CN109863188A - 聚合物和包含其的有机太阳能电池 - Google Patents

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金志勋
崔斗焕
张松林
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Abstract

本说明书涉及聚合物和包含其的有机太阳能电池，所述聚合物包含由以下化学式1表示的第一单元和由以下化学式2表示的第二单元。

Description

聚合物和包含其的有机太阳能电池
技术领域
本申请要求于2017年3月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0028258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
有机太阳能电池是可以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，太阳能电池可以分成无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池是通过掺杂作为无机半导体的晶体硅(Si)经由p-n结而制成的。通过吸收光产生的电子和空穴扩散到p-n结点，并且在被电场加速的同时移动至电极。该过程中的功率转换效率被定义为供给至外电路的电功率与进入太阳能电池的太阳能功率之比，并且当在目前标准化的虚拟太阳辐照条件下测量时，该效率达到约24％。然而，由于相关技术中的无机太阳能电池已经显示出在经济可行性以及材料需求和供应方面受到限制，故容易加工且廉价并且具有多种功能性的有机半导体太阳能电池作为长期替代能源已成为焦点。
对于太阳能电池，重要的是提高效率以便从太阳能输出尽可能多的电能。为了提高太阳能电池的效率，重要的是在半导体内部产生尽可能多的激子，但是将产生的电荷牵拉到外部而不损失也很重要。电荷损失的原因之一是所产生的电子和空穴由于复合而损耗。已经提出了多种方法来将产生的电子和空穴递送至电极而不损失，但是在大多数情况下需要额外的过程，并因此可以提高制造成本。
发明内容
技术问题
本说明书的目的是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，其包含：由以下化学式1表示的第一单元；和由以下化学式2表示的第二单元。
[化学式1]
[化学式2]
在化学式1和2中，
d1、d2、x和x'各自为1或2，
当d1、d2、x和x'各自为2时，括号中的结构彼此相同或不同。
X1和X2彼此相同或不同，并且各自独立地为CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"、N、SiR"、P或GeR"，
X和X'彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的直链或支化烷基，
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支化烷基，
G1和G2彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R、R'和R”彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
D1和D2彼此相同或不同，并且各自独立地为选自以下结构中的任一者，
在所述结构中，
X”、X”'和X””彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"'、N、SiR"'、P、或GeR"'，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
g为0或1。
此外，本说明书提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；设置成面向第一电极的第二电极；以及具有一个或更多个层的有机材料层，所述具有一个或更多个层的有机材料层设置在第一电极与第二电极之间并包括光活性层，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由于共轭长度增加而可以吸收宽区域中的光，并且可以通过化学式1的Ar1和Ar2来保持或提高因吸收光而增加的开路电压，从而提供具有高效率的装置。
此外，当制造包含根据本说明书的示例性实施方案的聚合物的有机太阳能电池时，可以在室温下制造有机太阳能电池，使得有机太阳能电池在时间和成本方面是经济有效的，因为与相关技术中的有机太阳能电池不同，不需要在高温下的热处理和处理时间。
附图说明
图1是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
图2和3是示出聚合物1的UV-可见吸收光谱的图。
图4是聚合物1的循环伏安图。
图5是示出根据实验例1-1至1-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图6是示出根据实验例2-1至2-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图7是示出根据实验例3-1至3-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图8是示出根据实验例4-1至4-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图9是示出根据实验例5-1至5-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图10是示出根据实验例6-1至6-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
图11是示出根据实验例7-1至7-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
[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，将更详细地描述本说明书。
在本说明书中，“单元”意指单体包含在聚合物中的重复结构，以及单体通过聚合键合到聚合物中的结构。
在本说明书中，“包含单元”的含义意指所述单元包含在聚合物中的主链中。
在本说明书中，当一部分“包括”一个构成要素时，除非另外特别说明，否则这并不意指排除另一构成要素，而是意指还可以包括另一构成要素。
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物包含由化学式1表示的第一单元和由化学式2表示的第二单元。
在本说明书的另一个示例性实施方案中，聚合物包含一个或两个或更多个由化学式1表示的第一单元和一个或两个或更多个由化学式2表示的第二单元，其包含在聚合物中。
在本说明书中，当两个或更多个第一单元和/或第二单元包含在聚合物中时，两个或更多个第一单元和/或第二单元可以彼此相同或不同。通过将复数个第一单元和/或第二单元调节成相同或不同，可以调节制造装置时所需的聚合物的溶解度和/或装置的使用寿命、效率特性等。
由化学式1表示的第一单元包含烷氧基，由化学式2表示的第二单元包含氟和支化烷基。因此，当聚合物同时包含由化学式1表示的第一单元和由化学式2表示的第二单元时，聚合物的溶解度优异。在这种情况下，当制造装置时，在时间和/或成本方面具有经济优势。
此外，根据本说明书的示例性实施方案的聚合物由于共轭长度增加而可以吸收宽区域中的光，并且可以通过化学式1的Ar1和Ar2的烷基链的变化来保持或提高因吸收光而增加的开路电压，从而提供具有高效率的装置。
此外，当制造包含根据本说明书的示例性实施方案的聚合物的有机太阳能电池时，可以在室温下制造有机太阳能电池，使得有机太阳能电池在时间和成本方面是经济有效的，因为与相关技术中的有机太阳能电池不同，不需要在高温下的热处理和处理时间。
此外，在本说明书的一个示例性实施方案中，包含-O-Ar1和-O-Ar2的第一单元增加HOMO能级值，而包含G1和G2的第二单元减小HOMO能级值。因此，可以通过调节第一单元和第二单元的比率以调节适当的HOMO能级来实现高效的有机太阳能电池。
在本说明书中，能级意指能量的大小。因此，即使当能级以从真空能级的负(-)方向表示时，这解释为能级意指对应的能量值的绝对值。例如，HOMO能级意指从真空能级到最高占据分子轨道的距离。此外，LUMO能级意指从真空能级到最低未占分子轨道的距离。
此外，减小HOMO能级值的含义意指能级的绝对值增加，而增加HOMO能级值的含义意指能级的绝对值减小。
以下将描述取代基的实例，但其不限于此。
术语“取代”意指键合至化合物的碳原子的氢原子变成另一取代基，并且待取代的位置不受限制，只要该位置是氢原子被取代的位置，即取代基可以取代的位置即可，并且当取代两个或更多个时，两个或更多个取代基可以彼此相同或不同。
在本说明书中，术语“经取代或未经取代的”意指经选自以下的一个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芳基；以及经取代或未经取代的杂环基，或者经以上所例示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”可以为联苯基。即，联苯基也可以是芳基，并且可以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，酰亚胺基可以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，酰胺基可以为酰胺基的氮经氢、具有1至30个碳原子的直链、支化或环状烷基或者具有6至30个碳原子的芳基单取代或二取代的。具体地，酰胺基可以是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，烷基可以为直链或支化的，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，但其碳原子数优选为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，烷氧基可以为直链、支化或环状的。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，烯基可以为直链或支化的，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、茋基、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，当芳基为多环芳基时，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。
在本说明书中，芴基可以被取代，并且相邻取代基可以彼此键合以形成环。
当芴基被取代时，芴基可以为 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，一个或更多个杂原子)，并且具体地，杂原子可以包括选自O、N、Si、Se、S等的一种或更多种原子。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、噁唑基、噁二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、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、苯并噁唑基、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、异噁唑基、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。胺基中的N原子可以经芳基、烷基、芳基烷基、杂环基等取代，并且胺基的具体实例包括甲基胺基、二甲基胺基、乙基胺基、二乙基胺基、苯基胺基、萘基胺基、联苯基胺基、蒽基胺基、9-甲基蒽基胺基、二苯基胺基、苯基萘基胺基、二甲苯基胺基、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、芳基硫基和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，芳基磺酰基的实例包括苯磺酰基、对甲苯磺酰基等，但实例不限于此。
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，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。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，X1为S。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，Y1为N。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，Y2为N。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，d1为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，包含一个或更多个由化学式1表示的第一单元。
在本说明书的一个示例性实施方案中，由化学式1表示的第一单元由以下化学式1-1表示。
[化学式1-1]
在化学式1-1中，
Ar1、Ar2和D1与化学式1中限定的那些相同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，D1为选自以下结构中的任一者。
在所述结构中，
X”、X”'和X””彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"'、N、SiR"'、P、或GeR"'，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
g为0或1。
在所述结构中，X”、X”'和X””为S。
在所述结构中，Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR”'，
根据本说明书的一个示例性实施方案，D1为选自以下结构中的任一者。
在所述结构中，
G11至G18、G101、G102和R”'与上述那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，化学式1由以下化学式1-2至1-5中的任一者表示。
[化学式1-2]
[化学式1-3]
[化学式1-4]
[化学式1-5]
在化学式1-2至1-5中，
Ar1和Ar2与化学式1中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，以及
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，X2为S。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，Y3为N。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，Y4为N。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，X为S。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，X'为S。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，d2为1。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，x为1。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式2中，x'为1。
在本说明书的一个示例性实施方案中，包含一个或更多个由化学式2表示的第二单元。
在本说明书的一个示例性实施方案中，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，
R1、R2、G1、G2和D2与化学式2中限定的那些相同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式1中，D2为选自以下结构中的任一者。
在所述结构中，
X”、X”'和X””彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"'、N、SiR"'、P、或GeR"'，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
g为0或1。
在所述结构中，X”、X”'和X””为S。
在所述结构中，Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR”'，
根据本说明书的一个示例性实施方案，D2为选自以下结构中的任一者。
在所述结构中，
G11至G18、G101、G102和R”'与上述那些相同。
在本说明书的一个示例性实施方案中，化学式2由以下化学式2-2至2-5中的任一者表示。
[化学式2-2]
[化学式2-3]
[化学式2-4]
[化学式2-5]
在化学式2-2至2-5中，
R1、R2、G1和G2与化学式2中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者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，当化学式2中的d2、x和x'为1且化学式1中的d1为1时，可以防止分子的旋转，并且可以通过X和X'的S与G1和G2的卤素基团或化学式1的O原子的相互作用来增加平面性。
在本说明书的一个示例性实施方案中，包含第一单元和第二单元的聚合物是交替聚合物。
在另一个示例性实施方案中，包含第一单元和第二单元的聚合物是无规聚合物。
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物包含由以下化学式4或5表示的单元。
[化学式4]
[化学式5]
在化学式4和5中，
A为由化学式1表示的第一单元，
B为由化学式2表示的第二单元，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
在本说明书中，包含由化学式4表示的单元的聚合物可以通过包含仅由第一单元和第二单元组成的单元来构成交替聚合物。
在本说明书中，包含由化学式5表示的单元的聚合物可以通过包含仅由第一单元和第二单元组成的单元来构成无规聚合物，并且第一单元和第二单元的含量可以根据l和m的摩尔分数调节。
在本说明书的一个示例性实施方案中，由化学式4表示的单元由以下式4-1至4-16中的任一者表示。
在另一个示例性实施方案中，由化学式5表示的单元由以下式5-1至5-16中的任一者表示。
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物包含由以下化学式4-1至4-16和5-1至5-16中的任一者表示的单元。
[化学式4-1]
[化学式4-2]
[化学式4-3]
[化学式4-4]
[化学式4-5]
[化学式4-6]
[化学式4-7]
[化学式4-8]
[化学式4-9]
[化学式4-10]
[化学式4-11]
[化学式4-12]
[化学式4-13]
[化学式4-14]
[化学式4-15]
[化学式4-16]
[化学式5-1]
[化学式5-2]
[化学式5-3]
[化学式5-4]
[化学式5-5]
[化学式5-6]
[化学式5-7]
[化学式5-8]
[化学式5-9]
[化学式5-10]
[化学式5-11]
[化学式5-12]
[化学式5-13]
[化学式5-14]
[化学式5-15]
[化学式5-16]
在化学式4-1至4-16和5-1至5-16中，
Ar1和Ar2与化学式1中限定的那些相同，
R1、R2、G1和G2与化学式2中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为直链或支化烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为具有1至30个碳原子的直链或支化烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1和Ar2为经取代或未经取代的十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1和Ar2为十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1为十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar2为十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar1为正十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Ar2为正十二烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G1和G2为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G1和G2为氟。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G1为氢，G2为氟。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G1为氟，G2为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为支化烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为具有3至30个碳原子的支化烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1和R2为经取代或未经取代的2-癸基十四烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1和R2为2-癸基十四烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1为2-癸基十四烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R2为2-癸基十四烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G11至G14彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G11至G14中的两个为氟，其他的为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G12和G13为氟。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G11和G14为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G15至G18、G101和G102为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R”'为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物包含由以下化学式5-1-1、5-5-1、5-11-1和5-16-1中的任一者表示的单元。
[化学式5-1-1]
[化学式5-5-1]
[化学式5-11-1]
[化学式5-16-1]
在化学式5-1-1、5-5-1、5-11-1和5-16-1中，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为单元的重复数，并且为1至10,000的整数。
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。
在本说明书的一个示例性实施方案中，HOMO能级为5eV至5.9eV。
在本说明书中，通过作为电化学方法的循环伏安法来测量HOMO能级，并测量作为HOMO能量与从UV边缘发射的能带隙之间的差的LUMO能级。
具体地，循环伏安法由作为碳电极的工作电极、参比电极和作为铂板的对电极构成，并且是在允许电位根据时间以恒定速率波动的同时测量电极中流动的电流的方法。HOMO和LUMO的计算方程式如下。
[方程式]
HOMO(或LUMO)(eV)＝-4.8-(E开始-E1/2(二茂铁))
在本说明书的一个示例性实施方案中，聚合物对氯苯的溶解度为0.1重量％至20重量％。溶解度的测量值可以意指在室温下测量的值。
在本说明书的一个示例性实施方案中，作为聚合物的端基，使用三氟苯基和/或4-溴二苯基醚，但是通常，公知的端基可以根据本领域普通技术人员的需要进行改性并使用，并且端基不受限制。
根据本说明书的一个示例性实施方案，聚合物的数均分子量优选为5,000g/mol至1,000,000g/mol。
根据本说明书的一个示例性实施方案，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。
此外，数均分子量优选为100,000g/mol或更小，使得聚合物具有预定或更大的溶解度，从而有利地应用溶液施加方法。
根据本说明书的聚合物可以通过多步化学反应来制备。通过烷基化反应、Grignard反应、Suzuki偶联反应、Stille偶联反应等制备单体，然后可以通过碳-碳偶联反应如Stille偶联反应制备最终聚合物。当待引入的取代基为硼酸或硼酸酯化合物时，可以通过Suzuki偶联反应制备最终聚合物，当待引入的取代基为三丁基锡或三甲基锡化合物时，可以通过Stille偶联反应制备最终聚合物，但方法不限于此。
本说明书的一个示例性实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；设置成面向第一电极的第二电极；以及具有一个或更多个层的有机材料层，所述具有一个或更多个层的有机材料层设置在第一电极与第二电极之间并包括光活性层，其中有机材料层的一个或更多个层包含所述聚合物。
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，而且还包括在这两个构件之间存在又一构件的情况。
根据本说明书的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。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。
在本说明书的一个示例性实施方案中，当有机太阳能电池接收来自外部光源的光子时，在电子供体与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被传输至正电极。
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、空穴注入层或者同时传输和注入空穴的层，并且空穴传输层、空穴注入层或者同时传输和注入空穴的层包含所述聚合物。
在另一个示例性实施方案中，有机材料层包括电子注入层、电子传输层或者同时注入和传输电子的层，并且电子注入层、电子传输层或者同时注入和传输电子的层包含所述聚合物。
图1为示出根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
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收来自外部光源的光子时，在电子供体与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被传输至正电极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，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多种功能的有机材料来减少有机材料层的数量。
在本说明书的一个示例性实施方案中，第一电极为阳极，第二电极为阴极。在另一个示例性实施方案中，第一电极为阴极，第二电极为阳极。
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，阴极、光活性层和阳极可以按此顺序布置，并且阳极、光活性层和阴极可以按此顺序布置，但布置顺序不限于此。
在另一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极也可以按此顺序布置，并且阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极也可以按此顺序布置，但布置顺序不限于此。
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。正常结构可以意指阳极形成在基底上。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，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为阳极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。倒置结构可以意指阴极形成在基底上。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，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为阴极。
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串联结构。在这种情况下，有机太阳能电池可以包括具有两个或更多个层的光活性层。在根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池中，光活性层可以具有一个层或者两个或更多个层。
在另一个示例性实施方案中，缓冲层可以设置在光活性层与空穴传输层之间，或者光活性层与电子传输层之间。在这种情况下，还可以在阳极与空穴传输层之间设置空穴注入层。此外，还可以在阴极与电子传输层之间设置电子注入层。
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中的一者或两者或更多者，并且电子供体包含所述聚合物。
在本说明书的一个示例性实施方案中，电子受体材料可以选自：富勒烯、富勒烯衍生物、浴铜灵、半导电元素、半导电化合物及其组合。具体地，电子受体材料是选自以下的一种或两种或更多种化合物：富勒烯、富勒烯衍生物((6,6)-苯基-C61-丁酸-甲基酯、或(6,6)-苯基-C71-丁酸-甲基酯(PCBM)、或(6,6)-苯基-C61-丁酸-胆甾醇基酯(PCBCR))、苝、聚苯并咪唑(PBI)和3,4,9,10-苝-四羧酸双-苯并咪唑(PTCBI)。
在本说明书的一个示例性实施方案中，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。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层还包含添加剂。
在本说明书的一个示例性实施方案中，添加剂的分子量为50g/mol至1,000g/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。
在一个示例性实施方案中，添加剂还可以包括选自以下的添加剂中的一种或两种添加剂：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。
为了从有机太阳能电池中顺利地分离激子并有效地传输分离的电荷，需要最大限度地增加电子供体与电子受体之间的界面，但是需要通过适当的相分离确保电子供体和电子受体的连续通道来诱导形态的改善。
根据本说明书的一个示例性实施方案，将添加剂引入至活性层中，从而诱导聚合物和富勒烯衍生物对添加剂的选择性溶解度以及由溶剂与添加剂之间的沸点差异引起的有效相分离。此外，通过使电子受体材料或电子供体材料交联来固定形态，使得可以不发生相分离，并且可以通过改变电子供体材料的分子结构来控制形态。
此外，可以通过控制电子供体材料的立构规整性来改善形态，并且可以通过后处理如在高温下的热处理来改善形态。通过这样，可以诱导根据本说明书的一个示例性实施方案的聚合物的取向和结晶化，并且通过增加光活性层的粗糙度来促进与电极的接触，结果，可以诱导电荷的有效移动。
在本说明书的一个示例性实施方案中，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型有机材料层包含所述聚合物。
在本说明书中，基底可以是具有优异的透明度、表面光滑度、易操作性和防水特性的玻璃基底或透明塑料基底，但不限于此，并且基底不受限制，只要该基底通常用于有机太阳能电池中即可。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。
阳极电极可以由透明的且具有优异的电导率的材料制成，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)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，但是可以例如通过使用以下方法施加到基底的一个表面上或者通过以膜的形式涂覆来形成阳极电极：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。
当在基底上形成阳极电极时，可以使阳极电极经受清洗、除去水分和亲水改性的过程。
例如，用清洗剂丙酮和异丙醇(IPA)依次清洗图案化的ITO基底，然后在热板上在100℃至150℃下干燥1分钟至30分钟，优选在120℃下干燥10分钟以除去水分，并且当基底被彻底清洗时，对基底的表面进行亲水改性。
通过如上所述的表面改性，可以将接合表面电位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，并且还可以改善薄膜的质量。
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法，b)通过经由在真空状态下使用UV(紫外线)射线产生的臭氧使表面氧化的方法，c)使用通过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所述方法中的一者。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，并且最大限度地抑制水分和有机材料残留。在这种情况下，可以使预处理的实质效果最大化。
作为一个具体实例，可以使用通过经由使用UV产生的臭氧来使表面氧化的方法。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，然后引入室中，并且可以通过操作UV灯使氧气与UV光反应而产生的臭氧来清洗图案化的ITO基底。
然而，本说明书中图案化的ITO基底的表面改性方法不必特别限制，并且可以使用任何方法，只要该方法是使基底氧化的方法即可。
阴极电极可以是具有低功函数的金属，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；以及多层结构材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al:Li、Al:BaF2和Al:BaF2:Ba，但不限于此。
可以在显示出5×10-7托或更低的真空度的热蒸发器中沉积和形成阴极电极，但形成方法不仅限于此方法。
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中分离的电子和空穴转移至电极，并且材料没有特别限制。
空穴传输层材料可以是聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)；钼氧化物(MoOx)；钒氧化物(V2O5)；镍氧化物(NiO)；和钨氧化物(WOx)等，但不限于此。
电子传输层材料可以是提取电子的金属氧化物，并且其具体实例包括：8-羟基喹啉的金属配合物；包含Alq3的配合物；包含Liq的金属配合物；LiF；Ca；钛氧化物(TiOx)；锌氧化物(ZnO)；和碳酸铯(Cs2CO3)、聚(乙烯亚胺)(PEI)等，但不限于此。
光活性层可以通过如下形成：将光活性材料如电子供体和/或电子受体溶解在有机溶剂中，然后通过诸如旋涂、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂的方法施加所述溶液，但形成方法不限于此。
发明实施方式
在下文中，将参照用于具体描述本说明书的实施例详细描述本说明书。然而，根据本说明书的实施例可以以各种形式进行修改，并且不应解释为本说明书的范围限于以下详细描述的实施例。提供本说明书的实施例以向本领域普通技术人员更完整地解释本说明书。
制备例1.聚合物的制备
将化合物a-1、a-2和a-3、Pd2(dba)3(3mol％)以及三-(邻甲苯基)膦(6mol％)添加到5ml彻底干燥的微波小瓶中，然后向其中添加5ml无水氯苯。将产生的反应混合物在130℃下在微波反应器中加热100分钟。在向溶液中添加0.5ml溴三氟甲苯后，将所得溶液再搅拌20分钟，然后冷却至室温。此后，将混合物倒入100ml甲醇中。通过过滤获得沉淀的聚合物。将收集的聚合物依次用甲醇、丙酮、己烷和氯仿进行索氏提取。在浓缩氯仿萃取物后，将氯仿萃取物倒入甲醇中并且聚合物沉淀。通过过滤再次获得沉淀的聚合物并将其在真空下干燥过夜。获得具有紫黑色光泽的纯化的聚合物1(120mg，28％)。
GPC分析：Mn＝28,641g/mol，PDI＝1.98
图2是聚合物1溶解在氯苯中的溶液的UV-可见吸收光谱，图3是通过将聚合物1溶解在氯苯中制备的膜样品的UV-可见吸收光谱，其中通过使用UV-可见吸收光谱仪分析样品。
图4是聚合物1的循环伏安图。
此外，根据图2至4的聚合物1的分析结果示于下表1中。
[表1]
在表1中，λ最大、λ边沿和光学Eg opt意指最大吸收波长、吸收边沿和光学带隙。
实验例1-1.有机太阳能电池的制造
通过将聚合物1和PC71BM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4重量％，并将有机太阳能电池制成具有ITO/ZnO NP/光活性层/MoO3/Ag的倒置结构。
通过使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对作为棒型的1.5cm×1.5cm的涂覆有ITO的玻璃基底(11.5Ω/□)进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，制备ZnO NP(在1-丁醇中的2.5重量％的ZnO纳米级N-10，通过0.45μm PTFE过滤)，将ZnO NP溶液以4,000rpm旋涂40秒，然后通过在80℃下进行热处理10分钟来除去剩余溶剂，从而完成电子传输层。为了涂覆光活性层，将聚合物1和PC71BM的复合溶液在70℃下以700rpm旋涂25秒。在热沉积设备中，在10-7托下以的速率热沉积MoO3以具有10nm的厚度，从而制造空穴传输层。在以上述顺序制造电子传输层和空穴传输层之后，在热沉积设备中以的速率沉积Ag以具有100nm的厚度，从而制造具有倒置结构的有机太阳能电池。
实验例1-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以1,000rpm代替实验例1-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
实验例1-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以1,500rpm代替实验例1-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
实验例1-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以2,000rpm代替实验例1-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例1-1至1-4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中。
[表2]
图5是示出根据实验例1-1至1-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例2-1.有机太阳能电池的制造
通过将聚合物1和PC71BM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4重量％，并将有机太阳能电池制成具有ITO/ZnO NP/光活性层/MoO3/Ag的倒置结构。
通过使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对作为棒型的1.5cm×1.5cm的涂覆有ITO的玻璃基底(11.5Ω/□)进行超声波洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，制备ZnO NP(在1-丁醇中的2.5重量％的ZnO纳米级N-10，通过0.45μm PTFE过滤)，将ZnO NP溶液以4,000rpm旋涂40秒，然后通过在80℃下进行热处理10分钟来除去剩余溶剂，从而完成电子传输层。为了涂覆光活性层，将聚合物1和PC71BM的复合溶液在70℃下以700rpm旋涂25秒。在热沉积设备中，在10-7托下以的速率热沉积MoO3以具有10nm的厚度，从而制造空穴传输层。在以上述顺序制造电子传输层和空穴传输层之后，在热沉积设备中以的速率沉积Ag以具有100nm的厚度，从而制造具有倒置结构的有机太阳能电池。
实验例2-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以1,000rpm代替实验例2-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
实验例2-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以1,500rpm代替实验例2-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
实验例2-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将聚合物1和PC71BM的复合溶液以2,000rpm代替实验例2-1中用于涂覆光活性层的700rpm进行旋涂。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例2-1至2-4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中。
[表3]
图6是示出根据实验例2-1至2-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例3-1.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于通过将聚合物1和PC71BM以1:3代替实验例1-1中的1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。
实验例3-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于通过将聚合物1和PC71BM以1:3代替实验例1-2中的1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。
实验例3-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于通过将聚合物1和PC71BM以1:3代替实验例1-3中的1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。
实验例3-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于通过将聚合物1和PC71BM以1:3代替实验例1-4中的1:1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例3-1至3-4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中。
[表4]
图7是示出根据实验例3-1至3-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例4-1.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于以2重量％代替实验例2-1中的4重量％的量制备聚合物1和PC71BM的复合溶液。
实验例4-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于以2重量％代替实验例2-2中的4重量％的量制备聚合物1和PC71BM的复合溶液。
实验例4-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于以2重量％代替实验例2-3中的4重量％的量制备聚合物1和PC71BM的复合溶液。
实验例4-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于以2重量％代替实验例2-4中的4重量％的量制备聚合物1和PC71BM的复合溶液。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例4-1至4-4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中。
[表5]
图8是示出根据实验例4-1至4-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例5-1.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1,8-二碘辛烷(DIO)添加到实验例2-1中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例5-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1,8-二碘辛烷(DIO)添加到实验例2-2中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例5-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1,8-二碘辛烷(DIO)添加到实验例2-3中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例5-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1,8-二碘辛烷(DIO)添加到实验例2-4中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例5-1至5-4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6中。
[表6]
图9是示出根据实验例5-1至5-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例6-1.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的二苯基醚(DPE)添加到实验例2-1中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例6-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的二苯基醚(DPE)添加到实验例2-2中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例6-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的二苯基醚(DPE)添加到实验例2-3中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例6-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的二苯基醚(DPE)添加到实验例2-4中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例6-1至6-4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中。
[表7]
图10是示出根据实验例6-1至6-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
实验例7-1.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1-氯萘(1-CN)添加到实验例2-1中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例7-2.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1-氯萘(1-CN)添加到实验例2-2中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例7-3.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1-氯萘(1-CN)添加到实验例2-3中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
实验例7-4.有机太阳能电池的制造
以与实验例2-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于将3体积％的1-氯萘(1-CN)添加到实验例2-4中的聚合物1和PC71BM的复合溶液中。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例7-1至7-4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中。
[表8]
图11是示出根据实验例7-1至7-4的有机太阳能电池中的根据电压的电流密度的图。
VOC、JSC、FF和PCE(η)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中的X轴截距和Y轴截距，并且随着这两个值的增加，太阳能电池的效率优选地提高。此外，填充因子是通过将可以在曲线内绘出的矩形的面积除以短路电流与开路电压的乘积而获得的值。当这三个值除以照射光的强度时，可以获得能量转换效率，并且较高的值是优选的。从表2至8和图5至11的结果可以确认，根据本说明书的示例性实施方案的聚合物表现出高光电转换效率。

Claims (16)

1.一种聚合物，包含：
由以下化学式1表示的第一单元；和
由以下化学式2表示的第二单元：
[化学式1]
[化学式2]
在化学式1和2中，
d1、d2、x和x'各自为1或2，
当d1、d2、x和x'各自为2时，括号中的结构彼此相同或不同，
X1和X2彼此相同或不同，并且各自独立地为CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"、N、SiR"、P或GeR"，
X和X'彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的直链或支化烷基，
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支化烷基，
G1和G2彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R、R'和R”彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
D1和D2彼此相同或不同，并且各自独立地为选自以下结构中的任一者，
在所述结构中，
X”、X”'和X””彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Y和Y'彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"'、N、SiR"'、P或GeR"'，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
g为0或1。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中由化学式1表示的所述第一单元由以下化学式1-1表示：
[化学式1-1]
在化学式1-1中，
Ar1、Ar2和D1与化学式1中限定的那些相同。
3.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，
R1、R2、G1、G2和D2与化学式2中限定的那些相同。
4.根据权利要求1所述的聚合物，其中由化学式1表示的所述第一单元由以下化学式1-2至1-5中的任一者表示：
[化学式1-2]
[化学式1-3]
[化学式1-4]
[化学式1-5]
在化学式1-2至1-5中，
Ar1和Ar2与化学式1中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，以及
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基。
5.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2-2至2-5中的任一者表示：
[化学式2-2]
[化学式2-3]
[化学式2-4]
[化学式2-5]
在化学式2-2至2-5中，
R1、R2、G1和G2与化学式2中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，以及
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基。
6.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4或5表示的单元：
[化学式4]
[化学式5]
在化学式4和5中，
A为由化学式1表示的所述第一单元，
B为由化学式2表示的所述第二单元，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为所述单元的重复数，且为1至10,000的整数。
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4-1至4-16和5-1至5-16中的任一者表示的单元：
[化学式4-1]
[化学式4-2]
[化学式4-3]
[化学式4-4]
[化学式4-5]
[化学式4-6]
[化学式4-7]
[化学式4-8]
[化学式4-9]
[化学式4-10]
[化学式4-11]
[化学式4-12]
[化学式4-13]
[化学式4-14]
[化学式4-15]
[化学式4-16]
[化学式5-1]
[化学式5-2]
[化学式5-3]
[化学式5-4]
[化学式5-5]
[化学式5-6]
[化学式5-7]
[化学式5-8]
[化学式5-9]
[化学式5-10]
[化学式5-11]
[化学式5-12]
[化学式5-13]
[化学式5-14]
[化学式5-15]
[化学式5-16]
在化学式4-1至4-16和5-1至5-16中，
Ar1和Ar2与化学式1中限定的那些相同，
R1、R2、G1和G2与化学式2中限定的那些相同，
G11至G18、G101和G102彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或氟，
R”'为氢；氘；卤素基团；羟基；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；或者经取代或未经取代的杂环基，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为所述单元的重复数，且为1至10,000的整数。
8.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物包含由以下化学式5-1-1、5-5-1、5-11-1和5-16-1中的任一者表示的单元：
[化学式5-1-1]
[化学式5-5-1]
[化学式5-11-1]
[化学式5-16-1]
在化学式5-1-1、5-5-1、5-11-1和5-16-1中，
l为摩尔分数且0<l<1，
m为摩尔分数且0<m<1，
l+m＝1，以及
n为所述单元的重复数，且为1至10,000的整数。
9.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物的HOMO能级为5eV至5.9eV。
10.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。
11.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。
12.一种有机太阳能电池，包括：
第一电极；
设置成面向所述第一电极的第二电极；和
具有一个或更多个层的有机材料层，所述有机材料层设置在所述第一电极与所述第二电极之间并包括光活性层，
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11中任一项所述的聚合物。
13.根据权利要求12所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层包含选自电子供体和电子受体中的一者或更多者，并且
所述电子供体包含所述聚合物。
14.根据权利要求13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)。
15.根据权利要求13所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层还包含添加剂。
16.根据权利要求12所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，并且
所述p型有机材料层包含所述聚合物。
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