[发明专利]含氟聚合物和使用其的有机薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及含氟聚合物和使用其的有机薄膜、以及具有该有机薄膜的有机薄膜元件、有机薄膜晶体管、有机太阳能电池和光传感器。

背景技术

含有具有电荷(电子或空穴)传输性的有机材料的薄膜在有机薄膜晶体管、有机太阳能电池、光传感器等的有机薄膜元件中的应用备受期待，使用了这样的有机材料的有机p型半导体(显示空穴传输性)和有机n型半导体(显示电子传输性)的开发正在进行中。

作为有机p型半导体材料，寡聚噻吩、聚噻吩等具有噻吩环的化合物由于可以形成稳定的自由基阳离子状态，所以期待其显示高空穴传输性。特别是对于具有链长较长的侧链的聚噻吩而言，由于共轭长度延长，推测其可以更有效地进行空穴传输。作为这样的聚噻吩，提出了聚(3-烷基噻吩)和聚(3-烷基-4-氟噻吩)(专利文献1、非专利文献1)。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】欧州专利申请公开第1279690号说明书

【非专利文献】

【非专利文献1】H.Sirringhous et.al，Synthetic Metals，vol.102(1999)p.857

发明内容

然而，本发明人等的研究发现，聚(3-烷基噻吩)在有机溶剂中的溶解性优异，通过涂布可以大面积地成膜，但是由于离子化电势较低，所以在空气中容易被氧掺杂，例如，用于有机薄膜晶体管中时，阈值电压、断路电流有易于变化的倾向。因此，经长期使用后，难以稳定地动作。另外，聚(3-烷基-4-氟噻吩)虽然难以被氧掺杂，但是在有机溶剂中的溶解性不足。

从实现使用了有机半导体材料的有机薄膜元件的观点出发，对于有机半导体材料而言，优选具有难以被氧掺杂，且能够通过涂布进行均质的成膜的性质。

这里，本发明是鉴于上述事情而研发的，其目的在于，提供适于作为有机半导体材料，对氧掺杂的稳定性和在有机溶剂中的溶解性的两方面优异的含氟聚合物。另外的目的在于，提供使用该含氟聚合物得到的有机薄膜，以及具有该有机薄膜的有机薄膜元件、有机薄膜晶体管、有机太阳能电池和光传感器。

为了实现上述目的，本发明的含氟聚合物的特征在于，在重复单元中含有式(I)所表示的结构。

[式中，R¹和R²可相同或不同，表示氢原子或1价的基团。]

该含氟聚合物是能够发挥优良的电荷(空穴)传输性的有机半导体材料，对于氧掺杂具有高稳定性，除此之外，对有机溶剂具有高溶解性。其原因尚不明确，但是推测是以下原因。即，该含氟聚合物，由于在主链重复具有噻吩环，所以具有高共轭性，另外，由于在噻吩环上结合的侧链中含有吸电子性高的氟原子，所以化合物整体的离子化电势高。可以认为，其结果是，不但具有优良的空穴传输性，而且非常难以被氧掺杂。另外，上述侧链中，在氟原子所键合的碳原子的旁边含有羰基，因此可以认为，含氟聚合物虽然被导入了氟原子，但是仍维持高溶解性。

上述本发明的含氟聚合物由于具有受氧的影响小这样的高环境稳定性，因此使用其的有机薄膜也同样地稳定，其结果是，可以形成能在大气中发挥稳定的性能的有机薄膜元件。

本发明的含氟聚合物更优选为在重复单元中还含有式(II)所表示的结构的聚合物。其中，特别优选交替地含有式(I)所表示的结构和式(II)所表示的结构的聚合物。除了式(I)所表示的结构之外，通过含有1个以上的上述的结构，本发明的含氟聚合物可以更良好地发挥上述的效果。进而，本发明的含氟聚合物通过交替地含有式(I)所表示的结构和式(II)所表示的结构，除了可以提高对有机溶剂的溶解性，还能使形成有机薄膜时的电气特性和其稳定性优异。

——Ar¹——    …(II)

[式中，Ar¹表示碳数6以上的2价的芳香族烃基或碳数4以上的2价的杂环基。]

式(II)中，Ar¹优选为式(III)所表示的基。此时，Z¹进一步优选为式(ii)所表示的基团。具有这些结构的含氟聚合物，具有特别优良的空穴传输性。