共軛系聚合物、使用了該共軛系聚合物的供電子性有機(jī)材料、光伏元件用材料及光伏元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及共軛系聚合物、使用了該共軛系聚合物的供電子性有機(jī)材料、光伏元 件用材料以及光伏元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池，作為環(huán)保的電能源，被當(dāng)作對(duì)于現(xiàn)在日益嚴(yán)重的能源問題而言有力 的能源。現(xiàn)在，作為太陽能電池的光伏元件的半導(dǎo)體原材料，使用單晶硅、多晶硅、非晶硅、 化合物半導(dǎo)體等無機(jī)物。但是，使用無機(jī)半導(dǎo)體制造的太陽能電池由于成本高，還未在一般 家庭廣泛普及。成本高的原因主要在于，在真空且高溫下制造半導(dǎo)體薄膜的工藝。因此，作 為可以期待制造工藝的簡(jiǎn)化的半導(dǎo)體原材料，對(duì)使用共軛系聚合物、有機(jī)晶體等有機(jī)半導(dǎo) 體、有機(jī)色素的有機(jī)太陽能電池進(jìn)行了研究。
[0003] 但是，使用了共軛系聚合物等的有機(jī)太陽能電池，與以往的使用了無機(jī)半導(dǎo)體的 太陽能電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率低是最大問題，還沒有得到實(shí)用化。以往的使用了共軛系聚 合物的有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低是由于，太陽光的吸收效率低，形成通過太陽光 生成的電子與空穴難以分離的激子的束縛態(tài)，和由于容易形成捕獲載流子（電子、空穴）的 陷阱（trap)、而所生成的載流子容易被陷阱捕獲、載流子的遷移率慢等。
[0004] 迄今的利用有機(jī)半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換元件，目前可以分類為供電子性有機(jī)材料（P 型有機(jī)半導(dǎo)體）和功函數(shù)小的金屬接合而成的肖特基型、受電子性有機(jī)材料（n型有機(jī)半導(dǎo) 體）和供電子性有機(jī)材料（P型有機(jī)半導(dǎo)體）接合的異質(zhì)結(jié)型。這些元件由于僅接合部的 有機(jī)層（幾個(gè)分子層程度）有助于光電流生成，因此光電轉(zhuǎn)換效率低，光電轉(zhuǎn)換效率的提高 成為課題。
[0005] 作為用于提高光電轉(zhuǎn)換兀件的光電轉(zhuǎn)換效率的一種方法，有將受電子性有機(jī)材料 (n型有機(jī)半導(dǎo)體）和供電子性有機(jī)材料（P型有機(jī)半導(dǎo)體）混合、形成有助于光電轉(zhuǎn)換的接 合面增加了的本體異質(zhì)結(jié)型的方法。其中，報(bào)告了使用共軛系聚合物作為供電子性有機(jī)材 料（P型有機(jī)半導(dǎo)體），使用具有n型半導(dǎo)體特性的導(dǎo)電性高分子、C 6(1等富勒烯、富勒烯衍生 物作為受電子性有機(jī)材料的本體異質(zhì)結(jié)型光電轉(zhuǎn)換元件。
[0006] 另外，為了有效地吸收太陽光光譜的寬范圍的輻射能、提高光電轉(zhuǎn)換效率，帶隙變 窄的供電子性有機(jī)材料是有用的（例如參照非專利文獻(xiàn)1和2)。作為這種窄帶隙供電子性 有機(jī)材料，報(bào)告了噻吩并[3,4_b]噻吩骨架和苯并[l，2_b :4,5_b' ]二噻吩骨架組合而成 的共聚物表現(xiàn)出特別優(yōu)異的光伏特性，迄今合成了許多衍生物（例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :國(guó)際公開第2011/011545號(hào)小冊(cè)子 非專利文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn) 1 :E. Bundgaard、F. C. Krebs 著，"Solar Energy Materials & Solar Cells"、2007 年，91 卷，954 頁(yè) 非專利文獻(xiàn) 2 :H. Zhou、L. Yang、W. You 著、"Macromolecules"，2012 年，45 卷，607 頁(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問是頁(yè) 但是，對(duì)于迄今的利用噻吩并[3, 4-b]噻吩骨架和苯并[1，2-b :4, 5-b']二噻吩骨架的 共聚形成的供電子性有機(jī)材料而言，不能兼具窄帶隙化和高的載流子遷移率、以及與以富 勒烯衍生物為代表的受電子性材料的相容性，得不到充分的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的目的在于， 提供通過最合適的取代基和側(cè)鏈的選擇來兼具窄帶隙化、高的載流子遷移率以及與受電子 性材料的相容性的供電子性有機(jī)材料，提供光電轉(zhuǎn)換效率高的光伏元件。
[0009] 用于解決問題的方案 對(duì)由噻吩并[3, 4-b]噻吩骨架和苯并[1，2-b :4, 5-b' ]二噻吩骨架構(gòu)成的共軛系聚合 物的取代基和側(cè)鏈的種類進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了改善供電子性材料的性能、提高光伏元件 的轉(zhuǎn)換效率的結(jié)構(gòu)。
[0010] 即，本發(fā)明為具有通式（1)所示結(jié)構(gòu)的共軛系聚合物、使用了該共軛系聚合物的 供電子性有機(jī)材料、光伏兀件用材料和光伏兀件。
[0011] [化 1]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種共軛系聚合物，其具有通式（1)所示的結(jié)構(gòu)， [化1]
上述通式（1)中，R1表示烷基部分為直鏈烷基的烷氧基羰基或烷基部分為直鏈烷基的 烷?；?，它們只要保持直鏈結(jié)構(gòu)則可以被取代，R2分別可以相同也可以不同、表示可以被取 代的雜芳基，X表示氫原子或鹵原子，η表示聚合度、表示2以上且1000以下的整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共軛系聚合物，其中，X為氟。
3. -種供電子性有機(jī)材料，其使用了權(quán)利要求1或2所述的共軛系聚合物。
4. 一種光伏元件用材料，其含有權(quán)利要求3所述的供電子性有機(jī)材料和受電子性有機(jī) 材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏元件用材料，其中，所述受電子性有機(jī)材料為富勒烯化 合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏元件用材料，其中，所述富勒烯化合物含有C 7(|衍生物。
7. -種光伏兀件，其至少具有正極和負(fù)極，在正極與負(fù)極之間具有含有權(quán)利要求4~6 中任一項(xiàng)所述的光伏元件用材料的有機(jī)半導(dǎo)體層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏元件，其中，在所述負(fù)極與所述含有光伏元件用材料的 有機(jī)半導(dǎo)體層之間進(jìn)一步具有電子傳輸層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏元件，其中，所述電子傳輸層含有菲咯啉衍生物。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供光電轉(zhuǎn)換效率高的光伏元件。一種供電子性有機(jī)材料，其使用了共軛系聚合物，所述共軛系聚合物具有噻吩并[3,4-b]噻吩骨架和具有雜芳基的苯并[1,2-b：4,5-b’]二噻吩骨架結(jié)構(gòu)，所述噻吩并[3,4-b]噻吩骨架具有特定的烷基部分為直鏈烷基的烷氧基羰基或者烷基部分為直鏈烷基的烷酰基。
【IPC分類】C08G61-12, H01L51-42
【公開號(hào)】CN104640902
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380047818
【發(fā)明人】渡邊伸博, 北澤大輔, 山本修平, 下村悟
【申請(qǐng)人】東麗株式會(huì)社
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年9月6日
【公告號(hào)】CA2880977A1, EP2899219A1, US20150249214, WO2014042090A1