共聚物和包含其的有机太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[00011 本申请要求于2013年9月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0111394号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
[0002] 本说明书涉及共聚物和包含其的有机太阳能电池。
【背景技术】
[0003] 有机太阳能电池是可以通过应用光电动效应将太阳能直接转换为电能的器件。根 据构成薄膜的材料，太阳能电池可分类为无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳 能电池通过掺杂作为无机半导体的结晶娃(Si)以实现p-n结来制造。通过吸收光而产生的 电子和空穴扩散至p-n结点，并通过其电场加速移动至电极。该过程的电功率转换效率定义 为提供至外电路的电功率与提供至太阳能电池的太阳能功率之比，并且目前当在标准化的 虚拟太阳辐照条件下测量时已达到约24%。然而，由于现有的无机太阳能电池在经济可行 性和材料需求和供应方面已有所限制，所以容易加工、低成本且包含多种功能性的有机半 导体太阳能电池作为长期替代能源已受到了关注。
[0004] 在太阳能电池中，重要的是提高效率使得由太阳能输出尽可能多的电能。为了提 高太阳能电池的效率，在半导体中生成尽可能多的激子很重要，并且将所生成的电荷带出 到外部而不损失同样很重要。电荷损失的原因之一是由所生成的电子和空穴的复合所引起 的湮灭。作为将所生成的电子或空穴传输至电极而不损失的方法，已提出了多种方法，但是 大多数方法都需要额外的过程，并因此可使制造成本增加。
[0005] [现有技术文献]
[0006] [专利文献]
[0007] (专利文献1)美国专利第5331183号 [0008](专利文献2)美国专利第5454880号 [0009][非专利文献]
[0010] (非专利文献 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] (非专利文献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))
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 本说明书致力于提供共聚物和包含其的有机太阳能电池。
[0014] 技术方案
[0015] 本说明书的一个示例性实施方案提供了一种共聚物，所述共聚物包含由以下化学 式1或2表示的单元。
[0016] [化学式1]
[0017]
[0018] [化学式2]
[0019]
[0020] 在化学式1和2中，
[0021 ] 1是摩尔分数并且为大于0且小于1的实数，
[0022] m是摩尔分数并且为大于0且小于1的实数，
[0023] 1和m的总和为1，
[0024] η为1至10,000的整数，
[0025] Α为包含经取代或未经取代的五元或六元单环含氮杂环基的单元A，
[0026] B和B'彼此相同或不同，并且各自独立地为包含经取代或未经取代的单环或多环 杂环基的单元B，
[0027] C为包含经取代或未经取代的单环或多环芳基或者经取代或未经取代的单环或多 环杂环基的单元C，以及
[0028] 单元B和单元C中的至少之一包含经取代或未经取代的多环芳基或者经取代或未 经取代的多环杂环基。
[0029] 本说明书的另一个示例性实施方案提供了一种有机太阳能电池，其包括:第一电 极;设置成面对第一电极的第二电极；以及设置在第一电极与第二电极之间并且包含光活 性层的一个或更多个有机材料层，其中所述有机材料层中的一个或更多个层包含所述共聚 物。
[0030] 有益效果
[0031] 根据本说明书一个示例性实施方案的共聚物具有大分子量，并因此就制造有机太 阳能电池的时间和/或成本而言是经济的。
[0032] 此外，与包含具有相对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联结构以外的结构，也可以提供仅使用一个单元电池就具有足够效率 的器件。
[0033] 此外，在器件具有串联结构的情况下，与具有相对小分子量的共聚物相比，包含根 据本说明书一个示例性实施方案的共聚物的器件可以提供具有更高效率的器件。
[0034] 本说明书的共聚物可以用作有机太阳能电池的有机材料层的材料，并且使用所述 共聚物的有机太阳能电池可以在开路电压增加和效率增加方面具有优异特性。特别地，根 据本说明书一个示例性实施方案的共聚物可具有深HOMO能级、小带隙和高电荷迀移率，并 因此具有优异的特性。根据本说明书一个示例性实施方案的共聚物可以单独用于有机太阳 能电池或者与其他材料混合用于有机太阳能电池，并且当保持化合物的热稳定性时可以改 善器件的效率和寿命特性。
【附图说明】
[0035] 图1是说明了实施例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谱的视图。
[0036] 图2是说明了实施例1的3,6-双(5-溴-2-噻吩基)-2,5-双(2-乙基己基)-2,5-二氢 吡咯并[3，4-c ]吡咯-1，4-二酮的NMR谱的视图。
[0037] 图3是说明了实施例1的3,6-双(5-溴-2-噻吩基)-2,5-双(2-乙基己基)-2,5-二氢 吡咯并[3，4-c ]吡咯-1，4-二酮的MS谱的视图。
[0038]图4是说明了实施例2的化合物的NMR谱的视图。
[0039]图5是说明了实施例2的化合物的MS谱的视图。
[0040]图6说明了实施例3的化合物的NMR谱。
[00411图7说明了实施例3的化合物的MS谱。
[0042]图8是说明了通过对实施例5的共聚物1的氯苯溶液进行热处理获得的膜型UV-Vis 吸收光谱的视图。
[0043]图9是说明了实施例5的共聚物1的电化学测量结果(循环伏安法)的视图。
[0044]图10是说明了通过对实施例5的共聚物2的氯苯溶液进行热处理获得的膜型UV-Vis吸收光谱的视图。
[0045]图11是说明了实施例6的共聚物2的电化学测量结果(循环伏安法)的视图。
[0046]图12是说明了通过对实施例7的共聚物3的氯苯溶液进行热处理获得的膜型UV-Vis吸收光谱的视图。
[0047]图13是说明了实施例7的共聚物3的电化学测量结果(循环伏安法)的视图。
[0048]图14是说明了通过对实施例8的共聚物4的氯苯溶液进行热处理获得的膜型UV-Vis吸收光谱的视图。
[0049] 图15是说明了实施例8的共聚物4的电化学测量结果(循环伏安法)的视图。
[0050] 图16说明了根据使用根据实施例5制备的共聚物1的有机太阳能电池器件的太阳 能电池的电压而变化的电流密度。
[0051] 图17说明了根据使用根据实施例6制备的共聚物2的有机太阳能电池器件的太阳 能电池的电压而变化的电流密度。
[0052] 图18说明了根据使用根据实施例7制备的共聚物3的有机太阳能电池器件的太阳 能电池的电压而变化的电流密度。
[0053] 图19说明了根据使用根据实施例8制备的共聚物4的有机太阳能电池器件的太阳 能电池的电压而变化的电流密度。
[0054]图20是说明了根据本说明书一个示例性实施方案的有机太阳能电池的视图。
[0055] [附图标记]
[0056] 101:基底
[0057] 102:第一电极
[0058] 103:空穴传输层
[0059] 104:光活性层
[0060] 105:第二电极
[0061] 最佳实施方式
[0062] 下文中，将详细地描述本说明书。
[0063] 在本说明书中，术语"单元"是共聚物单体中包含的重复结构，以及意指其中单体 通过聚合反应在共聚物中键合的结构。
[0064] 在本说明书中，术语"包含单元"意指包含在共聚物的主链中。
[0065] 在根据本说明书一个示例性实施方案的包含单元A、单元B和单元C的共聚物的情 况下，可以合成具有大分子量的聚合物，并因此该共聚物对于改善形态起积极作用。
[0066] 在本说明书的示例性实施方案中，单元A由以下化学式3至5中的任一个表示。
[0067] [化学式3]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] 在化学式3至5中，
[0074] X和Xa彼此相同或不同，并且各自独立地选自CRR'、NR、0、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se和 Te，
[0075] Y为N，
[0076] ￥'和疒彼此相同或不同，并且各自独立地选自0?川、3丨1?、？和661?，
[0077] 前提条件是X为NR或者Y'为N，
[0078] 前提条件是Xa为NR或者Y 〃为N，
[0079] a为1至3的整数，以及
[0080] 則、1?2、1?2'、1?和1?'彼此相同或不同，并且各自独立地选自：氢;氘；卤素基团；腈基； 硝基;酰亚胺基；酰胺基;羟基;经取代或未经取代的烷基;经取代或未经取代的环烷基;经 取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳氧基；经取代或未经取代的烷基硫基 (alkylthioxy group);经取代或未经取代的芳基硫基(arylthioxy group);经取代或未经 取代的烷基亚砜基;经取代或未经取代的芳基亚砜基;经取代或未经取代的烯基;经取代或 未经取代的甲硅烷基;经取代或未经取代的硼基;经取代或未经取代的烷基胺基;经取代或 未经取代的芳烷基胺基;经取代或未经取代的芳基胺基;经取代或未经取代的杂芳基胺基； 经取代或未经取代的芳基;和经取代或未经取代的杂环基。
[0081] 在本说明书中，在包含单元A的情况下，可提供具有大分子量的共聚物。因此，就制 造有机太阳能电池的时间和/或成本而言，所述共聚物是经济的。此外，与包含具有相对小 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] 在本说明书的示例性实施方案中，单元B是电子供体并且单元C是电子受体。
[0083] 在本说明书的示例性实施方案中，单元B包括以下化学式中的一个或两个或更多 个。
[0084
[0085] 在所述化学式中，
[0086] b和c各自为1至3的整数，
[0087] d为1至6的整数，
[0088] f为1至4的整数，
[0089] R10至R13彼此相同或不同，并且各自独立地选自：氢;氖滷素基团；腈基;硝基;酰 亚胺基;酰胺基;羟基;经取代或未经取代的烷基;经取代或未经取代的环烷基;经取代或未 经取代的烷氧基;经取代或未经取代的芳氧基;经取代或未经取代的烷基硫基;经取代或未 经取代的芳基硫基;经取代或未经取代的烷基亚砜基;经取代或未经取代的芳基亚砜基;经 取代或未经取代的烯基;经取代或未经取代的甲硅烷基;经取代或未经取代的硼基;经取代 或未经取代的烷基胺基;经取代或未经取代的芳烷基胺基;经取代或未经取代的芳基胺基； 经取代或未经取代的杂芳基胺基;经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环 基，
[0090] XI至X4彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR〃R，〃、NR〃、0、SiR〃R，〃、PR〃、S、 GeR"R，"、Se和Te，
[0091] Y1和Y2彼此相同或不同，并且各自独立地选自0?〃、1311?〃、？和661?〃，以及
[0092] R〃和R'〃彼此相同或不同，并且各自独立地选自：氢;氘；卤素基团；腈基;硝基；酰 亚胺基;酰胺基;羟基;经取代或未经取代的烷基;经取代或未经取代的环烷基;经取代或未 经取代的烷氧基;经取代或未经取代的芳氧基;经取代或未经取代的烷基硫基;经取代或未 经取代的芳基硫基;经取代或未经取代的烷基亚砜基;经取代或未经取代的芳基亚砜基;经 取代或未经取代的烯基;