CN107001599A - 聚合物和包含其的有机太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本说明书涉及包含聚合物的有机太阳能电池，所述聚合物包含：由化学式1表示的第一单元；由化学式2表示的第二单元；以及由化学式3或4表示的第三单元。作为导电材料的聚合物在应用至有机太阳能电池时具有热稳定性和高电子迁移率并且因此可以示出优异的电特性和寿命特性。此外，聚合物具有高HOMO能级并且因此包含聚合物的有机太阳能电池具有优异的开路电压特性。
Description
技术领域
本说明书要求2014年12月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0184885号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本说明书涉及聚合物和包含其的有机太阳能电池。
背景技术
有机太阳能电池为可通过应用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。根据构成薄膜的材料可将太阳能电池分成无机太阳能电池和有机太阳能电池。常规太阳能电池由通过掺杂晶体硅(Si)(其为无机半导体)的p-n结制成。通过吸收光产生的电子和空穴扩散至p-n结点，且在被电场加速时移动至电极。此过程中的功率转换效率定义为供给至外部电路的电功率与进入太阳能电池的太阳能功率之比，且当在目前标准化虚拟太阳辐照条件下测量时效率已达到约24％。然而，由于现有技术中的无机太阳能电池已在经济可行性和材料需求与供应方面显示出局限性，易于加工、廉价且具有多种功能性的有机半导体太阳能电池已成为长期替代能源的焦点。
对于太阳能电池，重要的是提高效率以尽可能从太阳能输出更多电能。为了提高该太阳能电池的效率，重要的是在半导体内部产生尽可能多的激子，但同样重要的是无损失地将所产生的电荷提取至外部。电荷损失的原因之一为所产生的电子和空穴因复合而损耗。已提出多种方法以无损失地将所产生的电子和空穴传输至电极，但在大部分情况下需要额外的工艺，且因此可能增加制造成本。
引用列表
非专利文件
Two-layer organic photovoltaic cell(C.W.Tang,Appl.Phys.Lett.,48,183.(1996))
Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G.Yu,J.Gao,J.C.Hummelen,F.Wudl,A.J.Heeger,Science,270,1789.(1995))
发明内容
技术问题
本说明书的目的为提供聚合物和包含其的有机太阳能电池。
技术方案
本说明书提供了一种聚合物，包含：由以下化学式1表示的第一单元；
由以下化学式2表示的第二单元；以及
由以下化学式3或4表示的第三单元。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
在化学式1至4中，
X1至X8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，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR"、N、SiR"、P和GeR"，
Cy1是经取代或未经取代的烃环；或经取代或未经取代的杂环，
R、R'、R"、Q1至Q8、R1至R4、R10和R11彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、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磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的胺基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基，
R20和R21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芳氧基，
a、b、d、e、f和g各自为0至3的整数，
当a、b、d、e、f和g各自为2或更大时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同，并且
A1和A2彼此相同或不同，并且各自独立地为氟或氯。
此外，本说明书还提供了一种有机太阳能电池，包括：第一电极；设置为面向第一电极的第二电极；以及设置在第一电极和第二电极之间并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中有机材料层的一个或更多个层包含上述聚合物。
有益效果
根据本说明书的示例性实施方案的聚合物具有作为导电性材料的热稳定性，并且具有高电子迁移率。因此，当将聚合物施加至有机太阳能电池时，可以期望优异的电特性和优异的寿命特性。
此外，根据本说明书的示例性实施方案的聚合物具有高HOMO能级，并且因此，当实施包含所述聚合物的有机太阳能电池时，有机太阳能电池具有优异的开路电压特性。
附图说明
图1是示出根据本说明书的示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
图2是示出制备例1中合成的化学式A的NMR光谱的图。
图3是示出制备例1中合成的化学式A-1的NMR光谱的图。
图4是示出制备例2中合成的化学式B-3的NMR光谱的图。
图5是示出制备例2中合成的化学式B-4的NMR光谱的图。
图6是示出聚合物1的紫外-可见吸收光谱的图。
图7是示出聚合物2的紫外-可见吸收光谱的图。
图8是示出聚合物3的紫外-可见吸收光谱的图。
图9是示出聚合物4的紫外-可见吸收光谱的图。
图10是示出根据实验例1的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图11是示出根据实验例2的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图12是示出根据实验例3的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图13是示出实验例18的有机太阳能电池的的电流密度根据电压变化的图。
图14是示出实验例18的有机太阳能电池的入射光电转换效率的图。
图15是示出根据实验例19至22的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
[附图标记说明]
101：阳极(ITO)
102：空穴传输层(PEDOT:PSS)
103：光活性层
104：阴极(Al)
最佳实施方式
下文将具体描述本说明书。
在本说明书中，“单元”意指聚合物单体中所包括的重复结构，以及其中单体通过聚合连接至聚合物的结构。
在本说明书中，“包括单元”的含义意指所述单元包括在聚合物的主链中。
在本说明书中，当一个部件“包括”一个构成元件时，除非另有具体描述，否则这不意指不包括另外的构成元件，而是意指还可包括另外的构成元件。
在本说明书中，能级是指能量的大小。因此，即使当从真空级以负(-)方向表示能级时，解释为能级意指相应能量值的绝对值。例如，HOMO能级意指从真空级到最高占据分子轨道的距离。此外，LUMO能级意指从真空级到最低未占据分子轨道的距离。
根据本说明书的一个示例性实施方案的聚合物包含：由化学式1表示的第一单元；由化学式2表示的第二单元；以及由化学式3或4表示的第三单元。
取代基的实例将在下面描述，但不限于此。
术语“取代”意指与化合物的碳原子键合的氢原子变为另一取代基，并且取代的位置不受限制，只要该位置为氢原子被取代的位置(即，取代基可进行取代的位置)即可，并且当两个或更多个被取代时，所述两个或更多个取代基可彼此相同或不同。
在本说明书中，术语“经取代或未经取代的”意指经选自以下的一个或或更多个取代基取代：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磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、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，或者经以上所举例的取代基中的两个或更多个取代基连接的取代基取代，或者不具有取代基。例如，“两个或更多个取代基连接的取代基”可为联苯基。即，联苯基还可为芳基，并且可解释为两个苯基连接的取代基。
在本说明书中，酰亚胺基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至30。具体地，酰亚胺基可为具有以下结构的化合物，但不限于此。
在本说明书中，，对于酰胺基，酰胺基的一个或两个氮原子可经以下取代：氢；具有1至30个碳原子的直链、支链或环状烷基；或者具有6至30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，但不限于此。
在本说明书中，卤素基团的实例包括氟、氯、溴或碘。
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，但其碳原子数为优选地3至60，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(isopropoxy)、异丙基氧基(i-propyloxy)、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-苯基乙烯基-1-基、2-苯基乙烯基-1-基、2,2-二苯基乙烯基-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，当芳基为单环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为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。
在本说明书中，当芳基是多环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为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。
在本发明中，芴基可被取代，并且相邻的取代基可彼此结合形成环。
当芴基被取代时，芴基可为
等。
然而，芴基不限于此。
在本说明书中，杂环基包含一个或更多个除碳之外的原子(即，杂原子)，并且具体地，杂原子可包括选自O、N、Se和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。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、吩噻嗪基、二苯并呋喃基等，但不限于此。
在本说明书中，胺基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至30。胺基为其中N原子可以经芳基、烷基、芳基烷基、杂环基等取代的基团，并且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、联苯基胺基、蒽基胺基、9-甲基蒽基胺基、二苯胺基、苯基萘基胺基、二甲苯胺基、苯基甲苯基胺基、三苯基胺基等，但不限于此。
在本说明书中，芳氧基、芳基硫基、芳基磺酰基中的芳基与芳基的上述实例相同。具体地，芳氧基的实例包括苯氧基、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，芳基硫基的实例包括苯基硫基、2-甲基苯基硫基、4-叔丁基苯基硫基等，并且芳基磺酰基的实例包括苯磺酰基、对甲苯磺酰基等，但不限于此。
在本说明书中，烷基硫基和烷基磺酰基中的烷基与烷基的上述实例相同。具体地，烷基硫基的实例包括甲基硫基、乙基硫基、叔丁基硫基、己基硫基、辛基硫基等，并且烷基磺酰基的实例包括甲基磺酰基、乙基磺酰基、丙基磺酰基、丁基磺酰基等，但实例不限于此。
在本说明书中，烃环可为环烷基、环烯基、环酮基、芳基或其稠环，不同之处在于烃环不是一价的。杂环可为环杂烷基、环杂烯基、环杂酮基、脂族杂环、芳香族杂环或其稠环，并且可以选自杂环基团的实例，不同之处在于杂环不是一价的。
在本说明书中，Cy1的烃环可以是作为与化学式4的结构稠合并连接的结构的单环或多环，并且可以是脂族或芳香族的。此外，Cy1的烃环可以选自上述芳基或环烷基的实例，不同之处在于烃环不是一价的基团。
在本说明书中，Cy1的杂环意指烃环中至少一个碳原子代替碳被杂原子(例如杂原子N、O、Se和S)取代，并且可为单环或多环，可为脂族或芳香族的，并且可以选自上述杂环的实例，不同之处在于杂环不是一价的基团。
杂环中的烃环可为环烷基、环烯基、环酮基、芳香族环和脂族环，并且可为单环或多环。
根据本说明书的示例性实施方案的聚合物包含由化学式1表示的第一单元。在本说明书的示例性实施方案中，A1和A2在苯环的相对位置取代，即对位。在这种情况下，第一单元的A1和A2与第一单元的S原子相互作用，或者与第二单元的X1和/或X2相互作用，从而增加聚合物的平面性。
在本说明书的示例性实施方案中，X1是S。
在另一示例性实施方案中，X2是S。
在本说明书的示例性实施方案中，Y1是CR”。
在另一示例性实施方案中，Y2是CR”。
在本说明书的示例性实施方案中，R10是氢。
在另一个示例性实施方案中，R11是氢。
在本说明书的示例性实施方案中，由化学式2表示的第二单元由以下化学式2-1表示。
[化学式2-1]
在化学式2-1中，
R12和R13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基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环。
在本说明书的示例性实施方案中，R12和R13彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的杂环。
在另一个示例性实施方案中，R12和R13彼此相同或不同，并且各自独立地为包含一个或更多个S原子的经取代或未经取代的杂环。
在本说明书的示例性实施方案中，R12和R13彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的噻吩基。
在本说明书的示例性实施方案中，由化学式2表示的第二单元由以下化学式2-2表示。
[化学式2-2]
在化学式2-2中，
R14和R15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基或经取代或未经取代的烷氧基。
在另一个示例性实施方案中，R14和R15彼此相同或不同，并且各自独立地为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在又另一个示例性实施方案中，R14和R15彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的2-乙基己基基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R14和R15为2-乙基己基基团。
在本说明书的示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的五元环或六元环。
在另一个示例性实施方案中，Cy1为包含一个或更多个N原子的经取代或未经取代的五元环或六元环。
在又另一个示例性实施方案中，Cy1为包含一个或更多个N原子的经取代或未经取代的五元或六元单环杂环。
在本说明书的示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的五元环。
在本说明书的示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的五元单环的环。
在另一个示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的五元杂环。
在又另一个示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的环酮基。
在仍另一个示例性实施方案中，Cy1为经取代或未经取代的吡咯烷-2,5-二酮。
在再另一个示例性实施方案中，Cy1为被经取代或未经取代的烷基取代的吡咯烷-2,5-二酮。
在另一个示例性实施方案中，Cy1为被经取代或未经取代的2-乙基己基取代的吡咯烷-2,5-二酮。
在又另一个示例性实施方案中，Cy1为被经取代或未经取代的十二烷基取代的吡咯烷-2,5-二酮。
在本说明书的示例性实施方案中，X3为S。
在另一个示例性实施方案中，X4为S。
在本说明书的示例性实施方案中，X5为S。
在本说明书的示例性实施方案中，Y3为N。
在另一个示例性实施方案中，Y4为N。
在另一个示例性实施方案中，d为0。
在又另一个示例性实施方案中，d为1。
在本说明书的示例性实施方案中，e为1。
在另一个示例性实施方案中，e为0。
在本说明书的示例性实施方案中，Q1为氢。
在本说明书的示例性实施方案中，Q2为氢。
在本说明书的示例性实施方案中，Q3为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Q4为氢。
在本说明书的示例性实施方案中，由化学式3表示的第三单元由以下化学式3-1或化学式3-2表示。
在另一个示例性实施方案中，由化学式4表示的第三单元由以下化学式3-3表示。
在本说明书的示例性实施方案中，第三单元由以下化学式3-1至3-3中的任一者表示。
[化学式3-1]
[化学式3-2]
[化学式3-3]
在化学式3-1至3-3中，
R20和R21与化学式3中定义的那些相同，并且
R26是氢、卤素基团、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基。
在本说明书的示例性实施方案中，聚合物包含由以下化学式5或以下化学式6表示的单元：
[化学式5]
[化学式6]
在化学式5和6中，
l是摩尔比，并且是0<l<1的实数，
m是摩尔比，并且是0<m<1的实数，
l+m＝1,
A是由化学式1表示的第一单元，
B和B’彼此相同或不同，并且各自独立地为由化学式2表示的第二单元，
C和C’彼此相同或不同，并且各自独立地为由化学式3或化学式4表示的第三单元，
n是所述单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
在本说明书的示例性实施方案中，化学式5的B是由化学式2-1表示的第二单元，并且a和b为0。
在本说明书的另一个示例性实施方案中，化学式6的C是由化学式3-1或化学式3-3表示的第三单元，并且a和b是1至3的整数。
在这种情况下，本发明中的由化学式1表示的第一单元中的A1和A2与噻吩的S原子相互作用；或由化学式1表示的第一单元中的A1和A2与由化学式2-1表示的第二单元的S原子相互作用。
在此，相互作用意指化学结构或构成化学结构的原子形成非共价键合相互作用，其通过除共价键之外的作用彼此影响，并且可以意指，例如，硫属元素键。
根据本说明书的示例性实施方案的聚合物通过单元内或与所述单元相邻的其它单元的非共价键合相互作用使与聚合物主链的扭转角最小化，从而改善聚合物的平面性。此外，由于极化子和激子的离域，非共价键合相互作用改善了π-π堆叠以改善电荷迁移率，并且具有促进装填的作用。
此外，在本说明书的示例性实施方案中，由化学式3表示的第三单元可以包括R20和R21以通过R20和R21的O原子；由化学式1表示的第一单元的A1和A2；和由化学式2表示的第二单元的S原子的相互作用形成平面结构。
因此，当包括根据本说明书的示例性实施方案的聚合物时，可以提供高效率的器件，因为可以引起开路电压的增加。
在本说明书的示例性实施方案中，第三单元是由化学式3-1表示的单元。
在另一个示例性实施方案中，第三单元是由化学式3-2表示的单元。
在又另一个示例性实施方案中，第三单元是由化学式3-3表示的单元。
在本说明书的示例性实施方案中，R1是氢。
在另一个示例性实施方案中，R2是氢。
在本说明书的示例性实施方案中，R3是氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R4是氢。
在本说明书的示例性实施方案中，a为0。
在另一个示例性实施方案中，a为1。
在本说明书的示例性实施方案中，b为0。
在另一个示例性实施方案中，b为1。
在本说明书的示例性实施方案中，R”是经取代或未经取代的烷氧基；或经取代或未经取代的杂环。
在另一个示例性实施方案中，R”是经取代或未经取代的烷氧基。
在又另一个示例性实施方案中，R”是具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在仍另一个示例性实施方案中，R”是经取代或未经取代的十二烷氧基。
在本说明书的示例性实施方案中，R”为十二烷氧基。
在本说明书的示例性实施方案中，R”是经取代或未经取代的杂环。
在另一个示例性实施方案中，R”为包含一个或更多个S原子的经取代或未经取代的杂环。
在又另一个示例性实施方案中，R”是经取代或未经取代的噻吩基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R”是经烷基取代的噻吩基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R”为经碳原子数为1至20的烷基取代的噻吩基。
在另一个示例性实施方案中，R”是经2-乙基己基取代的噻吩基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R12和R13彼此相同或不同，并且各自独立地为经烷基取代的噻吩基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R12和R13是经2-乙基己基取代的噻吩基团。
在本说明书的示例性实施方案中，R20和R21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。
在另一个示例性实施方案中，R20和R21彼此相同或不同，并且各自独立地为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在又另一个示例性实施方案中，R20和R21彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的十二烷氧基。
在本说明书的示例性实施方案中，R20和R21是十二烷氧基。
在本说明书的示例性实施方案中，R26是经取代或未经取代的烷基。
在另一个示例性实施方案中，R26是具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在又另一个示例性实施方案中，R26是经取代或未经取代的2-乙基己基。
在仍另一个示例性实施方案中，R26是2-乙基己基。
在仍又另一个示例性实施方案中，R26是经取代或未经取代的十二烷基。
在另一个示例性实施方案中，R26是十二烷基。
在本说明书的示例性实施方案中，聚合物包含由以下化学式7至以下化学式11中的任一者表示的单元。
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
在化学式7至11中，
l是摩尔比，并且是0<l<1的实数，
m是摩尔比，并且是0<m<1的实数，
l+m＝1,
n是所述单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
在本说明书的示例性实施方案中，l为0.5。
在另一个示例性实施方案中，m为0.5。
在本说明书的另一示例性实施方案中，l为0.75。
在本说明书的示例性实施方案中，m为0.25。
在本说明书的示例性实施方案中，聚合物是无规聚合物。此外，所述无规聚合物具有经济效益，其中由于改善的溶解度，在制造器件的过程中时间和成本降低。
在本说明书的示例性实施方案中，聚合物的端基是杂环基或芳基。
在本说明书的示例性实施方案中，聚合物的端基是4-(三氟甲基)苯基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物的端基是溴-噻吩基团。
在另一个示例性实施方案中，聚合物的端基是三氟-苯基。
根据本说明书的示例性实施方案，聚合物的数均分子量优选为5,000g/mol至1,000,000g/mol。
根据本说明书的示例性实施方案，聚合物的分子量分布可以为1至10。优选地，聚合物的分子量分布为1至3。
分子量分布越低并且数均分子量变得越高，电特性和机械特性越好。
此外，数均分子量优选为100,000或更低，以使聚合物具有预定的或更高的溶解度，并且因此有利地应用溶液施用法。
聚合物可以基于下述制备例来制备。聚合物各单元的单体通过以下制备：使用氯苯作为溶剂，向溶剂中添加Pd2(dba)3和P(邻甲苯基)3，并在微波反应器中使混合物聚合。
根据本说明书的聚合物可以通过多步化学反应制备。单体通过烷基化反应、格氏反应、Suzuki偶联反应、Stille偶联反应等制备，并且然后最终聚合物通过碳-碳偶合反应如Stille偶联反应制备。当待引入的取代基是硼酸或硼酸酯化合物时，可以通过Suzuki偶联反应来制备聚合物，并且当待引入的取代基是三丁基锡或三甲基锡化合物时，聚合物可以通过Stille偶联反应制备，但是方法不限于此。
本说明书的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；设置为面向所述第一电极的第二电极；以及设置在第一电极和第二电极之间并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中有机材料层的一个或更多个层包含聚合物。
在本说明书中，当一个构件设置在另一构件“上”时，这不仅包括一个构件与另一构件接触的情况，而且包括还有另外的构件存在于这两个构件之间的情况。
根据本说明书的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。有机太阳能电池还可以包括基底、空穴传输层和/或电子传输层。
在本说明书的示例性实施方案中，当有机太阳能电池从外部光源接收光子时，在电子供体和电子受体之间产生电子和空穴。所产生的空穴通过电子供体层传送到正电极。
在本说明书的示例性实施方案中，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，以及空穴传输层、空穴注入层或同时传输和注入空穴的层包括聚合物。
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，以及电子注入层、电子传输层或同时注入和传输电子的层包括聚合物。
图1是示出根据本说明书的示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
在本说明书的示例性实施方案中，当有机太阳能电池从外部光源接收光子时，在电子供体和电子受体之间产生电子和空穴。所产生的空穴通过电子供体层传输到正电极。
在本说明书的示例性实施方案中，有机太阳能电池还可以包括另外的有机材料层。有机太阳能电池可以通过使用同时具有各种功能的有机材料来减少有机材料层的数量。
在本说明书的示例性实施方案中，第一电极是阳极，并且第二电极是阴极。在另一示例性实施方案中，第一电极是阴极，第二电极是阳极。
在本说明书的示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，可以依次布置阴极、光活性层和阳极，并且可以依次布置阳极、光活性层和阴极，但是排列顺序不限于此。
在另一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，还可以依次布置阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极，并且还可以依次布置阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极，但是排列顺序不限于此。
在本说明书的示例性实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。正常结构可以意指在基底上形成阳极。具体地，根据本说明书的示例性实施方案，当有机太阳能电池具有正常结构时，待形成在基底上的第一电极可以是阳极。
在本说明书的示例性实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。倒置结构可以意指在基底上形成阴极。具体地，根据本说明书的示例性实施方案，当有机太阳能电池具有倒置结构时，待形成在基底上的第一电极可以是阴极。
在本说明书的示例性实施方案中，有机太阳能电池具有串联结构。在这种情况下，有机太阳能电池可以包括两个或更多个光活性层。根据本说明书的示例性实施方案的有机太阳能电池可以具有一个或两个或更多个光活性层。
在另一个示例性实施方案中，可以在光活性层和空穴传输层之间，或在光活性层和电子传输层之间设置缓冲层。在这种情况下，还可以在阳极和空穴传输层之间设置空穴注入层。此外，还可以在阴极和电子传输层之间设置电子注入层。
在本说明书的示例性实施方案中，光活性层包括选自电子供体和电子受体中的一种或更多种，并且电子供体材料包括聚合物。
在本说明书的示例性实施方案中，电子受体材料可以选自富勒烯、富勒烯衍生物、浴铜灵(bathocroroine)、半导电元件、半导体化合物、及其组合。具体地，电子受体材料是选自以下的一者或两者或更多者化合物：富勒烯、富勒烯衍生物((6,6)-苯基-C61-丁酸-甲酯(PCBM)或(6,6)-苯基-C61-丁酸-胆固醇酯(PCBCR))、苝、聚苯并咪唑(PBI)和3,4,9,10-苝-四羧酸双-苯并咪唑(PTCBI)。
在本说明书的示例性实施方案中，电子供体和电子受体构成本体异质结(BHJ)。
本体异质结意指电子供体材料和电子受体材料在光活性层中彼此混合。
在本说明书的示例性实施方案中，光活性层还包括添加剂。
在本说明书的示例性实施方案中，添加剂的分子量为50g/mol至300g/mol。
在另一个示例性实施方案中，添加剂是沸点为30℃至300℃的有机材料。
在本说明书中，有机材料意指包含至少一个或更多个碳原子的材料。
在另一个示例性实施方案中，添加剂还可以包括一种或两种选自1,8-二碘辛烷(DIO)、1-氯萘(1-CN)、二苯基醚(DPE)、辛烷二硫醇和四溴噻吩的添加剂。
在本说明书的示例性实施方案中，光活性层具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，并且p型有机材料层包括聚合物。
在本说明书中，基底可以是具有优异的透明性、表面平滑性、易于处理和防水性能的玻璃基底或透明塑料基底，但不限于此，并且基底没有限制，只要基底通常用于有机太阳能电池即可。其具体实例包括玻璃或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)、三乙酰纤维素(TAC)等，但不限于此。
阳极可以是透明且导电性优异的材料，但不限于此。其实例包括：金属，例如钒、铬、铜、锌和金、或其合金；金属氧化物，例如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；金属和氧化物的组合，例如ZnO:Al或SnO2:Sb；导电聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDOT)、聚吡咯和聚苯胺等，但不限于此。
形成阳极电极的方法没有特别限制，但是可以通过以下形成阳极电极：例如使用溅射、电子束、热沉积、旋转涂覆、丝网印刷、喷墨印刷、刮刀(doctor blade)或凹版印刷法施加至基底的一个表面上，或通过以薄膜的形式涂覆。
当阳极电极在基底上形成时，可以对阳极电极进行清洁、移除水分和亲水改性过程。
例如，用清洁剂、丙酮和异丙醇(IPA)依次清洗图案化的ITO基底，并且然后在热板上在100℃至150℃下干燥1至30分钟，优选在120℃下干燥10分钟以移除水分，并且当基底被完全清洁时，基底的表面被亲水地改性。
通过如上所述的表面改性，结表面电位可以保持在适合于光活性层的表面电位的水平。此外，在改性期间，可以在阳极电极上容易地形成聚合物薄膜，并且薄膜的质量也可以被改善。
用于阳极电极的预处理技术的实例包括：a)使用平行板型放电的表面氧化方法，b)通过在真空状态下使用UV(紫外线)产生的臭氧氧化表面的方法，c)使用由等离子体产生的氧自由基的氧化方法等。
可以根据阳极电极或基底的状态来选择一种方法。然而，即使使用任何方法，优选通常防止氧从阳极电极或基底的表面离开，并最大限度地抑制水分和有机材料的残留。在这种情况下，可以最大化预处理的实质效果。
作为具体实例，可以使用通过使用UV产生的臭氧氧化表面的方法。在这种情况下，将超声波清洗后的图案化的ITO基底在热板上烘烤并充分干燥，并且然后引入至室中，并且图案化的ITO基底可以通过臭氧进行清洗，所述臭氧是通过操作紫外灯使氧气与紫外光反应产生的。
然而，在本说明书中图案化的ITO基底的表面改性方法不需要特别限制，并且可以使用任何方法，只要该方法是氧化基底的方法。
阴极电极可以是功函数低的金属，但不限于此。其具体实例包括：金属，例如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅，或其合金；以及多层材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al:Li、Al:BaF2和Al:BaF2:Ba，但不限于此。
可以在真空度为5×10-7托或更小的热蒸发器中沉积和形成阴极电极，但是形成的方法不限于此方法。
空穴传输层和/或电子传输层材料用于有效地将从光活性层分离的电子和空穴转移到电极，并且材料没有特别限制。
空穴传输层材料可以是掺杂了聚(苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)的聚(3,4-亚乙基硫代噻吩)、氧化钼(MoOx)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(NiO)和氧化钨(WOx)等，但不限于此。
电子传输层材料可以是电子提取金属氧化物，并且其具体实例包括：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)和碳酸铯(Cs2CO3)等，但不限于此。
光活性层可以通过以下方法形成：将光活性材料例如电子供体和/或电子受体的溶解在有机溶剂中，并且然后通过方法例如旋转涂覆、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮刀(doctorblade)和刷涂施加所述溶液，但是形成方法不限于此。
具体实施方式
下文中，将参照实施例详细地描述本说明书以便具体地说明本说明书。然而，根据本说明书的实施例可以以多种形式进行修改，并且不应理解为本说明书的范围被限制为以下详细描述的实施例。提供本说明书的实施例是为了向本领域的普通技术人员更充分地说明本说明书。
制备例1.化学式A-1的制备
[化学式A]
将甲苯放入两个原料中，向其中添加0.05当量的四(三苯基膦)钯(0)(Pd(PPh3)4)，并且然后当所得混合物在80℃下搅拌15小时时，可以看出反应溶液逐渐变黑。对反应溶液进行处理，将反应溶液用硫酸镁干燥，并且然后进行重结晶以得到4.3g白色粉末。
图2是示出制备例1中合成的化学式A的NMR光谱的图。
将原料溶于四氢呋喃(THF)中，将温度降至-78℃，并且然后向其中添加2.1当量的正丁基锂(n-BuLi)，并且然后将所得溶液搅拌30分钟。当溶液在室温下另外搅拌1小时时，溶液的颜色变成黄色。再次，将温度降至-78℃，向其中添加2.1当量的三甲基氯化锡，并且将所得溶液搅拌12小时，同时缓慢升温至室温。12小时后，溶液的颜色变成赭色，并且当对溶液进行处理，并且然后进行重结晶时，可以得到光泽的黄色板状固体。
图3是示出制备例1中合成的化学式A-1的NMR光谱的图。
制备例2.化学式B的制备
化学式B的化合物基于JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A:POLYMERCHEMISTRY 2011,49,4387-4397 4389合成。
图4是示出制备例2中合成的化学式B-3的NMR光谱的图。
图5是示出制备例2中合成的化学式B-4的NMR光谱的图。
制备例3.化学式C-1的合成
(1)化学式C的合成
将2-(2-乙基己基)噻吩(10.0g，59.4mmol)放入500ml四氢呋喃(THF)中，并且在其中溶解，并且然后将温度降至-78℃。在此温度下，将2.5M正丁基锂(n-BuLi)的己烷溶液(24.0ml，59.4mmol)缓慢放入所述溶液中，并且将所得溶液搅拌30分钟。此后，将温度升至0℃，将溶液在该状态下搅拌1小时，然后将4,8-脱氢苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-4,8-二酮(3.3g，14.8mmol)一次放入溶液中，然后将所得溶液在50℃下搅拌3小时。将溶液的温度降至常温，然后向溶液中添加脱水氯化锡(II)(SnCl2·2H2O)(26g)和10％HCl(56ml)，并将所得溶液另外搅拌3小时。将冰倒入溶液中，溶液用乙醚萃取两次，并用水洗涤两次，用硫酸镁(MgSO4)移除剩余的水。在减压下从剩余溶液中移除溶剂，残留物经硅胶柱色谱法(洗脱剂；石油)以得到高密度黄色液体。
产量：64％
(2)化学式C-1的合成
将5(3.9g，7.59mmol)放入到100ml四氢呋喃(THF)中，并且在其中溶解，然后将温度降至0℃。在此温度下，将1.6M正丁基锂(n-BuLi)的己烷溶液(10.4ml，16.7mmol)缓慢放入溶液中，并将所得溶液搅拌1小时。将1M三甲基氯化锡的THF溶液(22.7ml，22.7mmol)一次放入溶液中，并将所得溶液搅拌2小时。将水倒入溶液中，溶液用乙醚萃取两次，并用水洗涤两次，用硫酸镁(MgSO4)移除剩余的水。在减压下从剩余的溶液中移除溶剂，并且残留物用乙醇重结晶以得到淡黄色结晶固体。
产量：87％
聚合物的制备
通过使用氯苯作为溶剂制备聚合物的第一单元至第三单元的每一者的单体，向溶剂中添加Pd2(dba)3和P(邻甲苯基)3，并将该混合物在微波反应器中聚合。
有机太阳能电池的制造及其特性测量
实验例1.有机太阳能电池的制造-1
通过将以下聚合物1和PC61BM以1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至2.5重量％，并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-丙醇对涂覆有1.5×1.5cm2的棒型ITO的玻璃基底进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，通过旋转涂覆PEDOT:PSS(AI 4083)以具有45nm的厚度，并且然后在235℃下进行热处理5分钟。对于光活性层的涂覆，聚合物PC61BM复合溶液分别以500rpm、1,000rpm、1,500rpm和2,000rpm旋转涂覆10秒，并且通过使用热蒸发器在3×10-8托的真空下以的速率沉积Al至100nm的厚度，从而制造有机太阳能电池。
[聚合物1]
图6是示出聚合物1的紫外-可见吸收光谱的图。
实验例2.有机太阳能电池的制造-2
以与实验例1相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例1中以1:2的比例制备聚合物1和PC61BM。
实验例3.有机太阳能电池的制造-3
以与实验例1相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例1中以1:3的比例制备聚合物1和PC61BM。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例1至3中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表1。
[表1]
图10是示出根据实验例1的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图11是示出根据实验例2的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图12是示出根据实验例3的rpm的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
实验例4.有机太阳能电池的制造-4
以与实验例2相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于当以1500rpm旋转涂覆聚合物1和PC61BM，并且然后各自不退火时，在实验例2中在80℃、130℃和200℃下进行热处理。
实验例5.有机太阳能电池的制造-5
以与实验例4相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于当以1500rpm旋转涂覆聚合物1和PC61BM，并且然后各自不退火时，在实验例4中在100℃、150℃和250℃下进行热处理。
实验例6.有机太阳能电池的制造-6
以与实验例4相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于当以2000rpm旋转涂覆聚合物1和PC61BM，并且然后各自不退火时，在实验例4中在80℃、130℃和200℃下进行热处理。
实验例7.有机太阳能电池的制造-7
以与实验例6相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于当以2000rpm旋转涂覆聚合物1和PC61BM，并且然后各自不退火时，在实验例6中在100℃、150℃和250℃下进行热处理。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例4至7中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表2。
[表2]
实验例8.有机太阳能电池的制造-8
通过将以下聚合物2和PC61BM以1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至2.5重量％，并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-丙醇对涂覆有1.5×1.5cm2的棒型ITO的玻璃基底进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，并且然后在4,000rpm下旋转涂覆PEDOT:PSS(AI4083)40秒以使其具有45nm的厚度，并在235℃下进行热处理10分钟。对于光活性层的涂覆，聚合物PC61BM复合溶液分别以500rpm、1,000rpm、1,500rpm和2,000rpm旋转涂覆10秒，并且通过使用热蒸发器在3×10-8托的真空下以的速率沉积Al至100nm的厚度，从而制造有机太阳能电池。
[聚合物2]
图7是示出聚合物2的紫外-可见吸收光谱的图。
实验例9.有机太阳能电池的制造-9
以与实验例8相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例8中以1:2的比例制备聚合物2和PC61BM。
实验例10.有机太阳能电池的制造-10
以与实验例8相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例8中以1:3的比例制备聚合物2和PC61BM。
实验例11.有机太阳能电池的制造-11
以与实验例8相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例8中以1:2的比例制备聚合物2和PC61BM，并将浓度调节至4.0重量％。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例8至11中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表3。
[表3]
实验例12.有机太阳能电池的制造-12
以与实验例9相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例9中将聚合物2和PC61BM以1,500rpm旋转涂覆，并然后在80℃下进行热处理。
实验例13.有机太阳能电池的制造-13
以与实验例9相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例9中聚合物2和PC61BM以2,000rpm旋转涂覆，然后在100℃下进行热处理。
实验例14.有机太阳能电池的制造-14
以与实验例11相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例11中聚合物2和PC61BM以1,500rpm旋转涂覆，然后在120℃下进行热处理。
实验例15.有机太阳能电池的制造-15
以与实验例11相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例11中将聚合物2和PC61BM以2,000rpm旋转涂覆，然后在140℃下进行热处理。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例12至15中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表4。
[表4]
实验例16.有机太阳能电池的制造-16
通过将以下聚合物3和PC61BM以1:2的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至2.5重量％，并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-丙醇对涂覆有1.5×1.5cm2的棒型ITO的玻璃基底进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，并且然后在4,000rpm下旋转涂覆PEDOT:PSS(AI4083)40秒以使其具有45nm的厚度，并在235℃下进行热处理10分钟。对于光活性层的涂覆，聚合物PC61BM复合溶液分别以500rpm、1,000rpm、1,500rpm和2,000rpm旋转涂覆10秒，并且通过使用热蒸发器在3×10-8托的真空下以的速率沉积Al至100nm厚度，从而制造有机太阳能电池。
[聚合物3]
图8是示出聚合物3的紫外-可见吸收光谱的图。
聚合物3的物理性能如下。
实验例17.有机太阳能电池的制造-17
以与实验例16相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例16中以1:2的比例制备以下的聚合物4代替聚合物3和PC61BM，并且将浓度调节至4重量％。
[聚合物4]
图9是示出聚合物4的紫外-可见吸收光谱的图。
聚合物4的物理性能如下。
| LUMO | HOMO | 带隙 | Mn | Mw | PDI |
| 3.69 | 5.58 | 1.89(f) | 36854 | 55640 | 1.51 |
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例16和17中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表5。
[表5]
实验例18.有机太阳能电池的制造-18
以与实验例17相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例17中将3体积％的二苯醚(DPE)添加至以以下聚合物4和PC71BM的比例为1:1.5制备的复合溶液中。
[表6]
图13是示出实验例18的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图14是示出实验例18的有机太阳能电池的入射光电转换效率的图。
在图13和图14中，厚意指光活性层被涂覆为具有230nm的厚度，并且薄意指光活性层被涂覆成具有100至120nm的厚度。
实验例19.有机太阳能电池的制造-19
通过将以下聚合物5和PC61BM以1:3的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至2.5重量％，并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-丙醇对涂覆有1.5×1.5cm2的棒型ITO的玻璃基底进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，并且然后在4,000rpm下旋转涂覆PEDOT:PSS(AI4083)40秒以使其具有45nm的厚度，并在235℃下进行热处理10分钟。对于光活性层的涂覆，聚合物PC61BM复合溶液分别以500rpm、1,000rpm、1,500rpm和2,000rpm旋转涂覆10秒，并且通过使用热蒸发器在3×10-8托的真空下以的速率沉积Al至100nm厚度，从而制造有机太阳能电池。
[聚合物5]
聚合物5的物理性能如下。
实验例20.有机太阳能电池的制造-20
以与实验例19相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例19中以1:2的比例制备聚合物5和PC61BM。
实验例21.有机太阳能电池的制造-21
以与实验例19相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例19中以1:3的比例制备聚合物5和PC61BM。
实验例22.有机太阳能电池的制造-22
以与实验例19相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例19中以1:2的比例制备聚合物5和PC61BM，并将浓度调节至4重量％。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例19至22中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表7。
[表7]
图15是示出根据实验例19至22的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
实验例23.有机太阳能电池的制造-23
以与实验例20相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例20中将聚合物5和PC61BM以1,000rpm旋转涂覆，然后在120℃下进行热处理。
实验例24.有机太阳能电池的制造-24
以与实验例20相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例20中将聚合物5和PC61BM以1,500rpm旋转涂覆，然后在100℃下进行热处理。
实验例25.有机太阳能电池的制造-25
以与实验例20相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实验例20中将聚合物5和PC61BM以2,000rpm旋转涂覆，然后在80℃下进行热处理。
在100mW/cm2(AM1.5)的条件下测定实验例23至25中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表8。
[表8]
比较例1.有机太阳能电池的制造
通过将以下聚合物6和PC61BM以1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至2.5重量％，并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-丙醇对涂覆有1.5×1.5cm2的棒型ITO的玻璃基底进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，并且然后在235℃下进行热处理5分钟通过旋转涂覆PEDOT:PSS(AI 4083)使其具有45nm的厚度。对于光活性层的涂覆，聚合物PC61BM复合溶液旋转涂覆10秒，并且通过使用热蒸发器在3×10-8托的真空下以的速率沉积Al至100nm厚度，从而制造有机太阳能电池。
[聚合物6]
在mW/cm2(AM1.5)的条件下测定比较例1中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表9。
[表9]
| VOC(V) | JSC(mA/cm2) | FF(％) | PCE(％) | |
| 比较例1 | 0.628 | 1.017 | 0.610 | 0.39 |
Voc、Jsc、FF和PCE分别意指开路电压、短路电流、填充因子和能量转换效率。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的X轴截距和Y轴截距，随着两个值的增加，太阳能电池的效率优选地增加。此外，填充因子是通过将绘在曲线内的矩形的宽度除以短路电流和开路电压的乘积而得到的值。当这三个值除以照射光的强度时可以获得能量转换效率，并且优选较高的值。
从表9的结果可以确认，根据本说明书的一个示例性实施方案，当由化学式3表示的第三单元包括R20和R21时，可以提供具有高开路电压和高效率的器件。
这是因为R20和R21的O原子、由化学式1表示的第一单元的A1和A2以及由化学式2表示的第二单元的S原子彼此相互作用以形成平面结构。
Claims (14)
1.一种聚合物，包含：
由以下化学式1表示的第一单元；
由以下化学式2表示的第二单元；以及
由以下化学式3或4表示的第三单元：
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
在化学式1至4中，
X1至X8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，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR"、N、SiR"、P和GeR"，
Cy1是经取代或未经取代的烃环；或经取代或未经取代的杂环，
R、R'、R"、Q1至Q8、R1至R4、R10和R11彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、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磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的胺基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基，
R20和R21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芳氧基，
a、b、d、e、f和g各自为0至3的整数，
当a、b、d、e、f和g各自为2或更大时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同，并且
A1和A2彼此相同或不同，并且各自独立地为氟或氯。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中由化学式2表示的所述第二单元由以下化学式2-1表示：
[化学式2-1]
在化学式2-1中，
R12和R13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基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基。
3.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述第三单元由以下化学式3-1至3-3中的任一者表示：
[化学式3-1]
[化学式3-2]
[化学式3-3]
在化学式3-1至3-3中，
R20和R21与化学式3中定义的那些相同，并且
R26是氢、卤素基团、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基。
4.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物包含由以下化学式5或以下化学式6表示的单元：
[化学式5]
[化学式6]
在化学式5和化学式6中，
l是摩尔比，并且是0<l<1的实数，
m是摩尔比，并且是0<m<1的实数，
l+m＝1,
A是由化学式1表示的所述第一单元，
B和B’彼此相同或不同，并且各自独立地为由化学式2表示的所述第二单元，
C和C’彼此相同或不同，并且各自独立地为由化学式3或化学式4表示的所述第三单元，以及
n是所述单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
5.根据权利要求4所述的聚合物，其中化学式5的B是由以下化学式2-1表示的第二单元，并且
a和b为0：
[化学式2-1]
在化学式2-1中，
R12和R13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基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基。
6.根据权利要求4所述的聚合物，其中化学式6的C为由以下化学式3-1或化学式3-3表示的第三单元，并且
a和b各自为1至3的整数，
[化学式3-1]
[化学式3-3]
在化学式3-1和3-3中，
R20和R21与化学式3中定义的那些相同，并且
R26是氢、卤素基团、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基或经取代或未经取代的杂环基。
7.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物包含由以下化学式7至化学式11中任一者表示的单元：
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
在化学式7至化学式11中，
l是摩尔比，并且是0<l<1的实数，
m是摩尔比，并且是0<m<1的实数，
l+m＝1，并且
n是所述单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
8.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物是无规聚合物。
9.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物的数均分子量为5,000g/mol至1,000,000g/mol。
10.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物的分子量分布为1至10。
11.一种有机太阳能电池，包括：
第一电极；
设置为面向所述第一电极的第二电极；以及
设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且包括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的一个或更多个层包含根据权利要求1至10中任一项所述的聚合物。
12.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的一者或两者或更多者，并且
所述电子供体包含所述聚合物。
13.根据权利要求12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构成本体异质结(BHJ)。
14.根据权利要求11所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层具有包含n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，并且
所述p型有机材料层包含所述聚合物。
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