CN105431467A - 共聚物和包含其的有机太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本说明书公开了共聚物和包含该共聚物的有机太阳能电池。

Description

共聚物和包含其的有机太阳能电池
技术领域
本说明书涉及共聚物和包含其的有机太阳能电池。
本申请要求于2013年7月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0090613号的优先权和权益，其内容通过全文引用并入本文。
背景技术
有机太阳能电池是可通过应用光伏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。典型的太阳能电池用通过掺杂作为无机半导体的结晶硅(Si)而获得的p-n结来制造。由于光吸收而产生的电子和空穴扩散至p-n结点，通过电场加速并移动至电极。该过程的功率转换效率定义为外电路中给出的功率与供给至太阳能电池中的太阳能功率之比，并且当在目前标准化的虚拟太阳辐照条件下测量时高达24％。然而，由于相关现有技术中的无机太阳能电池在经济可行性和可用材料方面已有所限制，所以容易加工、廉价且具有各种功能性的有机半导体太阳能电池作为长期替代能源受到了关注。
在太阳能电池中，重要的是增加效率使得可由太阳能输出尽可能多的电能。为了增加太阳能电池的效率，自半导体内部生成尽可能多的激子也很重要，而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所生成的电子和空穴通过复合而湮灭。作为将所生成的电子或空穴转移至电极而不损失的方法，已建议了多种方法，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。
[相关领域文献]
[非专利文献]
(非专利文献1)Two-layerOrganicPhotovoltaicCell(C.W.Tang，Appl.Phys.Lett.，48，183.(1996))
(非专利文献2)EfficienciesviaNetworkofInternalDonor-AcceptorHeterojunctions(G.Yu，J.Gao，J.C.Hummelen，F.Wudl，A.J.Heeger，Science，270，1789.(1995))
发明内容
技术问题
本说明书的一个目的是提供共聚物和包含其的有机太阳能电池。
技术方案
本说明书的一个示例性实施方案提供了一种共聚物，该共聚物包含由下式1表示的第一单体；充当电子供体的第二单体；以及充当电子受体的第三单体。
[式1]
在式1中，
a和b各自为1至5的整数，
当a为2至5的整数时R1相同或不同，
当b为2至5的整数时R2相同或不同，以及
R1至R4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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
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；设置成与第一电极相对的第二电极；以及布置在第一电极与第二电极之间且包含光活性层的具有一个或更多个层的有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含所述共聚物。
有益效果
本说明书的共聚物可用作用于有机太阳能电池的有机材料层的材料，并且包含所述共聚物的有机太阳能电池可在开路电压和短路电流增加和/或效率增加方面表现出优异特性。
根据本说明书一个示例性实施方案的共聚物具有深HOMO能级、小带隙和高电荷迁移性，并因此可表现出优异的特性。根据本说明书一个示例性实施方案的聚合物可单独使用或以与其他材料的混合物形式使用，增强器件的效率并通过化合物的热稳定性增强器件的寿命特性。
附图说明
图1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。
图2是说明了在实施例1中制备的共聚物1的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图3是说明了在实施例2中制备的共聚物2的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图4是说明了在实施例3中制备的共聚物3的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图5是说明了在实施例4中制备的共聚物4的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图6是说明了在实施例6中制备的共聚物6的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图7是说明了在实施例7中制备的共聚物7的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
图8是说明了本说明书的实施例1至4的有机太阳能电池的电流-电压曲线的视图。
图9是说明了本说明书的制备实施例6的有机太阳能电池的电流-电压曲线的视图。
[附图标记说明]
101：基底
102：第一电极
103：空穴传输层
104：光活性层
105：第二电极
具体实施方式
下文中，将详细地描述本说明书。
本文中所使用的术语“单体”意指共聚物主链中包含的重复结构，其中所述单体通过聚合与共聚物键合。
根据本说明书示例性实施方案的共聚物包含：由下式1表示的第一单体；充当电子供体的第二单体；以及充当电子受体的第三单体。
根据本说明书示例性实施方案的共聚物由三种单体制备。在这种情况下，合成方案变得简单，使得易于合成该共聚物。
包含三种单体的共聚物是无规共聚物。在无规共聚物的情况下，由于结晶度减小，非晶程度增加，使得可以确保对热的长期稳定性，以及促进制造包含共聚物的器件和模块的过程。
此外，由于控制无规共聚物中共聚物的比例以易于控制溶解度，因此易于提供适合于有机太阳能电池的制造工艺的溶解度，从而制造高效有机太阳能电池。
在本发明的一个示例性实施方案中，R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷氧基；或经取代或未经取代的烷基。
在本发明的一个示例性实施方案中，R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基；或具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，a为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，b为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R1和R2各自在间位经取代。在这种情况下有提高溶解度的效果。
在本说明书的一个示例性实施方案中，由式1表示的第一单体由下式2表示。
[式2]
在式2中，
R1至R4与在式1中限定的那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，充当电子供体的第二单体包括下式中的至少一种。
在所述式中，
c为1至4的整数，
d为1至6的整数，
e为1至8的范围内的整数，
f和g各自为1至3的整数，
当c、d、e和f为2或更大时，R10相同或不同，
当g为2或更大时，R11相同或不同，
聚合物R10至R11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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Z选自CRR′、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y1和Y2彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
在本说明书的一个示例性实施方案中，充当电子受体的第三单体包括下式中的至少一种。
在所述式中，
R12至R15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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
X4和X5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y3至Y6彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
以下描述了取代基的实例，但是取代基并不限于此。
在本说明书中，意指与共聚物主链键合的部分，或者与另一取代基键合的部分。
本文中所使用的术语“经取代或未经取代的”意指被选自以下的一种或更多种取代基所取代：氘；卤素基团；羰基；烷基；烯基；烷氧基；环烷基；甲硅烷基；芳基烯基；芳基；芳氧基；烷基硫氧基；烷基亚砜基；芳基亚砜基；硼基；烷基胺基；芳烷基胺基；芳基胺基；杂芳基；芳基胺基；芳基；腈基；硝基；羟基；和杂环基；或者不含取代基。例如，“两个或更多个取代基与之相连的取代基”可为联苯基。即，联苯基可为芳基，并且可理解为两个苯基与之相连的取代基。该术语意指未被取代、或被上文例示的取代基中的两个或更多个取代基与之相连的取代基所取代。例如，“两个或更多个取代基与之相连的取代基”可为联苯基。即，联苯基可为芳基，并且可理解为两个苯基与之相连的取代基。
如本文中所使用，术语“取代”意指与化合物的碳原子键合的氢原子变成另一取代基，被取代的位置没有限制，只要所述位置是氢原子被取代的位置，即取代基可以被取代的位置即可，当两个或更多个被取代时，两个或更多个取代基可以彼此相同或不同。
在本说明书中，酰亚胺基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至25。具体地，酰亚胺基可为具有以下结构的化合物中之一，但是不限于此。
在本说明书中，酰胺基的一个或两个氮原子可以被以下取代基取代：氢，具有1至25个碳原子的直链、支链或环状烷基，或者具有6至25个碳原子的芳基。具体地，酰胺基可为具有以下结构式的化合物中之一，但是不限于此。
在本说明书中，烷基可为直链或支链的，并且其碳原子数没有特别限制，但是优选为1至50。其具体实例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3，3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2，2-二甲基庚基、1-乙基-丙基、1，1-二甲基-丙基、异己基、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。
在本说明书中，环烷基没有特别限制，但是优选为具有3至60个碳原子的环烷基，并且其具体实例包括环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2，3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2，3-二甲基环己基、3，4，5-三甲基环己基、4-叔丁基环己基、环庚基、环辛基等，但不限于此。
在本说明书中，烷氧基可为直链、支链或环状的。烷氧基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至20。其具体实例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、异丙基氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、异戊氧基、正己氧基、3，3-二甲基丁氧基、2-乙基丁氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、苄氧基、对甲基苄氧基等，但不限于此。
在本说明书中，烯基可为直链或支链的，并且其碳原子数没有特别限制，但是优选为2至40。其具体实例包括乙烯基、1-丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、3-甲基-1-丁烯基、1，3-丁二烯基、烯丙基、1-苯乙烯基-1-基、2-苯乙烯基-1-基、2，2-二苯乙烯基-1-基、2-苯基-2-(萘基-1-基)乙烯基-1-基、2，2-双(二苯基-1-基)乙烯基-1-基、芪基、苯乙烯基等，但不限于此。
在本说明书中，芳基可为单环芳基或多环基团，并且包括具有1至25个碳原子的烷基或具有1至25个碳原子的烷氧基被取代的情况。此外，本说明书中的芳基可意指芳香环。
当芳基为单环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但是优选为6至25。单环芳基的具体实例包括苯基、联苯基、三联苯基等，但不限于此。
当芳基为多环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但是优选为10至24。多环芳基的具体实例包括萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、基、芴基等，但不限于此。
在本说明书中，芴基可被取代，并且相邻的取代基可彼此结合以形成环。
当芴基被取代时，芴基可为 等。但是，结构不限于此。
在本说明书中，甲硅烷基的具体实例包括三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二苯基甲硅烷基、苯基甲硅烷基等，但不限于此。
在本说明书中，胺基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至30。胺基的具体实例包括甲胺基、二甲胺基、乙胺基、二乙胺基、苯胺基、萘胺基、联苯胺基、蒽基胺基、9-甲基-蒽基胺基、二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、三苯胺基等，但不限于此。
在本说明书中，芳基胺基的实例包括经取代或未经取代的单芳基胺基、经取代或未经取代的二芳基胺基、或者经取代或未经取代的三芳基胺基。芳基胺基中的芳基可为单环芳基或多环芳基。芳基胺基包括两个或更多个芳基，所述芳基可包括单环芳基、多环芳基，或者同时包含单环芳基和多环芳基。
芳基胺基的具体实例包括苯胺基、萘胺基、联苯胺基、蒽胺基、3-甲基-苯胺基、4-甲基-萘胺基、2-甲基-联苯胺基、9-甲基-蒽胺基、二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、咔唑基、三苯胺基等，但不限于此。
在本说明书中，杂环基包含除碳外的*个或更多个原子及杂原子，特别地，杂原子可包括选自O、N、Se、S等的一个或更多个原子。杂环基的碳原子数没有特别限制，但优选为2至60个。杂环基的实例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、唑基、二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、三唑基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、菲咯啉基、噻唑基、异唑基、二唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、苯并噻嗪基、二苯并呋喃基等，但不限于此。
在本申请中，芳氧基、芳基硫氧基、芳基亚砜基和芳烷基胺基中的芳基与上述芳基的实例相同。芳氧基的具体实例包括苯氧基、对甲苯氧基、间甲苯氧基、3，5-二甲基苯氧基、2，4，6-三甲基苯氧基、对叔丁基苯氧基、3-联苯氧基、4-联苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基、4-甲基-1-萘氧基、5-甲基-2-萘氧基、1-蒽氧基、2-蒽氧基、9-蒽氧基、1-菲氧基、3-菲氧基、9-菲氧基等，芳基硫氧基的实例包括苯基硫氧基、2-甲基苯基硫氧基、4-叔丁基苯基硫氧基等，芳基亚砜基的实例包括苯亚砜基、对甲苯亚砜基等，但是并不限于此。
在本说明书中，杂芳基胺基中的杂芳基可选自上述杂环基的实例。
在本说明书中，烷基硫氧基和烷基亚砜基中的烷基与上述烷基的实例相同。烷基硫氧基的具体实例包括甲基硫氧基、乙基硫氧基、叔丁基硫氧基、己基硫氧基、辛基硫氧基等，而烷基亚砜基的实例包括甲基亚砜基、乙基亚砜基、丙基亚砜基、丁基亚砜基等，但是实例不限于此。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物包含由下式1-1表示的单元。
[式1-11
在式1-1中，
a、b和R1至R4与式1中所限定的那些相同，以及，
D是充当电子供体的第二单元。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物包含由下式3表示的单元。
[式3]
在式3中，
a、b和R1至R4与式1中所限定的那些相同，
l是实数，其作为摩尔分数为0＜l≤1，
m是实数，其作为摩尔分数为0＜m≤1，以及
l+m＝1，
n是1至10000的整数。
D1和D2彼此相同或不同，并且各自独立地为充当电子供体的第二单元，以及
A是充当电子受体的第三单元。
在本说明书的一个示例性实施方案中，D1和D2的电子供体的实例与上述那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，A的电子受体的实例与上述那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，D1包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，D1包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，D2包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，D2包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，A包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，A包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，A包括
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物包含由下式4至7表示的单元中的至少一种。
[式4]
[式5]
[式6]
[式7]
在式4至7中，
a、b和R1至R4与式1中所限定的那些相同，
l是实数，其作为摩尔分数为0＜l≤1，
m是实数，其作为摩尔分数为0＜m≤1，以及
l+m＝1，
h和i作为括号中的结构的重复单元为1至3的整数，
当h和i为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，
n是1至10000的整数。
R10至R13、R10’和R11’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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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，
X1、X1’、X2、X2’、X4和X5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y3至Y5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
本文中所使用的“括号中的结构”意指()中包括的结构。
本文中所使用的术语“单元”意指共聚物的单体中包含的重复结构，其中所述单体通过聚合与共聚物键合。
本文中所使用的术语“包含单元”意指包含在共聚物的主链中。
在本说明书的一个示例性实施方案中，h为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，h为2。
在本说明书的一个示例性实施方案中，i为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，i为2。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X1为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X1’为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X2为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X2’为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X4为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X4为NR。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X4为NR，并且R为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X4为NR，并且R为经取代或未经取代的十二烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X4为NR，并且R为十二烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X5为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y3为N。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y4为N。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y5为CR。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y5为CR，并且R为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y5为CR，并且R为经取代或未经取代的辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y5为CR，并且R为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R10为氢
在本说明书的一个示例性实施方案中，R10’为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R11为氢
在本说明书的一个示例性实施方案中，R11’为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R12为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R12为经取代或未经取代的辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R12为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R13为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R14为经取代或未经取代的羰基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R14为被烷基取代的羰基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R14为2-乙基己-1-酮。
在本说明书的一个示例性实施方案中，a为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R1在间位被取代。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R1为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R1为经取代或未经取代的辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R1为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，b为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R2在间位被取代。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R2为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R2为经取代或未经取代的辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R2为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R3为氢。
在又一个示例性实施方案中，R3为卤素基团。
在再一个示例性实施方案中，R3为氟。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R4为氢。
在另一个示例性实施方案中，R4为卤素基团。
在又一个示例性实施方案中，R4为氟。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物包含由以下共聚物1至6表示的共聚物中的至少一种单元。
[共聚物1]
[共聚物2]
[共聚物3]
[共聚物4]
[共聚物5]
[共聚物6]
在共聚物1至6中，
l、m和n与如上所限定的那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，l为0.5。
在本说明书的一个示例性实施方案中，m为0.5。
在另一个示例性实施方案中，l为0.675。
在又一个示例性实施方案中，m为0.325。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物的端基选自：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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物的端基是杂环基或芳基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物的端基是4-(三氟甲基)苯基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，共聚物的数均分子量优选为500g/mol至1,000,000g/mol。优选地，共聚物的数均分子量优选为10,000至100,000。在本说明书的一个示例性实施方案中，共聚物的数均分子量为30,000至70,000。
根据本说明书的一个示例性实施方案，共聚物的分子量分布可为1至100。优选地，共聚物的分子量分布为1至3。
分子量分布越低并且数均分子量越大，则电气特性和机械特性越好。
此外，数均分子量优选为100,000或更小以具有预定溶解度或更大溶解度并因此有利地允许应用溶液施用方法。
共聚物可基于下文将描述的制备实施例来制备。
共聚物可以通过以下步骤制备：将催化剂和溶剂放入三种单体中并且使所得混合物反应，在甲醇中使封端剂和混合物沉淀，然后提取固体。如上所述，三种单体可被改变以制备包含由式3表示的单元和式1以及式4至6的第一单体的共聚物以及共聚物1至4。
根据本说明书的共聚物可通过多步化学反应来制备。单体可通过烷基化反应、Grignard反应、Suzuki偶联反应、Stille偶联反应等来制备，然后最终共聚物可通过碳碳偶联反应如Stille偶联反应来制备。当待引入的取代基是硼酸或硼酸酯化合物时，共聚物可通过Suzuki偶联反应来制备；当待引入的取代基是三丁基锡化合物时，共聚物可通过Stille偶联反应来制备，但是共聚物的制备不限于此。
本说明书的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；设置成与第一电极相对的第二电极；以及布置在第一电极与第二电极之间且包括光活性层的具有一个或更多个层的有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含所述共聚物。
根据本说明书一个示例性实施方案的有机太阳能电池包括第一电极、光活性层和第二电极。所述有机太阳能电池可进一步包括基底、空穴传输层和/或电子传输层。
在本说明书的一个示例性实施方案中，当有机太阳能电池接受来自外部光源的光子时，在电子供体与电子受体之间生成电子和空穴。所生成的空穴通过电子供体层传输至阳极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机材料层包括空穴传输层、空穴注入层、或同时传输和注入空穴的层，空穴传输层、空穴注入层、或同时传输和注入空穴的层包含所述共聚物。
在另一个示例性实施方案中，有机材料层包括电子注入层、电子传输层、或同时注入和传输电子的层，电子注入层、电子传输层、或同时注入和传输电子的层包含所述共聚物。
在本说明书的一个示例性实施方案中，当有机太阳能电池接受来自外部光源的光子时，在电子供体与电子受体之间生成电子和空穴。所生成的空穴通过电子供体层传输至阳极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池可进一步包括另外的有机材料层。有机太阳能电池可使用同时具有多种功能的有机材料以减少有机材料层的数目。
在本说明书的一个示例性实施方案中，第一电极是阳极，而第二电极是阴极。在另一个示例性实施方案中，第一电极是阴极，而第二电极是阳极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，可按阴极、光活性层和阳极的顺序布置，或者可按阳极、光活性层和阴极的顺序布置，但是所述顺序不限于此。
在另一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，可按阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极的顺序布置，或者可按阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极的顺序布置，但是所述顺序不限于此。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。
在又一个示例性实施方案中，在光活性层与空穴传输层之间或者在光活性层与电子传输层之间可设置有缓冲层。在这种情况下，在阳极与空穴传输层之间可进一步设置有空穴注入层。此外，在阴极与电子传输层之间可进一步设置有电子注入层。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层包含选自电子供体和电子受体的一种或两种或更多种，并且电子供体材料包含所述共聚物。
在本说明书的一个示例性实施方案中，电子受体材料可选自：富勒烯、富勒烯衍生物、浴铜灵(bathocuproine)、半导体单质、半导体化合物及其组合。特别地，电子受体材料为选自以下的一种或两种或更多种的复合物：富勒烯、富勒烯衍生物(PCBM((6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯)或PCBCR((6，6)-苯基-C61-丁酸胆固醇酯))、苝、聚苯并咪唑(PBI)、以及3，4，9，10-苝-四甲酸双-苯并咪唑(PTCBI)。
在本说明书的一个示例性实施方案中，电子供体和电子受体为本体异质结(BHJ)。电子供体材料和电子受体材料以1∶10至10∶1的比例(重量/重量)混合。
本体异质结意指电子供体材料与电子受体材料在光活性层中彼此混合。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层具有包含n型有机材料层和p型有机材料层的双层结构，p型有机材料层包含所述共聚物。
本说明书中的基底可为具有优异的透明度、表面平滑性、易操作性和耐水性的玻璃基底或透明塑料基底，但不限于此，并且不受限制，只要该基底是通常用于有机太阳能电池的基底即可。其具体实例包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)等，但不限于此。
阳极电极可为具有透明性和优异传导性的材料，但不限于此。阳极电极的实例包括：金属如钒、铬、铜、锌和金、或者其合金；金属氧化物如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)、和氧化铟锌(IZO)；金属和氧化物的组合如ZnO：Al或Sn02：Sb；以及导电聚合物如聚(3-甲基噻吩)、聚[3，4-(亚乙基-1，2-二氧基)噻吩](PEDT)、聚吡咯和聚苯胺等，但不限于此。
用于形成阳极电极的方法没有特别限制，但是阳极电极可通过施加至基底的一个表面上或者使用诸如以下的方法以膜形式涂覆来形成：溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮涂或凹版印刷法。
当阳极电极形成在基底上时，形成物可经历清洗、脱水和亲水改性的过程。
例如，当图案化ITO基底用清洗剂丙酮和异丙醇(IPA)按顺序清洗，在加热板上于100℃至150℃下干燥1至30分钟，优选地于120℃下干燥10分钟以除去水分，并彻底清洗，基底的表面被亲水改性。
接合表面电势可通过上述的表面改性保持在适用于光活性层的表面电势的水平。此外，在改性期间，可容易地形成聚合物薄膜，并且还可提高薄膜的品质。
阳极电极的预处理技术的实例包括：a)使用平行板放电的表面氧化法，b)通过在真空状态中使用UV射线产生的臭氧来氧化表面的方法，以及c)使用由等离子体产生的氧自由基来氧化阳极电极的方法，等等。
可根据阳极电极或基底的情况来选择所述方法之一。然而，即便在使用任一种方法时，通常优选的是，防止阳极电极或基底的表面上的氧离开并尽可能多地抑制水分和有机材料残留。在这种情况下，可使预处理的实际效果最大化。
作为具体实例，可使用通过使用UV产生的臭氧来氧化表面的方法。在这种情况下，在超声清洗后，将图案化ITO基底在热板上烘烤并使其完全干燥，将其引入室中，然后可凭借通过促使UV灯使氧气与UV射线反应产生的臭氧来清洗ITO基底。
然而，本说明书中对图案化ITO基底的表面进行改性的方法没有特别限制，并且也可使用任何方法，只要该方法是氧化基底的方法即可。
阴极电极可为具有小的功函数的金属，但不限于此。其具体实例包括：金属如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅或其合金；以及具有多层结构的材料如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al：Li、Al：BaF2和Al：BaF2：Ba，但不限于此。
阴极电极可在允许5×10-7托或更小的真空度的热沉积器内沉积并形成，但不限于该方法。
空穴传输层和/或电子传输层材料起到将从光活性层分离的电子和空穴有效传输至电极的作用，但材料没有特别限制。
空穴传输层材料可为PEDOT：PSS(掺杂有聚(苯乙烯磺酸)的聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩))、氧化钼(MoOx)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(NiO)和氧化钨(WOx)等，但不限于此。
电子传输层材料可为吸电子金属氧化物，并且可具体地为：8-羟基喹啉的金属络合物；包含Alq3的络合物；包含Liq的金属络合物；LiF；Ca；氧化钛(TiOx)；氧化锌(ZnO)；碳酸铯(Cs2CO3)等，但不限于此。
光活性层可通过以下方法形成：将光活性材料(例如，电子供体和/或电子受体)溶解于有机溶剂中，然后利用诸如以下的方法涂覆所得溶液：旋涂、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂，但所述方法不限于此。
具体实施方式
在以下制备实施例和实施例中将具体地描述共聚物的制备方法和包含所述共聚物的有机太阳能电池的制造。然而，提供以下实施例是为了举例说明本说明书，而不是由此限制本说明书的范围。
实施例1.聚合物的聚合(共聚物1的聚合)
将13ml氯苯、1.2g(2.93mmol)2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、1.020g(1.464mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、0.7018g(1.464mmol)1，3-双溴-5-十二烷基噻吩并[3，4-c]吡咯-4，6-二酮、80mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和106mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：46％
数均分子量：24600g/mol
重均分子量：90000g/mol
图2是说明了在实施例1中制备的共聚物1的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
实施例2.聚合物的聚合(共聚物2的聚合)
将15ml氯苯、1.0g(2.440mmol)2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、0.6716g(1.220mmol)4，7-二溴-5，6-双(辛氧基)苯并[c]-1，2，5-噻二唑、0.8500g(1.220mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、67mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和89mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：46％
数均分子量：18800g/mol
重均分子量：40100g/mol
图3是说明了在实施例2中制备的共聚物2的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
实施例3.聚合物的聚合(共聚物3的聚合)
将15ml氯苯、0.9724g(1.976mmol)5，5′-双(三甲基甲锡烷基)-2，2′-二噻吩、0.5440g(0.988mmol)4，7-二溴-5，6-双(辛氧基)苯并[c]-1，2，5-噻二唑、0.6885g(0.988mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、54mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和72mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：52％
数均分子量：25700g/mol
重均分子量：120000g/mol
图4是说明了在实施例3中制备的共聚物3的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
实施例4.聚合物的聚合(共聚物4的聚合)
将15ml氯苯、0.4768g(1.0235mmol)2，5-双-三甲基甲锡烷基-噻吩并[3，2-b]噻吩、0.2817g(0.512mmol)4，7-二溴-5，6-双(辛氧基)苯并[c]-1，2，5-噻二唑、0.3565g(0.512mmol)5，8-双(5溴噻吩-2-基)-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉和35mgPd2(PPh3)4(四(三苯基膦)钯(0))放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：48％
数均分子量：11600g/mol
重均分子量：352000g/mol
图5是说明了在实施例4中制备的共聚物4的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
实施例5.聚合物的聚合(共聚物5的聚合)
将13ml氯苯、1.2g(2.93mmol)2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、1.0199g(1.464mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、0.6212g(1.464mmol)1-(4，6-二溴噻吩并[3，4-b]噻吩-2-基)-2-乙基-1-己酮、80mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和106mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：52％
数均分子量：11300g/mol
重均分子量：36200g/mol
实施例6.聚合物的聚合(共聚物6的聚合)
将13ml氯苯、1.2g(2.92mmol)2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、0.9905g(1.46mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、0.7018g(1.46mmol)1，3-二溴-5-十二烷基噻吩并[3，4-c]吡咯-4，6-二酮)、80mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和106mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：60％
数均分子量：26300g/mol
重均分子量：78300g/mol
图6是说明了在实施例6中制备的共聚物6的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
实施例7.聚合物的聚合(共聚物7的聚合)
将13ml氯苯、1.2g(2.93mmol)2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、0.7650g(1.10mmol)5，8-二溴-2，3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉、0.8722g(1.10mmol)1，3-二溴-5-十二烷基噻吩并[3，4-c]吡咯-4，6-二酮)、80mgPd2(dba)3(三(二亚苄基丙酮)二钯(0))和106mg三-(邻甲苯基)膦放入微波反应器瓶中，并在170℃的条件下反应1小时。在将混合物冷却至室温并倒入甲醇中之后，过滤固体并使其在甲醇、丙酮、己烷和氯仿中经历索氏(Soxhlet)萃取，然后使氯仿部分在甲醇中再次沉淀以过滤固体。
产率：62％
数均分子量：12300g/mol
重均分子量：46700g/mol
图7是说明了在实施例7中制备的共聚物7的凝胶渗透色谱(GPC)的视图。
有机太阳能电池的制备和特性测量
实验例1：有机太阳能电池的制备-1
将实施例1中制得的共聚物1和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物1-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使Al以200nm的厚度沉积在其上，以制造有机太阳能电池。
实验例2：有机太阳能电池的制备-2
将实施例2中制得的共聚物2和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物2-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
制备实施例3：有机太阳能电池的制备-3
将实施例3中制得的共聚物3和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物3-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
制备实施例4：有机太阳能电池的制备-4
将实施例4中制得的共聚物4和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物4-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
制备实施例5：有机太阳能电池的制备-5
将实施例5中制得的共聚物5和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物5-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
制备实施例6：有机太阳能电池的制备-6
将实施例6中制得的共聚物6和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物6-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
制备实施例7：有机太阳能电池的制备-7
将实施例7中制得的共聚物7和PC71BM以1∶2的比例溶解在氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整至2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇超声清洗其上施用有ITO的玻璃基底，在用臭氧将ITO表面处理10分钟之后，旋涂PEDOT：PSS(baytromP)至具有45nm的厚度，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，使用0.45μm的PP注射器式过滤器过滤共聚物7-PC71BM复合材料溶液并进行旋涂，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下使铝沉积在其上至具有200nm的厚度，以制造有机太阳能电池。
<测试实施例1>
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测量制备实施例1至4以及比较例1中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，结果示于下表1中。
[表1]
在表1中，总厚度意指有机太阳能电池中活性层的厚度，Voc意指开路电压，Jsc意指短路电流，FF意指填充因子，并且PCE意指能量转换效率。开路电压和短路电流分别是电压-电流密度曲线的第四象限中X轴和Y轴的截距，并且当这两个值变大时，太阳能电池的效率有利地增加。此外，填充因子是通过用可在曲线中画出的矩形面积除以短路电流与开路电压的乘积所获得的值。当用辐射光的强度除这三个值时，可获得能量转换效率，并且更高的值是优选的。
图8是说明了本说明书的制备实施例1至4的有机太阳能电池的电流-电压曲线的视图。
图9是说明了本说明书的制备实施例6的有机太阳能电池的电流-电压曲线的视图。

Claims (17)

1.一种共聚物，包含：
由下式1表示的第一单体；
充当电子供体的第二单体；以及
充当电子受体的第三单体：
在式1中，
a和b各自为1至5的整数，
当a为2至5的整数时R1相同或不同，
当b为2至5的整数时R2相同或不同，以及
R1至R4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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
2.根据权利要求1所述的共聚物，其中R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷氧基；或经取代或未经取代的烷基。
3.根据权利要求1所述的共聚物，其中由式1表示的所述第一单体由下式2表示：
在式2中，
R1至R4与在式1中限定的那些相同。
4.根据权利要求1所述的共聚物，其中充当电子供体的所述第二单体包括下式中的至少一种：
在所述式中，
c为1至4的整数，
d为1至6的整数，
e为1至8的范围内的整数，
f和g各自为1至3的整数，
当c、d、e和f为2或更大时，R10相同或不同，
当g为2或更大时，R11相同或不同，
R10和R11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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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，
X1至X3彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Z选自CRR′、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y1和Y2彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
5.根据权利要求1所述的共聚物，其中充当电子受体的所述第三单体包括下式中的至少一种：
在所述式中，
R12至R15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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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，
X4和X5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y3至Y6彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
6.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述共聚物为无规共聚物。
7.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述共聚物包含由下式3表示的单元：
在式3中，
a、b和R1至R4与式1中所限定的那些相同，
1是实数，其作为摩尔分数为0＜1≤1，
m是实数，其作为摩尔分数为0＜m≤1，以及
1+m＝1，
n是1至10000的整数。
D1和D2彼此相同或不同，并且各自独立地为充当电子供体的第二单元，以及
A是充当电子受体的第三单元。
8.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述共聚物包含由下式4至7表示的单元中的至少一种。
在式4至7中，
a、b和R1至R4与式1中所限定的那些相同，
1是实数，其作为摩尔分数为0＜1≤1，
m是实数，其作为摩尔分数为0＜m≤1，以及
1+m＝1，
h和i作为括号中的结构的重复单元为1至3的整数，
当h和i为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，
n是1至10000的整数。
R10至R13、R10’和R11’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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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，
X1、X1’、X2、X2’、X4和X5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CRR′、NR、O、SiRR′、PR、S、GeRR′、Se和Te，
Y3至Y5彼此相同或不同，并且各自独立地选自：CR、N、SiR、P和GeR，以及
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羰基；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氧基；经取代或未经取代的芳基硫氧基；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。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的共聚物，其中所述共聚物的数均分子量为500g/mol至1000000g/mol。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的共聚物，其中所述共聚物的分子量分布为1至100。
11.一种有机太阳能电池，包括：
第一电极；
设置成与所述第一电极相对的第二电极；以及
布置在所述第一电极与所述第二电极之间且包含光活性层的具有一个或更多个层的有机材料层，
其中所述有机材料层的一个或更多个层包含根据权利要求1至8中任一项所述的共聚物。
12.根据权利要求11所述的有机太阳能电池，其中所述有机材料层包括空穴传输层、空穴注入层、或同时传输和注入空穴的层，所述空穴传输层、所述空穴注入层、或所述同时传输和注入空穴的层包含所述共聚物。
13.根据权利要求11所述的有机太阳能电池，其中所述有机材料层包括电子传输层、电子注入层、或同时传输和注入电子的层，所述电子传输层、所述电子注入层、或所述同时传输和注入电子的层包含所述共聚物。
14.根据权利要求11所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层包含选自电子供体和电子受体中的一种或两种或更多种，并且所述电子供体包含所述共聚物。
15.根据权利要求14所述的有机太阳能电池，其中所述电子受体选自：富勒烯、富勒烯衍生物、碳纳米管、碳纳米管衍生物、浴铜灵、半导体单质、半导体化合物及其组合。
16.根据权利要求14所述的有机太阳能电池，其中所述电子供体和所述电子受体是本体异质结(BHJ)。
17.根据权利要求11所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层具有包含n型有机材料层和p型有机材料层的双层结构，并且所述p型有机材料层包含所述共聚物。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110178241A (zh) * 2017-05-11 2019-08-27 株式会社Lg化学 光活性层和包括其的有机太阳能电池
CN110383519A (zh) * 2017-11-28 2019-10-25 株式会社Lg化学 光活性层和包括其的有机太阳能电池
CN113061235A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 位速科技股份有限公司 共聚物与有机光伏元件

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018208021A1 (ko) * 2017-05-11 2018-11-15 주식회사 엘지화학 광활성층 및 이를 포함하는 유기태양전지
TWI723753B (zh) * 2020-01-21 2021-04-01 位速科技股份有限公司 共聚物與有機光伏元件
KR102310582B1 (ko) * 2020-04-01 2021-10-08 한국화학연구원 유기 반도체 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101928382A (zh) * 2009-06-25 2010-12-29 中国科学院化学研究所 一种嵌段共轭聚合物及其制备方法和用途
CN102164926A (zh) * 2008-09-29 2011-08-24 加利福尼亚大学董事会 用于光电器件的活性材料
CN102329415A (zh) * 2010-07-13 2012-01-25 海洋王照明科技股份有限公司 含咔唑卟啉-喹喔啉共聚物及其制备方法和应用
JP2012072398A (ja) * 2010-09-03 2012-04-12 Sumitomo Chemical Co Ltd 高分子化合物の製造方法
JP2013032493A (ja) * 2011-05-27 2013-02-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 高分子化合物及びそれを用いた有機光電変換素子

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5742422B2 (ja) * 2010-04-28 2015-07-01 住友化学株式会社 高分子化合物、化合物およびその用途
WO2011138885A1 (ja) * 2010-05-06 2011-11-10 住友化学株式会社 高分子化合物及びそれを用いた有機光電変換素子
JP5691628B2 (ja) * 2010-05-25 2015-04-01 東レ株式会社 光起電力素子用材料および光起電力素子
US20130200351A1 (en) * 2010-09-10 2013-08-08 Sumitomo Chemical Company, Limited Polymer compound and organic photoelectric conversion device
WO2013018951A1 (ko) 2011-08-03 2013-02-07 포항공과대학교 산학협력단 3,6-카바졸을 포함하는 전도성 고분자 및 이를 이용한 유기태양전지
JP5900084B2 (ja) * 2012-03-26 2016-04-06 東レ株式会社 電子供与性有機材料、それを用いた光起電力素子用材料および光起電力素子
JP5591860B2 (ja) * 2012-03-28 2014-09-17 株式会社東芝 有機半導体およびそれを用いた太陽電池
KR101584851B1 (ko) * 2013-03-12 2016-01-14 주식회사 엘지화학 공중합체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지
DE102013206586A1 (de) * 2013-04-12 2014-10-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleitendes Copolymer sowie Verfahren zu dessen Herstellung, Stoffgemisch, elektrisches oder elektronisches Bauelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102164926A (zh) * 2008-09-29 2011-08-24 加利福尼亚大学董事会 用于光电器件的活性材料
CN101928382A (zh) * 2009-06-25 2010-12-29 中国科学院化学研究所 一种嵌段共轭聚合物及其制备方法和用途
CN102329415A (zh) * 2010-07-13 2012-01-25 海洋王照明科技股份有限公司 含咔唑卟啉-喹喔啉共聚物及其制备方法和应用
JP2012072398A (ja) * 2010-09-03 2012-04-12 Sumitomo Chemical Co Ltd 高分子化合物の製造方法
JP2013032493A (ja) * 2011-05-27 2013-02-14 Sumitomo Chemical Co Ltd 高分子化合物及びそれを用いた有機光電変換素子

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110178241A (zh) * 2017-05-11 2019-08-27 株式会社Lg化学 光活性层和包括其的有机太阳能电池
CN110178241B (zh) * 2017-05-11 2023-05-09 株式会社Lg化学 光活性层和包括其的有机太阳能电池
CN110383519A (zh) * 2017-11-28 2019-10-25 株式会社Lg化学 光活性层和包括其的有机太阳能电池
CN113061235A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 位速科技股份有限公司 共聚物与有机光伏元件
CN113061235B (zh) * 2021-03-22 2023-08-08 位速科技股份有限公司 共聚物与有机光伏元件

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