いられるGrignard試薬としては、メチルマグネシウムクロライド、メチルマグネシウムブロマイド、エチルマグネシウムクロライド、エチルマグネシウムブロマイド、プロピルマグネシウムクロライド、プロピルマグネシウムブロマイド、ブチルマグネシウムクロライド、ブチルマグネシウムブロマイド、ヘキシルマグネシウムブロマイド、オクチルマグネシウムブロマイド、デシルマグネシウムブロマイド、アリルマグネシウムクロライド、アリルマグネシウムブロマイド、ベンジルマグネシウムクロライド、フェニルマグネシウムブロマイド、ナフチルマグネシウムブロマイド、トリルマグネシウムブロマイドなどが挙げられる。
 有機リチウム化合物としては、メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、ナフチルリチウム、ベンジルリチウム、トリルリチウムなどが挙げられる。
 式(7)で表される化合物とグリニャール(Grignard)試薬又は有機リチウム化合物から式(6)で表される化合物を製造する反応は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。また、該反応は、溶媒の存在下で実施することが好ましい。該反応の反応温度は、−80℃以上溶媒の沸点以下の温度が好ましい。
 反応に用いられる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどの飽和炭化水素溶媒、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの不飽和炭化水素溶媒、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、ジオキサンなどのエーテル溶媒等が挙げられる。該溶媒を単一で用いても、混合して用いてもよい。
 反応後は、通常の後処理を行い、式(6)で表される化合物を得ることができる。例えば、水を加えて反応を停止させた後に、生成物を有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する後処理が挙げられる。生成物の単離及び精製は、クロマトグラフィーによる分取や再結晶などの方法により行うことができる。
 式(7)で表される化合物は、例えば、式(8)で表される化合物と過酸化物とを反応させることにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023
 過酸化物としては、過ホウ酸ナトリウム、m−クロロ過安息香酸、過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイドなどが挙げられる。好ましくは過ホウ酸ナトリウム、m−クロロ過安息香酸であり、特に好ましくは過ホウ酸ナトリウムである。
 式(8)で表される化合物と過酸化物から式(7)で表される化合物を製造する反応は、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸などのカルボン酸溶媒の存在下で実施することが好ましい。
 式(8)で表される化合物の溶解性を上げるためには、カルボン酸溶媒に、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ベンゼン、トルエンからなる群から選ばれる1種以上の溶媒を混合した混合溶媒で反応を行うことが好ましい。該反応の反応温度は、0℃以上50℃以下の温度が好ましい。
 反応後は、通常の後処理を行い、式(7)で表される化合物を得ることができる。例えば、水を加えて反応を停止させた後に、生成物を有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する後処理が挙げられる。生成物の単離及び精製はクロマトグラフィーによる分取や再結晶などの方法により行うことができる。
 式(4)で表される化合物としては、例えば、下記化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025
 (式中、Buはn−ブチル基を表す。)
 本発明の高分子化合物には、式(C−1)~式(C−12)で表される構造単位が第三の構造単位として含まれていてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026
 式(C−1)~式(C−12)中、Xは、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。Xが複数ある場合には複数あるXは同一であっても良いし、異なっていても良い。
 式(C−1)~式(C−12)中、Rは、上記に示されるものと同じものを表す。Rが複数ある場合には複数あるRは同一であっても良いし、異なっていても良い。
<有機光電変換素子>
 本発明の高分子化合物は、600nmの光等の長波長の光の吸光度が高く、太陽光を効率的に吸収するため、本発明の高分子化合物を用いて製造した有機光電変換素子は短絡電流密度が大きくなる。また、本発明の高分子化合物は、大きな解放端電圧を得ることができる。
 本発明の有機光電変換素子は、一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と本発明の高分子化合物を含有する。電子受容性化合物としては、フラーレンまたはフラーレン誘導体が好ましい。有機光電変換素子の具体例としては、
1.一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と、本発明の高分子化合物とを含有する有機光電変換素子;
2.一対の電極と、該電極間に機能層を有し、該機能層が電子受容性化合物と、本発明の高分子化合物とを含有する有機光電変換素子であって、該電子受容性化合物がフラーレン誘導体である有機光電変換素子;
が挙げられる。前記一対の電極は、通常、少なくとも一方が透明又は半透明であり、以下、その場合を一例として説明する。
 前記1.の有機光電変換素子では、電子受容性化合物及び前記高分子化合物を含有する機能層における該電子受容性化合物の量が、前記高分子化合物100重量部に対して、10~1000重量部であることが好ましく、20~500重量部であることがより好ましい。また、前記2.の有機光電変換素子では、フラーレン誘導体及び前記高分子化合物を含有する機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、10~1000重量部であることが好ましく、20~500重量部であることがより好ましい。光電変換効率を高める観点からは、機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、20~400重量部であることが好ましく、40~250重量部であることがより好ましく、80~120重量部であることがさらに好ましい。短絡電流密度を高める観点からは、機能層における該フラーレン誘導体の量が、該高分子化合物100重量部に対して、20~250重量部であることが好ましく、40~120重量部であることがより好ましい。
 有機光電変換素子が高い光電変換効率を有するためには、前記電子受容性化合物及び本発明の高分子化合物が所望の入射光のスペクトルを効率よく吸収することができる吸収域を有するものであること、ヘテロ接合界面が励起子を効率よく分離するためにヘテロ接合界面を多く含むこと、ヘテロ接合界面が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ことが重要である。
 このような観点から、有機光電変換素子としては、前記1.、前記2.の有機光電変換素子が好ましく、ヘテロ接合界面を多く含むという観点からは、前記2.の有機光電変換素子がより好ましい。また、本発明の有機光電変換素子には、少なくとも一方の電極と該素子中の機能層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、ホール又は電子を輸送する電荷輸送層、バッファ層等が挙げられる。
 本発明の有機光電変換素子は、通常、基板上に形成される。該基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に化学的に変化しないものであればよい。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコンが挙げられる。不透明な基板の場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明又は半透明であることが好ましい。
 一対の電極の材料には、金属、導電性高分子等を用いることができる。一対の電極のうち一方の電極の材料は仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、及びそれらの金属のうちの2つ以上の金属の合金、又はそれらの金属のうちの1つ以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうちの1つ以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物等が用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金が挙げられる。
 前記の透明又は半透明の電極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性材料を用いて作製された膜、NESA、金、白金、銀、銅が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。電極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、電極材料として、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等の有機の透明導電膜を用いてもよい。
 前記付加的な層としての電荷輸送層、即ち、ホール輸送層又は電子輸送層に用いられる材料として、それぞれ後述の電子供与性化合物、電子受容性化合物を用いることができる。
 付加的な層としてのバッファ層に用いられる材料としては、フッ化リチウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物又は酸化物等を用いることができる。また、酸化チタン等の無機半導体の微粒子を用いることもできる。
<有機薄膜>
 本発明の有機光電変換素子における前記機能層としては、例えば、本発明の高分子化合物と電子受容性化合物とを含有する有機薄膜を用いることができる。
 前記有機薄膜は、膜厚が、通常、1nm~100μmであり、好ましくは2nm~1000nmであり、より好ましくは5nm~500nmであり、さらに好ましくは20nm~200nmである。
 前記有機薄膜は、前記高分子化合物を一種単独で含んでいても二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、前記有機薄膜のホール輸送性を高めるため、前記有機薄膜中に電子供与性化合物として、低分子化合物及び/又は前記高分子化合物以外の高分子化合物を混合して用いることもできる。
 本発明の高分子化合物以外に有機薄膜が含んでいてもよい電子供与性化合物としては、例えば、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、トリフェニルジアミン誘導体、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、側鎖又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、ポリフェニ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。
 前記電子受容性化合物としては、例えば、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、テトラシアノアント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、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等のフラーレン及びその誘導体、カーボンナノチューブ、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン等のフェナントロリン誘導体が挙げられ、とりわけフラーレン及びその誘導体が好ましい。
 前記電子供与性化合物、前記電子受容性化合物は、これらの化合物のエネルギー準位のエネルギーレベルから相対的に決定される。
 フラーレン及びその誘導体としては、C60、C70、C84及びその誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体とは、フラーレンの少なくとも一部が修飾された化合物を表す。
 フラーレン誘導体としては、例えば、式(I)で表される化合物、式(II)で表される化合物、式(III)で表される化合物、式(IV)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027
(式(I)~(IV)中、Rは、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はエステル構造を有する基である。複数個あるRは、同一であっても相異なってもよい。Rはフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基又はアリール基を表す。複数個あるRは、同一であっても相異なってもよい。)
 R及びRで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例は、Rで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例と同じである。
 Rで表されるエステル構造を有する基は、例えば、式(V)で表される基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
(式(V)中、u1は、1~6の整数を表す、u2は、0~6の整数を表す、Rは、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)
 [0104]
 Rで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例は、Rで表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基の定義及び具体例と同じである。
 C60の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000030
 C70の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000031
<有機薄膜の製造方法>
 前記有機薄膜は、如何なる方法で製造してもよく、例えば、本発明の高分子化合物を含む溶液からの成膜による方法で製造してもよいし、真空蒸着法により有機薄膜を形成してもよい。溶液からの成膜により有機薄膜を製造する方法としては、例えば、一方の電極上に該溶液を塗布し、その後、溶媒を蒸発させて有機薄膜を製造する方法が挙げられる。
 溶液からの成膜に用いる溶媒は、本発明の高分子化合物を溶解させるものであれば特に制限はない。この溶媒としては、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、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溶媒が挙げられる。本発明の高分子化合物は、通常、前記溶媒に0.1重量%以上溶解させることができる。
 溶液からの成膜には、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、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が好ましい。
 <素子の用途>
 有機光電変換素子は、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、有機薄膜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。
 また、電極間に電圧を印加した状態で、透明又は半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、有機光センサーとして動作させることができる。有機光センサーを複数集積することにより有機イメージセンサーとして用いることもできる。
<有機トランジスタ>
 本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と、ゲート電極とを備え、前記有機半導体層に、式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む高分子化合物、又は式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物を含有する。
 本発明の高分子化合物は電荷移動度が高いため、本発明の高分子化合物を含む有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタは、電界効果移動度が高くなる。
 以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 高分子化合物のポリスチレン換算の重量平均分子量はサイズエクスクルージョンクロマトグラフィー(SEC)により求めた。
カラム: TOSOH TSKgel SuperHM−H(2本)+ TSKgel SuperH2000(4.6mm I.d. ×15cm);検出器:RI (SHIMADZU RID−10A);移動相:テトラヒドロフラン(THF)
参考例1 (化合物2の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000032
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した200mL四つ口フラスコに、WO2011/052709A1に記載の方法で合成した化合物1を2.00g(9.60mmol)と脱水THF(テトラヒドロフラン)を60mL入れて均一な溶液とした。フラスコを−20℃に保ちながら、反応液に2.88Mの3−メチルブチルマグネシウムブロマイドのジエチルエーテル溶液を10.0mL(28.8mmol)加えた。その後、30分かけて温度を−5℃まで上げ、そのままの温度で反応液を30分攪拌した。その後、10分かけて温度を0℃に上げ、そのままの温度で反応液を1.5時間攪拌した。その後、反応液に水を加えて反応を停止し、さらに酢酸エチルを加え、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、溶媒を留去して化合物2を3.17g(8.99mmol)得た。
参考例2 (化合物3の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000033
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した300mLフラスコに、化合物2を3.17g(8.99mmol)、トルエンを90mL入れて均一な溶液とした。該溶液にp−トルエンスルホン酸ナトリウム1水和物を310mg(1.63mmol)入れて120℃で3時間攪拌を行った。反応液を室温(25℃)まで冷却後、水50mLを加え、さらにトルエンを加えて反応生成物を含む有機層を抽出した。トルエン溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗生成物を、展開溶媒がヘキサンであるシリカゲルカラムで精製して化合物3を3.21g(9.59mmol)得た。
H NMR(CDCl):δ 0.83(d,6H),0.85(d,6H),1.18(m,2H),1.27(m,2H),1.44(m,2H),1.87(m,4H),6.68(d,1H),6.69(d,1H),6.97(d,1H),7.03(d,1H).
参考例3 (化合物4の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000034
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した300mLフラスコに、化合物3を1.52g(4.54mmol)、脱水THFを80mL入れて均一な溶液とした。該溶液を−78℃に保ち、該溶液に1.6Mのn−ブチルリチウムのヘキサン溶液7.06mL(11.3mmol)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2.5時間攪拌した。その後、フラスコを−78℃に冷却し、反応液にトリブチルスズクロリドを3.97g(12.2mmol)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し、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、エバポレーターで溶媒を留去した。得られたオイル状の物質を展開溶媒がヘキサンであるシリカゲルカラムで精製した。シリカゲルカラムのシリカゲルには、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、ヘキサンで濯いだシリカゲルを用いた。精製後、化合物4を3.77g(4.13mmol)得た。
H NMR(CDCl):δ 0.82(d,6H),0.84(d,6H),0.89(t,18H),0.98−1.62(m,42H),1.88(m,4H),6.68(s,1H),6.71(s,1H).
参考例4 (化合物6の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000035
 窒素気流雰囲気下ジムロートを取付けた500ml3口フラスコに化合物5(10.2g、59.2mmol)、氷酢酸100mllを室温下にて仕込、溶解攪拌した。同温度で臭素18mlを滴下した後、70℃にて16時間加熱攪拌した。冷却後反応液を800mlの氷冷水に注ぎ、攪拌しながら亜硫酸ナトリウムを臭素色が消えるまで加えた。15分間攪拌した後得られた結晶をろ取し、結晶を水50mlずつ用いて2回洗浄した。結晶を水で再結晶し、60℃、10mmHgにて恒量になるまで減圧乾燥することで化合物6を8.0g(24.2mmol、収率40.9%)得た。
H−NMR(270MHz/DMSO−d6):
 δ13.7(brs、2H)
参考例5 (化合物7の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000036
 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6(3.0g、9.1mmol)、トルエン150ml、N、N−ジメチルホルムアミド1滴を室温下にて仕込み、オギザリルクロリド(3.18ml、36mmol)を滴下した。発泡に気をつけながら1時間加熱還流した。還流後室温まで下げ、反応液をエバポレータにて濃縮することで化合物7の粗体を3.33g得た(収率99.7%)。本粗体はそのまま化合物11の合成に使用した。
参考例6 (化合物9の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000037
 窒素気流雰囲気下ジムロートを取付けた500ml3口フラスコにヘキシルマグネシウムブロミド/THF1.0M溶液(142.9ml、143mmol)、無水ジエチルエーテル100mlを仕込み、ここにo−ジクロロベンゼン8(10.0g、68.0mmol)を20mlの無水ジエチルエーテルに溶解した液を室温下滴下した、滴下の最中にNiCl(dppp)(0.18g、0.33mmol)を断続的に加えていった後、1.5時間加熱還流下攪拌した。室温まで冷却後さらに8時間攪拌し、反応液を氷冷6M硫酸水200ml中にあけ、分液漏斗を用いてよく攪拌した後静置、分液した。有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で中和後、無水硫酸マグネシウムで乾燥後エバポレータで濃縮、さらに5mmHg、180℃にて3時間減圧濃縮することで化合物9の粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:ヘキサン)にて精製することで化合物9を14.4g(純度81.3%、47.5mmol)得た。
H−NMR(270MHz/CDCl):
δ7.17−7.07(m、4H)、2.59(t、4H)、1.66−1.49(m、4H)、1.49−1.21(m、12H)、0.92−0.87(m、6H)
参考例7 (化合物10の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000038
 窒素気流雰囲気下ジムロートを取付けた500ml3口フラスコにマグネシウム(1.81g、74.5mmol)、無水THF200mlを仕込み、注意深く3、7−ジメチルオクチルブロミド(15.0g、67.8mmol)を注加、加熱攪拌することでグリニア試薬を調製した。室温まで冷却後該グリニア試薬に無水ジエチルエーテル200mlを加え、o−ジクロロベンゼン8(4.75g、32.3mmol)を20mlの無水ジエチルエーテルに溶解した液を室温下滴下した、滴下の最中にNiCl(dppp)(0.09g、0.17mmol)を断続的に加えていった後、1.5時間加熱還流下攪拌した。室温まで冷却後さらに8時間攪拌し、反応液を氷冷6M硫酸水200ml中にあけ、分液漏斗を用いてよく攪拌した後静置、分液した。有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で中和後、無水硫酸マグネシウムで乾燥後エバポレータで濃縮、さらに5mmHg、180℃にて3時間減圧濃縮することで化合物10の粗生成物を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:ヘキサン)にて精製することで化合物10を7.41g(純度80.7%、16.7mmol)得た。
H−NMR(270MHz/CDCl):
 δ7.15−7.09(m、4H)、2.67−2.53(m、4H)、1.61−1.11(m、20H)、0.96(d、6H)、0.87(d、12H)
参考例8 (化合物11の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000039
 窒素気流雰囲気下ジムロートを取付けた200ml3口フラスコに参考例5で得た化合物7の粗体(3.33g、9.1mmol)、無水ジクロロメタン100mlを加え攪拌、溶解する。0℃まで冷却後塩化アルミニウム(III)(4.80g、36.3mmol)をゆっくりと加え0℃で攪拌する。そこへ化合物9を3.83g(12.6mmol)を無水ジクロロメタン20mlに溶解した液を滴下しさらに3時間攪拌した。攪拌後氷水30ml中にあけ、クロロホルム50mlずつ用い2回抽出、有機層を水洗した後無水硫酸ナトリウムで乾燥後エバポレータで濃縮、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:ヘキサン/酢酸エチル=10/1(v/v))で精製後エタノールで2回再結晶を行い11を1.6g(3.0mmol、収率33%)得た。
H−NMR(270MHz/CDCl):
 δ8.05(s、2H)、2.74(t、4H)、1.69−1.55(m、4H)、1.58−1.25(m、12H)、0.92−0.88(m、6H)
参考例9 (化合物12の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000040
 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6(3.8g、11.5mmol)を用い前記の参考例4の処方に従い得られた化合物7の粗体(4.10g、11.2mmol)、無水ジクロロメタン100mlを加え攪拌、溶解した。0℃まで冷却後塩化アルミニウム(III)(6.0g、45.0mmol)をゆっくりと加え0℃で攪拌した。そこへ化合物10を7.0g(15.8mmol)を無水ジクロロメタン20mlに溶解した液を滴下しさらに3時間攪拌した。攪拌後氷水30ml中にあけ、クロロホルム50mlずつ用い2回抽出、有機層を水洗した後無水硫酸ナトリウムで乾燥後エバポレータで濃縮、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:ヘキサン/酢酸エチル=10/1(v/v))で精製後エタノールで2回再結晶を行い化合物12を2.3g(3.5mmol、収率31.3%)得た。
H−NMR(270MHz/CDCl):
δ8.05(s、2H)、2.83−2.64(m、4H)、1.68−0.94(m、20H)、0.98(d、6H)、0.87(d、12H)
参考例10 (化合物2の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000041
 200mLフラスコ内に、化合物7を1.83g(5.0mmol)、脱水ジクロロメタンを50mL入れ、0℃に冷却した。そこに塩化アルミニウム2.67g(20mmol)をゆっくり加え、0℃で30分間攪拌した。そこに、ヘキシルベンゼン0.89g(5.3mmol)のジクロロメタン溶液20mLを滴下ロートでゆっくりと滴下し、1時間その温度で攪拌した。室温まで昇温させさらに2時間撹拌した。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、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し(展開溶媒ヘキサン:クロロホルム:酢酸エチル=200:80:5、Rf=0.41)、化合物17を1.03g(2.25mmol,45%)得た。
H NMR(CDCl):δ 0.88(t,3H),1.32−1.73(m,8H),2.78(t,2H),7.60(d,1H),8.10(s,1H),8.21(d,1H).
参考例11 (化合物3の合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000042
 窒素で置換した200mLフラスコ内に、化合物7を1.83g(5.0mmol)、脱水ジクロロメタンを50mL入れ、0℃に冷却した。そこに塩化アルミニウム2.67g(20mmol)をゆっくり加え、0℃で30分間攪拌した。そこに、1,2−ジフルオロベンゼン0.56g(5.3mmol)のジクロロメタン溶液20mLを滴下ロートでゆっくりと滴下し、1時間その温度で攪拌した。室温まで昇温させ1時間攪拌した後に、加熱還流下で10時間攪拌を続けた。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、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(展開溶媒クロロホルム)、クロロホルム/ヘキサン混合溶媒で再結晶を行うことにより目的物18を0.86g(2.1mmol,45%)得た。
H NMR(CDCl):δ 8.09(t,2H).
実施例1 (高分子化合物Aの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000043
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物4を273mg(0.300mmol)、参考例8で合成した化合物11を162mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン23ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で3時間攪拌した後にさらに120℃で3時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを370mg加え、さらに2時間攪拌した。その後、フラスコを室温までに冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、トルエン15mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.25gと水3.0mLを加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン11mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体189mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Aと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Aの分子量(ポリスチレン換算)はMw=60100、Mn=20300であった。
実施例2 (高分子化合物Bの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000044
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、WO2011/052709A1に記載の方法で合成した化合物13を316mg(0.300mmol)、化合物11を162.1mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン25ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で2時間攪拌した後にさらに120℃で4時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを370mg加え、さらに2時間攪拌した。その後、フラスコを室温まで冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、メタノールおよびアセトンでそれぞれ3時間洗浄した。円筒ろ紙内に残ったポリマーを、トルエン12mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.26gと水3.0mLを加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン13mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体221mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Bと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Bの分子量(ポリスチレン換算)はMw=49200、Mn=18600であった。
実施例3 (高分子化合物Cの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000045
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物13を158mg(0.150mmol)、WO2011/052709A1に記載の方法で合成した化合物を出発原料に、化合物14を178mg(0.150mmol)、化合物11を162mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン26ml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。その後、トルエン溶液にトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で2時間攪拌した後にさらに120℃で4時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを370mg加え、さらに2時間攪拌した。その後、フラスコを室温まで冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、メタノール及びアセトンでそれぞれ3時間洗浄した。円筒ろ紙内に残ったポリマーを、トルエン15mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.26gと水3.0mLを加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン13mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体233mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Cと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Cの分子量(ポリスチレン換算)はMw=40500、Mn=17600であった。高分子化合物Cは、単量体の仕込み比から、上記式においてn=50、m=50のモル比率を有する高分子化合物と推定される。
実施例4 (高分子化合物Dの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000046
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物1から化合物4を合成する方法と同様の方法を用いて合成した化合物15を299mg(0.300mmol)、化合物11を162mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン24ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で2.5時間攪拌した後にさらに120℃で2時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを130mg加え、さらに1.5時間攪拌した。その後、フラスコを室温までに冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、トルエン12mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.25gと水3.0mLを加え、90℃で3時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン11mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体176mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Dと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Dの分子量(ポリスチレン換算)はMw=45100、Mn=17600であった。
実施例5 (高分子化合物Eの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000047
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物4を273mg(0.300mmol)、化合物12を196mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン24ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で4時間攪拌した後にさらに120℃で1時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを130mg加え、さらに1.5時間攪拌した。その後、フラスコを室温までに冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、トルエン12mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.25gと水3.0mLを加え、90℃で2時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン12mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体178mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Eと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Eの分子量(ポリスチレン換算)はMw=52600、Mn=21100であった。
実施例6 (高分子化合物Fの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000048
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物1から化合物4を合成する方法と同様の方法を用いて合成した化合物16を302mg(0.300mmol)、化合物12を196mg(0.300mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを8.2mg(0.027mmol)、脱水トルエン26ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを4.1mg(0.0045mmol)加え、105℃で3時間攪拌した後にさらに120℃で1.5時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを130mg加え、さらに1.5時間攪拌した。その後、フラスコを室温までに冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、トルエン14mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.25gと水3.0mLを加え、90℃で1.5時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン14mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体244mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Fと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Fの分子量(ポリスチレン換算)はMw=182500、Mn=32500であった。
実施例7 (高分子化合物Gの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000049
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した100mLフラスコに、化合物1から化合物4を合成する方法と同様の方法を用いて合成した化合物16を134mg(0.133mmol)、化合物11を71.6mg(0.133mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを3.6mg(0.012mmol)、脱水トルエン11ml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。その後、トルエン溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを1.8mg(0.0020mmol)加え、105℃で3時間攪拌した後にさらに120℃で1.5時間攪拌した。その後、反応液にフェニルブロミドを130mg加え、さらに1.5時間攪拌した。その後、フラスコを室温までに冷却し、反応液をメタノール200mLと濃塩酸20mLの混合溶液に注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、アセトンおよ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、トルエン6mL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1.0mLを加え、90℃で2.5時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをトルエン5mLに再度溶解し、アルミナ/シリカゲルカラムを通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体244mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Gと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Gの分子量(ポリスチレン換算)はMw=311700、Mn=35100であった。
実施例8 (高分子化合物Kの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000050
窒素雰囲気下、還流管を取り付けた100mL三つ口フラスコに化合物4を182.5mg(0.200mmol)、化合物17を91.2mg(0.200mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを5.8mg(9.0mol%)、脱水トルエンを16mL入れ、均一溶液とした。30分のアルゴンバブリング後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを2.8mg(1.5mol%)を加え、得られた溶液を105℃のオイルバスに浸して2時間加熱下で攪拌した。温度を120℃に上昇させ1時間攪拌した後に、再度トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを2.0mgとトリス(2−トリル)ホスフィンを4.0mg加え、2時間攪拌した。そこに末端封止材として、フェニルブロミドを30mg加え、1.5時間加熱還流下で攪拌した。その後、フラスコを冷却し、反応液を10wt%塩化水素メタノール溶液200mLに注いだ。析出したポリマーをろ過して回収し、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、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、オルトジクロロベンゼン9mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.17gと水3.0mLを加え、90℃で2時間攪拌を行った。水層を除去後、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、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをオルトジクロロベンゼン10mLに再度溶解させ、アルミナ/シリカゲルカラムに通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体を73mg得た。以下、この重合体を高分子化合物Kと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Kの分子量(ポリスチレン換算)はMw=16300、Mn=9600であった。
実施例9 (高分子化合物Lの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000051
窒素雰囲気下、還流管を取り付けた100mL三つ口フラスコに化合物13を210.6mg(0.200mmol)、化合物18を81.6mg(0.200mmol)、トリス(2−トリル)ホスフィンを5.6mg(9.0mol%)、脱水トルエンを16mL(2.0wt%)入れ、均一溶液とした。30分のアルゴンバブリング後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを5.6mg(1.5mol%)を加え、得られた溶液を105℃のオイルバスに浸して2時間加熱下で攪拌した。温度を120℃に上昇させ1時間攪拌した後に、再度トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムを2.0mgとトリス(2−トリル)ホスフィンを4.0mg加え、2時間攪拌した。そこに末端封止材として、フェニルブロミドを30mg加え、1.5時間加熱還流下で攪拌した。反応液を室温まで冷却後、10wt%塩化水素メタノール溶液200mLに注ぎ、析出したポリマーをろ過して回収した。析出したポリマーをろ過して回収し、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、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、オルトジクロロベンゼン8.0mLに溶解させ、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.17gと水3.0mLを加え、90℃で2時間攪拌を行った。水層を除去後、有機層を水50mLで2回洗浄し、次いで、3.0wt%の酢酸水溶液50mLで2回洗浄し、次いで、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。ポリマーをろ過後、乾燥し、得られたポリマーをオルトジクロロベンゼン7.0mLに再度溶解させ、アルミナ/シリカゲルカラムに通した。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、ポリマーをろ過後、乾燥し、精製された重合体を83mgを得た。以下、この重合体を高分子化合物Lと呼称する。GPCで測定した高分子化合物Lの分子量(ポリスチレン換算)はMw=7500、Mn=2950であった。
参考例12 (高分子化合物Jの合成)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000052
 フラスコ内の気体をアルゴンで置換した2L四つ口フラスコに、化合物(H)を7.928g(16.72mmol)、化合物(I)を13.00g(17.60mmol)、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド(商品名Aliquat336(登録商標)、アルドリッチ社製、CHN[(CHCHCl、density 0.884g/ml、25℃)を4.979g、及びトルエンを405ml入れ、撹拌しながら反応系内を30分間アルゴンバブリングした。フラスコ内にジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)を0.02g加え、105℃に昇温し、撹拌しながら2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液42.2mlを滴下した。滴下終了後5時間反応させ、その後、フェニルボロン酸2.6gとトルエン1.8mlとを加え、105℃で16時間撹拌した。その後、反応液にトルエン700ml及び7.5wt%のジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物水溶液200mlを加え、85℃で3時間撹拌した。反応液の水層を除去後、有機層を60℃のイオン交換水300mlで2回、60℃の3wt%酢酸300mlで1回、さらに60℃のイオン交換水300mlで3回洗浄した。有機層をセライト、アルミナ及びシリカを充填したカラムに通し、ろ液を回収した。その後、熱トルエン800mlでカラムを洗浄し、洗浄後のトルエン溶液をろ液に加えた。得られた溶液を700mlまで濃縮した後、濃縮した溶液を2Lのメタノールに加え、重合体を再沈殿させた。重合体をろ過して回収し、500mlのメタノール、500mlのアセトン、500mlのメタノールで重合体を洗浄した。重合体を50℃で一晩真空乾燥することにより、ペンタチエニル−フルオレンコポリマー(高分子化合物J)12.21gを得た。高分子化合物Jのポリスチレン換算の重量平均分子量は1.1×10であった。
測定例1 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aを0.75重量%の濃度でo−ジクロロベンゼンに溶解し、ガラス基板上に、スピンコートで塗布した。塗布操作は23℃で行った。その後、大気下120℃の条件で5分間ベークし、膜厚約100nmの有機薄膜を得た。有機薄膜の吸収スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V−670)で測定した。測定したスペクトルを図1に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例2 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Bを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜を形成し、その吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図2に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例3 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Cを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜を形成し、その吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図3に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例4 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Dを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図4に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例5 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Eを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図5に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例6 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Fを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図6に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例7 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Gを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図7に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例8 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Kを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図9に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
測定例9 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Lを用いた他は、測定例1と同様にして有機薄膜の吸収スペクトルを測定した。測定したスペクトルを図10に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
比較例1 (有機薄膜の吸光度の測定)
 高分子化合物Jを0.5重量%の濃度でo−ジクロロベンゼンに溶解し、ガラス基板上に、スピンコートで塗布した。塗布操作は23℃で行った。その後、大気下120℃の条件で5分間ベークし、膜厚約100nmの有機薄膜を得た。有機薄膜の吸収スペクトルを分光光度計(日本分光株式会社製、商品名:V−670)で測定した。測定したスペクトルを図8に示す。600nm、700nm、800nm及び900nmにおける吸光度を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000053
実施例10 (有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
 電子受容性化合物であるフラーレン誘導体C70PCBM(Phenyl C71−butyric acid methyl ester、アメリカンダイソース社製、商品名:ADS71BFA(ロット番号10K037E)と、電子供与性化合物である高分子化合物Aとを、2:1の重量比で混合し、混合物の濃度が2.25重量%となるよう、o−ジクロロベンゼンに溶解させた。得られた溶液を、孔径0.5μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、塗布溶液1を調製した。
 スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板をオゾンUV処理して表面処理を行った。次に、PEDOT:PSS溶液(H.C.スタルク社製CleviosP VP AI4083)をスピンコートによりITO膜上に塗布し、大気中120℃で10分間加熱することにより、膜厚50nmの正孔注入層を作成した。次に、前記塗布溶液1を、スピンコートによりITO膜上に塗布し、有機薄膜太陽電池の機能層を得た。機能層の膜厚は100nmであった。その後、真空蒸着機によりカルシウムを膜厚4nmで蒸着し、次いで、アルミニウムを膜厚100nmで蒸着することにより、有機薄膜太陽電池を作製した。蒸着のときの真空度は、すべて1~9×10−3Paであった。こうして得られた有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正方形であった。得られた有機薄膜太陽電池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/cm)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た。光電変換効率は5.7%であり、Jsc(短絡電流密度)は13.4mA/cmであり、Voc(開放端電圧)は0.79Vであり、FF(フィルファクター)は0.54であった。
実施例11 (有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Gを用いた以外は、実施例10と同様にして有機薄膜太陽電池を作成し、評価した。光電変換効率は6.25%であり、Jsc(短絡電流密度)は13.2mA/cmであり、Voc(開放端電圧)は0.88Vであり、FF(フィルファクター)は0.54であった。
実施例12 (有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
 o−ジクロロベンゼンの代わりにテトラリンを用いた以外は、実施例10と同様にして有機薄膜太陽電池を作成し、評価した。光電変換効率は6.33%であり、Jsc(短絡電流密度)は15.2mA/cmであり、Voc(開放端電圧)は0.76Vであり、FF(フィルファクター)は0.55であった。
実施例13 (有機薄膜太陽電池の作製及び評価)
 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物Kを用いた以外は、実施例8と同様にして有機薄膜太陽電池を作成し、評価した。光電変換効率は6.14%であり、Jsc(短絡電流密度)は16.2mA/cmであり、Voc(開放端電圧)は0.76Vであり、FF(フィルファクター)は0.50であった。
 本発明の高分子化合物は長波長の光の吸光度が大きく、有機光電変換素子に用いることができる。

Claims (6)

  1.  式(A)で表される繰り返し単位と式(B)で表される繰り返し単位とを含む高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    〔式(A)及び式(B)中、Rは、同一又は相異なり、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、式(2a)で表される基、又は(2b)で表される基を表す。Ar及びArは、置換基を有してもよい炭素数6~60の3価の芳香族炭化水素基又は炭素数4~60の3価の複素環基を示す。Arは、置換基を有してもよい炭素数6~60の2価の芳香族炭化水素基又は炭素数4~60の2価の複素環基を示す。〕
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
    (式(2a)中、m1は、0~6の整数を表し、m2は、0~6の整数を表す。R’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
    (式(2b)中、m3は、0~6の整数を表し、m4は、0~6の整数を表す。R’’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
  2.  式(1)で表される繰り返し単位を含む高分子化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
    〔式(1)中、Rは、同一又は相異なり、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、式(2a)で表される基、又は(2b)で表される基を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
    (式(2a)中、m1は、0~6の整数を表し、m2は、0~6の整数を表す。R’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
    (式(2b)中、m3は、0~6の整数を表し、m4は、0~6の整数を表す。R’’は、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基を表す。)〕
  3.  一対の電極と、該電極間に設けられた機能層とを有し、該機能層が電子受容性化合物と請求項1又は2に記載の高分子化合物とを含む有機光電変換素子。
  4.  前記機能層中に含まれる電子受容性化合物の量が、前記高分子化合物100重量部に対して、10~1000重量部である請求項3に記載の有機光電変換素子。
  5.  電子受容性化合物が、フラーレン誘導体である請求項3又は4に記載の有機光電変換素子。
  6.  ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体層と、ゲート電極とを備え、前記有機半導体層に請求項1又は2に記載の高分子化合物を含む有機薄膜トランジスタ。
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