共轭系聚合物、使用了该共轭系聚合物的供电子性有机材料、光伏元件用材料及光伏元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及共轭系聚合物、使用了该共轭系聚合物的供电子性有机材料、光伏元 件用材料以及光伏元件。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池，作为环保的电能源，被当作对于现在日益严重的能源问题而言有力 的能源。现在，作为太阳能电池的光伏元件的半导体原材料，使用单晶硅、多晶硅、非晶硅、 化合物半导体等无机物。但是，使用无机半导体制造的太阳能电池由于成本高，还未在一般 家庭广泛普及。成本高的原因主要在于，在真空且高温下制造半导体薄膜的工艺。因此，作 为可以期待制造工艺的简化的半导体原材料，对使用共轭系聚合物、有机晶体等有机半导 体、有机色素的有机太阳能电池进行了研究。
[0003] 但是，使用了共轭系聚合物等的有机太阳能电池，与以往的使用了无机半导体的 太阳能电池相比，光电转换效率低是最大问题，还没有得到实用化。以往的使用了共轭系聚 合物的有机太阳能电池的光电转换效率低是由于，太阳光的吸收效率低，形成通过太阳光 生成的电子与空穴难以分离的激子的束缚态，和由于容易形成捕获载流子（电子、空穴）的 陷阱（trap)、而所生成的载流子容易被陷阱捕获、载流子的迁移率慢等。
[0004] 迄今的利用有机半导体的光电转换元件，目前可以分类为供电子性有机材料（P 型有机半导体）和功函数小的金属接合而成的肖特基型、受电子性有机材料（n型有机半导 体）和供电子性有机材料（P型有机半导体）接合的异质结型。这些元件由于仅接合部的 有机层（几个分子层程度）有助于光电流生成，因此光电转换效率低，光电转换效率的提高 成为课题。
[0005] 作为用于提高光电转换兀件的光电转换效率的一种方法，有将受电子性有机材料 (n型有机半导体）和供电子性有机材料（P型有机半导体）混合、形成有助于光电转换的接 合面增加了的本体异质结型的方法。其中，报告了使用共轭系聚合物作为供电子性有机材 料（P型有机半导体），使用具有n型半导体特性的导电性高分子、C 6(1等富勒烯、富勒烯衍生 物作为受电子性有机材料的本体异质结型光电转换元件。
[0006] 另外，为了有效地吸收太阳光光谱的宽范围的辐射能、提高光电转换效率，带隙变 窄的供电子性有机材料是有用的（例如参照非专利文献1和2)。作为这种窄带隙供电子性 有机材料，报告了噻吩并[3,4_b]噻吩骨架和苯并[l，2_b :4,5_b' ]二噻吩骨架组合而成 的共聚物表现出特别优异的光伏特性，迄今合成了许多衍生物（例如参照专利文献1)。
[0007] 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :国际公开第2011/011545号小册子 非专利文献 非专利文献 1 :E. Bundgaard、F. C. Krebs 著，"Solar Energy Materials & Solar Cells"、2007 年，91 卷，954 页 非专利文献 2 :H. Zhou、L. Yang、W. You 著、"Macromolecules"，2012 年，45 卷，607 页。
【发明内容】
[0008] 发明要解决的问是页 但是，对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 共聚形成的供电子性有机材料而言，不能兼具窄带隙化和高的载流子迁移率、以及与以富 勒烯衍生物为代表的受电子性材料的相容性，得不到充分的转换效率。本发明的目的在于， 提供通过最合适的取代基和侧链的选择来兼具窄带隙化、高的载流子迁移率以及与受电子 性材料的相容性的供电子性有机材料，提供光电转换效率高的光伏元件。
[0009] 用于解决问题的方案 对由噻吩并[3, 4-b]噻吩骨架和苯并[1，2-b :4, 5-b' ]二噻吩骨架构成的共轭系聚合 物的取代基和侧链的种类进行研究，结果发现了改善供电子性材料的性能、提高光伏元件 的转换效率的结构。
[0010] 即，本发明为具有通式（1)所示结构的共轭系聚合物、使用了该共轭系聚合物的 供电子性有机材料、光伏兀件用材料和光伏兀件。
[0011] [化 1]
【主权项】
1. 一种共轭系聚合物，其具有通式（1)所示的结构， [化1]
上述通式（1)中，R1表示烷基部分为直链烷基的烷氧基羰基或烷基部分为直链烷基的 烷酰基，它们只要保持直链结构则可以被取代，R2分别可以相同也可以不同、表示可以被取 代的杂芳基，X表示氢原子或卤原子，η表示聚合度、表示2以上且1000以下的整数。
2. 根据权利要求1所述的共轭系聚合物，其中，X为氟。
3. -种供电子性有机材料，其使用了权利要求1或2所述的共轭系聚合物。
4. 一种光伏元件用材料，其含有权利要求3所述的供电子性有机材料和受电子性有机 材料。
5. 根据权利要求4所述的光伏元件用材料，其中，所述受电子性有机材料为富勒烯化 合物。
6. 根据权利要求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. -种光伏兀件，其至少具有正极和负极，在正极与负极之间具有含有权利要求4~6 中任一项所述的光伏元件用材料的有机半导体层。
8. 根据权利要求7所述的光伏元件，其中，在所述负极与所述含有光伏元件用材料的 有机半导体层之间进一步具有电子传输层。
9. 根据权利要求8所述的光伏元件，其中，所述电子传输层含有菲咯啉衍生物。
【专利摘要】本发明的目的在于提供光电转换效率高的光伏元件。一种供电子性有机材料，其使用了共轭系聚合物，所述共轭系聚合物具有噻吩并[3,4-b]噻吩骨架和具有杂芳基的苯并[1,2-b：4,5-b’]二噻吩骨架结构，所述噻吩并[3,4-b]噻吩骨架具有特定的烷基部分为直链烷基的烷氧基羰基或者烷基部分为直链烷基的烷酰基。
【IPC分类】C08G61-12, H01L51-42
【公开号】CN104640902
【申请号】CN201380047818
【发明人】渡边伸博, 北泽大辅, 山本修平, 下村悟
【申请人】东丽株式会社
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年9月6日
【公告号】CA2880977A1, EP2899219A1, US20150249214, WO2014042090A1