CN102796246A - 给电子聚合物和包含其的太阳能电池 - Google Patents

给电子聚合物和包含其的太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102796246A
CN102796246A CN2012101626899A CN201210162689A CN102796246A CN 102796246 A CN102796246 A CN 102796246A CN 2012101626899 A CN2012101626899 A CN 2012101626899A CN 201210162689 A CN201210162689 A CN 201210162689A CN 102796246 A CN102796246 A CN 102796246A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unsubstituted
replacement
chemical formula
group
independently
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101626899A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102796246B (zh
Inventor
印守康
崔容硕
尹晟荣
林允熙
B.泽维尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN102796246A publication Critical patent/CN102796246A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102796246B publication Critical patent/CN102796246B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B69/00—Dyes not provided for by a single group of this subclass
    • C09B69/10—Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds
    • C09B69/109—Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds containing other specific dyes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/127—Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1426—Side-chains containing oxygen containing carboxy groups (COOH) and/or -C(=O)O-moieties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/146—Side-chains containing halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3243—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. benzothiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/40—Polymerisation processes
    • C08G2261/41—Organometallic coupling reactions
    • C08G2261/414—Stille reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90—Applications
    • C08G2261/91—Photovoltaic applications
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/60—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation in which radiation controls flow of current through the devices, e.g. photoresistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

提供包含由化学式1表示的部分A的聚合物和包含该聚合物的太阳能电池，其中，在化学式1中，X1为包含至少两个酯残基和连接所述酯残基的取代或未取代的二价脂族基团的官能团，和X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR100及其组合之一，其中R100为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一。[化学式1]

Description

给电子聚合物和包含其的太阳能电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0048514和2012年5月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0052165的优先权和权益，将其全部内容引入本文中作为参考。
技术领域
示例性实施方式涉及给电子聚合物和包含其的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是将太阳能转化为电能的光电转换器件，且作为无限的但无污染的下一代能源已引起了许多关注。
太阳能电池包括p-型和n-型半导体，且当由在所述半导体内的光活性层中吸收的太阳光能产生电子-空穴对(EHP)时，通过如下产生电能：将电子和空穴分别转移到所述n-型和p-型半导体，且然后将电子和空穴收集在各电极中。
取决于包括在薄层中的材料，太阳能电池可分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。所述有机太阳能电池可分为其中p-型半导体在与n-型半导体分开的层中形成的双层p-n结结构和其中p-型半导体与n-型半导体混合的本体(bulk)异质结结构。
发明内容
示例性实施方式提供能够吸收具有更宽的波长范围的光、更容易地溶解于有机溶剂中、且具有改善的与电子受体的溶混性的聚合物。示例性实施方式还提供包含所述聚合物的太阳能电池。
根据示例性实施方式，聚合物可包括由化学式1表示的部分A：
[化学式1]
Figure BDA00001673140700021
在化学式1中，X1为包含至少两个酯残基和连接所述酯残基的取代或未取代的二价脂族基团的官能团，和X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR100(其中R100为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一。
X1可为由化学式1A或1B表示的官能团：
[化学式1A]
Figure BDA00001673140700022
[化学式1B]
Figure BDA00001673140700023
在化学式1A或1B中，X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C20脂族基团，和R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20脂族基团之一。X1和X2的至少一个可包括卤素原子。
所述聚合物可进一步包含由化学式2表示的部分B：
[化学式2]
Figure BDA00001673140700031
在化学式2中，X3和X4各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR101(其中R101为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一，和
R1和R2各自相同或不同且独立地为氢，取代或未取代的C1~C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括如下的至少一种的有机基团：-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR102R103(其中R102和R103各自相同或不同且独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一)，和其组合之一。
可以约1:0.5~约1:2.5的摩尔比包含所述部分A和所述部分B。所述部分A和所述部分B可形成为重复单元，其中所述重复单元可以约1:0.5~约1:2.5的摩尔比包含所述部分A和所述部分B。
所述部分A和所述部分B可形成重复单元，其中所述重复单元可包括由化学式3表示的重复单元、由化学式4表示的重复单元、和其组合之一：
[化学式3]
Figure BDA00001673140700032
[化学式4]
Figure BDA00001673140700041
在化学式3和4中，X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20烷基、和其组合之一，X3和X4各自相同或不同且独立地为取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、和-SR101(其中R101为取代或未取代的C1~C20烷基)之一，X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1～C10脂族基团，R1和R2各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1～C10烷基之一，和R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10脂族基团之一。
所述聚合物可进一步包含由化学式5表示的部分C：
[化学式5]
Figure BDA00001673140700042
在化学式5中，X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、羟基、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、和其组合之一。X12和X13的至少一个可包括卤素原子。
所述聚合物可进一步包含由化学式6表示的部分D：
[化学式6]
Figure BDA00001673140700051
在化学式6中，X10和X11各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、或-SR104(其中R104为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一，和
R5和R6各自相同或不同且独立地为氢，取代或未取代的C1~C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括如下的至少一种的有机基团：-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR105R106(其中R105和R106各自相同或不同且独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一)，和其组合之一。
所述部分C和所述部分D可形成为重复单元，其中所述重复单元可包括由化学式7表示的重复单元：
[化学式7]
在化学式7中，X10和X11各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷氧基之一，X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20酮基、和取代或未取代的C6~C20芳基之一，和R5和R6各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷基之一。
所述聚合物可包括具有由化学式8表示的重复单元、由化学式9表示的重复单元、和其组合的至少一种的共聚物：
[化学式8]
Figure BDA00001673140700061
[化学式9]
Figure BDA00001673140700062
在化学式8和9中，X2为氢、卤素原子、和取代或未取代的C1~C20烷基之一，X3和X4各自相同或不同且独立地为取代或未取代的C1～C20烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、和-SR101(其中R101为取代或未取代的C1~C20烷基)之一，X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C10脂族基团，X10和X11各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷氧基之一，X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C30酮基、和取代或未取代的C6~C30芳基之一，R1-R6各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10烷基之一，且x和y各自为摩尔比且满足以下方程：0≤x≤10且0<y≤10。
X2、X12和X13的至少一个可包括卤素原子。所述聚合物可具有约1.2eV~约2.5eV的带隙。
根据示例性实施方式，太阳能电池可包括彼此面对的阳极和阴极、和在所述阳极与所述阴极之间且包含电子给体和电子受体的光活性层，其中所述电子给体包括所述包含由化学式1表示的部分A的聚合物。
所述聚合物可进一步包含由化学式2表示的部分B。所述聚合物可包含包括所述部分A和所述部分B的重复单元，所述重复单元可包括由化学式3表示的重复单元、由化学式4表示的重复单元、和其组合之一。
所述聚合物可进一步包括由化学式7表示的重复单元。所述聚合物可包括具有由化学式8表示的重复单元、由化学式9表示的重复单元、和其组合的至少一种的共聚物。所述电子受体可包括富勒烯和其衍生物之一。
所述电子受体可包括C60、C70、C74、C76、C78、C82、C84、C720、C860、1-(3-甲氧基-羰基)丙基-1-苯基(6,6)C61(PCBM)、C71-PCBM、C84-PCBM、双-PCBM及其组合之一。
所述阴极和阳极之一可包括氧化铟锡(ITO)、铟掺杂氧化锌(IZO)、氧化锡(SnO2)、铝掺杂氧化锌(AZO)、和镓掺杂氧化锌(GZO)之一，且所述阴极和阳极的另一个可包括铝(Al)、银(Ag)、金(Au)和锂(Li)之一。
所述聚合物可具有在约1000-约800000范围、例如约2000-约100000范围内的数均分子量。所述聚合物可具有在约1.2eV-约2.5eV范围内的带隙。
附图说明
由结合附图考虑的以下简要描述将更清楚地理解示例性实施方式。图1-13表示如本文中所述的非限制性的示例性实施方式。
图1为显示根据示例性实施方式的太阳能电池的横截面图。
图2~4分别为由合成1~3获得的给电子聚合物的IR光谱。
图5A为根据合成1和对比合成2的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。
图5B为根据合成4和对比合成3的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。
图5C为根据合成3和对比合成4的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。
图6A为根据合成1和对比合成2的给电子聚合物的外量子效率图。
图6B为根据合成4和对比合成3的给电子聚合物的外量子效率图。
图6C为根据合成3和对比合成4的给电子聚合物的外量子效率图。
图7~12顺次为使用根据合成1、3和4以及对比合成2、3和4的给电子聚合物的样品的TEM照片。
图13为根据实施例1、3-4和8以及对比例1、2、3和4的太阳能电池的光电流曲线。
具体实施方式
在下文中将参照其中示出多种实施方式的附图进一步详细描述示例性实施方式。然而，该公开内容可以许多不同的形式体现且不应解释为限于本文中所阐述的示例性实施方式。在附图中，为了清楚，放大层和区域的厚度。在附图中相同的附图标记表示相同的元件，且因此将省略它们的描述。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”等用在本文中以描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但是这些元件、组分、区域、层和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层或部分与另外的元件、组分、区域、层或部分区分开来。因此，以下讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称作第二元件、组分、区域、层或部分，而不脱离示例性实施方式的教导。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而不意图限制示例性实施方式。如本文中使用的单数形式“一个(种)”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。进一步理解，术语“包含”和/或“包括”如果用在本文中表示存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。
本文中参照横截面图描述示例性实施方式，所述横截面图是示例性实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意图。因而，预期有由于例如制造技术和/或公差导致的图示形状的变化。因此，示例性实施方式不解释为限于本文中图示区域的具体形状，而是包括由例如制造导致的形状上的偏差。例如，图示为矩形的植入区域可具有圆形或曲线特征和/或在其边缘处的植入浓度梯度，而不是从非植入区域到植入区域的二元变化。同样，通过植入形成的埋藏区域可导致在所述埋藏区域和通过其发生植入的表面之间的区域中的一些植入。因此，在图中图示的区域本质上为示意性的，且它们的形状不意图说明器件的区域的实际形状且不意图限制示例性实施方式的范围。
除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与示例性实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。将进一步理解，术语，例如在常用词典中定义的那些，应解释为其含义与它们在相关领域背景内容中的含义一致，并且除非在本文中清楚地如此定义，否则所述术语将不以理想化或过度形式的意义进行解释。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“取代”是指用至少一个取代基代替官能团的至少一个氢进行取代，所述取代基包括卤素(F、Br、Cl、或I)、羟基、硝基、氰基、氨基(NH2、NH(R200)、或N(R201)(R202)，其中R200、R201和R202各自相同或不同且独立地为C1~C10烷基)、脒基、肼基、腙基、羧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的卤代烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、和取代或未取代的杂环烷基。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“脂族”可指C1~C20烷基、C2~C20烯基、C2~C20炔基、C1~C20亚烷基、C2~C20亚烯基、或C2~C20亚炔基，和特别地C1~C15烷基、C2~C15烯基、C2~C15炔基、C1~C15亚烷基、C2~C15亚烯基、或C2~C15亚炔基，和更特别地C1~C10烷基、C2~C10烯基、C2~C10炔基、C1~C10亚烷基、C2~C10亚烯基、或C2~C10亚炔基，且术语“芳族”可指C6~C30芳基、C2~C30杂芳基、C6~C30亚芳基、或C2~C30亚杂芳基，和特别地C6~C20芳基、C2~C20杂芳基、C6~C20亚芳基、或C2~C20亚杂芳基。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“杂环烷基”、“杂芳基”和“亚杂芳基”可独立地指在一个环中包含至少一个N、O、S、Si或P杂原子和剩余的碳的环烷基、芳基、和亚芳基。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“烷基”可指C1~C20烷基，特别地C1~C15烷基，和更特别地C1~C10烷基，术语“环烷基”可指C3~C20环烷基，特别地C3~C15环烷基，和更特别地C3~C10环烷基，术语“亚烷基”可指C1~C20亚烷基，特别地C1~C15亚烷基，和更特别地C1~C10亚烷基，术语“烯基”可指C2~C20烯基，特别地C2~C15烯基，和更特别地C2~C10烯基，术语“亚烯基”可指C2~C20亚烯基，特别地C2~C15亚烯基，和更特别地C2~C10亚烯基，术语“炔基”可指C2~C20炔基，特别地C2~C15炔基，和更特别地C2~C10炔基，术语“亚炔基”可指C2~C20亚炔基，特别地C2~C15亚炔基，和更特别地C2~C10亚炔基，术语“烷氧基”可指C1~C20烷氧基，特别地C1~C15烷氧基，和更特别地C1~C10烷氧基，术语“芳基”可指C6~C30芳基，特别地C6~C20芳基，更特别地C6~C15芳基，术语“杂环烷基”可指C2~C30杂环烷基，特别地C2~C20杂环烷基，和术语“卤素”是指F、Cl、Br、或I。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“组合”通常是指混合和/或共聚。
如本文中所使用的，当未另外提供具体定义时，术语“共聚”是指嵌段共聚、无规共聚、或接枝共聚，且术语“共聚物”是指嵌段共聚物、无规共聚物、或接枝共聚物。
另外，在说明书中，记号“*”可指某物与相同或不同的原子或化学式连接处。
将理解，当一个元件例如层、膜、区域或基板被称为“在”另一元件“上”时，其可直接在所述另一元件上或者也可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一元件“上”时，则不存在中间元件。
根据示例性实施方式的给电子聚合物可包括由化学式1表示的部分A：
[化学式1]
Figure BDA00001673140700101
在化学式1中，X1为包含至少两个酯残基和连接所述酯残基的取代或未取代的二价脂族基团的官能团。X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、或-SR100(其中R100为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一。
X1和X2的至少一个可包括卤素原子。
特别地，X1可包括由化学式1A或1B表示的官能团：
[化学式1A]
Figure BDA00001673140700102
[化学式1B]
Figure BDA00001673140700111
在化学式1A或B中，X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C20脂族基团，和R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20脂族基团之一。
所述部分A可包括，例如，由化学式1-1表示的部分、由化学式1-2表示的部分、和其组合。
[化学式1-1]
Figure BDA00001673140700112
[化学式1-2]
在化学式1-1或1-2中，X2、X7~X9、R3和R4与以上描述的相同。
所述由化学式1-1和化学式1-2表示的部分可根据反应方案1和2合成，但不限于此。
[反应方案1]
Figure BDA00001673140700121
[反应方案2]
Figure BDA00001673140700122
在反应方案1和2中，X2、X7~X9、R3和R4与以上描述的相同。
特别地，所述包括由化学式1A或1B表示的官能团的部分A可如下获得：将4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸、二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲基氨基吡啶(DMAP)溶解于二氯甲烷(MC)中，和使所得物与由化学式1A’或化学式1B’表示的羟基烷酸烷基酯衍生物反应。
[化学式1A’]
Figure BDA00001673140700123
[化学式1B’]
Figure BDA00001673140700124
在化学式1A’和1B’中，X7~X9、R3和R4与以上描述的相同。
所述部分A可被包含作为所述给电子聚合物的至少一部分且与另一部分形成重复单元。在各重复单元中，取代基X1和X2相同或不同。
当所述给电子聚合物包含所述部分A时，与所述电子受体的相容性可改善。因而，当将所述给电子聚合物应用于太阳能电池的光活性层时，所述部分A可用作改善所述给电子聚合物与所述电子受体之间的相容性的相容剂。
因此，包含所述给电子聚合物和电子受体的光活性层可具有改善的形态，且因而，在所述光活性层中产生的电子和空穴可更容易地分开且防止或抑制电子和空穴复合。结果，所述太阳能电池的光电效率可改善。
此外，与不具有所述部分A的聚合物相比，包含所述部分A的所述给电子聚合物可具有较小的带隙。因此，包括具有所述部分A的所述给电子聚合物的光活性层可吸收较宽波长范围的光。
特别地，由于所述部分A具有包含至少两个具有亲水性质和极性的酯残基和具有疏水性质的取代或未取代的二价脂族基团的官能团，包含所述部分A的所述给电子聚合物可溶解在多种溶剂中且因而所述光活性层的均匀性和涂覆性质可改善。
所述给电子聚合物可进一步包含由化学式2表示的部分B：
[化学式2]
在化学式2中，X3和X4各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR101(其中R101为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一。
R1和R2各自相同或不同且独立地为氢，取代或未取代的C1~C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括如下的至少一种的有机基团：-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR102R103(其中R102和R103相同或不同且各自独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一)，和其组合之一。
所述部分B为给电子部分且可向电子受体提供电子。
特别地，所述部分B可包括由化学式2-1至2-6表示的部分、和其组合之一，但不限于此。
[化学式2-1]    [化学式2-2]
Figure BDA00001673140700141
[化学式2-3]    [化学式2-4]
Figure BDA00001673140700142
[化学式2-5]    [化学式2-6]
Figure BDA00001673140700143
所述给电子聚合物可以约1:0.5~约1:2.5的摩尔比包含所述部分A和所述部分B。当所述部分A和所述部分B具有在所述范围内的摩尔比时，所述给电子聚合物的数均分子量可增大，由此有效地控制所述给电子聚合物的数均分子量，且根据溶液方法更容易地提供所述给电子聚合物。特别地，所述给电子聚合物可以约1:0.75~约1:2.5的摩尔比，例如，以约1:1~约1:2的摩尔比包含所述部分A和所述部分B。
所述部分A和所述部分B可形成重复单元。在本文中，在各重复单元中，取代基各X1~X4、R1和R2可相同或不同。所述部分A可直接结合至所述部分B，或者所述部分A可间接结合至所述部分B，其间有连接基团。
当包括所述部分A和所述部分B的所述重复单元称为重复单元AB时，所述重复单元AB可包括由化学式3表示的重复单元、由化学式4表示的重复单元、和其组合之一，但不限于此：
[化学式3]
Figure BDA00001673140700151
[化学式4]
Figure BDA00001673140700152
在化学式3和4中，X2为氢、卤素原子、和取代或未取代的C1~C20烷基之一，X3和X4各自相同或不同且独立地为取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、和-SR101(其中R101为取代或未取代的C1~C20烷基)之一，X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C10脂族基团，R1和R2各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10烷基之一，和R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10脂族基团之一。
特别地，所述重复单元AB可包括，例如，化学式3-1至3-7、和其组合之一，但不限于此。
[化学式3-1]
Figure BDA00001673140700153
[化学式3-2]
[化学式3-3]
Figure BDA00001673140700162
[化学式3-4]
Figure BDA00001673140700163
[化学式3-5]
Figure BDA00001673140700164
[化学式3-6]
Figure BDA00001673140700171
[化学式3-7]
Figure BDA00001673140700172
所述给电子聚合物可进一步包含由化学式5表示的部分C。
[化学式5]
在化学式5中，X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、羟基、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、和其组合之一。
在本文中，X12和X13的至少一个可包括卤素原子。
特别地，所述部分C可包括由化学式5-1至5-7、和其组合之一表示的部分，但不限于此。
[化学式5-1]    [化学式5-2]
Figure BDA00001673140700181
[化学式5-3]    [化学式5-4]
Figure BDA00001673140700182
[化学式5-5]    [化学式5-6]
Figure BDA00001673140700183
[化学式5-7]
所述部分C可与由化学式6表示的部分D形成重复单元：
[化学式6]
Figure BDA00001673140700185
在化学式6中，X10和X11各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、或-SR104(其中R104为取代或未取代的C 1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一)、和其组合之一。
R5和R6各自相同或不同且独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括如下的至少一种的有机基团：-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR105R106(其中R105和R106相同或不同且各自独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一)、和其组合之一。
在本文中，在各重复单元中，取代基X10~X13、R5和R6相同或不同。所述部分C可直接结合至所述部分D，或者所述部分C可间接结合至所述部分D，其间有连接基团。
当包括所述部分C和所述部分D的所述重复单元称作重复单元CD时，所述重复单元CD可由化学式7表示：
[化学式7]
Figure BDA00001673140700191
X10和X11各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷氧基之一，X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20酮基、和取代或未取代的C6~C20芳基之一，和R5和R6各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷基之一。
当所述给电子聚合物进一步包含所述由化学式7表示的重复单元CD时，所述给电子聚合物可更容易地控制能级和带隙，且改善太阳光的吸收效率。另外，通过改善对有机溶剂的溶解性，可更容易地提供具有更高分子量的给电子聚合物，因此提高空穴迁移率。
所述重复单元CD可包括,例如，由下列化学式7-1至7-5和其组合之一表示的重复单元，但不限于此。
[化学式7-1]
Figure BDA00001673140700201
[化学式7-2]
Figure BDA00001673140700202
[化学式7-3]
[化学式7-4]
Figure BDA00001673140700204
[化学式7-5]
Figure BDA00001673140700205
所述给电子聚合物可通过使所述重复单元AB和所述重复单元CD共聚形成。
所述给电子聚合物可包括，例如，具有由化学式8表示的重复单元、由化学式9表示的重复单元、及其组合的至少一种的共聚物，但不限于此。
[化学式8]
Figure BDA00001673140700211
[化学式9]
在化学式8或9中，
X2、X3、X4、X7~X13以及R1-R6与以上描述的相同并且x和y各自为摩尔比且满足以下方程：0≤x≤10和0<y≤10。
例如，X2、X12和X13的至少一个可包括卤素原子。
当x和y摩尔比在所述范围内时，可更容易地控制能级和带隙，且可改善太阳光的吸收效率。另外，通过改善对有机溶剂的溶解性，可更容易地提供具有更高分子量的给电子聚合物，因此有效地提高空穴迁移率。
所述给电子聚合物可包括，例如，具有由化学式8-1至8-10及其组合之一表示的重复单元的共聚物，但不限于此。
[化学式8-1]
Figure BDA00001673140700221
[化学式8-2]
Figure BDA00001673140700222
[化学式8-3]
Figure BDA00001673140700223
[化学式8-4]
Figure BDA00001673140700224
[化学式8-5]
Figure BDA00001673140700225
[化学式8-6]
Figure BDA00001673140700231
[化学式8-7]
Figure BDA00001673140700232
[化学式8-8]
Figure BDA00001673140700233
[化学式8-9]
[化学式8-10]
Figure BDA00001673140700235
在化学式8-1至8-10中，x和y可满足以下方程：0≤x≤10和0<y≤10。
所述给电子聚合物可具有约1,000~约800,000的数均分子量。当所述给电子聚合物具有在该范围内的数均分子量时，可更容易地控制当制备所述给电子聚合物时的溶液组成，因此有效地控制所述给电子聚合物的性质。另外，可更容易地处理所述给电子聚合物以使其容易提供所述有机太阳能电池。例如，所述给电子聚合物可具有约2,000~约100,000的数均分子量，例如约5,000~约50,000的数均分子量。
所述给电子聚合物可具有约1.2eV~约2.5eV的带隙。当所述给电子聚合物具有在该范围内的带隙时，可更有效地吸收在更宽波长范围内的太阳光，因此提高短路电流密度(Jsc)以有效地改善使用其的有机太阳能电池的效率。特别地，所述给电子聚合物可具有约1.5eV~约2.1eV的带隙，例如，约1.6eV~约2.0eV的带隙。
图1为根据示例性实施方式的太阳能电池的横截面图。参照图1，根据示例性实施方式的太阳能电池100可包括基底10、在基底10的一个表面上的下电极20、在下电极20的一个表面上的光活性层30、和在光活性层30的一个表面上的上电极40。
基底10可由透明材料，例如，无机材料如玻璃或有机材料如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺和聚醚砜制成。
下电极20和上电极40的任一个为阳极，而另一个为阴极。下电极20和上电极40的任一个可由透明导体如氧化铟锡(ITO)、铟掺杂氧化锌(IZO)、氧化锡(SnO2)、铝掺杂氧化锌(AZO)、和镓掺杂氧化锌(GZO)制成，而另一个由不透明的导体例如铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、和锂(Li)制成。
光活性层30可包括由n-型半导体材料制成的电子受体和由p-型半导体材料制成的电子给体。
所述电子受体可包括，例如，具有较大的电子亲和性的富勒烯(C60、C70、C74、C76、C78、C82、C84、C720、和C860)；富勒烯衍生物如1-(3-甲氧基-羰基)丙基-1-苯基(6,6)C61(PCBM)、C71-PCBM、C84-PCBM、和双-PCBM；苝；无机半导体如CdS、CdTe、CdSe、和ZnO；或其组合。
所述电子给体可包括前述给电子聚合物。通过包括所述给电子聚合物，所述有机太阳能电池可具有与常规的有机太阳能电池相比较高的短路电流密度(Jsc)，同时保持与常规的有机太阳能电池类似的开路电压(Voc)。另外，所述电子给体可溶解于多种溶剂中且可有效地与所述电子受体溶混。由此，所述有机太阳能电池可具有改善的光电转换效率。
所述电子受体和电子给体可具有例如本体异质结结构。所述本体异质结结构通过如下产生光电流：使由在光活性层30中吸收的光激发的电子-空穴对扩散至所述电子受体与电子给体之间的界面中，由于两种材料在所述界面上的电子亲和性差异使所述电子-空穴对分离成电子和空穴，和使电子移动通过所述电子受体至阴极且使空穴移动通过所述电子给体至阳极。
在下电极20与光活性层30之间和/或在上电极40与光活性层30之间可形成中间层(未示出)。所述中间层可改善在下电极20与光活性层30之间和/或在上电极40与光活性层30之间的载流子迁移率。
在下文中，参照实施例更详细地说明本公开内容。然而，这些是示例性实施方式且不是限制性的。
合成
合成1
根据反应方案3合成5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯。
[反应方案3]
Figure BDA00001673140700251
在氮气(N2)气氛下将约1.00g(2.92mmol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸、约0.731g(3.51mmol)二环己基碳二亚胺(DCC)和约0.123g(1.01mmol)4-二甲基氨基吡啶(DMAP)溶解于约10ml二氯甲烷(MC)中，并添加约2.19g(15.0mmol)乙基-5-羟基戊酸酯且在室温下搅拌20小时。然后向其中添加约50ml水并用二氯甲烷萃取。在萃取之后，通过硫酸钠除去存在于有机层中的相对少量的水，除去溶剂，并根据使用硅胶的柱层析法将其纯化以提供5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2羧酸酯。
根据下列反应方案4制备给电子聚合物。
[反应方案4]
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩和约235mg(0.500mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂，搅拌，并加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有所述重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约30,000的数均分子量。所述数均分子量通过凝胶渗透色谱法(GPC)(Polymer Laboratories PL gel Mixed C GPC柱，Waters2690，Waters 2410 RI检测器，洗脱剂:THF，流速:1.0ml/分钟)测量。
合成2
根据与合成1中相同的程序制备5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯。
随后，根据下列反应方案5获得给电子聚合物。
[反应方案5]
Figure BDA00001673140700271
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩、约118mg(0.250mmol)2-乙基己基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯和约118mg(0.250mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有所述重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约60,000的数均分子量。
合成3
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约101mg(0.250mmol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(苯基)甲酮和118mg(0.250mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式8-7表示的重复单元的给电子聚合物。
[化学式8-7]
所获得的给电子聚合物具有约34,000的数均分子量。
合成4
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩和244mg(0.500mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式3-7表示的重复单元的给电子聚合物。
[化学式3-7]
Figure BDA00001673140700282
所获得的给电子聚合物具有约54,000的数均分子量。
合成5
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约105mg(0.250mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和118mg(0.250mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式8-8表示的重复单元的给电子聚合物。
[化学式8-8]
Figure BDA00001673140700291
所获得的给电子聚合物具有约45,000的数均分子量。
合成6
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约101mg(0.250mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(苯基)甲酮和122mg(0.250mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得由化学式8-9表示的重复单元的给电子聚合物。
[化学式8-9]
Figure BDA00001673140700292
所获得的给电子聚合物具有约22,000的数均分子量。
合成7
将约386mg(0.500mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约105mg(0.250mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和122mg(0.250mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式8-10表示的重复单元的给电子聚合物。
[化学式8-10]
所获得的给电子聚合物具有约32,000的数均分子量。
合成8
将约309mg(0.400mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约42.0mg(0.100mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和147mg(0.300mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式
Figure BDA00001673140700302
表示的重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约32,000的数均分子量。
合成9
将约232mg(0.300mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约42.0mg(0.100mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和97.6mg(0.200mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式
Figure BDA00001673140700303
表示的重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约30,000的数均分子量。
合成10
将约232mg(0.300mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约84.0mg(0.200mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和48.8mg(0.100mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式
Figure BDA00001673140700311
表示的重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约35,000的数均分子量。
合成11
将约309mg(0.400mmol)2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(2-乙基己氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩、约84.0mg(0.300mol)4,6-二溴噻吩并[3,4-b]噻吩-2-基)(4-氟苯基)甲酮和48.8mg(0.100mmol)5-乙氧基-5-氧代戊基-4,6-二溴-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸酯引入约10ml DMF/甲苯(二甲基甲酰胺/甲苯，体积比=1/4)中，添加约23mg Pd(PPh3)4催化剂且搅拌，由此加热至约120℃的温度。然后，将混合物冷却至室温，在1M HCl(在甲醇中)中沉淀，过滤，并在甲醇中再沉淀以获得具有由化学式表示的重复单元的给电子聚合物。
所获得的给电子聚合物具有约30,000的数均分子量。
对比合成1
由商业产品P100(由BASF制造，Mw=50,000)准备具有由化学式10表示的重复单元的聚(3-己基噻吩)(P3HT)。
[化学式10]
对比合成2
准备具有由化学式11表示的重复单元的聚[4,8-双(2-乙基己氧基)苯并(1,2-b:4,5-b′)二噻吩-2,6-二基-交替-(2-十二烷基)噻吩并(3,4-b)噻吩-2-羧酸酯-4,6-二基](Mw=47,800)。
[化学式11]
Figure BDA00001673140700321
对比合成3
准备具有由化学式12表示的重复单元的聚[4,8-双(2-乙基己氧基)苯并(1,2-b:4,5-b′)二噻吩-2,6-二基-交替-(2-乙基己基)-3-氟噻吩并(3,4-b)噻吩-2-羧酸酯-4,6-二基](Mw=48,000)。
[化学式12]
Figure BDA00001673140700322
对比合成4
准备具有由化学式13表示的重复单元的聚合物(Mn=13,700)。
[化学式13]
Figure BDA00001673140700323
给电子聚合物的评价
评价1：IR的测量
对由合成1~3获得的各给电子聚合物，使用Bio Rad FTS 6000 FTIR光谱仪根据ATR方法获得IR光谱。
图2~4分别为由合成1~3获得的给电子聚合物的IR光谱。
如图2中所示，存在显示C=O键的1700cm-1峰和显示C-O键的1250、1180、1050cm-1峰，因此获得根据合成1的给电子聚合物。
如图3中所示，存在显示C=O键的1700cm-1峰，显示C-O键的1250、1180、1050cm-1峰，和显示氟化的在1500cm-1附近的峰位移，因此获得根据合成2的给电子聚合物。
如图4中所示，存在显示C=O键的1700cm-1峰和显示C-O键的1250、1180、1050cm-1峰，因此获得根据合成3的给电子聚合物。
评价2：光吸收特性
将根据合成1~11和对比合成1~4的给电子聚合物各自溶解在二氯苯中并将玻璃板浸在其中。将它们干燥以除去溶剂以提供膜。使用由Varian制造的Cary 5000UV光谱学设备得到所获得的膜的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。
图5A为根据合成1和对比合成2的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱，图5B为根据合成4和对比合成3的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱，和图5C为根据合成3和对比合成4的给电子聚合物的紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱。
如图5A~5C中所示，所有的根据合成1、3和4以及对比合成2、3和4的给电子聚合物可充分吸收具有约500nm~约750nm的波长范围的光。
此外，使用根据合成1~11和对比合成1~4的各给电子聚合物，通过考虑入射光子到电流的转换效率(IPCE)确定外量子效率(EQE)，IPCE为由输出电流获得的每单位时间的电子数相对于由入射短波长光功率计算的每单位时间的光子数之比。EQE的评价使用IQE-200(由Newport制造)设备。
图6A为根据合成1和对比合成2的给电子聚合物的外量子效率图，图6B为根据合成4和对比合成3的给电子聚合物的外量子效率图，和图6C为根据合成3和对比合成4的给电子聚合物的外量子效率图。
如图6A~6C中所示，根据合成1、4和3的给电子聚合物具有比根据对比合成2、3和4的给电子聚合物高的外量子效率。
结果，尽管根据合成1、4和3的给电子聚合物吸收与根据对比合成2、3和4的给电子聚合物类似量的光，但是与根据对比合成2、3和4的给电子聚合物相比，根据合成1、4和3的给电子聚合物可有效地改善由所吸收的光获得的外量子效率。
评价3：形态
评价根据合成1~11和对比合成1~4的给电子聚合物的形态。
根据合成1~11和对比合成1~4的给电子聚合物各自用于电子给体，且1-(3-甲氧基-羰基)丙基-1-苯基(6,6)C61(PCBM)用于电子受体。
将约8g各电子给体和约12g电子受体混合以提供混合物。然后根据旋涂法将各混合物涂覆在涂覆有PEDOT:PSS的ITO基底上以提供样品。
将各获得的样品使用G2F30(由TECNAI制造)设备以透射电子显微镜(TEM)拍照。
图7~12顺次为使用根据合成1、3和4以及对比合成2、3和4的给电子聚合物的样品的TEM照片。
如图7~12中所示，与使用根据对比合成2、3和4的给电子聚合物的情况相比，使用根据合成1、3和4的给电子聚合物的情况具有较小的域(畴，domain)尺寸和均匀的形态。
太阳能电池的制造
实施例1
制备具有约1mm厚度的透明玻璃基底。然后根据溅射方法在该透明玻璃基底上提供具有约150nm厚度的氧化铟锡(ITO)阳极。
根据旋涂方法在ITO阳极上提供具有约30nm厚度的PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(磺苯乙烯))层并将其烘烤1小时。
将约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM引入约0.97ml氯苯中并添加约0.03ml二碘辛烷且搅拌约14小时以提供混合物。根据旋涂方法(在约2000rpm下)以约65nm的厚度将该混合物涂覆在PEDOT:PSS层上以提供光活性层。在所述光活性层上提供具有约7nm厚度的TiOx(0<x≤2)中间层且在该中间层上提供具有约80nm厚度的Al阴极。
实施例2
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成2获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例3
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成3获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例4
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成4获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例5
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成5获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例6
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成6获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例7
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成7获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例8
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成8获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例9
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成9获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例10
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成10获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
实施例11
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由合成11获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
对比例1
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约20mg由对比合成1获得的给电子聚合物和约20mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
对比例2
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由对比合成2获得的给电子聚合物和约8mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
对比例3
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由对比合成3获得的给电子聚合物和约12mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
对比例4
根据与实施例1中相同的方法制造太阳能电池，除了引入约8mg由对比合成4获得的给电子聚合物和约8mg C71-PCBM，代替约8mg由合成1获得的给电子聚合物和约16mg C71-PCBM。
太阳能电池性能的评价
评价4
测量由实施例1~11和对比例1~4获得的太阳能电池的光电流电压，并由光电流曲线计算开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)。另外，由其计算太阳能电池的效率。
氙灯(Oriel，01193)用于光源，且为使用标准太阳能电池(FraunhoferInstitute for Solar Energy Systems，证书编号C-ISE369，材料的类型：Mono-Si(单晶硅)+KG过滤器)补偿氙灯的日光条件(AM 1.5)。
结果示于下表1和图13中。
图13说明根据实施例1、3-4和8以及对比例1、2、3和4的太阳能电池的光电流曲线。
(表1)
  Voc(mV)   Jsc(mA/cm2)   FF(%)   效率(%)
  实施例1   635.4   13.1   59.9   5.0
  实施例2   675.6   13.7   64.2   5.9
  实施例3   665.5   15.8   70.1   7.4
  实施例4   715.8   16.4   68.0   8.0
  实施例5   675.6   13.5   60.7   5.5
  实施例6   685.6   15.0   58.2   6.0
  实施例7   715.8   14.6   57.4   6.0
  实施例8   786.2   15.3   69.6   8.4
  实施例9   705.7   14.7   61.3   6.4
  实施例10   715.8   13.4   61.4   5.9
  实施例11   695.7   13.3   59.6   5.5
  对比例1   615.2   9.2   63.6   3.6
  对比例2   618.2   10.9   62.2   4.19
  对比例3   709.1   10.2   61.6   4.46
  对比例4   685.6   12.1   57.0   4.7
如图13和表1中所示，当与由对比例1~4获得的太阳能电池相比时，由实施例1~11获得的太阳能电池具有改善的电流密度和效率。
尽管已结合目前认为是实践性的示例性实施方式的内容描述了本公开内容，但将理解，本发明构思不限于所公开的实施方式，而是相反，意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的多种变型和等同布置。

Claims (19)

1.包含由化学式1表示的部分A的聚合物：
[化学式1]
Figure FDA00001673140600011
其中，在化学式1中，
X1为包含至少两个酯残基和连接所述酯残基的取代或未取代的二价脂族基团的官能团，和
X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR100及其组合之一，其中R100为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一。
2.权利要求1的聚合物，其中X1为由化学式1A或1B表示的官能团：
[化学式1A]
Figure FDA00001673140600012
[化学式1B]
其中，在化学式1A或1B中，
X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C20脂族基团，和
R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20脂族基团之一。
3.权利要求1的聚合物，其中X1和X2的至少一个包括卤素原子。
4.权利要求1的聚合物，进一步包含：
由化学式2表示的部分B：
[化学式2]
其中，在化学式2中，
X3和X4各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR101及其组合之一，其中R101为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一，和
R1和R2各自相同或不同且独立地为氢，取代或未取代的C1~C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR102R103的至少一种的有机基团、及其组合之一，其中R102和R103相同或不同且各自独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一。
5.权利要求4的聚合物，其中以1:0.5~1:2.5的摩尔比包含所述部分A和所述部分B。
6.权利要求4的聚合物，其中所述部分A和所述部分B形成重复单元，和
所述重复单元包括由化学式3表示的重复单元、由化学式4表示的重复单元、和其组合之一：
[化学式3]
[化学式4]
Figure FDA00001673140600032
其中，在化学式3和4中，
X2为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20烷基、和其组合之一，
X3和X4各自相同或不同且独立地为取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、和-SR101之一，其中R101为取代或未取代的C1~C20烷基，
X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C10脂族基团，
R1和R2各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10烷基之一，和
R3和R4各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10脂族基团之一。
7.权利要求1的聚合物，进一步包含：
由化学式5表示的部分C：
[化学式5]
其中，在化学式5中，
X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C30酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、和其组合之一。
8.权利要求7的聚合物，其中X12和X13的至少一个包括卤素原子。
9.权利要求7的聚合物，进一步包含：
由化学式6表示的部分D：
[化学式6]
Figure FDA00001673140600042
其中，在化学式6中，
X10和X11各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20脂族基团、羟基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C1~C20酮基、取代或未取代的C1~C20酯基、硫醇基、-SR104、及其组合之一，其中R104为取代或未取代的C1~C20脂族基团、取代或未取代的C2~C30芳族基团、和取代或未取代的C2~C30杂环烷基之一，和
R5和R6各自相同或不同且独立地为氢，取代或未取代的C1～C20烷基，取代或未取代的C3~C20环烷基，取代或未取代的C1~C20烷氧基，取代或未取代的C6~C30芳基，取代或未取代的C2~C30杂芳基，包括-O-、-S-、-SO2-、-CO-、-OCO-、-COO-、-CH=CH-、-C≡C-、和-SiR105R106的至少一种的有机基团、和其组合之一，其中R105和R106相同或不同且各自独立地为氢、取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C3~C20环烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、取代或未取代的C6~C30芳基、取代或未取代的C2~C30杂芳基、和其组合之一。
10.权利要求9的聚合物，其中所述部分C和所述部分D形成重复单元，且所述重复单元包括由化学式7表示的重复单元：
[化学式7]
Figure FDA00001673140600051
其中，在化学式7中，
X10和X11各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷氧基之一，
X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C20酮基、和取代或未取代的C6~C20芳基之一，和
R5和R6各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷基之一。
11.权利要求1的聚合物，其中所述聚合物包括由化学式8表示的共聚物、由化学式9表示的共聚物、和其组合之一：
[化学式8]
Figure FDA00001673140600052
[化学式9]
Figure FDA00001673140600061
其中，在化学式8和9中，
X2为氢、卤素原子、和取代或未取代的C1~C20烷基之一，
X3和X4各自相同或不同且独立地为取代或未取代的C1~C20烷基、取代或未取代的C1~C20烷氧基、和-SR101之一，其中R101为取代或未取代的C1~C20烷基，
X7~X9各自相同或不同且独立地为取代或未取代的二价C1~C10脂族基团，
X10和X11各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C20烷氧基之一，
X12和X13各自相同或不同且独立地为氢、卤素原子、取代或未取代的C1~C30酮基、和取代或未取代的C6~C30芳基之一，
R1-R6各自相同或不同且独立地为氢和取代或未取代的C1~C10烷基之一，
x和y各自为摩尔比且满足以下方程：0≤x≤10和0<y≤10。
12.权利要求11的聚合物，其中X2、X12和X13的至少一个包括卤素原子。
13.权利要求1的聚合物，其中所述聚合物具有约1.2eV~约2.5eV的带隙。
14.太阳能电池，包括：
彼此面对的阳极和阴极，和
在所述阳极与所述阴极之间的光活性层，所述太阳能电池包含电子给体和电子受体，
其中所述电子给体包括权利要求1-13任一项的聚合物。
15.权利要求14的太阳能电池，其中所述电子受体包括富勒烯和富勒烯衍生物之一。
16.权利要求15的太阳能电池，其中所述电子受体包括C60、C70、C74、C76、C78、C82、C84、C720、C860、1-(3-甲氧基-羰基)丙基-1-苯基(6,6)C61(PCBM)、C71-PCBM、C84-PCBM、双-PCBM及其组合之一。
17.权利要求14的太阳能电池，其中所述阴极和阳极之一包括氧化铟锡(ITO)、铟掺杂氧化锌(IZO)、氧化锡(SnO2)、铝掺杂氧化锌(AZO)、和镓掺杂氧化锌(GZO)之一，且所述阴极和阳极的另一个包括铝(Al)、银(Ag)、金(Au)和锂(Li)之一。
18.权利要求14的太阳能电池，其中所述聚合物具有在1000-800000范围内的数均分子量。
19.权利要求18的太阳能电池，其中所述聚合物具有在2000-100000范围内的数均分子量。
CN201210162689.9A 2011-05-23 2012-05-23 给电子聚合物和包含其的太阳能电池 Expired - Fee Related CN102796246B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2011-0048514 2011-05-23
KR20110048514 2011-05-23
KR10-2012-0052165 2012-05-16
KR1020120052165A KR101853395B1 (ko) 2011-05-23 2012-05-16 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 태양 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102796246A true CN102796246A (zh) 2012-11-28
CN102796246B CN102796246B (zh) 2016-06-29

Family

ID=46148669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210162689.9A Expired - Fee Related CN102796246B (zh) 2011-05-23 2012-05-23 给电子聚合物和包含其的太阳能电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8865860B2 (zh)
EP (1) EP2527387B1 (zh)
JP (1) JP6017836B2 (zh)
KR (1) KR101853395B1 (zh)
CN (1) CN102796246B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103554130A (zh) * 2013-10-24 2014-02-05 华南理工大学 一种2-(4-取代苯甲酰基)-4,6-二溴噻吩并噻吩及其制备方法与应用
CN103936969A (zh) * 2013-01-23 2014-07-23 海洋王照明科技股份有限公司 含噻吩并噻吩-二苯并噻吩苯并二噻吩的共轭聚合物及其制备方法与应用
CN106415912A (zh) * 2014-06-27 2017-02-15 株式会社Lg化学 用于电化学装置的添加剂、及包含其的电解质、电极及电化学装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140166942A1 (en) * 2011-03-31 2014-06-19 Takafumi Izawa Block copolymer and photoelectric conversion element
US9660207B2 (en) 2012-07-25 2017-05-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic solar cell
WO2014038526A1 (ja) * 2012-09-04 2014-03-13 株式会社クラレ ブロック共重合体およびそれを用いた光電変換素子
JP2014051556A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Kuraray Co Ltd π電子共役ランダム共重合体およびそれを用いた光電変換素子
JP6103585B2 (ja) * 2013-03-27 2017-03-29 オリヱント化学工業株式会社 チエノチオフェン−ベンゾジチオフェン共重合体の製造方法
EP3124519B1 (en) 2014-03-27 2021-05-05 LG Chem, Ltd. Copolymer and organic solar cell comprising same

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209692A1 (en) * 2002-04-24 2003-11-13 Merck Paptentgesellschaft Mit Beschrankter Haftung Reactive mesogenic benzodithiophenes
US20040242792A1 (en) * 2003-02-28 2004-12-02 Sotzing Gregory A. Method of crosslinking intrinsically conductive polymers or intrinsically conductive polymer precursors and the articles obtained therefrom
US20060071200A1 (en) * 2004-10-04 2006-04-06 Nordquist Andrew F Substituted thienothiophene monomers and conducting polymers
CN101200471A (zh) * 2006-12-13 2008-06-18 三星电子株式会社 杂并苯化合物及包括它的有机薄膜以及包括该薄膜的电子器件
WO2010008672A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 University Of Chicago Semiconducting polymers
KR20100086197A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 한국화학연구원 신규한 폴리티오펜 유도체 및 이를 이용한 유기박막트랜지스터
US20110017956A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 Solarmer Energy, Inc. Conjugated polymers with carbonyl substituted thieno[3,4-b]thiophene units for polymer solar cell active layer materials
CN102046636A (zh) * 2008-03-31 2011-05-04 康宁股份有限公司 稠合噻吩以及其制备和使用方法

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1086410A (en) 1977-08-02 1980-09-23 Ching W. Tang Organic photovoltaic elements
US4329535A (en) 1978-05-03 1982-05-11 Owens-Illinois, Inc. Solar cells and collector structures
US4175981A (en) 1978-07-03 1979-11-27 Xerox Corporation Photovoltaic cell comprising metal-free phthalocyanine
US4356429A (en) 1980-07-17 1982-10-26 Eastman Kodak Company Organic electroluminescent cell
DE3700792C2 (de) 1987-01-13 1996-08-22 Hoegl Helmut Photovoltaische Solarzellenanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
JPH0662656B2 (ja) * 1989-03-30 1994-08-17 出光興産株式会社 新規フェロセン誘導体，それを含有する界面活性剤及び有機薄膜の製造方法
US7432340B2 (en) 2002-07-11 2008-10-07 Air Products And Chemicals, Inc. Fluorinated alkyl substituted-thieno[3,4-]thiophene monomers and polymers therefrom
US7572879B2 (en) 2002-07-11 2009-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Fluorinated alkyl substituted-thieno[3,4-b]thiophene monomers and polymers therefrom
US7071289B2 (en) 2002-07-11 2006-07-04 The University Of Connecticut Polymers comprising thieno [3,4-b]thiophene and methods of making and using the same
US7147936B2 (en) 2002-08-23 2006-12-12 Agfa Gevaert Layer configuration with improved stability to sunlight exposure
ATE307840T1 (de) 2002-09-14 2005-11-15 Merck Patent Gmbh Mono-,oligo- und poly(3-alkynylthiophene) und ihre verwendung als ladungstransportmaterialien
US7244809B2 (en) 2003-05-16 2007-07-17 Merck Patent Gmbh Mono-, oligo- and polymers comprising dithienothiophene and aryl groups
CA2530362C (en) 2003-06-25 2015-04-14 The Trustees Of Princeton University Improved solar cells
JP2005032793A (ja) 2003-07-08 2005-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機光電変換素子
DE602004017550D1 (de) 2003-08-28 2008-12-18 Merck Patent Gmbh Mono-, Oligo- und Polythienoi2,3-b thiophene
ATE452154T1 (de) 2003-10-15 2010-01-15 Merck Patent Gmbh Polybenzodithiophene
US7507764B2 (en) 2003-10-15 2009-03-24 Tego Biosciences Corporation Amphiphilic [5:1]- and [3:3]- hexakisadducts of fullerenes
KR101209378B1 (ko) 2004-05-18 2012-12-06 메르크 파텐트 게엠베하 모노-, 올리고- 및 폴리티에노［3,2-ｂ］티오펜
US7700643B2 (en) 2004-06-09 2010-04-20 Merck Patent Gmbh Polymerisable thieno[3,2-b]thiophenes
JP2008536811A (ja) 2005-03-11 2008-09-11 メルク パテント ゲーエムベーハー チオフェンおよびセレノフェンを含むモノマー、オリゴマーおよびポリマー
US20060289058A1 (en) 2005-06-14 2006-12-28 The University Of Manchester Photoconductive polymer
US7781673B2 (en) 2005-07-14 2010-08-24 Konarka Technologies, Inc. Polymers with low band gaps and high charge mobility
US7667230B2 (en) 2006-03-31 2010-02-23 3M Innovative Properties Company Electronic devices containing acene-thiophene copolymers
US20080087326A1 (en) 2006-06-05 2008-04-17 Scholes Gregory D Light-harvesting antennae for organic solar cells
CN101522753B (zh) 2006-10-11 2014-01-29 东丽株式会社 光伏元件用电子给予性有机材料、光伏元件用材料及光伏元件
JP5472874B2 (ja) 2006-10-25 2014-04-16 三星電子株式会社 電子デバイス
US7820782B2 (en) 2006-10-25 2010-10-26 Xerox Corporation Poly(dithienylbenzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene) polymers
US7834132B2 (en) 2006-10-25 2010-11-16 Xerox Corporation Electronic devices
TWI335341B (en) 2006-12-22 2011-01-01 Ind Tech Res Inst Polythiophene derivatives
WO2008109032A2 (en) 2007-03-02 2008-09-12 Luna Innovations Incorporated Amphiphilic or lipophilic polar functionalized fullerenes and their uses
WO2008143850A2 (en) 2007-05-15 2008-11-27 Plextronics, Inc. Mixed halogen polymerization
US20080315751A1 (en) 2007-05-15 2008-12-25 Plextronics, Inc. Aryl-substituted conjugated polymers
JP2009060051A (ja) 2007-09-03 2009-03-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 有機太陽電池及び光センサ
WO2009052215A1 (en) 2007-10-16 2009-04-23 Plextronics, Inc. Organic electrodes and electronic devices
JP5303896B2 (ja) 2007-10-19 2013-10-02 住友化学株式会社 高分子化合物およびそれを用いた有機光電変換素子
EP2208234B9 (en) 2007-11-05 2012-03-28 Solar Excel B.V. Photovoltaic device
US7754847B2 (en) 2007-12-27 2010-07-13 Industrial Technology Research Institute Soluble polythiophene derivatives
US20090221740A1 (en) 2008-02-15 2009-09-03 Plextronics, Inc. Novel compositions, methods, and polymers
WO2009104781A1 (ja) 2008-02-18 2009-08-27 住友化学株式会社 組成物およびそれを用いた有機光電変換素子
KR100872957B1 (ko) 2008-02-29 2008-12-08 광주과학기술원 풀러렌 유도체
US8058387B2 (en) 2008-05-30 2011-11-15 Industrial Technology Research Institute Soluble polythiophene derivatives
US8906520B2 (en) 2008-06-09 2014-12-09 Solvay Usa, Inc. Sulfonated polythiophenes comprising fused ring repeat units
US8455606B2 (en) 2008-08-07 2013-06-04 Merck Patent Gmbh Photoactive polymers
TWI418571B (zh) 2009-05-15 2013-12-11 Ind Tech Res Inst 可溶性聚噻吩衍生物
WO2010136401A2 (en) 2009-05-27 2010-12-02 Basf Se Polycyclic dithiophenes
US20110006287A1 (en) 2009-07-10 2011-01-13 Wei You Polymers with tunable band gaps for photonic and electronic applications
US20110114159A1 (en) 2009-11-13 2011-05-19 E.I. Du Pont De Nemours And Company Solar cell modules with polymer encapsulant comprising reducing agents
US9112155B2 (en) * 2010-06-24 2015-08-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Electron donating polymer and organic solar cell including the same
US8895693B2 (en) * 2010-06-25 2014-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Electron-donating polymers and organic solar cells including the same
WO2012003919A2 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Merck Patent Gmbh Semiconducting polymers
KR101777326B1 (ko) * 2011-10-05 2017-09-12 삼성전자주식회사 전자 공여체 고분자 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209692A1 (en) * 2002-04-24 2003-11-13 Merck Paptentgesellschaft Mit Beschrankter Haftung Reactive mesogenic benzodithiophenes
US20040242792A1 (en) * 2003-02-28 2004-12-02 Sotzing Gregory A. Method of crosslinking intrinsically conductive polymers or intrinsically conductive polymer precursors and the articles obtained therefrom
US20060071200A1 (en) * 2004-10-04 2006-04-06 Nordquist Andrew F Substituted thienothiophene monomers and conducting polymers
CN101200471A (zh) * 2006-12-13 2008-06-18 三星电子株式会社 杂并苯化合物及包括它的有机薄膜以及包括该薄膜的电子器件
CN102046636A (zh) * 2008-03-31 2011-05-04 康宁股份有限公司 稠合噻吩以及其制备和使用方法
WO2010008672A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 University Of Chicago Semiconducting polymers
KR20100086197A (ko) * 2009-01-22 2010-07-30 한국화학연구원 신규한 폴리티오펜 유도체 및 이를 이용한 유기박막트랜지스터
US20110017956A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 Solarmer Energy, Inc. Conjugated polymers with carbonyl substituted thieno[3,4-b]thiophene units for polymer solar cell active layer materials

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HSIANG-YU CHEN 等,: ""Polymer solar cells with enhanced open-circuit voltage and efficiency"", 《NATURE PHOTONICS》, no. 3, 25 October 2009 (2009-10-25), XP055032763, DOI: doi:10.1038/nphoton.2009.192 *
JIAN CHEN等: "Conjugated polymers based on benzodithiophene and arylene imides: Extended absorptions and tunable electrochemical properties", 《POLYMER》, vol. 51, no. 13, 7 June 2010 (2010-06-07), XP055034808, DOI: doi:10.1016/j.polymer.2010.04.035 *
SAMUEL C.等: "Fluorine Substituted Conjugated Polymer of Medium Band Gap Yields 7% Efficiency in Polymer-Fullerene Solar Cells", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》, vol. 133, no. 12, 4 March 2011 (2011-03-04), XP002665448, DOI: doi:10.1021/JA1112595 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103936969A (zh) * 2013-01-23 2014-07-23 海洋王照明科技股份有限公司 含噻吩并噻吩-二苯并噻吩苯并二噻吩的共轭聚合物及其制备方法与应用
CN103554130A (zh) * 2013-10-24 2014-02-05 华南理工大学 一种2-(4-取代苯甲酰基)-4,6-二溴噻吩并噻吩及其制备方法与应用
CN106415912A (zh) * 2014-06-27 2017-02-15 株式会社Lg化学 用于电化学装置的添加剂、及包含其的电解质、电极及电化学装置
CN106415912B (zh) * 2014-06-27 2019-06-04 株式会社Lg化学 用于电化学装置的添加剂、及包含其的电解质、电极及电化学装置
US10490852B2 (en) 2014-06-27 2019-11-26 Lg Chem, Ltd. Additive for electrochemical element, electrolyte comprising same, electrode, and electrochemical element

Also Published As

Publication number Publication date
US20120298193A1 (en) 2012-11-29
JP2012241197A (ja) 2012-12-10
KR101853395B1 (ko) 2018-04-30
CN102796246B (zh) 2016-06-29
JP6017836B2 (ja) 2016-11-02
US8865860B2 (en) 2014-10-21
EP2527387B1 (en) 2014-03-12
KR20120130706A (ko) 2012-12-03
EP2527387A1 (en) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102796246B (zh) 给电子聚合物和包含其的太阳能电池
Qin et al. Achieving 12.8% efficiency by simultaneously improving open‐circuit voltage and short‐circuit current density in tandem organic solar cells
Zhong et al. Enhanced photovoltaic performance of ternary polymer solar cells by incorporation of a narrow-bandgap nonfullerene acceptor
Xu et al. Selenium-containing medium bandgap copolymer for bulk heterojunction polymer solar cells with high efficiency of 9.8%
Zhou et al. Low band gap polymers for photovoltaic device with photocurrent response wavelengths over 1000 nm
Zhang et al. Synthesis and characterization of thieno [3, 4-c] pyrrole-4, 6-dione and pyrrolo [3, 4-c] pyrrole-1, 4-dione-based random polymers for photovoltaic applications
Burkhart et al. Solar cells based on semi-random P3HT analogues containing dithienopyrrole: influence of incorporating a strong donor
Heo et al. Multi-donor random terpolymers based on benzodithiophene and dithienosilole segments with different monomer compositions for high-performance polymer solar cells
Cho et al. Enhanced Performance of Organic Photovoltaic Cells Fabricated with a Methyl Thiophene‐3‐Carboxylate‐Containing Alternating Conjugated Copolymer
Jiang et al. High-performance ternary organic photovoltaics incorporating small-molecule acceptors with an unfused-ring core
Xu et al. Developing s-Tetrazine-Based Terpolymer for High-Performance Polymer Solar Cells by Tuning Side Chains
Wang et al. Achieving efficient polymer solar cells based on near-infrared absorptive backbone twisted nonfullerene acceptors through a synergistic strategy of an indacenodiselenophene fused-ring core and a chlorinated terminal group
Xu et al. Alkyl side chain engineering enables high performance as-cast organic solar cells of over 17% efficiency
Zhan et al. Formulation of PC71BM isomers in P3HT-based polymer solar cells
US10361370B2 (en) Unsymmetrical benzothiadiazole-based molecular complexes in organic photovoltaic devices
Zhao et al. Efficient and Stable Nonfullerene Polymer Solar Cell Enabled by a Narrow-Bandgap, Nonplanar, Small-Molecule Acceptor with an Extended Main Chain
Kang et al. Enhancement of photovoltaic performance in immiscible ternary blends
KR20190103063A (ko) 로다닌 유도체 함유하는 삼중 혼합물 및 이를 포함하는 유기광전변환소자
CN104448247B (zh) 一种含苯并双噻吩和噻吩的半导体聚合物、制备及其应用
US8941007B2 (en) Electron donating polymer and organic solar cell including the same
Huang et al. An alternating D1-A-D2-A conjugated ternary copolymer containing [1, 2, 5] selenadiazolo [3, 4-c] pyridine unit with photocurrent response Up to 1,100 nm
Park et al. Alkylthio-substitution on wide bandgap conjugated polymers for non-fullerene acceptor-based organic solar cells
Weng et al. Fluorination strategy on π-bridge of polymer donor for efficient photovoltaic performance
US11430957B2 (en) Conjugated polymers including an indacen-4-one derivative, procedure for their preparation and photovoltaic devices comprising the same
Wang et al. A Conjugated Random Copolymer of Benzodithiophene‐Difluorobenzene‐Diketopyrrolopyrrole with Full Visible‐Light Absorption for Bulk‐Heterojunction Solar Cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160629

Termination date: 20210523

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee