共聚物和包含其的有機(jī)太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011 本申請要求于2013年9月16日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2013-0111394號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(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(jī)太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0003] 有機(jī)太陽能電池是可以通過應(yīng)用光電動(dòng)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(jī)太陽能電池和有機(jī)太陽能電池。典型的太陽 能電池通過摻雜作為無機(jī)半導(dǎo)體的結(jié)晶娃(Si)以實(shí)現(xiàn)p-n結(jié)來制造。通過吸收光而產(chǎn)生的 電子和空穴擴(kuò)散至p-n結(jié)點(diǎn)，并通過其電場加速移動(dòng)至電極。該過程的電功率轉(zhuǎn)換效率定義 為提供至外電路的電功率與提供至太陽能電池的太陽能功率之比，并且目前當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)化的 虛擬太陽輻照條件下測量時(shí)已達(dá)到約24%。然而，由于現(xiàn)有的無機(jī)太陽能電池在經(jīng)濟(jì)可行 性和材料需求和供應(yīng)方面已有所限制，所以容易加工、低成本且包含多種功能性的有機(jī)半 導(dǎo)體太陽能電池作為長期替代能源已受到了關(guān)注。
[0004] 在太陽能電池中，重要的是提高效率使得由太陽能輸出盡可能多的電能。為了提 高太陽能電池的效率，在半導(dǎo)體中生成盡可能多的激子很重要，并且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由所生成的電子和空穴的復(fù)合所引起 的湮滅。作為將所生成的電子或空穴傳輸至電極而不損失的方法，已提出了多種方法，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] [現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0006] [專利文獻(xiàn)]
[0007] (專利文獻(xiàn)1)美國專利第5331183號 [0008](專利文獻(xiàn)2)美國專利第5454880號 [0009][非專利文獻(xiàn)]
[0010] (非專利文獻(xiàn) 1) Two-Lay er Organ i c Pho to vo 1 tai c Ce 11 ( C · W · Tang， Appl.Phys. Lett .,48,183.(1996))
[0011] (非專利文獻(xiàn)2)Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G.Yu,J.Gao,J.C.Hummelen,F.ffudl,A.J.Heeger, Science ,270,1789. (1995))

【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 技術(shù)問題
[0013] 本說明書致力于提供共聚物和包含其的有機(jī)太陽能電池。
[0014] 技術(shù)方案
[0015] 本說明書的一個(gè)示例性實(shí)施方案提供了一種共聚物，所述共聚物包含由以下化學(xué) 式1或2表示的單元。
[0016] [化學(xué)式1]
[0017]
[0018] [化學(xué)式2]
[0019]
[0020] 在化學(xué)式1和2中，
[0021 ] 1是摩爾分?jǐn)?shù)并且為大于0且小于1的實(shí)數(shù)，
[0022] m是摩爾分?jǐn)?shù)并且為大于0且小于1的實(shí)數(shù)，
[0023] 1和m的總和為1，
[0024] η為1至10,000的整數(shù)，
[0025] Α為包含經(jīng)取代或未經(jīng)取代的五元或六元單環(huán)含氮雜環(huán)基的單元A，
[0026] B和B'彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地為包含經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單環(huán)或多環(huán) 雜環(huán)基的單元B，
[0027] C為包含經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單環(huán)或多環(huán)芳基或者經(jīng)取代或未經(jīng)取代的單環(huán)或多 環(huán)雜環(huán)基的單元C，以及
[0028] 單元B和單元C中的至少之一包含經(jīng)取代或未經(jīng)取代的多環(huán)芳基或者經(jīng)取代或未 經(jīng)取代的多環(huán)雜環(huán)基。
[0029] 本說明書的另一個(gè)示例性實(shí)施方案提供了一種有機(jī)太陽能電池，其包括:第一電 極;設(shè)置成面對第一電極的第二電極；以及設(shè)置在第一電極與第二電極之間并且包含光活 性層的一個(gè)或更多個(gè)有機(jī)材料層，其中所述有機(jī)材料層中的一個(gè)或更多個(gè)層包含所述共聚 物。
[0030] 有益效果
[0031] 根據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的共聚物具有大分子量，并因此就制造有機(jī)太 陽能電池的時(shí)間和/或成本而言是經(jīng)濟(jì)的。
[0032] 此外，與包含具有相對小分子量的共聚物的器件相比，即使包含具有大分子量的 共聚物的器件具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)，也可以提供僅使用一個(gè)單元電池就具有足夠效率 的器件。
[0033] 此外，在器件具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的情況下，與具有相對小分子量的共聚物相比，包含根 據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的共聚物的器件可以提供具有更高效率的器件。
[0034] 本說明書的共聚物可以用作有機(jī)太陽能電池的有機(jī)材料層的材料，并且使用所述 共聚物的有機(jī)太陽能電池可以在開路電壓增加和效率增加方面具有優(yōu)異特性。特別地，根 據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的共聚物可具有深HOMO能級、小帶隙和高電荷迀移率，并 因此具有優(yōu)異的特性。根據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的共聚物可以單獨(dú)用于有機(jī)太陽 能電池或者與其他材料混合用于有機(jī)太陽能電池，并且當(dāng)保持化合物的熱穩(wěn)定性時(shí)可以改 善器件的效率和壽命特性。
【附圖說明】
[0035] 圖1是說明了實(shí)施例1的2,5-二乙基己基-3,6-二噻吩-2-基吡咯并[3,4-C]吡咯-l，4-二酮的NMR譜的視圖。
[0036] 圖2是說明了實(shí)施例1的3,6-雙(5-溴-2-噻吩基)-2,5-雙(2-乙基己基)-2,5-二氫 吡咯并[3，4-c ]吡咯-1，4-二酮的NMR譜的視圖。
[0037] 圖3是說明了實(shí)施例1的3,6-雙(5-溴-2-噻吩基)-2,5-雙(2-乙基己基)-2,5-二氫 吡咯并[3，4-c ]吡咯-1，4-二酮的MS譜的視圖。
[0038]圖4是說明了實(shí)施例2的化合物的NMR譜的視圖。
[0039]圖5是說明了實(shí)施例2的化合物的MS譜的視圖。
[0040]圖6說明了實(shí)施例3的化合物的NMR譜。
[00411圖7說明了實(shí)施例3的化合物的MS譜。
[0042]圖8是說明了通過對實(shí)施例5的共聚物1的氯苯溶液進(jìn)行熱處理獲得的膜型UV-Vis 吸收光譜的視圖。
[0043]圖9是說明了實(shí)施例5的共聚物1的電化學(xué)測量結(jié)果(循環(huán)伏安法)的視圖。
[0044]圖10是說明了通過對實(shí)施例5的共聚物2的氯苯溶液進(jìn)行熱處理獲得的膜型UV-Vis吸收光譜的視圖。
[0045]圖11是說明了實(shí)施例6的共聚物2的電化學(xué)測量結(jié)果(循環(huán)伏安法)的視圖。
[0046]圖12是說明了通過對實(shí)施例7的共聚物3的氯苯溶液進(jìn)行熱處理獲得的膜型UV-Vis吸收光譜的視圖。
[0047]圖13是說明了實(shí)施例7的共聚物3的電化學(xué)測量結(jié)果(循環(huán)伏安法)的視圖。
[0048]圖14是說明了通過對實(shí)施例8的共聚物4的氯苯溶液進(jìn)行熱處理獲得的膜型UV-Vis吸收光譜的視圖。
[0049] 圖15是說明了實(shí)施例8的共聚物4的電化學(xué)測量結(jié)果(循環(huán)伏安法)的視圖。
[0050] 圖16說明了根據(jù)使用根據(jù)實(shí)施例5制備的共聚物1的有機(jī)太陽能電池器件的太陽 能電池的電壓而變化的電流密度。
[0051] 圖17說明了根據(jù)使用根據(jù)實(shí)施例6制備的共聚物2的有機(jī)太陽能電池器件的太陽 能電池的電壓而變化的電流密度。
[0052] 圖18說明了根據(jù)使用根據(jù)實(shí)施例7制備的共聚物3的有機(jī)太陽能電池器件的太陽 能電池的電壓而變化的電流密度。
[0053] 圖19說明了根據(jù)使用根據(jù)實(shí)施例8制備的共聚物4的有機(jī)太陽能電池器件的太陽 能電池的電壓而變化的電流密度。
[0054]圖20是說明了根據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的有機(jī)太陽能電池的視圖。
[0055] [附圖標(biāo)記]
[0056] 101:基底
[0057] 102:第一電極
[0058] 103:空穴傳輸層
[0059] 104:光活性層
[0060] 105:第二電極
[0061] 最佳實(shí)施方式
[0062] 下文中，將詳細(xì)地描述本說明書。
[0063] 在本說明書中，術(shù)語"單元"是共聚物單體中包含的重復(fù)結(jié)構(gòu)，以及意指其中單體 通過聚合反應(yīng)在共聚物中鍵合的結(jié)構(gòu)。
[0064] 在本說明書中，術(shù)語"包含單元"意指包含在共聚物的主鏈中。
[0065] 在根據(jù)本說明書一個(gè)示例性實(shí)施方案的包含單元A、單元B和單元C的共聚物的情 況下，可以合成具有大分子量的聚合物，并因此該共聚物對于改善形態(tài)起積極作用。
[0066] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，單元A由以下化學(xué)式3至5中的任一個(gè)表示。
[0067] [化學(xué)式3]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] 在化學(xué)式3至5中，
[0074] X和Xa彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自CRR'、NR、0、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se和 Te，
[0075] Y為N，
[0076] ￥'和疒彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自0?川、3丨1?、？和661?，
[0077] 前提條件是X為NR或者Y'為N，
[0078] 前提條件是Xa為NR或者Y 〃為N，
[0079] a為1至3的整數(shù)，以及
[0080] 則、1?2、1?2'、1?和1?'彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自：氫;氘；鹵素基團(tuán)；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)取代的烷基硫基 (alkylthioxy group);經(jīng)取代或未經(jīng)取代的芳基硫基(arylthioxy group);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。
[0081] 在本說明書中，在包含單元A的情況下，可提供具有大分子量的共聚物。因此，就制 造有機(jī)太陽能電池的時(shí)間和/或成本而言，所述共聚物是經(jīng)濟(jì)的。此外，與包含具有相對小 分子量的共聚物的器件相比，包含具有大分子量的共聚物的器件可提供具有更高效率的器 件。
[0082] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，單元B是電子供體并且單元C是電子受體。
[0083] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，單元B包括以下化學(xué)式中的一個(gè)或兩個(gè)或更多 個(gè)。
[0084
[0085] 在所述化學(xué)式中，
[0086] b和c各自為1至3的整數(shù)，
[0087] d為1至6的整數(shù)，
[0088] f為1至4的整數(shù)，
[0089] R10至R13彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自：氫;氖滷素基團(tuán)；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)取代的烷基硫基;經(jīng)取代或未 經(jīng)取代的芳基硫基;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，
[0090] XI至X4彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自CR〃R，〃、NR〃、0、SiR〃R，〃、PR〃、S、 GeR"R，"、Se和Te，
[0091] Y1和Y2彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自0?〃、1311?〃、？和661?〃，以及
[0092] R〃和R'〃彼此相同或不同，并且各自獨(dú)立地選自：氫;氘；鹵素基團(tuán)；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)取代的烷基硫基;經(jīng)取代或未 經(jīng)取代的芳基硫基;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;