聚合物以及使用该聚合物的有机薄膜太阳能电池、以及具备该电池的电子设备的制造方法
【专利说明】聚合物以及使用该聚合物的有机薄膜太阳能电池、以及具 备该电池的电子设备 【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚合物以及使用该聚合物的有机薄膜太阳能电池、以及具备该电池的 电子设备。 【【背景技术】】
[0002] 人们期待将有机半导体适用于有机薄膜太阳能电池、发光元件、光传感器等太阳 能电池元件中。其中，如果使用聚合物分子作为有机半导体材料，就能够以廉价的涂布法制 作活性层。另一方面，从节能和减少〇) 2排放的问题考虑，作为环境负荷少的清洁能源之一 的太阳能电池正在快速地发展。目前，硅系太阳能电池是主流，但效率只有15%左右，难以 低成本化。另外，作为能够廉价地制作的太阳能电池，已知有CdTe型太阳能电池，但由于使 用有毒元素Cd，有可能会产生环境问题。在这种环境下，人们越来越期待开发出属于低成 本、能量转化效率高且无害的新一代太阳能电池的有机薄膜太阳能电池。
[0003] 为了实现有机薄膜太阳能电池，具有2个大课题。其一是正在研宄能够提高发电 效率，可用于有机薄膜太阳能电池的各种聚合物状有机半导体。例如，作为在制成有机薄膜 太阳能电池时显示出世界顶级水平的7%以上的高转换效率的聚合物，已知有聚{4,8 -双 (2 -乙基己氧基）苯并[1，2 - b ;4,5 - b' ]二噻吩一 2,6 -二基一 alt - 4 一（2 -乙 基己氧基羰基）一 5 -氟一噻吩并[3, 4 一 b]噻吩一 2, 6 -二基}(以下称为PTB - 7)。 进而还已知，为了改善开路电压（Voc)，以该PTB - 7为原料，将噻吩并[3, 4 一 b]噻吩环 的4位酯取代基（2 -乙基己氧基羰基）取代为吸电性强的羰基（正庚基羰基）的聚合物 (称为PBDTTT - CF)。然而，这些聚合物单体的合成路线是多步骤的，非常复杂。
[0004] 因此，为了减少合成步骤，开发了通过用氢取代PBDTTT - CF的噻吩并[3, 4 一 b] 噻吩的5位氟而成的聚{4, 8 -双（2 -乙基己氧基）苯并[1，2 - b ;4, 5 - b' ]二噻吩一 2, 6 -二基一 alt - 4 一（2 -庚基羰基【）一噻吩并[3, 4 一 b]噻吩一 2, 6 -二基}(以下 称为roBTTT - C)，但存在转换效率有若干降低的问题。对于该roBTTT - C，为了提高转换 效率，还已知通过将苯并[1，2 - b ;4, 5 - b' ]二噻吩环的4位和8位的取代基的2 -乙 基己氧基变更为5 -（2 -乙基己基）噻吩基来改善转换效率的方案。
[0005] 如上所述，可以看出，太阳能电池的转换效率受聚合物侧链的影响很大。为了提高 性能，必须使聚合物骨架与其侧链一起最佳化，并须进行大量的尝试。
[0006] 在开发有机薄膜太阳能电池时的另一个课题是长寿命化。为了延长太阳能电池的 寿命，已知需要光稳定的活性物质（供体和受体）。
[0007]【现有技术文献】
[0008]【专利文献】
[0009]【专利文献1】国际公开第2010/008672号说明书 [0010]【专利文献2】国际公开第2011/011545号说明书
[0011]【专利文献3】国际公开第2008/066933号说明书
[0012] 【非专利文献】
[0013] 【非专利文献 l】Angew. Chem. Int. Ed. 2011，50,9697
[0014]【非专利文献 2】Adv. Mater. 2012, 24, 580
[0015]【非专利文献3】Journal of Polymer Science:Part A :Polymer Chemistry)，2001 年，第 39 卷，p. 1533 - 1
[0016]【非专利文献 4】Sol-Gel Science、C. J. Brinker，G. W. Scherer 著，Academic Press(1990)
[0017]【非专利文献5】J. Am. Chem. Soc. 2009V〇1. 131，No. 22,7792 - 7799
[0018] 【非专利文献6】D. J. Zwanenburg 等人，J. Org. Chem.，1966, Vol. 31，3363
[0019]【非专利文献 7】nature phtonics 2〇〇9, Vol. 3,649 【
【发明内容】
】
[0020] 【发明所要解决的课题】
[0021] 本发明的目的在于，提供能够使有机薄膜太阳能电池兼有高转换效率和长寿命化 的聚合物。
[0022] 【用于解决课题的手段】
[0023] 即，本发明实施方案的聚合物的特征在于，其中含有由下述式（Ml)表示的重复单 元，重均分子量为3, 000~1，000, 000 :
[0024]【化1】
【主权项】
1. 聚合物，其中含有由下述式（Ml)表示的重复单元，重均分子量为3,000~ 1, 000, 000 ： 【化1】
式中，R1为选自非取代烷基、取代烷基、非取代烷氧基、取代烷氧基、非取代芳基以及取 代芳基中的取代基； R2各自独立地为选自氢、卤素、非取代烷基、取代烷基、非取代烷氧基、取代烷氧基、非 取代芳基以及取代芳基中的取代基； X各自独立地为选自0、S和Se中的原子。
2. 权利要求1所述的聚合物，其中，上述X全部为0。
3. 权利要求1所述的聚合物，其中，上述R1为选自非取代烷基、取代烷基、非取代芳基 以及取代芳基中的取代基。
4. 权利要求1~3任1项所述的聚合物，其中，相对于全部重复单元的总摩尔数，由上 述式（Ml)表示的重复单元的比例为50摩尔％以上。
5. 权利要求1~4任1项所述的聚合物，还含有由下述式（M2)表示的重复单元： 【化2】
式中，L为交联性基团； R2和X分别如上所述。
6. 权利要求1~5任1项所述的聚合物，还含有由下述式（M3)表示的重复单元： 【化3】
式中，R2和X分别如上所述。
7. 权利要求5或6所述的聚合物，其中，相对于全部重复单元的总摩尔数，由上述式 (M2)和（M3)表示的重复单元的比例总计为0. 1~50摩尔％。
8. 权利要求1~7任1项所述的聚合物，其中，上述基R2中的至少一个为交联性基团。
9. 权利要求1~8任1项所述的聚合物，其中，末端基各自独立地为具有吸电子基团的 芳基或者具有供电子基团的芳基。
10. 权利要求1~9任1项所述的聚合物，其中，任一个的末端基为交联性基团。
11. 太阳能电池，其特征在于，含有权利要求1~10任1项所述的聚合物。
12. 本体异质型有机薄膜太阳能电池，其特征在于，具备含有权利要求1~10任1项所 述的聚合物作为电子给体、富勒烯衍生物作为电子受体的活性层。
13. 电子设备，其特征在于，具备权利要求11或12的太阳能电池作为供电元件。
【专利摘要】本发明提供适用于光电转换率和光耐久性均优良的太阳能电池的聚合物、使用该聚合物的太阳能电池以及具备该电池的电子设备。本发明提供的聚合物的特征在于，其含有由下述式(M1)表示的重复单元，重均分子量为3,000～1,000,000：(式中，R1为选自非取代烷基、取代烷基、非取代烷氧基以及取代烷氧基中的取代基；R2各自独立地为选自氢、卤素、非取代烷基、取代烷基、非取代烷氧基、取代烷氧基、非取代芳基以及取代芳基中的取代基；X各自独立地为选自O、S和Se中的原子)；此外，本发明还提供在活性层中含有该聚合物的太阳能电池，以及具备该电池的电子设备。
【IPC分类】H01L51-42, C08G61-12
【公开号】CN104755528
【申请号】CN201380056977
【发明人】中野义彦, 五反田武志, 早濑留美子, 工藤由纪
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年10月29日
【公告号】EP2915831A1, US20150236288, WO2014069468A1