CN110536917A - 聚合物和包含其的有机太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本说明书涉及包含化学式1的第一单元、化学式2的第二单元和化学式3或4的第三单元的聚合物以及包含其的有机太阳能电池。
Description
技术领域
本申请要求于2018年3月12日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0028525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
有机太阳能电池是能够通过应用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。根据形成薄膜的材料，太阳能电池被分为无机太阳能电池和有机太阳能电池，并且由于现有的无机太阳能电池已经在经济可行性和材料供应方面受到限制，因此容易加工、廉价且具有多种功能的有机太阳能电池作为长期替代能源备受青睐。
对于太阳能电池，重要的是提高效率以便由太阳能输出尽可能多的电能，为了提高效率，在半导体内产生尽可能多的激子是重要的，然而，将所产生的电荷带到外部而不损失也是重要的。电荷损失的原因之一是所产生的电子和空穴由于重新结合而损耗。已经提出了多种用于将所产生的电子或空穴递送至电极而不损失的方法，然而，大多数方法都需要额外的过程，并因此制造成本可能增加。
发明内容
技术问题
本说明书旨在提供聚合物和包含其的有机太阳能电池。
技术方案
本说明书的一个实施方案提供了聚合物，其包含：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；和由以下化学式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X6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，
A1至A4彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团，
Cy1至Cy3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基，
Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为O或S，
R、R’、R”和R1至R8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；或者经取代或未经取代的杂环基，以及
R11和R12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；或者经取代或未经取代的烷基硫基。
本说明书的另一个实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；设置成与第一电极相对的第二电极；以及设置在第一电极与第二电极之间的一个或更多个有机材料层，并且所述有机材料层包括光活性层，其中所述光活性层包含所述聚合物。
有益效果
根据本说明书的一个实施方案的聚合物是导电材料，并且具有热稳定性、优异的溶解性和高电子迁移率。因此，当用于有机太阳能电池时，可以获得优异的功率转换效率。
此外，根据本说明书的一个实施方案的聚合物具有高HOMO能级，包含其作为光活性层的电子供体的有机太阳能电池具有优异的开路电压特性。
附图说明
图1是示出了根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池的图。
图2是呈现了制备例中合成的化学式K的NMR波谱的图。
图3是呈现了制备例中合成的化学式K-1的NMR波谱的图。
[附图标记]
101：第一电极
102：电子传输层
103：光活性层
104：空穴传输层
105：第二电极
具体实施方式
在下文中，将对本说明书进行更详细地描述。
在本说明书中，“单元”为聚合物的单体中包含的重复结构，并且意指其中单体通过聚合在聚合物中键合的结构。
在本说明书中，“包含单元”的含义意指包含在聚合物中的主链中。
在本说明书中，某一部分“包括”某些成分的描述意指还能够包括其他成分，并且除非特别相反地说明，否则不排除其他成分。
在本说明书中，一个构件置于另一构件“上”的描述不仅包括一个构件邻接另一构件的情况，而且还包括在这两个构件之间存在又一构件的情况。
在本说明书中，能级意指能量大小。因此，即使当以从真空能级的负(-)方向表示能级时，能级也被解释为意指相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。
本说明书的一个实施方案提供了聚合物，其包含：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；和由以下化学式3或4表示的第三单元。
具体地，由化学式1表示的第一单元可以经卤素基团(优选氟)取代，并且这降低了HOMO能级，导致提高开路电压的效果。
在本说明书中，取代基的实例在以下进行描述，然而，取代基不限于此。
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，并且取代的位置没有限制，只要其是氢原子被取代的位置(即，取代基可以取代的位置)即可，并且当两个或更多个取代基取代时，两个或更多个取代基可以彼此相同或不同。
在本说明书中，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；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烷基硫基；经取代或未经取代的芳氧基；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相连接的取代基取代，或者不具有取代基。例如，“两个或更多个取代基相连接的取代基”可以包括联苯基。换言之，联苯基可以为芳基，或者解释为两个苯基相连接的取代基。
在本说明书中，卤素基团的实例可以包括氟、氯、溴或碘。
在本说明书中，烷基可以为线性或支化的，并且虽然不特别限于此，但是碳原子数优选为1至50。其具体实例可以包括甲基、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-甲基己基、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，但是优选具有3至60个碳原子。其具体实例可以包括环丙基、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，当芳基为单环芳基时，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可以包括苯基、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，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可以包括萘基、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。
在本说明书中，亚芳基意指具有两个键合位点的芳基，即二价基团。以上提供的对芳基的描述可以应用于亚芳基，不同之处在于这些各自为二价的。
在本说明书中，烷氧基可以为线性、支化或环状的。烷氧基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至20。其具体实例可以包括甲氧基、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、正癸氧基等，但不限于此。
在本说明书中，烷基硫基意指由-S-R(R为烷基)表示的取代基，并且可以为线性、支化或环状的。烷基硫基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至20。其具体实例可以包括甲基硫基、乙基硫基、正丙基硫基、异丙基硫基(isopropylthio)、异丙基硫基(i-propylthio)、正丁基硫基、异丁基硫基、叔丁基硫基、仲丁基硫基、正戊基硫基、新戊基硫基、异戊基硫基、正己基硫基、3,3-二甲基丁基硫基、2-乙基丁基硫基、正辛基硫基、正壬基硫基、正癸基硫基、苄基硫基、对甲基苄基硫基等，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上述芳基的实例相同。芳氧基的具体实例可以包括苯氧基、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、苄氧基、对甲基苄氧基等，芳基硫基的实例可以包括苯基硫基、2-甲基苯基硫基、4-叔丁基苯基硫基等，芳基磺酰基的实例可以包括苯磺酰基、对甲苯磺酰基等，然而，芳氧基、芳基硫基和芳基磺酰基不限于此。
在本说明书中，烷基硫基和烷基磺酰基中的烷基与上述烷基的实例相同。烷基磺酰基的具体实例可以包括甲基磺酰基、乙基磺酰基、丙基磺酰基、丁基磺酰基等，但不限于此。
在本说明书中，烯基可以为线性或支化的，并且虽然不特别限于此，但是碳原子数优选为2至40。其具体实例可以包括乙烯基、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，胺基的碳原子数没有特别限制，但是优选为1至30。在胺基中，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可以包括甲基胺基、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，杂环基是包含一个或更多个非碳原子(即，杂原子)的基团，并且具体地，杂原子可以包括选自O、N、Se、S等中的一个或更多个原子。杂环基的碳原子数没有特别限制，但是优选为2至60。杂环基的实例可以包括噻吩基、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、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+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、吩噻嗪基、二苯并呋喃基、硒二唑基(selenadiazolyl)等，但不限于此。
在本说明书的一个实施方案中，X1至X5各自为S。
在本说明书的一个实施方案中，X6为NR，并且R为具有1至20个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，X6为NR，并且R为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，X6为NR，并且R为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，A1至A4各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，Cy1和Cy2各自为具有2至10个碳原子的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy1和Cy2各自为噻吩基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为经烷基或芳基取代的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为包含S、Se和/或N作为杂原子的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为吡嗪基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为经烷基或芳基取代的吡嗪基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为硒二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为1,2,5-硒二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为噻二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为1,2,5-噻二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为三唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy3为经烷基或芳基取代的三唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Q1和Q2各自为O。
在本说明书的一个实施方案中，Q1和Q2各自为S。
在本说明书的一个实施方案中，R1至R6各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为具有1至20个碳原子的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为十二烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为(乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为(2-乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为卤素基团。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，R7和R8各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为具有1至20个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为具有5至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为己基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为丁基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R11和R12各自为2-丁基己基。在本说明书的一个实施方案中，第一单元可以由以下化学式1-1表示。
[化学式1-1]
在化学式1-1中，
R1、R2、R11、R12、X1、X2、A1和A2具有与化学式1中相同的限定，以及
X7和X8彼此相同或不同，并且各自独立地为NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se或Te。
在本说明书的一个实施方案中，X7和X8各自为S。
在本说明书的一个实施方案中，第一单元可以由以下化学式1-2表示。
[化学式1-2]
在化学式1-2中，
R11、R12、A1和A2具有与化学式1中相同的限定。
在本说明书的一个实施方案中，在化学式1-2中，A1和A2各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，在化学式1-2中，A1和A2各自为氯。
在本说明书的一个实施方案中，第一单元可以由以下化学式1-2-1或1-2-2表示。
[化学式1-2-1]
[化学式1-2-2]
在本说明书的一个实施方案中，第二单元可以由以下化学式2-1表示。
[化学式2-1]
在化学式2-1中，
R3至R6、A3和A4具有与化学式2中相同的限定。
在本说明书的一个实施方案中，第三单元可以由以下化学式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，
R7、R8、Q1和Q2具有与化学式3和4中相同的限定，
X9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”，以及
R、R’、R”、R9、R10和R19彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；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烷基硫基；经取代或未经取代的芳氧基；经取代或未经取代的芳基硫基；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。
在本说明书的一个实施方案中，X9为S。
在本说明书的一个实施方案中，X9为Se。
在本说明书的一个实施方案中，X9为NR，并且R为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，X9为NR，并且R为具有1至20个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，X9为NR，并且R为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，X9为NR，并且R为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，Y1至Y4各自为N。
在本说明书的一个实施方案中，R19为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R19为具有1至30个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R19为具有1至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R19为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R19为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R9和R10各自为经取代或未经取代的芳氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R9和R10各自为经取代或未经取代的(辛氧基)苯基。
在本说明书的一个实施方案中，R9和R10各自为具有1至20个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R9和R10各自为具有5至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R9和R10各自为辛基。
在本说明书的一个实施方案中，第三单元可以由以下化学式3-4至3-9中的任一者表示。
[化学式3-4]
[化学式3-5]
[化学式3-6]
[化学式3-7]
[化学式3-8]
[化学式3-9]
在化学式3-4至3-9中，
R7至R10和R19具有与化学式3-1至3-3中相同的限定。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物可以包含由以下化学式5表示的单元。
[化学式5]
在化学式5中，
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数，
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数，
l+m＝1，
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，
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；以及
n作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物可以包含由以下化学式5-1或5-2表示的单元。
[化学式5-1]
[化学式5-2]
在化学式5-1和5-2中，
X1至X6、A1至A4、Cy1至Cy3、Q1、Q2、R、R’、R”、R1至R8、R11和R12具有与化学式1至4中相同的限定，
l、m和n具有与化学式5中相同的限定，
X15和X16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，
Cy13为经取代或未经取代的杂环基，
Q11和Q12彼此相同或不同，并且各自独立地为O或S；以及
R17和R18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；或者经取代或未经取代的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Q11和Q12各自为O。
在本说明书的一个实施方案中，Q11和Q12各自为S。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为具有1至20个碳原子的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为十二烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为(乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为(2-乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为卤素基团。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，R17和R18各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为经烷基或芳基取代的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为包含S、Se和/或N作为杂原子的杂环基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为吡嗪基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为经烷基或芳基取代的吡嗪基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为硒二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为1,2,5-硒二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为噻二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为1,2,5-噻二唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为三唑基。
在本说明书的一个实施方案中，Cy13为经烷基或芳基取代的三唑基。
在本说明书的一个实施方案中，X15为S。
在本说明书的一个实施方案中，X16为NR，并且R为具有1至20个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，X16为NR，并且R为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，X16为NR，并且R为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物为以下化学式5-3至5-9中的任一者。
[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]
在化学式5-3至5-9中，
A1、A2、R11和R12具有与化学式1中相同的限定，
R107和R108彼此相同或不同，并且各自为氢；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基、或卤素基团，R109、R110和R119彼此相同或不同，并且各自为氢；或者经取代或未经取代的烷基，
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数，
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数，
l+m＝1，以及
n作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
在本说明书的一个实施方案中，A1和A2各自为氟或氯。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为具有1至30个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为具有5至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为十二烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为辛基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为具有1至30个碳原子的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为具有5至15个碳原子的烷氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为(十二烷基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为(辛基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为(乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为(2-乙基己基)氧基。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，R107和R108各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，R109和R110各自为具有1至30个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R109和R110各自为具有5至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R109和R110各自为辛基。
在本说明书的一个实施方案中，R119为具有1至30个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R119为具有1至15个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，R119为乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，R119为2-乙基己基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物可以为以下化学式6-1至6-30中的任一者。
[化学式6-1]
[化学式6-2]
[化学式6-3]
[化学式6-4]
[化学式6-5]
[化学式6-6]
[化学式6-7]
[化学式6-8]
[化学式6-9]
[化学式6-10]
[化学式6-11]
[化学式6-12]
[化学式6-13]
[化学式6-14]
[化学式6-15]
[化学式6-16]
[化学式6-17]
[化学式6-18]
[化学式6-19]
[化学式6-20]
[化学式6-21]
[化学式6-22]
[化学式6-23]
[化学式6-24]
[化学式6-25]
[化学式6-26]
[化学式6-27]
[化学式6-28]
[化学式6-29]
[化学式6-30]
在化学式6-1至6-30中，
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数，
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数，
l+m＝1，以及
n作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
在本说明书的一个实施方案中，l和m各自为0.5。
本说明书的一个实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；设置成与第一电极相对的第二电极；以及设置在第一电极与第二电极之间的一个或更多个有机材料层，并且所述有机材料层包括光活性层，其中所述光活性层包含所述聚合物。
在本说明书的一个实施方案中，光活性层包含电子供体和电子受体，并且电子供体包含所述聚合物。
在本说明书的一个实施方案中，电子受体包含非富勒烯类化合物。
在本说明书的一个实施方案中，非富勒烯类化合物可以由以下化学式A表示。
[化学式A]
在化学式A中，
Ra至Rf彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或者经取代或未经取代的烷基，
La至Ld彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的亚芳基；或者经取代或未经取代的二价杂环基，
Ma和Mb彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；或者经取代或未经取代的烷基，
p和q彼此相同或不同，并且各自独立地为0至2的整数，以及
当p或q为2时，括号中的结构彼此相同。
在本说明书的一个实施方案中，Ra至Rd各自为烷基。
在本说明书的一个实施方案中，Ra至Rd各自为具有1至30个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，Ra至Rd各自为具有1至10个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，Ra至Rd各自为己基。
在本说明书的一个实施方案中，Re和Rf各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，La至Ld各自为亚芳基。
在本说明书的一个实施方案中，La至Ld各自为具有6至25个碳原子的亚芳基。
在本说明书的一个实施方案中，La至Ld各自为亚苯基。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为氢。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为烷基。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为具有1至10个碳原子的烷基。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为甲基。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为卤素基团。
在本说明书的一个实施方案中，Ma和Mb各自为氟。
在本说明书的一个实施方案中，p和q各自为0。
在本说明书的一个实施方案中，p和q各自为1。
在本说明书的一个实施方案中，p和q各自为2。
在本说明书的一个实施方案中，电子受体可以为以下化学式A-1至A-6中的任一者。
[化学式A-1]
[化学式A-2]
[化学式A-3]
[化学式A-4]
[化学式A-5]
[化学式A-6]
在本说明书的一个实施方案中，非富勒烯类化合物与富勒烯类化合物相比具有更高的热稳定性。
在本说明书的一个实施方案中，电子供体是包含由化学式5-1或5-2表示的单元的聚合物，电子受体是由化学式A表示的化合物。
在本说明书的一个实施方案中，电子供体和电子受体的质量比为2:1至1:5。质量比优选为1:1至1:5，并且更优选为1:1至1:3。
在本说明书的一个实施方案中，电子供体和电子受体可以形成本体异质结(BHJ)。本体异质结意指在光活性层中混合在一起的电子供体材料和电子受体材料。
在本说明书的一个实施方案中，电子供体可以为p型有机材料层，电子受体可以为n型有机材料层。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物为无规聚合物。此外，无规聚合物具有增强的溶解性，这在装置制造过程中在时间和成本方面是经济有效的。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物的端基为杂环基或芳基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物的端基为4-(三氟甲基)苯基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物的端基为溴噻吩基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物的端基为三氟苯基。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物的端基可以未经封端。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物优选具有5,000g/mol至1,000,000g/mol的数均分子量。数均分子量优选为100,000g/mol或更小，以便具有一定水平或更高的溶解度，这在使用溶液涂覆法中是有利的。
在本说明书的一个实施方案中，聚合物可以具有1至10的分子量分布。优选地，聚合物具有1至3的分子量分布。当分子量分布减小并且数均分子量增加时，获得了有利的电特性和机械特性。
在本说明书的一个实施方案中，分子量分布意指将重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)，即重均分子量(Mw)/数均分子量(Mn)的数，并且重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用氯苯作为溶剂来测量。
聚合物可以通过使用氯苯作为溶剂将各单元的单体与Pd2(dba)3和P(邻甲苯基)3一起引入并使用微波反应器使所得物聚合来制备。
根据本说明书的聚合物可以使用多步化学反应来制备。在通过烷基化反应、Grignard反应、Suzuki偶联反应、Stille偶联反应等制备单体之后，可以通过碳-碳偶联反应如Stille偶联反应来制备最终的聚合物。当待引入的取代基为硼酸或硼酸酯化合物时，可以使用Suzuki偶联反应，而当待引入的取代基为三丁基锡或三甲基锡化合物时，可以使用Stille偶联反应，然而，方法不限于此。
图1是示出了根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池的图，其具有其中电子传输层102、光活性层103、空穴传输层104和第二电极105相继层合在第一电极101上的结构，然而，本说明书的有机太阳能电池的结构不限于此。
在本说明书的一个实施方案中，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。
在本说明书的一个实施方案中，第一电极是阳极，第二电极是阴极。在另一个实施方案中，第一电极是阴极，第二电极是阳极。
在另一个实施方案中，有机太阳能电池可以具有其中阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极按连续顺序布置的结构，或者可以具有其中阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极按连续顺序布置的结构，然而，结构不限于此。
在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。在正常结构中，基底、第一电极、空穴传输层、包括光活性层的有机材料层、电子传输层和第二电极可以按此顺序层合。
在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。在倒置结构中，基底、第一电极、电子传输层、包括光活性层的有机材料层、空穴传输层和第二电极可以按此顺序层合。
在本说明书的一个实施方案中，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。根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池可以具有一层、两层或更多层光活性层。
根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池可以具有一层、两层或更多层光活性层。
在另一个实施方案中，可以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设置缓冲层。本文中，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。
在本说明书的一个实施方案中，基底可以包括具有优异的透明度、表面光滑度、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，并且可以使用通常用于有机太阳能电池中的基底而没有限制。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)、三乙酰纤维素(TAC)等，但不限于此。
第一电极的材料可以包括透明且具有优异的导电性的材料，但不限于此。第一电极材料的实例包括：金属，例如钒、铬、铜、锌或金，或其合金；金属氧化物，例如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(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。
形成第一电极的方法没有特别限制，然而，例如，可以使用溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮涂或凹版印刷的方法。
当在基底上形成第一电极时，可以使所得物经历清洗、除去水分和改性为亲水的过程。
例如，在按连续顺序用清洗剂、丙酮和异丙醇(IPA)对图案化ITO基底进行清洗之后，将ITO基底在加热板上在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，将基底表面改性为亲水的。
通过诸如上述的表面改性，接合表面电势可以保持在适合于光活性层的表面电势的水平。此外，当表面被改性时，可以在第一电极上容易地形成聚合物薄膜，并且薄膜的品质可以得到改善。
第一电极的预处理技术包括a)使用平行板放电的表面氧化法，b)通过在真空下由UV线产生的臭氧使表面氧化的方法，以及c)使用由等离子体产生的氧自由基的氧化法等。
可以根据第一电极或基底的状态来选择上述方法中的一种。然而，不管使用何种方法，通常优选的是，防止第一电极或基底的表面上的氧离开并且尽可能地抑制水分和有机物质残留。在这种情况下，预处理的实际效果可以最大化。
作为一个具体实例，可以使用通过由UV线产生的臭氧使表面氧化的方法。本文中，在超声波清洗之后，可以通过将图案化ITO基底在热板上烘烤来使图案化ITO基底充分干燥，并将图案化ITO基底引入室中，然后可以通过由使用UV灯使氧气与UV光反应而产生的臭氧进行清洗。
然而，本说明书中的图案化ITO基底的表面改性方法没有特别限制，并且可以使用使基底氧化的任何方法。
第二电极可以包括具有小功函数的金属，但不限于此。其具体实例可以包括：金属，例如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅，或其合金；或者多层结构材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al:Li、Al:BaF2和Al:BaF2:Ba，但不限于此。
第二电极可以通过在具有5×10-7托或更小的真空度的热沉积设备内沉积而形成，然而，形成不限于这种方法。
空穴传输层和/或电子传输层材料起到将在光活性层中分离的电子和空穴有效地传输至电极的作用，并且材料没有特别限制。
空穴传输层材料可以包括掺杂有聚(苯乙烯磺酸)的聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDOT:PSS)、钼氧化物(MoOx)、钒氧化物(V2O5)、镍氧化物(NiO)、钨氧化物(WOx)等，但不限于此。
电子传输层材料可以包括浴铜灵(BCP)或电子提取金属氧化物，并且可以具体地包括：浴铜灵(BCP)；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)；氧化锌(ZnO)；碳酸铯(Cs2CO3)等，但不限于此。
在本说明书的一个实施方案中，可以使用真空沉积法或溶液涂覆法作为用于形成光活性层的方法，溶液涂覆法意指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，然后使用诸如旋涂、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂的方法涂覆溶液的方法，然而，方法不限于此。
根据本说明书的一个实施方案的化合物可以使用以下将描述的制备方法来制备。代表性实例描述于以下将描述的制备方法中，然而，必要时，可以添加或去除取代基，并且取代基的位置可以变化。此外，基于本领域已知的技术，原材料、反应材料、反应条件等可以变化。
此外，将参照实施例对本说明书进行详细描述以具体描述本说明书。然而，根据本说明书的实施例可以被修改为各种其他形式，并且本说明书的范围不应解释为限于以下描述的实施例。提供本说明书的实施例以向本领域普通技术人员更充分地描述本说明书。
<制备例：聚合物1至8的合成>
制备例1.聚合物1的合成
(1)化学式K的合成
将甲苯引入到两种原材料中，并且在向其中添加0.05当量的四(三苯基膦)钯(0)(Pd(PPh3)4)之后，将所得物在80℃下搅拌15小时，反应溶液逐渐变成黑色。对其进行后处理，用硫酸镁干燥，并重结晶以获得化学式K(白色粉末，4.3g)。
合成的化学式K的NMR波谱示于图2中。
(2)化学式K-1的合成
将制备的化学式K溶解在四氢呋喃(THF)中，并且在将温度降至-78℃之后，向其中添加2.1当量的正丁基锂(n-BuLi)，并将所得物搅拌30分钟。之后，在将所得物在室温下进一步搅拌1小时时，溶液变成黄色。将温度再次降至-78℃，并且在向其中添加2.1当量的三甲基氯化锡之后，在将温度缓慢升至室温的同时将所得物搅拌12小时。在12小时之后，溶液变为黄赭色，将所得物后处理然后重结晶，以获得有光泽的片状黄色固体形式的化学式K-1。
合成的化学式K-1的NMR波谱示于图3中。
(3)化学式L的合成
基于JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A:POLYMER CHEMISTRY 2011,49,4387-4397 4389合成化学式L的化合物。
(4)化学式M的合成
在将10.0g 2-(2-乙基己基)-3-氟噻吩添加并溶解在5500mL四氢呋喃(THF)中之后，将温度降至-78℃。在该温度下，向其中缓慢添加24.0mL溶解在己烷中的2.5M正丁基锂(n-BuLi)，并将所得物搅拌30分钟。之后，将温度升至0℃，将所得物在该温度下搅拌1小时，并且在向其中一次性引入3.3g 4,8-脱氢苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-4,8-二酮之后，将所得物在50℃下搅拌3小时。在将该溶液冷却至室温之后，向其中引入氯化锡(II)二水合物(26g)和1M HCl(56ml)，并将所得物进一步搅拌3小时。向该溶液中倒入冰，将所得物用乙醚萃取两次，用水洗涤两次，并使用硫酸镁(MgSO4)除去残留的水。将剩余的溶液抽真空以除去溶剂，并通过二氧化硅柱，获得黄色致密液体形式的化学式M。(产率：40％)
(5)化学式M-1的合成
在将3g化学式M的化合物添加并溶解在100mL四氢呋喃(THF)中之后，将温度降至0℃。在该温度下，向其中缓慢添加2.1当量的溶解在己烷中的1.6M正丁基锂(n-BuLi)，并将所得物在室温下搅拌1小时。向该溶液中一次性引入3当量的溶解在THF中的1M三甲基氯化锡，并将所得物搅拌2小时。向该溶液中倒入水，将所得物用乙醚萃取两次，用水洗涤两次，并使用硫酸镁(MgSO4)除去残留的水。将剩余的溶液抽真空以除去溶剂，并用乙醇重结晶以获得浅黄色晶体形式的化学式M-1。(产率：60％)
(6)聚合物1的合成
使用氯苯作为溶剂将以上合成的化学式K-1、L和M-1的单体与Pd2(dba)3和P(邻甲苯基)3一起引入，并使用微波反应器聚合以制备以下聚合物1。在通过凝胶渗透色谱法(GPC)分析制备的聚合物1时，数均分子量(Mn)为59,800g/mol，重均分子量(Mw)为70,330g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.3和3.45，UV边缘为670nm。
[聚合物1]
制备例2.聚合物2的合成
以与制备例1中相同的方式制备聚合物2，不同之处在于使用以下化合物作为制备例1的(4)中的反应物。在通过GPC分析制备的聚合物2时，数均分子量(Mn)为49,200g/mol，重均分子量(Mw)为65,980g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.31和3.46，UV边缘为671nm。
[聚合物2]
制备例3.聚合物3的合成
以与制备例2中相同的方式制备聚合物3，不同之处在于使用C8H17Br代替制备例2的(3)中的C12H25Br。在通过GPC分析制备的聚合物3时，数均分子量(Mn)为54,670g/mol，重均分子量(Mw)为68,990g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.31和3.46，UV边缘为670nm。
[聚合物3]
制备例4.聚合物4的合成
以与制备例1中相同的方式制备聚合物4，不同之处在于使用代替制备例1的(3)中的C12H25Br，并且使用以下化合物作为制备例1的(4)中的反应物。在通过GPC分析制备的聚合物4时，数均分子量(Mn)为59,800g/mol，重均分子量(Mw)为70,330g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.3和3.45，UV边缘为670nm。
[聚合物4]
制备例5.聚合物5的合成
以与制备例1中相同的方式制备聚合物5，不同之处在于使用代替制备例1的(3)中的C12H25Br。在通过GPC分析制备的聚合物5时，数均分子量(Mn)为46,240g/mol，重均分子量(Mw)为62,380g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.32和3.46，UV边缘为667nm。
[聚合物5]
制备例6.聚合物6的合成
(1)化学式N的合成
基于Polymer Bulletin,2017,第74卷,第7期,第2755至2766页合成化学式N的化合物。
以与制备例1中相同的方式制备聚合物6，不同之处在于使用化学式N代替化学式L。在通过GPC分析制备的聚合物6时，数均分子量(Mn)为38,290g/mol，重均分子量(Mw)为55,240g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.3和3.45，UV边缘为670nm。
[聚合物6]
制备例7.聚合物7的合成
基于J.Am.Chem.Soc.2011,133,第4625至4631页合成化学式M的化合物。
以与制备例1中相同的方式制备聚合物7，不同之处在于使用化学式M代替化学式L。在通过GPC分析制备的聚合物7时，数均分子量(Mn)为35,960g/mol，重均分子量(Mw)为44,510g/mol，HOMO和LUMO能级分别为5.29和3.42，UV边缘为663nm。
[聚合物7]
制备例8.聚合物8的合成
使用代替制备例1中的来制备以下聚合物8。在通过GPC分析制备的聚合物8时，数均分子量(Mn)为28,850g/mol，重均分子量(Mw)为51,350g/mol，PDI为1.78，HOMO和LUMO能级分别为5.31和3.46，UV边缘为672nm。
<实施例：有机太阳能电池的制造>
实施例1
(1)复合溶液的制备
将聚合物1和化学式A-1(Solarmer Materials Inc.)以1:2的质量比溶解在氯苯(CB，2mL)中以制备具有2.0重量％的浓度的复合溶液。
[化学式A-1]
(2)有机太阳能电池的制造
在基底上形成ITO作为第一电极，使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对ITO基底进行超声波清洗，并对ITO表面进行臭氧处理10分钟。
在ITO上，旋涂ZnO以形成电子传输层(厚度40nm)。然后将聚合物1和化学式A-1的复合溶液旋涂在电子传输层上以形成光活性层(厚度100nm)，并通过沉积MoO3至10nm的厚度来在光活性层上形成空穴传输层。最后，为了形成第二电极，使用热蒸发器在3×10-8托的真空下沉积Ag至100nm的厚度，并制造有机太阳能电池。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物2代替聚合物1。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物3代替聚合物1。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物4代替聚合物1。
实施例5
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物5代替聚合物1。
实施例6
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物6代替聚合物1。
实施例7
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物7代替聚合物1。
实施例8
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用以下化学式A-6(Solarmer Materials Inc.)代替化学式A-1。
[化学式A-6]
实施例9
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用聚合物8代替聚合物1。
比较例1
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用以下比较聚合物1代替聚合物1。
[比较聚合物1]
比较例2
以与实施例8中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用以下比较聚合物1代替实施例8中的聚合物1。
比较例3
以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于使用PC71BM代替化学式A-1。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实施例和比较例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中。
[表1]
在表1中，VOC意指开路电压，Jsc意指短路电流，FF意指填充因子，η意指能量转换效率。开路电压和短路电流分别是电压-电流密度曲线的四个象限中的x轴和y轴截距，并且随着这两个值的增加，太阳能电池效率优选地提高。此外，填充因子是将可以在该曲线内绘出的矩形面积除以短路电流与开路电压的乘积的值。当将开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)的乘积除以入射光的强度(Pin)时，可以获得能量转换效率(η)，并且当该值较高时是优选的。
在表1中，当比较以相同的方式使用化学式A-1作为电子受体材料的实施例1至7和比较例1时，确定实施例1至7具有更高的开路电压，并且还具有优异的能量转换效率。
此外，当比较以相同的方式使用化学式A-6作为电子受体材料的实施例8和9以及比较例2时，确定实施例8和9具有更高的开路电压，并且还具有优异的能量转换效率。
换言之，当使用根据本说明书的一个实施方案的聚合物作为电子供体材料时，证明了与现有的其他电子供体材料相比，非富勒烯类电子受体的效率是优异的。
此外，通过比较实施例1和比较例3的结果，可以看出，与使用富勒烯类化合物如PC71BM作为电子受体时相比，当使用非富勒烯类化合物作为电子受体时，根据本说明书的一个实施方案的聚合物的性能优异得多。
Claims (16)
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；和
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X6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；
A1至A4彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；
Cy1至Cy3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基；
Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为O或S；
R、R’、R”和R1至R8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；或者经取代或未经取代的杂环基；以及
R11和R12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；或者经取代或未经取代的烷基硫基。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中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，
R1、R2、R11、R12、X1、X2、A1和A2具有与化学式1中相同的限定；以及
X7和X8彼此相同或不同，并且各自独立地为NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se或Te。
3.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述第一单元由以下化学式1-2表示：
[化学式1-2]
在化学式1-2中，
R11、R12、A1和A2具有与化学式1中相同的限定。
4.根据权利要求1所述的聚合物，其中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，
R3至R6、A3和A4具有与化学式2中相同的限定。
5.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，
R7、R8、Q1和Q2具有与化学式3和4中相同的限定；
X9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”；以及
R、R’、R”、R9、R10和R19彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；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烷基硫基；经取代或未经取代的芳氧基；经取代或未经取代的芳基硫基；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5所述的聚合物，其中所述第三单元由以下化学式3-4至3-9中的任一者表示：
[化学式3-4]
[化学式3-5]
[化学式3-6]
[化学式3-7]
[化学式3-8]
[化学式3-9]
在化学式3-4至3-9中，
R7至R10和R19具有与化学式3-1至3-3中相同的限定。
7.根据权利要求1所述的聚合物，包含由以下化学式5表示的单元：
[化学式5]
在化学式5中，
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数；
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数；
l+m＝1；
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；
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作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
8.根据权利要求7所述的聚合物，包含由以下化学式5-1或5-2表示的单元：
[化学式5-1]
[化学式5-2]
在化学式5-1和5-2中，
X1至X6、A1至A4、Cy1至Cy3、Q1、Q2、R、R’、R”、R1至R8、R11和R12具有与化学式1至4中相同的限定；
l、m和n具有与化学式5中相同的限定；
X15和X16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；
Cy13为经取代或未经取代的杂环基；
Q11和Q12彼此相同或不同，并且各自独立地为O或S；以及
R17和R18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；或者经取代或未经取代的杂环基。
9.根据权利要求1所述的聚合物，其为以下化学式5-3至5-9中的任一者：
[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]
在化学式5-3至5-9中，
A1、A2、R11和R12具有与化学式1中相同的限定，
R107和R108彼此相同或不同，并且各自为氢；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基、或卤素基团，以及R109、R110和R119彼此相同或不同，并且各自为氢；或者经取代或未经取代的烷基；
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数；
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数；
l+m＝1；以及
n作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
10.根据权利要求1所述的聚合物，其为以下化学式6-1至6-30中的任一者：
[化学式6-1]
[化学式6-2]
[化学式6-3]
[化学式6-4]
[化学式6-5]
[化学式6-6]
[化学式6-7]
[化学式6-8]
[化学式6-9]
[化学式6-10]
[化学式6-11]
[化学式6-12]
[化学式6-13]
[化学式6-14]
[化学式6-15]
[化学式6-16]
[化学式6-17]
[化学式6-18]
[化学式6-19]
[化学式6-20]
[化学式6-21]
[化学式6-22]
[化学式6-23]
[化学式6-24]
[化学式6-25]
[化学式6-26]
[化学式6-27]
[化学式6-28]
[化学式6-29]
[化学式6-30]
在化学式6-1至6-30中，
l作为摩尔分数，为0<l<1的实数；
m作为摩尔分数，为0<m<1的实数；
l+m＝1；以及
n作为单元的重复数，为1至10,000的整数。
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
设置在所述第一电极与所述第二电极之间的一个或更多个有机材料层，并且所述有机材料层包括光活性层，
其中所述光活性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电子供体和电子受体，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，其中所述电子受体包含非富勒烯类化合物。
14.根据权利要求13所述的有机太阳能电池，其中所述非富勒烯类化合物由以下化学式A表示：
[化学式A]
在化学式A中，
Ra至Rf彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或者经取代或未经取代的烷基；
La至Ld彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的亚芳基；或者经取代或未经取代的二价杂环基；
Ma和Mb彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；或者经取代或未经取代的烷基；
p和q彼此相同或不同，并且各自独立地为0至2的整数；以及
当p或q为2时，括号中的结构彼此相同。
15.根据权利要求12所述的有机太阳能电池，其中所述电子受体为以下化学式A-1至A-6中的任一者：
[化学式A-1]
[化学式A-2]
[化学式A-3]
[化学式A-4]
[化学式A-5]
[化学式A-6]
16.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的质量比为2:1至1:5。
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