共聚物和包含其的有機太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請要求于2013年7月15日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第 10-2013-0082942號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其內(nèi)容通過引用并入本文。
[0002] 本說明書涉及共聚物和包含其的有機太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0003] 有機太陽能電池是可通過應(yīng)用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。根據(jù)構(gòu) 成薄膜的材料，太陽能電池可分類為無機太陽能電池和有機太陽能電池。典型的太陽能電 池用通過摻雜作為無機半導體的結(jié)晶硅（Si)而獲得的p-n結(jié)來制造。由于光吸收而產(chǎn)生 的電子和空穴擴散至p-n結(jié)點，通過電場加速并移動至電極。該過程的功率轉(zhuǎn)換效率定義 為外電路中給出的功率與供給至太陽能電池中的太陽能功率之比，并且當在目前標準化的 虛擬太陽輻照條件下測量時高達24%。然而，由于相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中的無機太陽能電池在經(jīng) 濟可行性和可用材料方面已有所限制，所以容易加工、廉價且具有各種功能性的有機半導 體太陽能電池作為長期替代能源受到了關(guān)注。
[0004] 在太陽能電池中，重要的是增加效率使得可由太陽能輸出盡可能多的電能。為了 增加太陽能電池的效率，自半導體內(nèi)部生成盡可能多的激子也很重要，而將所生成的電荷 帶出到外部而不損失同樣很重要。電荷損失的原因之一是所生成的電子和空穴通過復合而 湮滅。作為將所生成的電子或空穴轉(zhuǎn)移至電極而不損失的方法，已建議了多種方法，但是大 多數(shù)方法都需要額外的過程，并因此可使制造成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題
[0006] 本說明書的目的是提供共聚物和包含其的有機太陽能電池。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] 本說明書的一個示例性實施方案提供了一種共聚物，該共聚物包含由下式1表示 的第一單元和由下式2表示的第二單元。

[0013] 在式1和式2中，
[0014] 1是實數(shù)，其作為摩爾分數(shù)為0 < 1 < 1，
[0015] m是實數(shù)，其作為摩爾分數(shù)為0 < m < 1，以及
[0016] 1+m = 1，
[0017] A和B彼此不同，并且包括選自以下的一者、兩者或更多者：直連鍵；單環(huán)或多環(huán)的 經(jīng)取代或未經(jīng)取代的二價雜環(huán)基團；單環(huán)或多環(huán)的經(jīng)取代或未經(jīng)取代的二價芳香環(huán)基團； 和稠合二價環(huán)，其中單環(huán)或多環(huán)的雜環(huán)基團和單環(huán)或多環(huán)的芳香環(huán)基團是經(jīng)取代或未經(jīng)取 代的，以及
[0018] Rl至R8彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：氫；氘；鹵素基團；腈基；硝基；酰 亞胺基；酰胺基；羥基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的環(huán)烷基；經(jīng)取代或 未經(jīng)取代的烷氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基硫氧基；經(jīng)取 代或未經(jīng)取代的芳基硫氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基亞砜基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基 亞砜基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的甲硅烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的 硼基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳烷基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取 代的芳基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的雜芳基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基；和經(jīng)取代或 未經(jīng)取代的雜環(huán)基。
[0019] 本說明書的一個示例性實施方案提供了一種有機太陽能電池，其包括：第一電極； 設(shè)置成與第一電極相對的第二電極；以及布置在第一電極與第二電極之間且包含光活性層 的具有一個或更多個層的有機材料層，其中所述有機材料層的一個或更多個層包含所述共 聚物。
[0020] 有益效果
[0021] 本說明書的共聚物可用作用于有機太陽能電池的有機材料層的材料，并且包含所 述共聚物的有機太陽能電池可在開路電壓和短路電流增加和/或效率增加方面表現(xiàn)出優(yōu) 異特性。
[0022] 此外，聚合物的平面性和溶解度可通過調(diào)整具有不同溶解度的第一單元與第二單 元的比例來隨意調(diào)整，從而制造出高效率有機太陽能電池。
[0023] 特別地，根據(jù)本說明書一個示例性實施方案的共聚物具有深HOMO能級、小帶隙和 高電荷迀移性，并因此可表現(xiàn)出優(yōu)異的特性。根據(jù)本說明書一個示例性實施方案的聚合物 可單獨使用或以與其他材料的混合物形式使用，增強器件的效率并通過化合物的熱穩(wěn)定性 增強器件的壽命特性。
【附圖說明】
[0024] 圖1是說明了根據(jù)本說明書一個示例性實施方案的有機太陽能電池的視圖。
[0025] 圖2是說明了本說明書的制備實施例1至6的有機太陽能電池的電流-電壓曲線 的視圖。
[0026] 圖3是說明了本說明書的比較例1至2的有機太陽能電池的電流-電壓曲線的視 圖。
[0027] 附圖標記
[0028] 101 :基底
[0029] 102:第一電極
[0030] 103 :空穴傳輸層
[0031] 104:光活性層
[0032] 105:第二電極
【具體實施方式】
[0033] 下文中，將詳細地描述本說明書。
[0034] 本文中所使用的術(shù)語"單元"意指共聚物單體中包含的重復結(jié)構(gòu)，其中所述單體通 過聚合與共聚物鍵合。
[0035] 本文中所使用的術(shù)語"包含......單元"意指包含在共聚物的主鏈中。
[0036] 本說明書的一個示例性實施方案提供了一種共聚物，其包含由式1表示的第一單 元和由式2表示的第二單元。
[0037] 根據(jù)本說明書一個示例性實施方案的第一單元和第二單元包含未取代的噻吩基。 在這種情況下，可防止鄰近第一單元和第二單元的噻吩布置的具有龐大結(jié)構(gòu)的苯并二噻吩 產(chǎn)生空間位阻，并防止主鏈結(jié)構(gòu)偏斜。
[0038] 在本說明書的一個示例性實施方案中，A和B的單元彼此不同。
[0039] 在本說明書的一個示例性實施方案中，A和B彼此不同，并且是下式中的一種：
[0040]
[0041] Xl和X2彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：CRIT、NR、0、SiRIT、PR、S、 GeRR;、Se 和 Te,
[0042] Yl至Y4彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：CR、N、SiR、P和GeR，
[0043] RlO至R13以及R和R'彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：氫；氘；鹵素基團； 腈基；硝基；酰亞胺基；酰胺基；羥基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的環(huán) 烷基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷 基硫氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基硫氧基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基亞砜基；經(jīng)取代或 未經(jīng)取代的芳基亞砜基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的甲硅烷基；經(jīng)取 代或未經(jīng)取代的硼基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳烷基胺基； 經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的雜芳基胺基；經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳 基；和經(jīng)取代或未經(jīng)取代的雜環(huán)基。
[0044] 以下描述了取代基的實例，但是取代基并不限于此。
[0045] 在本說明書中，一!一意指與共聚物主鏈鍵合的部分，或者與另一取代基鍵合的部 分。
[0046] 本文中所使用的術(shù)語"經(jīng)取代或未經(jīng)取代的"意指被選自以下的一種或更多種取 代基所取代：気；鹵素基團；烷基；烯基；烷氧基；環(huán)烷基；甲娃烷基；芳基烯基；芳氧基；燒 基硫氧基；烷基亞諷基；芳基亞諷基；棚基；烷基胺基；芳烷基胺基；芳基胺基；雜芳基；味 唑基；芳基胺基；芳基；腈基；硝基；羥基；和雜環(huán)基；或者不含取代基。
[0047] 在本說明書中，鹵素基團的實例包括氟、氯、溴或碘。
[0048] 在本說明書中，酰亞胺基的碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為1至25。具體地，酰亞 胺基可為具有以下結(jié)構(gòu)的化合物，但是不限于此。
[0050] 在本說明書中，酰胺基的一個或兩個氮原子可以被以下取代基取代：氫，具有1至 25個碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基，或者具有6至25個碳原子的芳基。具體地，酰胺基可 為具有以下結(jié)構(gòu)式的化合物，但是不限于此。
[0052] 在本說明書中，烷基可為直鏈或支鏈的，并且其碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為1 至50。其具體實例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、丁基、正丁基、異丁基、叔丁基、仲 丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、 1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3_二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、 1-甲基己基、環(huán)戊基甲基、環(huán)庚基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、 丙基戊基、正壬基、2, 2_二甲基庚基、1-乙基-丙基、1，1_二甲基-丙基、異己基、2_甲基 戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。
[0053] 在本說明書中，環(huán)烷基沒有特別限制，但是優(yōu)選為具有3至60個碳原子的環(huán)烷基， 并且其具體實例包括環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、3-甲基環(huán)戊基、2, 3-二甲基環(huán)戊基、環(huán)己基、 3-甲基環(huán)己基、4-甲基環(huán)己基、2,3_二甲基環(huán)己基、3,4,5_三甲基環(huán)己基、4-叔丁基環(huán)己 基、環(huán)庚基、環(huán)辛基等，但不限于此。
[0054] 在本說明書中，烷氧基可為直鏈、支鏈或環(huán)狀的。烷氧基的碳數(shù)沒有特別限制，但 是優(yōu)選為1至20。其具體實例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、異丙基氧基、正丁 氧基、異丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、異戊氧基、正己氧基、3, 3-二甲 基丁氧基、2-乙基丁氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、芐氧基、對甲基芐氧基等，但不限 于此。
[0055] 在本說明書中，烯基可為直鏈或支鏈的，并且其碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為2 至40。其具體實例包括乙烯基、1-丙烯基、異丙烯基、1- 丁烯基、2- 丁烯基、3- 丁烯基、1-戊 烯基、2_戊烯基、3_戊烯基、3_甲基-1-丁烯基、1，3_丁二烯基、稀丙基、1-苯乙烯基-1-基、 2 -苯乙烯基基、2, 2-二苯乙烯基基、2-苯基(蔡基基）乙烯基基、2， 2-雙（二苯基-1-基）乙烯基-1-基、芪基、苯乙烯基等，但不限于此。
[0056] 在本說明書中，芳基可為單環(huán)芳基或多環(huán)芳基。此外，本說明書中的芳基可意指芳 香環(huán)。
[0057] 當芳基為單環(huán)芳基時，其碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為6至25。單環(huán)芳基的具體 實例包括苯基、聯(lián)苯基、三聯(lián)苯基等，但不限于此。
[0058] 當芳基為多環(huán)芳基時，其碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為10至24。多環(huán)芳基的具 體實例包括萘基、蒽基、菲基、芘基、茈基、1'基、芴基等，但不限于此。
[0059] 在本說明書中，芴基可被取代，并且兩個取代基可彼此結(jié)合以形成螺環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0060] 當芴基是被取代的時，芴基可為

但是，結(jié)構(gòu)不限于此。
[0061] 在本說明書中，甲硅烷基的具體實例包括三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁 基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二苯 基甲硅烷基、苯基甲硅烷基等，但不限于此。
[0062] 在本說明書中，硼基的具體實例包括三甲基硼基、三乙基硼基、叔丁基二甲基硼 基、三苯基硼基、苯基硼基等，但不限于此。
[0063] 在本說明書中，胺基的碳數(shù)沒有特別限制，但是優(yōu)選為1至30。胺基的具體實例包 括甲胺基、二甲胺基、乙胺基、二乙胺基、苯胺基、萘胺基、聯(lián)苯胺基、蒽基胺基、9-甲基-蒽 基胺基、二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、三苯胺基等，但不限于此。 [0064] 在本說明書中，芳基胺基的實例包括經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單芳基胺基、經(jīng)取代或 未經(jīng)取代的二芳基胺基、或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的三芳基胺基。芳基胺基中的芳基可為單 環(huán)芳基或多環(huán)芳基。芳基胺基包括兩個或更多個芳基，所述芳基可包括單環(huán)芳基、多環(huán)芳 基，或者同時包含單環(huán)芳基和多環(huán)芳基。
[0065] 芳基胺基的具體實例包括苯胺基、萘胺基、聯(lián)苯胺基、蒽胺基、3-甲基-苯胺基、 4-甲基-萘胺基、2-甲基-聯(lián)苯胺基、9-甲基-蒽胺基、二苯胺基、苯基萘胺基