特許 5773568 シロール含有ポリマーを用いた光電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5773568

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】シロール含有ポリマーを用いた光電池

(51)【国際特許分類】

   H01L 51/46 20060101AFI20150813BHJP

   C08G 61/12 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 152B

   H01L31/04 152E

   H01L31/04 152G

   H01L31/04 152H

   H01L31/04 152J

   C08G61/12

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2009-532499(P2009-532499)

(86)(22)【出願日】2007年10月1日

(65)【公表番号】特表2010-507233(P2010-507233A)

(43)【公表日】2010年3月4日

(86)【国際出願番号】US2007080053

(87)【国際公開番号】WO2008088595

(87)【国際公開日】20080724

【審査請求日】2010年7月23日

(31)【優先権主張番号】60/850,963

(32)【優先日】2006年10月11日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】308014846

【氏名又は名称】メルク パテント ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ゴーディアナ、ラッセル

(72)【発明者】

【氏名】キングスボロー、リチャード

(72)【発明者】

【氏名】シ、シァオボ

(72)【発明者】

【氏名】ウォラー、デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ジュ、ジェングオ

【審査官】 池谷 香次郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２２２４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２０３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７３３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１０１８１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２６３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Michelle S. Liu et al，Efficient Green-Light-Emitting Diodes from Silole-Containing Copolymers，Chemistry of Materials，２００３年，vol.15，pp.3496-3500

【文献】 Hakan Usta et al，Dithienosilole− and Dibenzosilole−Thiophene Copolymers as Semiconductors for Organic Thin-Film Transistors，JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，２００６年 ６月２３日，vol.128，pp.9034-9035

【文献】 Feng Wang et al，Conjugated Fluorene and Silole Copolymers: Synthesis, Characterization, Electronic Transition, Light Emission, Photovoltaic Cell, and Field Effect Hole Mobility，Macromolecules，２００５年，vol.38，pp.2253-2260

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ５１／４４ − ５１／４６

Ｃ０８Ｇ ６１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１および第２の電極間に配置された光活性材料と、を有する物品であって、前記光活性材料が、
第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含んでなるポリマーと、
（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３で置換した１つ以上のフラーレンとを含有し、
前記第１のコモノマー繰り返し単位が、下記式（１）

【化1】

のシラシクロペンタジチオフェン部分を有し、
Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４が各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲがＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
前記第２のコモノマー繰り返し単位が、式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェン部分、酸化シクロペンタジチオフェン部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、酸化チオフェン部分、チエノチオフェン部分、酸化チエノチオフェン部分、ジ
チエノチオフェン部分、酸化ジチエノチオフェン部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、シロール部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンゾオキサゾール部分またはベンジイミダゾール部分を有し、
前記物品が光電池として構成されている、物品。

【請求項2】

Ｒ_１およびＲ_２が各々個別にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである、請求項１に記載の物品。

【請求項3】

Ｒ_１およびＲ_２が各々ヘキシルである、請求項１に記載の物品。

【請求項4】

前記第２のコモノマー繰り返し単位が、下記の式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）の二酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（５）の一酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）の二酸化チオフェン部分、式（９）の二酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（１０）の四酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）の四酸化チエノチオフェン部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）の二酸化ジチエノチオフェン部分、式（１５）の四酸化ジチエノチオフェン部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）の二酸化チエノチオフェン部分、式（１８）の二酸化ジチエノチオフェン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のオキサゾール部分、式（３０）のイミダゾール部分、式（３１）のピリミジン部分、式（３２）のベンゾオキサゾール部分、または式（３３）のベンジイミダゾール部分を有し、

【化2】

ＸおよびＹが各々個別にＣＨ_２、ＯまたはＳであり、
Ｒ_５およびＲ_６が各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、
ＲがＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
Ｒ_７およびＲ_８が各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_３〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである、請求項１の物品。

【請求項5】

前記第２のコモノマー繰り返し単位が、式（２）のベンゾチアジアゾール部分を有し、Ｒ_５およびＲ_６が各々Ｈである、請求項４に記載の物品。

【請求項6】

前記第２のコモノマー繰り返し単位が、式（２３）のチアゾール部分を有し、Ｒ_５がヘキシルである、請求項４に記載の物品。

【請求項7】

前記ポリマーが、前記第１および第２のコモノマー繰り返し単位とは異なる第３のコモノマー繰り返し単位をさらに有する、請求項１に記載の物品。

【請求項8】

前記第３のコモノマー繰り返し単位がチオフェン部分を有する、請求項７に記載の物品。

【請求項9】

前記チオフェン部分が非置換であるか、またはヘキシル置換基を有する、請求項８に記載の物品。

【請求項10】

第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１および第２の電極間に配置された光活性材料と、を有する物品であって、前記光活性材料が、
第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含んでなるポリマーと、
（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３で置換した１つ以上のフラーレンとを含有し、
前記第１のコモノマー繰り返し単位が、下記式（１）

【化3】

のシラシクロペンタジチオフェン部分を有し、
Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４が各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲがＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
前記第２のコモノマー繰り返し単位が、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ’、Ｃ（Ｏ）Ｒ’、Ｃ（Ｏ）ＯＲ’もしくはＳＯ_２Ｒ’の置換基を有するチオフェン部分、または１，４−ジオキサン部分と縮合したチオフェン部分を有し、Ｒ’がＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである、
前記物品が光電池として構成されている、物品。

【請求項11】

Ｒ_１およびＲ_２が各々個別にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである、請求項１０に記載の物品。

【請求項12】

Ｒ_１およびＲ_２が各々ヘキシルである、請求項１１に記載の物品。

【請求項13】

前記第２のコモノマー繰り返し単位が、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル置換基を有するチオフェン部分を有する、請求項１０に記載の物品。

【請求項14】

前記第２のコモノマー繰り返し単位が、ヘキシル置換基を有するチオフェン部分を有する、請求項１３に記載の物品。

【請求項15】

第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１および第２の電極間に配置された光活性材料と、を有する物品であって、前記光活性材料が、
第１のコモノマー繰り返し単位と、前記第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含んでなるポリマーと、
（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３で置換した１つ以上のフラーレンとを含有し、
前記第１のコモノマー繰り返し単位が、下記式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分を有し、

【化4】

Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４が各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲがＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、
前記第２のコモノマー繰り返し単位が、非置換チオフェン部分ではなく、かつ、前記第２のコモノマー繰り返し単位はフルオレンではなく、
前記物品が光電池として構成されている、物品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シロール含有ポリマーを用いた光電池のみならず、関連構成要素、システムおよび方法にも関するものである。
（関連出願の相互参照）
米国特許法第１１９条に基づき、本出願は、２００６年１０月１１日出願の米国特許仮出願第６０／８５０，９６３号への優先権を主張し、かかる仮出願の全ての内容を参照により本明細書に組み込む。

【背景技術】

【0002】

光電池は、光の形態のエネルギーを電気の形態のエネルギーに変換するために広く使用される。代表的な光電池は、２つの電極間に配置された光活性材料を含む。一般に、光は、それらの電極の一方または両方を通過し、光活性材料と相互に作用する。その結果として、一方または両方の電極の、光（例えば、光活性材料により吸収される１つ以上の波長の光）を透過する能力により、光電池の効率全般が制限されることがある。多くの光電池では、光が通過する電極を形成するために、半導体材料（例えば、酸化インジウムスズ）の膜が使用される。その理由は、半導体材料は、導電性材料より導電性は劣るが、半導体材料は、多くの導電性材料より多くの光を透過できるためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願第１１／４８６，５３６号明細書

【特許文献2】米国特許出願第１０／７２３，５５４号明細書

【特許文献3】米国特許出願第１０／５５８，８７８号明細書

【特許文献4】米国特許第７，０２２，９１０号明細書

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】コッポら（Ｃｏｐｐｏ ｅｔ ａｌ．）、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ 第３６巻、２７０５〜２７１１ページ（２００３年）

【非特許文献2】カートら（Ｋｕｒｔ ｅｔ ａｌ．）、Ｊ． Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌ． Ｃｈｅｍ． 第６巻、６２９ページ（１９７０年）

【非特許文献3】ユスタら（Ｕｓｔａ ｅｔ ａｌ．）、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． 第１２８（２８）巻、９０３４〜９０３５ページ（２００６年）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、シロール含有ポリマー（例えば、シラシクロペンタジチオフェン部分を含有するポリマー）を用いた光電池のみならず、関連構成要素、システムおよび方法にも関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、ポリマーを生成する新たなモノマーの組み合わせに関するものであり、かかるポリマーは、光電池の活性層で荷電担体として使用されるのに好適な特性を有する。

【0007】

一態様において本発明は、少なくとも２つのコモノマーを含む種類のコポリマーを特徴とし、かかるコモノマーの少なくとも１つは、シラシクロペンタジチオフェンである。
別の態様において本発明は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返
し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含むポリマーを特徴とする。第１のコモノマー繰り返し単位は、下記式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分を含み、

【0008】

【化1】

【0009】

Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲはＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。第２のコモノマー繰り返し単位は、式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分、ベンゾチアジアゾール部分、チアジアゾロキノキサリン部分、シクロペンタジチオフェン部分、酸化シクロペンタジチオフェン部分、ベンゾイソチアゾール部分、ベンゾチアゾール部分、酸化チオフェン部分、チエノチオフェン部分、酸化チエノチオフェン部分、ジチエノチオフェン部分、酸化ジチエノチオフェン部分、テトラヒドロイソインドール部分、フルオレン部分、フルオレノン部分、チアゾール部分、セレノフェン部分、シロール部分、チアゾロチアゾール部分、シクロペンタジチアゾール部分、ナフトチアジアゾール部分、チエノピラジン部分、オキサゾール部分、イミダゾール部分、ピリミジン部分、ベンゾオキサゾール部分、またはベンジイミダゾール部分を含む。

【0010】

別の態様において本発明は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含むポリマーを特徴とする。第１のコモノマー繰り返し単位は、上記式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分を含む。第２のコモノマー繰り返し単位は、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ’、Ｃ（Ｏ）Ｒ’、Ｃ（Ｏ）ＯＲ’もしくはＳＯ_２Ｒ’で置換されたチオフェン部分、または１，４−ジオキサン部分と縮合したチオフェン部分を含み、Ｒ’はＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。

【0011】

別の態様において本発明は、第１のコモノマー繰り返し単位と、第１のコモノマー繰り返し単位とは異なる第２のコモノマー繰り返し単位とを含有するポリマーを特徴とする。第１のコモノマー繰り返し単位は、上記式（１）のシラシクロペンタジチオフェン部分を有する。第２のコモノマー繰り返し単位は、非置換チオフェン部分ではない。

【0012】

さらに別の態様において本発明は、第１の電極と、第２の電極と、第１および第２の電極間に配置された光活性材料とを含む物品を特徴とする。光活性材料は上記ポリマーを含む。かかる物品は光電池として構成されている。

【0013】

実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。
いくつかの実施形態では、Ｒ_１およびＲ_２が個別にＣ_１〜Ｃ_２０アルキル（例えば、ヘキシル）である。

【0014】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位が、下記の式（２）のベンゾチアジアゾール部分、式（３）のチアジアゾロキノキサリン部分、式（４）の二酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（５）の一酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（６）のベンゾイソチアゾール部分、式（７）のベンゾチアゾール部分、式（８）の二酸化チオフェン部分、式（９）の二酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（１０）の四酸化シクロペンタジチオフェン部分、式（１１）のチエノチオフェン部分、式（１２）の四酸化チエノチオフェン部分、式（１３）のジチエノチオフェン部分、式（１４）の二酸化ジチエノチオフェン部分、式（１５）の四酸化ジチエノチオフェン部分、式（１６）のテトラヒドロイソインドール部分、式（１７）の二酸化チエノチオフェン部分、式（１８）の二酸化ジチエノチオフェン部分、式（１９）のフルオレン部分、式（２０）のシロール部分、式（２１）のシクロペンタジチオフェン部分、式（２２）のフルオレノン部分、式（２３）のチアゾール部分、式（２４）のセレノフェン部分、式（２５）のチアゾロチアゾール部分、式（２６）のシクロペンタジチアゾール部分、式（２７）のナフトチアジアゾール部分、式（２８）のチエノピラジン部分、式（２９）のオキサゾール部分、式（３０）のイミダゾール部分、式（３１）のピリミジン部分、式（３２）のベンゾオキサゾール部分、または式（３３）のベンジイミダゾール部分を含む。

【0015】

【化2】

【0016】

【0017】

式（２）〜（３３）中、ＸおよびＹは各々個別にＣＨ_２、ＯまたはＳであり、Ｒ_５およびＲ_６は各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲはＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであり、Ｒ_７およびＲ_８は各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_３〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。

【0018】

いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位が、式（２）のベンゾチアジアゾール部分を含み、Ｒ_５およびＲ_６は各々Ｈである。
いくつかの実施形態では、第２のコモノマー繰り返し単位が、式（２３）のチアゾール部分を含み、Ｒ_５はヘキシルである。

【0019】

いくつかの実施形態では、ポリマーが、第１および第２のコモノマー繰り返し単位とは異なる第３のコモノマー繰り返し単位をさらに含む。第３のコモノマー繰り返し単位は、チオフェン部分（例えば、非置換チオフェン部分、またはヘキシルで置換されたチオフェン部分）を含むことができる。

【0020】

いくつかの実施形態では、ポリマーが電子供与体材料または電子受容体材料であることができる。
いくつかの実施形態では、ポリマーが、

【0021】

【化3】

【0022】

であることが可能であり、ｎは１より大きい整数である。
いくつかの実施形態では、光電池が直列光電池である。
いくつかの実施形態では、光活性材料が電子受容体材料を含む。いくつかの実施形態では、電子受容体材料が、フラーレン（例えば、Ｃ６１−フェニル−酪酸メチルエステル、ＰＣＢＭ）である。

【0023】

いくつかの実施形態では、ポリマーおよび電子受容体材料が各々、ＬＵＭＯエネルギーレベルを有することができる。ポリマーのＬＵＭＯエネルギーレベルは、電子受容体材料のＬＵＭＯエネルギーレベルより少なくとも約０．２ｅＶ（例えば、少なくとも約０．３ｅＶ）低い負の数であることができる。

【0024】

いくつかの実施形態では、素子が有機半導体素子であることができる。ある特定の実施形態では素子が、電界効果トランジスタ、光検出器、光起電力検出器、撮像素子、発光ダイオード、レーザー素子、変換層、増幅器兼放射器、記憶素子、並びにエレクトロクロミック素子から成る群から選択される部材であることができる。

【0025】

実施形態は、次のような利点の１つ以上を提供することができる。
いくつかの実施形態では、シラシクロペンタジチオフェン部分を含有するポリマーの使用が有利であることができる。その理由は、シラシクロペンタジチオフェン部分が、電磁
スペクトルの赤色または近赤外域の方への最大吸収波長の移動に寄与できるためである。かかるポリマーを光電気に組み込むと、光電池の電流および効率を増すことができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、置換フラーレン、または置換モノマー繰り返し単位を含有するポリマー（例えば、酸化エチレンオリゴマーのような長鎖アルコキシ基またはフッ素化アルコキシ基で置換されたもの）が、有機溶媒内で改善された溶解度を有することができ、形態学的に改善された光活性層を形成することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、シオール部分を含有するポリマーが、相対的に長い波長の光を吸収して、有機溶媒内で改善された溶解度を有することができる。いくつかの実施形態では、シオール部分を含有するポリマーを使用して、半導体特性の改善された電子受容体材料を調製することができる。

【0028】

いくつかの実施形態では、上記ポリマーを含有する光電池が、意図された目的のために比較的理想的なバンドギャップを有することができる。
いくつかの実施形態では、電池電圧の高い光電池を作り出すことができ、それによりポリマーのＨＯＭＯレベルが、電子受容体材料のＬＵＭＯまたは伝導バンドと比べて少なくとも約０．２電子ボルト高い負の数になる。

【0029】

いくつかの実施形態では、上記ポリマーを含有する光電池において、電子が電子受容体材料に相対的に速くかつ効率的に移動することができ、それにより供与体のＬＵＭＯが、電子受容体材料の伝導バンドより少なくとも約０．２電子ボルト（例えば、少なくとも約０．３電子ボルト）低い負の数になる。

【0030】

いくつかの実施形態では、上記ポリマーを含有する光電池において、電荷分離が相対的に速く行うことが可能であり、それにより、正電荷または正孔の電荷易動度が相対的に高くなり、１０^−４〜１０^−１ｃｍ^２／Ｖｓの範囲になる。

【0031】

いくつかの実施形態では、ポリマーが有機溶媒可溶性および成膜性、もしくはそのいずれかである。
いくつかの実施形態では、ポリマーが光学的に非散乱性である。

【0032】

いくつかの実施形態では、ポリマーを、有機電界効果トランジスタおよびＯＬＥＤに使用することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】光電池の実施形態の断面図。

【図2】２つの光活性層の間に１つの電極を包含するシステムの概略を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0034】

種々の図面における類似の参照記号は、類似の要素を表す。
図１は光電池１００の断面図を示し、基板１１０、正極１２０、正孔担体層１３０、活性層１４０（電子受容体材料および電子供与体材料を含有する）、正孔阻止層１５０、負極１６０および基板１７０が含まれている。

【0035】

一般に、使用中には光が、基板１１０の表面に当たり、基板１１０と、正極１２０と、正孔担体層１３０とを通過する。その後、光は活性層１４０と相互に作用し、電子供与体材料（例えば、上記ポリマー）から電子受容体材料（例えば、ＰＣＢＭ）に電子を移動さ
せる。その後、電子受容体材料が、正孔阻止層１５０を通じて電子を負極１６０に伝達し、電子供与体材料が、正孔担体層１３０を通じて正孔を正極１２０に移動させる。負極１６０と正極１２０とは外部負荷を介して電気的に接続しており、かかる負荷を通じて電子が負極１６０から正極１２０に移るようになっている。

【0036】

活性層１４０の電子受容体材料は、フラーレンを含むことができる。いくつかの実施形態では、活性層１４０が、１つ以上の非置換フラーレンおよび１つ以上の置換フラーレン、もしくはそのいずれかを含むことができる。非置換フラーレンの実施例はＣ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８２、Ｃ_８４およびＣ_９２を含む。置換フラーレンの実施例は、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシで置換されたフラーレンであって当該アルコキシが任意にＣ_１〜Ｃ_２０アルコキシもしくはハロ（例えば、（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３）でさらに置換されたフラーレン、またはＰＣＢＭを含む。理論に縛られるつもりはないが、長鎖アルコキシ基（例えば、酸化エチレンオリゴマー）またはフッ素化アルコキシ基で置換されたフラーレンが、有機溶媒内で改善された溶解度を有し、形態学的に改善された光活性層を形成できると考えられている。

【0037】

いくつかの実施形態では、電子受容体材料がポリマー（例えば、ホモポリマーまたはコポリマー）を含むことができる。本明細書に記載のポリマーは、少なくとも２つの同一または異種のモノマー繰り返し単位（例えば、少なくとも５つのモノマー繰り返し単位、少なくとも１０個のモノマー繰り返し単位、少なくとも５０個のモノマー繰り返し単位、少なくとも１００個のモノマー繰り返し単位、または少なくとも５００個のモノマー繰り返し単位）を含む。本明細書に記載のコポリマーは、構造の異なる少なくとも２つのコモノマーを含むポリマーを指す。いくつかの実施形態では、電子受容体材料として使用されるポリマーが、下記の表１および表２に示される１つ以上のモノマー繰り返し単位を含むことができる。具体的には、表１は、共役結合として機能することができる電子供与性モノマー繰り返し単位の実施例を示す。表２は、電子吸引性モノマー繰り返し単位の実施例を示す。置換基次第では、表１に示されるモノマー繰り返し単位が電子吸引性になることができ、また、表２に示されるモノマー繰り返し単位も電子供与性になることができる点に注意すること。好ましくは、電子受容体材料として使用されるポリマーは、電子吸引性モノマー繰り返し単位を、高いモル百分率（例えば、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％）で含む。

【0038】

活性層１４０の電子供与体材料は、モノマー（例えば、ホモポリマーまたはコポリマー）を含むことができる。いくつかの実施形態では、電子供与体材料として使用されるポリマーが、表１および表２に示される１つ以上のモノマー繰り返し単位を含むことができる。好ましくは、電子供与体材料として使用されるポリマーは、電子供与性モノマー繰り返し単位を、高いモル百分率（例えば、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％）で含む。いくつかの実施形態では、ポリマーが、環上にＣ_１〜Ｃ_２０アルコキシを含有するモノマー繰り返し単位を含み、かかるアルコキシが任意に、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシまたはハロ（例えば、（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_２ＯＣＨ_３またはＯＣＨ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_３）でさらに置換される。理論に縛られるつもりはないが、長鎖アルコキシ基（例えば、酸化エチレンオリゴマー）またはフッ素化アルコキシ基で置換されたモノマー繰り返し単位を含有するポリマーが、有機溶媒内で改善された溶解度を有し、形態学的に改善された光活性層を形成できると考えられている。

【0039】

【化4】

【0040】

【化5】

【0041】

上記の表１および表２に示された式に関して、ＸおよびＹは各々個別にＣＨ_２、ＯまたはＳであることができ、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_６は各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル（例えば、分枝アルキルまたは過フッ素化アルキル）、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキル、アリール
（例えば、フェニルまたは置換フェニル）、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲまたはＳＯ_２Ｒであり、ＲはＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_１〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルであることができ、Ｒ_７およびＲ_８は各々個別にＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルまたはＣ_３〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルである。

【0042】

アルキルは、飽和または不飽和の分枝鎖または直鎖であることができる。Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキルは、１〜２０個の炭素原子（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０個の炭素原子）を含有する。アルキル部分の実施例は、−ＣＨ_３、−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２＝ＣＨ_２−、−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２および分枝−Ｃ_３Ｈ_７を含む。アルコキシは、分枝鎖または直鎖で飽和または不飽和あることができる。Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシは、酸素ラジカルと、１〜２０個の炭素原子（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０個の炭素原子）とを含有する。アルコキシ部分の実施例は、−ＯＣＨ_３および−ＯＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ_３を含む。シクロアルキルは、飽和または不飽和であることができる。Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキルは、３〜２０個の炭素原子（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０個の炭素原子）を含有する。シクロアルキル部分の実施例は、シクロヘキシルおよびシクロヘキセン−３−イルを含む。ヘテロシクロアルキルもまた、飽和または不飽和であることができる。Ｃ_３〜Ｃ_２０ヘテロシクロアルキルは、少なくとも１つの環状ヘテロ原子（例えば、Ｏ、ＮおよびＳ）と、３〜２０個の炭素原子（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９および２０個の炭素原子）とを含有する。ヘテロシクロアルキル部分の実施例は、４−テトラヒドロピラニルおよび４−ピラニルを含む。アリールは、１つ以上の芳香環を含有することができる。アリール部分の実施例は、フェニル、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、ピレニル、アントリルおよびフェナントリルを含む。ヘテロアリールは、１つ以上の芳香環を含有することができ、そのうち少なくとも１つが、少なくとも１つの環状ヘテロ原子（例えば、Ｏ、ＮおよびＳ）を含有する。ヘテロアリール部分の実施例は、フリル、フリレン、フルオレニル、ピロリル、チエニル、オキサゾリル、イミダゾリル、チアゾリル、ピリジル、ピリミジニル、キナゾリニル、キノリル、イソキノリルおよびインドリルを含む。

【0043】

本明細書に記載のアルキル、アルコキシ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリールは、別途指定されない限り、置換部分と非置換部分との両方を含む。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリール上の置換基の実施例は、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル、Ｃ_３〜Ｃ_２０シクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキルアミノ、Ｃ_１〜Ｃ_２０ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、ヒドロキシル、ハロゲン、チオ、Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキルチオ、アリールチオ、Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキルスルホニル、アリールスルホニル、シアノ、ニトロ、アシル、アシロキシ、カルボキシおよびカルボン酸エステルを含む。アリール上の置換基の実施例は、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキルを除き、上記置換基の全てを含む。また、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘテロアリールは縮合基も含む。

【0044】

本明細書に記載のポリマーを調製するためのモノマーは、非芳香族二重結合と、１つ以上の不斉中心とを包含してもよい。よって、かかるモノマーは、ラセミ化合物およびラセミ混合物、単一の鏡像異性体、個別のジアステレオマー、ジアシテレオマー混合物、並びにシス−またはトランス−異性体形態として存在することができる。かかる全ての異性体形態が考えられている。

【0045】

上記コポリマーは、当該技術分野において既知の方法により調製することができる。例えば、２つのアルキルスタンニル基を含有する１つ以上のコモノマーと、２つのハロ基を含有する１つ以上のコモノマーとの、遷移金属触媒の存在下でのクロスカップリング反応により、コポリマーを調製することができる。別の実施例として、２つのホウ酸基を含有する１つ以上のコモノマーと、２つのハロ基を含有する１つ以上のコモノマーとの、遷移金属触媒の存在下でのクロスカップリング反応により、コポリマーを調製することができる。これらのコモノマーは、本明細書で説明される方法により調製することができるか、または、特許文献１、非特許文献１および非特許文献２（これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる）に説明されている方法のような、当該技術分野において既知の方法により調製することができる。

【0046】

下記表３は、上記課題を解決するための手段の項で説明された４つの例示的ポリマー（すなわちポリマー１〜４）を示す。これらのポリマーは、独自の特性を有することができ、かかる特性により光電池の活性層の荷電担体として特に好適となる。ポリマー１〜４は、下記実施例２〜５で説明される方法により得ることができる。

【0047】

表３

【0048】

【化6】

【0049】

一般に、上記課題を解決するための手段の項で説明されたポリマー内の１つのコモノマーは、シラシクロペンタジチオフェンである。シラシクロペンタジチオフェン部分を含有するコポリマーの利点は、その吸収波長が、電磁スペクトルの赤色および近赤外部分（例えば、６５０〜８００ｎｍ）の方に移動可能である点にあり、かかる部分は、その他のほとんどのポリマーには利用不可能である。かかるコポリマーを光電気に組み込むと、このスペクトル域の光を光電池が吸収できるようになり、それにより光電池の電流および効率が増す。

【0050】

上記ポリマーは、太陽エネルギー技術分野において有用であることができる。その理由は、バンドギャップが、光電池（例えば、ポリマー−フラーレン電池）のためにほぼ理想的であるためである。ポリマーのＨＯＭＯレベルは、光電池（例えば、ポリマー−フラー
レン電池）内の電子受容体（例えば、ＰＣＢＭ）のＬＵＭＯと比べて正確に位置づけることができ、高い電池電圧が可能となる。ポリマーのＬＵＭＯは、光電池内の電子受容体の伝導バンドと比べて正確に位置づけることができ、それにより電子が電子受容体に効率的に移動するようになる。例えば、バンドギャップが約１．４〜１．６ｅＶのポリマーを使用すると、電池電圧が著しく高まる。電池性能、特に効率は、光電流の増大と電池電圧の増大との両方から利益を得ることができ、１５％効率に近づき、それを超えることさえできる。ポリマーの正電荷易動度は、相対的に高く、およそ１０^−４〜１０^−１ｃｍ^２／Ｖｓの範囲であることができる。一般に、相対的に高い正電荷易動度は、相対的に速い電荷分離を可能にする。また、ポリマーは、有機溶媒可溶性および成膜性、もしくはそのいずれかでもあることができる。さらに、ポリマーは光学的に非散乱性であることができる。

【0051】

電子受容体材料および電子供与体材料以外の、光電池の構成要素は、特許文献２に説明されている構成要素のように、当該技術分野では既知であり、かかる出願の内容が参照により本明細書に組み込まれる。

【0052】

いくつかの実施形態では、１つの共通電極を２つの光電池が共有するシステム内の電子供与体材料または電子受容体材料として、上記ポリマーを使用することができる。かかるシステムは、直列光電池という別名でも知られる。直列光電池の実施例は、２００５年１１月２９日出願の特許文献３で考察されており、かかる出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0053】

一例として図２は、直列光電池２００の概略図であり、基板２１０と、３つの電極２２０、２４０および２６０と、２つの光活性層２３０および２５０とを有している。電極２４０は、光活性層２３０と２５０との間で共有されており、電極２２０および２６０と電気的に接続している。一般に、電極２２０、２４０および２６０は、特許文献２に説明されている材料のような導電性材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上（すなわち１つ、２つまたは３つ）の電極２２０、２４０および２６０がメッシュ電極である。いくつかの実施形態では、１つ以上の電極２２０、２４０および２６０が半導体材料で形成される。半導体材料の実施例は、酸化チタン、酸化インジウムスズ、フッ素化酸化スズ、酸化スズおよび酸化亜鉛を含む。ある特定の実施形態では、１つ以上（すなわち１つ、２つまたは３つ）の電極２２０、２４０および２６０が二酸化チタンで形成される。電極を調製するために使用される二酸化チタンは、好適ないずれの形態でもあることができる。例えば、二酸化チタンは、相互に接続したナノ粒子の形態であることができる。相互に接続した二酸化チタンナノ粒子の実施例は、例えば、特許文献４に説明されており、かかる特許の内容が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態では、電極２２０、２４０および２６０の少なくとも１つ（例えば、１つ、２つまたは３つ）が透明電極である。本明細書で言及する場合、透明電極とは、光電池の作動中に使用される波長または波長範囲の入射光を、光電池に使用される厚さで、少なくとも約６０％（例えば、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％）透過する材料で形成された電極である。ある特定の実施形態では、電極２２０および２６０の両方が透明電極である。

【0054】

光活性層２３０および２５０は各々、少なくとも１つの半導体材料を含有することができる。いくつかの実施形態では、光活性層２３０内の半導体材料が、光活性層２５０内の半導体材料と同じバンドギャップを有する。ある特定の実施形態では、光活性層２３０内の半導体材料が、光活性層２５０内の半導体材料とは異なるバンドギャップを有する。理論に縛られるつもりはないが、一方の光活性層が吸収しなかった入射光を、他方の光活性層が吸収することができ、それにより、入射光の吸収が最大になると考えられている。
いくつかの実施形態では、光活性層２３０および２５０の少なくとも一方が、電子受容体材料（例えば、ＰＣＢＭまたは上記ポリマー）と、電子供与体材料（例えば、上記ポリマ
ー）とを含有することができる。一般に、好適な電子受容体材料および電子供与体材料は、上記の通りであることができる。ある特定の実施形態では、光活性層２３０および２５０が各々、電子受容体材料と電子供与体材料とを含有する。

【0055】

基板２１０は、特許文献２に説明されているポリマーのような、１つ以上の好適なポリマーで形成することができる。いくつかの実施形態では、追加の基板（図２には示されていない）を、電極２６０上に配置することができる。

【0056】

光電池２００は、特許文献２説明されている層のような、正孔担体層（図２には示されていない）および正孔阻止層（図２には示されていない）をさらに含有することができる。

【0057】

上記では光電池について説明してきたが、いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるポリマーを、その他の素子およびシステムに使用することができる。例えば、電界効果トランジスタ、光検出器（例えば、赤外光検出器）、光起電力検出器、撮像素子（例えば、カメラまたは医用画像撮影システムのＲＧＢ撮像素子）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機ＬＥＤ、または赤外もしくは近赤外ＬＥＤ）、レーザー素子、変換層（例えば、可視発光を赤外発光に変換する層）、電気通信用の増幅器兼放射器（例えば、ファイバ用ドープ剤）、記憶素子（例えば、ホログラフィック記憶素子）、並びにエレクトロクロミック素子（例えば、エレクトロクロミックディスプレイ）のような好適な有機半導体素子に、これらのポリマーを使用することができる。

【0058】

以下の実施例は、例示的なものであり、限定を意図するものではない。
（実施例１）ビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンの合成

【0059】

【化7】

【0060】

０．６３８ｇ（１．７６ミリモル）の３，３’−ジ−ｎ−ヘキシルシリレン−２，２’−ジチオフェン（非特許文献３に説明されている手順に従って調製され、かかる文献の内容は参照により本明細書に組み込まれる）を、新たに蒸留した２０ｍＬの無水ＴＨＦに溶解させた。この溶液を１５分間、窒素でパージし、−７８°Ｃに降温した。４．００ｍＬのｎ−ブチルリチウムをヘキサン（１０ミリモル）に加えたものを、この溶液に滴下で加えた。この溶液を、この温度で２時間放置し反応させた。その後、室温まで溶液を昇温し、さらに２時間半放置し反応させた。その後、−７８°Ｃまで溶液を降温した後、１２．００ｍＬ（１２．００ミリモル）の塩化トリメチルスズをヘキサンに加えたものを、この溶液に滴下で加えた。この反応溶液を、−７８°Ｃでさらに２時間撹拌した。その後、室温まで溶液を昇温し、さらに１６時間放置し反応させた。反応が完了し次第、１００ｍＬの蒸留水を加え、トルエン（３×６０ｍＬ）を用いて溶液を抽出した。一体化した有機相を、蒸留水（３×１５０ｍＬ）で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥させた。真空下で回転
蒸発させて有機溶媒を除去した。残渣を、トリエンに溶解させ、トリエチルアミンで前処理されたシリカゲルパッドをすばやく通過させた。真空下で有機溶媒を除去して、標題化合物（１．０４８ｇ）を得た。収率は約８６．５０％であった。ＣＤＣｌ_３内の^１Ｈ ＮＭＲ：７．００（ｍ，２Ｈ）、１．２５〜１．４２（ｍ，１６Ｈ）、０．８６〜０．９４（ｍ，１０Ｈ）および０．３８（ｍ，１８Ｈ）。

【0061】

（実施例２）ビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、４，７−ジブロモ−２，１３−ベンゾチアジアゾールとの重合

【0062】

【化8】

【0063】

０．３５３ｇ（０．５１３ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、０．１３５ｇ（０．５００ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾールとを、１２ｍＬの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）と、２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルホスフィンとを加えた。この溶液をさらに１５分間、窒素でパージした。その後、１１０〜１２０°Ｃまで溶液を加熱し、４０時間放置し反応させた。反応が完了し次第、回転蒸発させて溶媒を除去した。結果として生じた残渣を、約３０ｍＬのクロロベンゼンに溶解させた。このクロロベンゼン溶液を、６００ｍＬのメタノールに注入した後、それに伴って得られた濃青色の沈殿物（粗ポリマー生成物）を、濾過により回収した。回収した固体を、加熱中の約４０ｍＬのクロロベンゼンに再溶解させた。このクロロベンゼン溶液を、０．４５μ膜で濾過し、６００ｍＬのメタノールに注入した。それに伴って得られた暗青色のポリマー生成物を、濾過により回収した後、メタノール（３×１００ｍＬ）で洗浄し、真空下で乾燥させた。

【0064】

乾燥させたポリマー生成物を、６０ｍＬの高温のクロロベンゼンに再溶解させ、６０ｍＬの７．５％ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物（ＤＤＣ）水溶液に注入した。この溶液を１５分間、窒素でパージした。それに伴って得られた二相混合溶液を、約８０°Ｃで加熱し、窒素下で１５時間、激しく撹拌した。有機相を、高温の蒸留水（３×６０ｍＬ）で洗浄した後、８００ｍＬのメタノールにゆっくりと注入した。沈殿物を濾過により回収した。回収したポリマー生成物をまず、ソックスレー抽出器にかけ、アセトンおよびメタノールで各々１２時間抽出した。その後、ポリマー生成物を回収し乾燥させた。ポリマー生成物の分子量分布を、ＨＰＬＣを用いてＧＰＣカラムにより、ポリスチレンを基準として分析した（ＨＰＬＣ計器：アジレント・テクノロジー社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．）製、型番１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル１０Ｍ混合Ｂ。使用溶媒：クロロベンゼン）。分子量分布の測定値は次の通りである。Ｍ_ｎ＝４，
０００およびＭ_ｗ＝５，０００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン内）＝６４１ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝６７３ｎｍ。

【0065】

ＨＯＭＯ（ｅＶ）＝−５．４７（電気化学測定による）、ＬＵＭＯ（ｅＶ）＝−３．６９（電気化学測定による）、およびバンドギャップ値１．７８ｅＶ（電子化学測定結果からの計算値）。

【0066】

（実施例３）ビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、３−ヘキシル−２，５−ジブロモ−チオフェンとの重合

【0067】

【化9】

【0068】

０．３５３ｇ（０．５１３ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、０．１６３ｇ（０．５００ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の３−ヘキシル−２，５−ジブロモチオフェンとを、１２ｍＬの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）と、２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルホスフィンとを加えた。この溶液をさらに１５分間、窒素でパージした。その後、１１０〜１２０°Ｃまで溶液を加熱し、４０時間放置し反応させた。反応が完了し次第、回転蒸発させて溶媒を除去した。結果として生じた残渣を、メタノール（５０ｍＬ×３）で洗浄し、その後、アセトン（３×５０ｍＬ）で洗浄した。ポリマー生成物の残渣を、暗赤色〜紫色の固体として回収した。回収したポリマー生成物を、加熱下で約６０ｍＬのクロロホルムに再溶解させた。このクロロホルム溶液を０．４５μ膜で濾過した後、真空下で回転蒸発させて溶媒を除去した。その後、真空下でポリマー生成物を乾燥させた。

【0069】

乾燥させたポリマー生成物を、６０ｍＬの高温のトルエンに再溶解させた。この溶液を、６０ｍＬの７．５％ＤＤＣ水溶液に注入した。この溶液を１５分間、窒素でパージした。それに伴って得られた二相混合溶液を、約８０°Ｃで加熱し、窒素保護下で１２時間、激しく撹拌した。その後、有機相を、高温の蒸留水（３×６０ｍＬ）で洗浄した後、有機相を回収し、無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。溶媒を除去して、固形のポリマー生成物を得た。固形のポリマー生成物を、ソックスレー抽出器にかけ、メタノールおよびアセトンで各々１２時間、順次抽出した。最後に、ポリマー生成物を回収し乾燥させた。ポリマーの分子量分布を、ＨＰＬＣを用いてＧＰＣカラムにより、ポリスチレンを基準とし
て分析した（ＨＰＬＣ計器：アジレント・テクノロジー社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．）製、型番１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル１０Ｍ混合Ｂ。使用溶媒：クロロベンゼン）。分子量分布の測定値は次の通りである。Ｍ_ｎ＝１０，０００およびＭ_ｗ＝１３，５００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン内）＝５０１ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝５０３ｎｍ。

【0070】

（実施例４）ビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、４，７−ジブロモ−２，１３−ベンゾチアジアゾールと、３−ヘキシル−２，５−ジブロモ−チオフェンとの重合

【0071】

【化10】

【0072】

０．３１０ｇ（０．４５０ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、０．０６８ｇ（０．２２５ミリモル）（モノマー比＝１．０２５）の４，７−ジブロモ−２，１，３−ベンゾチアジアゾールと、０．０７３ｇ（０．２２５ミリモル）の３−ヘキシル−２，５−ジブロモチオフェン（モノマー比＝２：１：１）とを、１２ｍＬの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、１２．５５ｍｇ（０．０１４ミリモル）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）と、２８．８０ｍｇ（０．１１０ミリモル）のトリフェニルホスフィンとを加えた。この溶液をさらに１５分間、窒素でパージした。その後、１１０〜１２０°Ｃまで溶液を加熱し、４０時間放置し反応させた。反応が完了し次第、回転蒸発させて溶媒を除去した。結果として生じた残渣を、約３０ｍＬのクロロベンゼンに溶解させた。この溶液を、６００ｍＬのメタノールに注入した後、濃青色〜黒色の沈殿物を濾過により回収した。その後、回収した固体のポリマー生成物を、加熱下で約４０ｍＬのクロロベンゼンに再溶解させた。このクロロベンゼン溶液を、０．４５μ膜で濾過した後、６００ｍＬのメタノールに注入した。暗青色〜黒色のポリマー生成物を濾過により再回収した。固体のポリマー生成物を、メタノール（３×１００ｍＬ）で洗浄し、真空下で乾燥させた。

【0073】

乾燥させたポリマー生成物を、６０ｍＬの高温のクロロベンゼンに再溶解させ、６０ｍＬの７．５％ＤＤＣ水溶液に注入した。この溶液を１５分間、窒素でパージした。それに伴って得られた二相混合溶液を、約８０°Ｃで加熱し、窒素保護下で１５時間、激しく撹拌した。その後、有機相を、高温の蒸留水（３×６０ｍＬ）で洗浄した。クロロベンゼン溶液を、８００ｍＬのメタノールにゆっくりと注入した後、それに伴って得られた沈殿物を濾過により回収した。回収した固体のポリマー生成物を、ソックスレー抽出器に掛け、アセトンおよびメタノールで各々１２時間、順次抽出した。その後、ポリマー生成物を回収し乾燥させた。ポリマーの分子量分布を、ＨＰＬＣを用いてＧＰＣカラムにより、ポリスチレンを基準として分析した（ＨＰＬＣ計器：アジレント・テクノロジー社（Ａｇｉｌ
ｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．）製、型番１０９０Ｍ。ＨＰＬＣカラム：ＰＬゲル１０Ｍ混合Ｂ。使用溶媒：クロロベンゼン）。分子量分布の測定値は次の通りである。Ｍ_ｎ＝７，５００およびＭ_ｗ＝１０，４００。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（クロロベンゼン内）＝５９５ｎｍ。λ_ｍａｘ．（ｎｍ）（薄膜）＝６４９ｎｍ。

【0074】

（実施例５）ビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾールとの重合

【0075】

【化11】

【0076】

１００ｍＬのシュレンク・フラスコに、０．０４５ｇ（０．０６５４ミリモル）のビス−（５，５’−トリメチルスタンニル）−３，３’−ジ−ｎ−ヘキシル−シリレン−２，２’−ジチオフェンと、０．０４３ｇ（０．０６５４ミリモル）の５，５’−ビス（５−ブロモ−２−チエニル）−４，４’−ジヘキシル−２，２’−ビチアゾールと、１．０ｍｇ（０．００１０９ミリモル）のＰｄ_２ｄｂａ_３と、２．０ｍｇ（０．００７６ミリモル）のＰＰｈ_３とを充填した。フラスコを、アルゴンで３回排気し再充填した。３ｍＬのｏ−キシレンに固体を溶解させ、この溶液を２４時間、９５°Ｃに加熱した。その後、溶液を、降温し、撹拌されている５００ｍＬのＭｅＯＨに注入し濾過した。それに伴って得られた黒色の沈殿物を、ＭｅＯＨで洗浄し、真空下で乾燥させて、褐色の固体（０．０６９ｇ）を得た。Ｍｎ＝３．７ｋＤａ。Ｍｗ＝４．６ｋＤａ。

【0077】

（実施例６）太陽電池の製作
ポリマー１および２を使用して、次のように、ガラス／ＩＴＯ基板上で太陽電池を製作した。すなわち、ＩＴＯ上でのイソプロパノール溶液のドクターブレーディングにより、電子阻止層として使用するＰＥＤＯＴ（バイトロンＰＨ）層を得た。引き続き、ＰＥＤＯＴ層を焼き固めて、その耐溶媒性を向上させた。その後、試験ポリマー（すなわちポリマー１または２）とＰＣＢＭとの重量比１：１での混合物をＣＨＣｌ_３またはｏ−ジクロロベンゼンに加えたものである活性層を、ＰＥＤＯＴ層の上部に塗布した。ＬｉＦ／アルミニウム二重層の高真空蒸着により上部電極を塗布することにより、素子を完成させた。ケースレー社（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）製ＳＭＵ２４００型ソースメジャーユニットを用いて、素子の電流密度−電圧（Ｊ−Ｖ）特性を窒素雰囲気下で評価した。オリエル（Ｏｒｉｅｌ）社製太陽光シミュレータからの濾波キセノン灯光を使用して、０．１Ｗ／ｃｍ^２のＡＭ１．５Ｇスペクトルに近づけた。結果から、ポリマー１または２により形成された膜がピンホールを含むこと、および、ポリマー１または２を含有する太陽電池が０．７％以下の効率を有することが示される。

【0078】

その他の実施形態は、特許請求の範囲に示されている。

【図1】

【図2】