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] 本說明書涉及共聚物和包含其的有機太陽能電池。
[0002] 本申請要求于2013年7月31日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2013- 0090613號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其內(nèi)容通過全文引用并入本文。
【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(dǎo)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(dāng)在目前標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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。
[0005] [相關(guān)領(lǐng)域文獻]
[0006] [非專利文獻]
[0007] (非專利文獻 1) Two-1 ay er Organ i c Pho to vo 1 tai c Ce 11 ( C · W · Tang， Appl.Phys. Lett.,48,183.(1996))
[0008] (非專利文獻2)Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor He terojunctions(G.Yu,J.Gao,J.C.Hummelen,F.ffudl,A.J.Heeger,Science,270,1789. (1995))

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 技術(shù)問題
[0010] 本說明書的一個目的是提供共聚物和包含其的有機太陽能電池。
[0011]技術(shù)方案
[0012] 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 的第一單體;充當(dāng)電子供體的第二單體;以及充當(dāng)電子受體的第三單體。
[0013] [式 1]
[0015] 在式1中，
[0016] a和b各自為1至5的整數(shù)，
[0017]當(dāng)a為2至5的整數(shù)時R1相同或不同，
[0018]當(dāng)b為2至5的整數(shù)時R2相同或不同，以及
[0019] R1至R4彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：氫;氖滷素基團；腈基;硝基;酰亞 胺基;酰胺基;羥基;經(jīng)取代或未經(jīng)取代的羰基;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。
[0020]本說明書的另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。
[0021 ]有益效果
[0022]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。
[0023]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是說明了在實施例1中制備的共聚物1的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0026] 圖3是說明了在實施例2中制備的共聚物2的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0027] 圖4是說明了在實施例3中制備的共聚物3的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0028] 圖5是說明了在實施例4中制備的共聚物4的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0029] 圖6是說明了在實施例6中制備的共聚物6的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0030] 圖7是說明了在實施例7中制備的共聚物7的凝膠滲透色譜(GPC)的視圖。
[0031] 圖8是說明了本說明書的實施例1至4的有機太陽能電池的電流-電壓曲線的視圖。 [0032]圖9是說明了本說明書的制備實施例6的有機太陽能電池的電流-電壓曲線的視 圖。
[0033][附圖標(biāo)記說明]
[0034] 101:基底
[0035] 102:第一電極
[0036] 103:空穴傳輸層
[0037] 104:光活性層
[0038] 105:第二電極
【具體實施方式】
[0039]下文中，將詳細地描述本說明書。
[0040]本文中所使用的術(shù)語"單體"意指共聚物主鏈中包含的重復(fù)結(jié)構(gòu)，其中所述單體通 過聚合與共聚物鍵合。
[0041]根據(jù)本說明書示例性實施方案的共聚物包含：由下式1表示的第一單體;充當(dāng)電子 供體的第二單體;以及充當(dāng)電子受體的第三單體。
[0042]根據(jù)本說明書示例性實施方案的共聚物由三種單體制備。在這種情況下，合成方 案變得簡單，使得易于合成該共聚物。
[0043] 包含三種單體的共聚物是無規(guī)共聚物。在無規(guī)共聚物的情況下，由于結(jié)晶度減小， 非晶程度增加，使得可以確保對熱的長期穩(wěn)定性，以及促進制造包含共聚物的器件和模塊 的過程。
[0044] 此外，由于控制無規(guī)共聚物中共聚物的比例以易于控制溶解度，因此易于提供適 合于有機太陽能電池的制造工藝的溶解度，從而制造高效有機太陽能電池。
[0045] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，R1和R2彼此相同或不同，并且各自獨立地為 經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷氧基;或經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷基。
[0046] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，R1和R2彼此相同或不同，并且各自獨立地為 具有1至30個碳原子的經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烷氧基;或具有1至30個碳原子的經(jīng)取代或未經(jīng) 取代的烷基。
[0047]在本說明書的一個示例性實施方案中，a為1。
[0048]在本說明書的一個示例性實施方案中，b為1。
[0049] 在本說明書的一個示例性實施方案中，R1和R2各自在間位經(jīng)取代。在這種情況下 有提尚溶解度的效果。
[0050] 在本說明書的一個示例性實施方案中，由式1表示的第一單體由下式2表示。
[0051 ][式 2]
[0053] 在式2中，
[0054] R1至R4與在式1中限定的那些相同。
[0055] 在本說明書的一個示例性實施方案中，充當(dāng)電子供體的第二單體包括下式中的至 少一種。
[0057] 在所述式中，
[0058] c為1至4的整數(shù)，
[0059] d為1至6的整數(shù)，
[0060] e為1至8的范圍內(nèi)的整數(shù)，
[0061] f和g各自為1至3的整數(shù)，
[0062] 當(dāng)c、d、e和f為2或更大時，R10相同或不同，
[0063] 當(dāng)g為2或更大時，R11相同或不同，
[0064]聚合物R10至R11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)取代的羰基;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。
[0065] XI至X3彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：CRIT JRjjeRlT、Se 和Te，
[0066] Z選自CRR' '(KSiRR' 'PR'S'GeRR'、Se和Te，
[0067] Y1和Y2彼此相同或不同，并且各自獨立地選自：0?川、3丨1?、？和661?，以及
[0068] 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)取代的羰基;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。
[0069]在本說明書的一個示例性實施方案中，充當(dāng)電子受體的第三單體包括下式中的至 少一種。
[0071] 在所述式中，
[0072] R12至R15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)取代的羰基;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