专利名称：含新型光活性聚合物的光伏电池的制作方法
技术领域：
本公开涉及新型光活性聚合物以及相关的光伏电池、制品、系统和方法。
背景技术：
光伏电池通常用于将以光的形式的能量转换为以电的形式的能量。典型的光伏电池包括置于两个电极之间的光活性材料。通常，光通过所述电极的一个或两个以与光活性材料相互作用，从而产生载流子(即，电子和空穴)。其结果是，光活性材料吸收光的能力和总的载流子会限制光伏电池的整体效率。发明概述本公开是基于以下意外发现:将氟取代的苯基部分引入到光活性聚合物(例如共轭聚合物)中可以产生新型聚合物，其具有比常规的光活性聚合物降低的最高占据分子轨道(HOMO)，而没有显著改变光活性聚合物的带隙(例如，通过同时降低HOMO和最低未占据分子轨道(LUMO))。其结果是，新型聚合物可以用于制备具有改进的开路电压(V。。)和改进的能量转换效率的光伏电池。一方面，本公开特征在于包括第一和第二共聚单体重复单元的聚合物。所述第一共聚单体重复单元包括用2-4个卤素部分或者2-4 AC1-C4三卤代烷基取代的苯基部分。所述第二共聚单体重 复单元包含苯并二噻吩部分、环戊二噻唑部分、苯并噻二唑部分、噻二唑并喹喔啉部分、苯并异噻唑部分、苯并噻唑部分、二苯并噻咯部分、噻吩并噻吩部分、咔唑部分、二噻吩并噻吩部分、四氢异吲哚部分、芴部分、噻咯部分、环戊二噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、萘并噻二唑部分、噻吩并吡嗪部分、硅杂环戊二噻吩(siIacyclopentadithiophene)部分、卩惡唑部分、咪唑部分、卩密唳部分、苯并卩惡唑部分、苯并咪唑部分、吡啶并吡嗪部分、吡嗪并哒嗪部分、吡嗪并喹喔啉部分、噻二唑并吡啶部分、噻二唑并哒嗪部分、苯并噁二唑部分、噁二唑并吡啶部分、噁二唑并哒嗪部分、苯并硒二唑部分、苯并双噁唑部分、噻吩并噻二唑部分、噻吩并吡咯二酮部分、四嗪部分、吡咯并吡咯二酮部分或者苯并三唑部分。另一方面，本公开特征在于式(I)的聚合物:
权利要求
1.一种制品，包含: 第一电极， 第二电极，以及 位于所述第一和第二电极之间的光活性材料，所述光活性材料包含包括第一和第二共聚单体重复单元的聚合物， 其中所述第一共聚单体重复单元包含用2-4个卤素基团或者2-4个C1-C4三卤代烷基取代的苯基部分； 所述第二共聚单体重复单元包含苯并二噻吩部分、环戊二噻唑部分、苯并噻二唑部分、噻二唑并喹喔啉部分、苯并异噻唑部分、苯并噻唑部分、二苯并噻咯部分、噻吩并噻吩部分、咔唑部分、二噻吩并噻吩部分、四氢异吲哚部分、芴部分、噻咯部分、环戊二噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、萘并噻二唑部分、噻吩并吡嗪部分、硅杂环戊二噻吩部分、噁唑部分、咪唑部分、嘧啶部分、苯并噁唑部分、苯并咪唑部分、吡啶并吡嗪部分、吡嗪并哒嗪部分、吡嗪并喹喔啉部分、噻二唑并吡啶部分、噻二唑并哒嗪部分、苯并噁二唑部分、噁二唑并吡啶部分、噁二唑并哒嗪部分、苯并硒二唑部分、苯并双噁唑部分、噻吩并噻二唑部分、噻吩并吡咯二酮部分、四嗪部分、吡咯并吡咯二酮部分或者苯并三唑部分；并且 所述制品被构造为光伏电池。
2.权利要求1所述的制品，其中所述第一共聚单体重复单元包含式(I)的苯基部分:
3.权利要求2所述的制品，其中HR3和R4的每个独立地是卤素。
4.权利要求2所述的制品，其中HR3和R4的每个是氟。
5.权利要求1所述的制品，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分、式(3)的苯并二噻吩部分、式(4)的环戊二噻唑部分、式(5)的苯并噻二唑部分、式(6)的噻二唑并喹喔啉部分、式(7)的苯并异噻唑部分、式(8)的苯并噻唑部分、式(9)的二苯并噻咯部分、式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(12)的咔唑部分、式(13)的二噻吩并噻吩部分、式(14)的四氢异吲哚部分、式(15)的芴部分、式(16)的噻咯部分、式(17)的环戊二噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(19)的噻唑并噻唑部分、式(20)的萘并噻二唑部分、式(21)的噻吩并吡嗪部分、式(22)的硅杂环戊二噻吩部分、式(23)的噁唑部分、式(24)的咪唑部分、式(25)的嘧啶部分、式(26)的苯并噁唑部分、式(27)的苯并咪唑部分、式(28)的吡啶并吡嗪部分、式(29)的吡嗪并哒嗪部分、式(30)的吡嗪并喹喔啉部分、式(31)的噻二唑并吡啶部分、式(32)的噻二唑并哒嗪部分、式(33)的苯并噁二唑部分、式(34)的噁二唑并吡啶部分、式(35)的噁二唑并哒嗪部分、式(36)的苯并硒二唑部分、式(37)的苯并双噁唑部分、式(38)的苯并双噁唑部分、式(39)的噻吩并噻二唑部分、式(40)的噻吩并吡咯二酮部分、式(41)的四嗪部分、式(42)的吡咯并吡咯二酮部分、式(47)的苯并三唑部分或者式(48)的苯并二噻吩部分:
6.权利要求5所述的制品，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分或者式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为H、C1-C24烷基或 COOR。
7.权利要求6所述的制品，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分或者式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为H、C8H17烷基或C00C12H25。
8.权利要求1所述的制品，其中所述聚合物进一步包含不同于第一和第二共聚单体重复单元的第三共聚单体重复单元，所述第三共聚单体重复单元包含苯并二噻吩部分、环戊二噻唑部分、苯并噻二唑部分、噻二唑并喹喔啉部分、苯并异噻唑部分、苯并噻唑部分、二苯并噻咯部分、噻吩并噻吩部分、咔唑部分、二噻吩并噻吩部分、四氢异吲哚部分、芴部分、噻咯部分、环戊二噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、萘并噻二唑部分、噻吩并吡嗪部分、硅杂环戊二噻吩部分、噁唑部分、咪唑部分、嘧啶部分、苯并噁唑部分、苯并咪唑部分、吡啶并吡嗪部分、吡嗪并哒嗪部分、吡嗪并喹喔啉部分、噻二唑并吡啶部分、噻二唑并哒嗪部分、苯并噁二唑部分、噁二唑并吡啶部分、噁二唑并哒嗪部分、苯并硒二唑部分、苯并双噁唑部分、噻吩并噻二唑部分、噻吩并吡咯二酮部分、四嗪部分、吡咯并吡咯二酮部分、噻吩部分、硒吩部分、噻二唑部分、喹喔啉部分、苯并三唑部分或者呋喃部分。
9.权利要求8所述的制品，其中所述第三共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分、式(3)的苯并二噻吩部分、式(4)的环戊二噻唑部分、式(5)的苯并噻二唑部分、式(6)的噻二唑并喹喔啉部分、式(7)的苯并异噻唑部分、式(8)的苯并噻唑部分、式(9)的二苯并噻咯部分、式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(12)的咔唑部分、式(13)的二噻吩并噻吩部分、式(14)的四氢异吲哚部分、式(15)的芴部分、式(16)的噻咯部分、式(17)的环戊二噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(19)的噻唑并噻唑部分、式(20)的萘并噻二唑部分、式(21)的噻吩并吡嗪部分、式(22)的硅杂环戊二噻吩部分、式(23)的噁唑部分、式(24)的咪唑部分、式(25)的嘧啶部分、式(26)的苯并噁唑部分、式(27)的苯并咪唑部分、式(28)的吡啶并吡嗪部分、式(29)的吡嗪并哒嗪部分、式(30)的吡嗪并喹喔啉部分部分、式(31)的噻二唑并吡啶部分、式(32)的噻二唑并哒嗪部分、式(33)的苯并噁二唑部分、式(34)的噁二唑并吡啶部分、式(35)的噁二唑并哒嗪部分、式(36)的苯并硒二唑部分、式(37)的苯并双噁唑部分、式(38)的苯并双噁唑部分、式(39)的噻吩并噻二唑部分、式(40)的噻吩并吡咯二酮部分、式(41)的四嗪部分、式(42)的吡咯并吡咯二酮部分、式(43)的噻吩部分、式(44)的硒吩部分、式(45)的噻二唑部分、式(46)的喹喔啉部分、式(47)的苯并三唑部分、式(48)的苯并二噻吩部分或者式(49)的呋喃部分:
10.权利要求9所述的制品，其中所述第三共聚单体重复单元包含式(5)的苯并噻二唑基团或者式(19)的噻唑并噻唑基团，其中R5和R6均为H。
11.权利要求8所述的制品，其中所述聚合物进一步包含不同于第一、第二和第三共聚单体重复单元的第四共聚单体重复单元，所述第四共聚单体重复单元包含噻吩并噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、噻吩部分、硒吩部分、噻二唑部分或呋喃部分。
12.权利要求11所述的制品，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(43)的噻吩部分、式(44)的硒吩部分、式(45)的噻二唑部分或者式(49)的呋喃部分:
13.权利要求12所述的制品，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、卤素或者C1-C24烷基。
14.权利要求13所述的制品，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、Cl或者C14H29。
15.—种制品,包含: 第一电极， 第二电极，以及 位于所述第一和第二电极之间的光活性材料，所述光活性材料包含式(I)的聚合物:
16.权利要求15所述的制品，其中X是式(I)的苯基部分:
17.权利要求16所述的制品，其中m是1，并且每个P为O或I。
18.权利要求17所述的制品，其中HR3和R4每个独立地是卤素。
19.权利要求18所述的制品，其中HR3和R4均是氟。
20.权利要求19所述的制品，其中每个D独立地是式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为H或C1-C24烷基。
21.权利要求20所述的制品，其中每个D是式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5和R6均为C8H17烷基，并且R7和R8均为H。
22.权利要求20所述的制品，其中A是式(5)的苯并噻二唑部分或者式(19)的噻唑并噻唑部分，其中R5和R6均是H。
23.权利要求22所述的制品，其中所述聚合物是
24.权利要求22所述的制品，其中每个p为I，并且每个T独立地是式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、卤素或C1-C24烷基。
25.权利要求24所述的制品，其中每个P为I，并且每个T独立地是式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、Cl或C14H29烷基。
26.权利要求25所述的制品，其中所述聚合物是
27.—种聚合物，包含第一和第二共聚单体重复单元， 其中所述第一共聚单体重复单元包含用2-4个卤素基团或者2-4个C1-C4三卤代烷基取代的苯基部分；以及 所述第二共聚单体重复单元包含苯并二噻吩部分、环戊二噻唑部分、苯并噻二唑部分、噻二唑并喹喔啉部分、苯并异噻唑部分、苯并噻唑部分、二苯并噻咯部分、噻吩并噻吩部分、咔唑部分、二噻吩并噻吩部分、四氢异吲哚部分、芴部分、噻咯部分、环戊二噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、萘 并噻二唑部分、噻吩并吡嗪部分、硅杂环戊二噻吩部分、噁唑部分、咪唑部分、嘧啶部分、苯并噁唑部分、苯并咪唑部分、吡啶并吡嗪部分、吡嗪并哒嗪部分、吡嗪并喹喔啉部分、噻二唑并吡啶部分、噻二唑并哒嗪部分、苯并噁二唑部分、噁二唑并吡啶部分、噁二唑并哒嗪部分、苯并硒二唑部分、苯并双噁唑部分、噻吩并噻二唑部分、噻吩并吡咯二酮部分、四嗪部分、吡咯并吡咯二酮部分或者苯并三唑部分。
28.权利要求27所述的聚合物，其中所述第一共聚单体重复单元包含式(I)的苯基部分:
29.权利要求28所述的聚合物，其中％、R2、R3和R4每个独立地是卤素。
30.权利要求28所述的聚合物，其中％、R2、R3和R4均是氟。
31.权利要求27所述的聚合物，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分、式(3)的苯并二噻吩部分、式(4)的环戊二噻唑部分、式(5)的苯并噻二唑部分、式(6)的噻二唑并喹喔啉部分、式(7)的苯并异噻唑部分、式(8)的苯并噻唑部分、式(9)的二苯并噻咯部分、式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(12)的咔唑部分、式(13)的二噻吩并噻吩部分、式(14)的四氢异吲哚部分、式(15)的芴部分、式(16)的噻咯部分、式(17)的环戊二噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(19)的噻唑并噻唑部分、式(20)的萘并噻二唑部分、式(21)的噻吩并吡嗪部分、式(22)的硅杂环戊二噻吩部分、式(23)的噁唑部分、式(24)的咪唑部分、式(25)的嘧啶部分、式(26)的苯并噁唑部分、式(27)的苯并咪唑部分、式(28)的吡啶并吡嗪部分、式(29)的吡嗪并哒嗪部分、式(30)的吡嗪并喹喔啉部分、式(31)的噻二唑并吡啶部分、式(32)的噻二唑并哒嗪部分、式(33)的苯并噁二唑部分、式(34)的噁二唑并吡啶部分、式(35)的噁二唑并哒嗪部分、式(36)的苯并硒二唑部分、式(37)的苯并双噁唑部分、式(38)的苯并双噁唑部分、式(39)的噻吩并噻二唑部分、式(40)的噻吩并吡咯二酮部分、式(41)的四嗪部分、式(42)的吡咯并吡咯二酮部分、式(47)的苯并三唑部分或 者式(48)的苯并二噻吩部分:
32.权利要求31所述的聚合物，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分或者式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为HX1-C24烷基或COOR。
33.权利要求32所述的聚合物，其中所述第二共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分或者式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为H、C8H17烷基或 COOC12H25t5
34.权利要求27所述的聚合物，其中所述聚合物进一步包含不同于第一和第二共聚单体重复单元的第三共聚单体重复单元，所述第三共聚单体重复单元包含苯并二噻吩部分、环戊二噻唑部分、苯并噻二唑部分、噻二唑并喹喔啉部分、苯并异噻唑部分、苯并噻唑部分、二苯并噻咯部分、噻吩并噻吩部分、咔唑部分、二噻吩并噻吩部分、四氢异吲哚部分、芴部分、噻咯部分、环戊二噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、萘并噻二唑部分、噻吩并吡嗪部分、硅杂环戊二噻吩部分、噁唑部分、咪唑部分、嘧啶部分、苯并噁唑部分、苯并咪唑部分、吡啶并吡嗪部分、吡嗪并哒嗪部分、吡嗪并喹喔啉部分、噻二唑并吡啶部分、噻二唑并哒嗪部分、苯并噁二唑部分、噁二唑并吡啶部分、噁二唑并哒嗪部分、苯并硒二唑部分、苯并双噁唑部分、噻吩并噻二唑部分、噻吩并吡咯二酮部分、四嗪部分、吡咯并吡咯二酮部分、噻吩部分、硒吩部分、噻二唑部分、喹喔啉部分、苯并三唑部分或者呋喃部分。
35.权利要求34所述的聚合物，其中所述第三共聚单体重复单元包含式(2)的苯并二噻吩部分、式(3)的苯并二噻吩部分、式(4)的环戊二噻唑部分、式(5)的苯并噻二唑部分、式(6)的噻二唑并喹喔啉部分、式(7)的苯并异噻唑部分、式(8)的苯并噻唑部分、式(9)的二苯并噻咯部分、式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(12)的咔唑部分、式(13)的二噻吩并噻吩部分、式(14)的四氢异吲哚部分、式(15)的芴部分、式(16)的噻咯部分、式(17)的环戊二噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(19)的噻唑并噻唑部分、式(20)的萘并噻二唑部分、式(21)的噻吩并吡嗪部分、式(22)的硅杂环戊二噻吩部分、式(23)的噁唑部分、式(24)的咪唑部分、式(25)的嘧啶部分、式(26)的苯并噁唑部分、式(27)的苯并咪唑部分、式(28)的吡啶并吡嗪部分、式(29)的吡嗪并哒嗪部分、式(30)的吡嗪并喹喔啉部分、式(31)的噻二唑并吡啶部分、式(32)的噻二唑并哒嗪部分、式(33)的苯并噁二唑部分、式(34)的噁二唑并吡啶部分、式(35)的噁二唑并哒嗪部分、式(36)的苯并硒二唑部分、式(37)的苯并双噁唑部分、式(38)的苯并双噁唑部分、式(39)的噻吩并噻二唑部分、式(40)的噻吩并吡咯二酮部分、式(41)的四嗪部分、式(42)的吡咯并吡咯二酮部分、式(43)的噻吩部分、式(44)的硒吩部分、式(45)的噻二唑部分、式(46)的喹喔啉部分、式(47)的苯并三唑 部分、式(48)的苯并二噻吩部分或式(49)的呋喃部分:
36.权利要求35所述的聚合物，其中所述第三共聚单体重复单元包含式(5)的苯并噻二唑部分或者式(19)的噻唑并噻唑部分，其中R5和R6均为H。
37.权利要求34所述的聚合物，其中所述聚合物进一步包含不同于第一、第二和第三共聚单体重复单元的第四共聚单体重复单元，所述第四共聚单体重复单元包含噻吩并噻吩部分、噻唑部分、噻唑并噻唑部分、噻吩部分、硒吩部分、噻二唑部分或呋喃部分。
38.权利要求37所述的聚合物，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(10)的噻吩并噻吩部分、式(11)的噻吩并噻吩部分、式(18)的噻唑部分、式(43)的噻吩部分、式(44)的硒吩部分、式(45)的噻二唑部分或者式(49)的呋喃部分:
39.权利要求38所述的聚合物，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(43)的噻吩部分，其中R5和R6各自独立地为H、卤素或者C1-C24烷基。
40.权利要求39所述的聚合物，其中所述第四共聚单体重复单元包含式(43)的噻吩部分，其中R5和R6各自独立地为H、Cl或者C14H29。
41.一种式(I)的聚合物:
42.权利要求41所述的聚合物，其中X是式(I)的苯基部分:
43.权利要求42所述的聚合物，其中m是1，并且每个p为O或I。
44.权利要求43所述的聚合物，其中HR3和R4每个独立地是卤素。
45.权利要求44所述的聚合物，其中HR3和R4均是氟。
46.权利要求45所述的聚合物，其中每个D独立地是式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5、R6、R7和R8每个独立地为H或C1-C24烷基。
47.权利要求46所述的聚合物，其中每个D是式(22)的硅杂环戊二噻吩部分，其中R5和R6均为C8H17烷基，并且R7和R8均为H。
48.权利要求46所述的聚合物，其中A是式(5)的苯并噻二唑部分或者式(19)的噻唑并噻唑部分，其中R5和R6均是H。
49.权利要求48所述的聚合物，其中所述聚合物是
50.权利要求48所述的聚合物，其中每个ρ为1，并且每个T独立地是式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、卤素或C1-C24烷基。
51.权利要求50所述的聚合物，其中每个ρ为I，并且每个T独立地是式(43)的噻吩部分，其中R5和R6每个独立地为H、Cl或C14H29烷基。
52.权利要求51所述的聚合物，其中所述聚合物是
全文摘要
本发明公开了新型光活性聚合物以及相关的光伏电池、制品、系统和方法。
文档编号C08G61/12GK103249799SQ201180048826
公开日2013年8月14日 申请日期2011年8月31日 优先权日2010年9月2日
发明者L·温, D·P·沃勒, P·伯恩, N·德罗莱特, G·H·R·丹勒, K-S·切昂 申请人:默克专利股份有限公司