專利名稱：含有咔唑的導電聚合物、以及使用其的有機光伏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由式1表示的含有2，7_咔唑的導電聚合物以及包括所述導電聚合物作為光電轉(zhuǎn)換材料的有機光伏器件，并且更具體地涉及通過將少量咔唑引入包含一種或多種芳族單體的聚合物中而制備的具有改善的空穴遷移率的導電聚合物、以及包括所述導電聚合物作為光電轉(zhuǎn)換材料的具有改善的能量轉(zhuǎn)換效率的有機光伏器件。
背景技術(shù)：
有機薄膜太陽能電池使用有機材料作為光活性層并且具有如下優(yōu)點它們具有幾百nm或更小的薄的厚度、使用相對便宜的材料作為光活性層并且可制造成柔性器件。由于這樣的優(yōu)點，已經(jīng)進行了許多對有機薄膜太陽能電池的研究。光活性層通常由兩種具有不同的電子親和性的材料制成，其中所述光活性材料之一通過吸收光而激發(fā)以形成激子，和在較低電子親和性材料(給體)中的電子越過所述兩種材料之間的界面移向較高電子親和性材料(受體)，使得激子分離為空穴和電子。此處， 激子可移動的距離為約lOnm，盡管其取決于材料而變化。因此，如果光吸收位置與所述兩種具有不同電子親和性的材料的界面之間的距離為約IOnm或者更小，則激子分離為電子和空穴可以最高的效率實現(xiàn)。因此，主要使用包括給體和受體材料的混合物的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) (bulk heterojunction structure)0制造有機太陽能電池的方法大致分成兩種方法通過熱沉積給體和受體材料制造薄膜的方法，和使用溶液工藝制造薄膜的方法。具體地，在采用熱沉積的方法中，給體和受體材料兩者均為單體，而在采用溶液工藝的方法中，給體材料通常為聚合物，和受體材料為聚合物、富勒烯衍生物、二萘嵌苯衍生物、無機量子點納米顆粒等。因此，當使用采用聚合物的溶液工藝時，與熱沉積單體時相比， 可以便宜的方式制造大面積的器件。因此，近年來，已經(jīng)積極地進行對采用聚合物的溶液工藝的研究。迄今為止，使用富勒烯衍生物作為受體材料已顯示出最高效率[J. Am. Chem. Soc.， 2008，130 (48)，16144]。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，還已經(jīng)開發(fā)了串聯(lián)型器件，其包括夾在兩種吸收不同區(qū)域中的光的聚合物之間的中間電極[Science，2007，317，222]。有機太陽能電池應滿足高的光電轉(zhuǎn)換效率。為了實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率，應滿足以下要求。首先，在光吸收層中應吸收大量光子。第二，被吸收并且激發(fā)的激子應移向給體 /受體界面使得它們有效地分離為空穴和電子。第三，所分離的空穴和電子應無損失地移向正極和負極。當使用富勒烯衍生物作為體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中的受體材料時，第二激子的分離看上去定量地發(fā)生。因此，為了在有機薄膜太陽能電池中實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率，作為給體材料使用的聚合物應滿足吸收大量光子的性質(zhì)和使空穴移動的能力兩者。因此，本發(fā)明人已進行了大量努力以在有機薄膜太陽能電池中實現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率，且結(jié)果已經(jīng)設(shè)計出使用由于高的空穴遷移率在有機發(fā)光二極管(OLED)和有機薄膜晶體管(OTFT)中經(jīng)常使用的咔唑基團的電子給體的分子設(shè)計，從而完成本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供具有增強的光子吸收能力和空穴遷移率的導電聚合物、 以及其作為光電轉(zhuǎn)換材料的用途。本發(fā)明的另一目的是提供包括所述導電聚合物作為電子給體的有機光伏器件。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供由下式1表示的含有2，7_咔唑的導電聚合物[式1]其中1是單體X的摩爾分數(shù)并且O4O $ ^+i+lT <:l,m為單體Y的摩爾分數(shù)
并且0 S Trf-:-- < 0.50,η為咔唑的摩爾分數(shù)并且0 <和Y各自
為具有給體、受體或光吸收功能的單體結(jié)構(gòu)，和R1為C1-C2tl烷基、C1-C20烷氧基、C3-C20環(huán)烷基、C1-C2tl雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基、CN、C(O)R或C(O)OR,其中R為C1-C2tl烷基、C1-C2tl雜環(huán)烷基、芳基、或雜芳基。導電聚合物中咔唑化合物的含量為優(yōu)選為0</+二—《 so.10,并且更優(yōu)選為
權(quán)利要求
1.由下式1表示的含有2，7-咔唑的導電聚合物 [式1]其中1是單體X的摩爾分數(shù)并且O4O $ /, ! ( < Lm為單體Y的摩爾分數(shù)并且0<S 0.50, η為所述咔唑的摩爾分數(shù)并且o< Tnir^ Ο.ΙΟ,Χ和Y各自為具有給體、受體或光吸收功能的單體結(jié)構(gòu)，和R1為C1-C2tl烷基、C1-C2tl烷氧基、c3-c2(1環(huán)烷基、 C1-C20雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基、CN、C(O)R或C(O)OR,其中R為C1-C2tl烷基、C1-C2tl雜環(huán)烷基、 芳基、或雜芳基。
2.權(quán)利要求1的含有咔唑的導電聚合物，其中η為0<$0.05。
3.權(quán)利要求1的含有咔唑的導電聚合物，其中X和Y之一為給體單體結(jié)構(gòu)，和另一個為受體單體結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求3的含有咔唑的導電聚合物，其中所述給體單體為選自由以下式2 式10 表示的化合物的任一種
5.權(quán)利要求3的含有咔唑的導電聚合物，其中所述受體單體為選自由以下式11 16表示的化合物的任一種
6.用于有機光伏器件、有機發(fā)光二極管或有機薄膜晶體管的光電轉(zhuǎn)換材料，其包括根據(jù)權(quán)利要求1的由式1表示的含有2，7-咔唑的導電聚合物
7.權(quán)利要求6的光電轉(zhuǎn)換材料，其中η為O< τρ < 0.05。
8.有機光伏器件，包括基底、第一電極、緩沖層、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極，其中所述光電轉(zhuǎn)換層由光電轉(zhuǎn)換材料制成，所述光電轉(zhuǎn)換材料為作為電子給體的根據(jù)權(quán)利要求1的由式 1表示的含有2，7-咔唑的導電聚合物與作為電子受體的C6tl富勒烯衍生物或C7tl富勒烯衍生物的混合物 [式1]
9.權(quán)利要求8的有機光伏器件，其中η為0<$0.05。
10.權(quán)利要求8的有機光伏器件，其中所述光電轉(zhuǎn)換層由光電轉(zhuǎn)換材料制成，所述光電轉(zhuǎn)換材料為作為電子給體的式1的含有2，7_咔唑的導電聚合物和作為電子受體的C6tl富勒烯衍生物或C7tl富勒烯衍生物的混合物，其中所述電子給體和所述電子受體以 1 0.5-1 4的重量比彼此混合。
11.權(quán)利要求8的有機光伏器件，其中所述光電轉(zhuǎn)換材料是通過將其溶解在選自氯苯、 1,2- 二氯苯和氯仿的任意一種溶劑中以達到1. 0-3. 0重量％的固含量作為溶液制備的。
全文摘要
本發(fā)明涉及由以下化學式1表示的含有2，7-咔唑基團的導電聚合物和使用所述導電聚合物作為光電轉(zhuǎn)換材料的有機光伏器件。本發(fā)明提供導電聚合物，其中特定量的咔唑化合物引入到單獨地包含給體官能團、包含各種類型的芳族單體的一種或多種的聚合物中、或者引入到其中重復的受體基團引入到給體官能團中的給體-受體型聚合物中，由此改善所述導電聚合物的光子吸收率和空穴遷移率。因此，本發(fā)明的導電聚合物可用作用于有機薄膜晶體管(OTFT)或者有機發(fā)光二極管(OLED)的光電轉(zhuǎn)換材料。此外，本發(fā)明提供使用所述含有咔唑化合物的導電聚合物作為電子給體的有機光伏器件，以由此在有機薄膜太陽能電池中實現(xiàn)改善的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號C08G61/12GK102405247SQ201080017043
公開日2012年4月4日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者尹成哲, 文相珍, 李惠英, 李昌珍, 申原碩, 蘇源郁, 金奎男 申請人:韓國化學研究院