CN113061235A - 共聚物与有机光伏元件 - Google Patents
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Abstract
一种作为电子供体材料的共聚物与包含该共聚物的有机光伏元件，该共聚物包含化学式(I)所示的重复单元。该共聚物于紫外‑可见光区有宽的吸收波长分布及高的吸收度，因此该共聚物可作为具有宽能隙的电子供体材料，使此共聚物具有优良的光电转换特性。
Description
技术领域
本发明是有关于一种能作为电子供体材料的共聚物及包含该共聚物的有机光伏元件，特别是指一种主链中包含喹喔啉(quinoxaline)衍生物基团的共聚物及包含该共聚物的有机光伏元件。
背景技术
随着时代演进，能源资源如煤炭、石油、天然气与核能的消耗量日益渐增，能源危机也相对浮现出来，因此发展了太阳能发电。太阳能发电是一种可再生的环保发电方式且可降低环境污染的环保发电方式。第一代太阳能电池以硅晶(silicon based)太阳能电池为大宗，其具有高光电转换率。第二代太阳能电池为薄膜型(thin-film)的碲化镉(CdTe)太阳能电池，但其原料的毒性与制作过程对于环境有较大的污染。于是，第三代有机太阳能电池随之蕴育而生，其包含染料敏化电池(dye-sensitized solar cell,DSSC)、纳米结晶电池或有机光伏元件(organic photovoltaic,OPV)。与需利用真空制程镀膜制作的无机材料相比，有机光伏元件可使用浸涂、旋转涂布、狭缝式涂布、网版印刷、喷墨印刷等方式制作，因此更容易实现低成本及大规模生产的经济效益。其中，新一代的有机光伏元件于制作时即是以电子受体材料搭配电子供体材料(共聚物)做为主动层(光吸收层)的材料。新一代的有机光伏元件具有几项优点：(1)质量轻，且制作成本低；(2)具有可挠性；(3)器件结构可设计性强；(4)适用于液相制程，可大面积湿式涂布。
虽然有机光伏元件具有诸多优点，但是目前在电子受体材料上的发展大多是以富勒烯衍生物(例如PC60BM与PC70BM)为主，然而富勒烯衍生物本身存在着以下缺点：在光照下易二聚、加热时易结晶、可见光区吸收弱、结构修饰与提纯较不易、价格昂贵等。因此近年来各界积极开发非富勒烯的电子受体材料以求更高性能表现，但因非富勒烯的电子受体材料为窄能隙材料，因此与其搭配的电子供体材料就需要具有宽能隙特性。
因此，开发具有宽能隙的电子供体材料(共聚物)，使其能与非富勒烯的电子受体材料搭配而能作为有机光伏元件的主动层，进而有效提升有机光伏元件的能量转换效率(PCE)，成为目前致力研究的目标。
发明内容
鉴于现有有机光伏元件所具有的问题，本发明提供一种能作为电子供体材料的共聚物，其能与非富勒烯的电子受体材料搭配而能作为有机光伏元件的主动层。由于本发明共聚物于紫外-可见光区具有宽的吸收波长分布及高的吸收度，因此该共聚物能作为具有宽能隙的电子供体材料，所以能提高于可见光区的吸收，以改善与非富勒烯的电子受体材料的能阶的匹配性，进而使有机光伏元件能拥有优良的光电转换特性及具有良好的能量转换效率(PCE)。
因此，本发明的第一目的，即在提供一种共聚物。
于是，本发明的共聚物，包含下列化学式(I)所示的结构：
[化学式(I)]
其中，
W为
Y为
W与Y彼此不相同；
a、b表示共聚比，a与b皆为摩尔分率的实数，且0<a<1，0<b<1，并a与b的和为1；
p、p′、q与q′分别为0、1或2；
A1为
A2为
R1与R2分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基或杂芳基；
G1与L1分别为H、Cl或F；
R0为-NR13-、亚芳基或亚杂芳基；
G2与L2分别为H、F或Cl；
X为O、S、Se或-NR13-；
Y为O、S、Se、-NR13-或
Ar1与Ar4分别为
R3与R4分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基、杂芳基或-Si(R14)3；
R5至R8与R14分别为未经取代或经至少一R9取代的C4～C30直链、支链或环状烷基、未经取代或经至少一R9取代的C4～C30烯基、或未经取代或经至少一R9取代的C4～C30炔基；
R9为卤素、-CN或-SiR10R11R12；
R10至R12分别为C1～C30烷基；
R13为C1～C30烷基、芳基或杂芳基；及
Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为亚芳基(arylene)或亚杂芳基(heteroarylene)。
因此，本发明的第二目的，即在提供一种有机光伏元件。
于是，本发明有机光伏元件，包含前述的共聚物。
本发明的功效在于：由于本发明能做为电子供体材料的共聚物是在主链中包含弱吸电子基团[A1与A2]及供电子基团[Ar1与Ar4]，因此以本发明共聚物作为电子供体材料时，藉由主链上的弱吸电子基团与供电子基团的搭配而能将吸收光谱和材料能阶控制在宽能隙的范围中。此外，本发明作为电子供体材料的共聚物与非富勒烯的电子受体材料搭配时，能够拥有优良的光电转换特性。换言之，以本发明共聚物作为电子供体材料时，能有效提升有机光伏元件的能量转换效率。
以下将就本发明内容进行详细说明：
[共聚物]
本发明共聚物包含下列化学式(I)所示的重复单元：
[化学式(I)]
W为
Y为
W与Y彼此不相同。
a、b表示共聚比，a与b皆为表示摩尔分率的实数，且0<a<1，0<b<1，并a与b的和为1。较佳地，0.1≤a≤0.8，0.2≤b≤0.9，并a与b的和为1。
p、p′、q与q′分别为0、1或2。较佳地，p、p′、q与q′分别为1。
A1为
较佳地，A1为
A2为
R1与R2分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基或杂芳基。
G1与L1分别为H、Cl或F。
R0为-NR13-、亚芳基或亚杂芳基。较佳地，R0为-NR13-、经取代或未经取代的二价苯基、经取代或未经取代的二价噻吩基(thiophene)、或经取代或未经取代的二价吡嗪基(pyrazine)。更佳地，R0为经C5～C11烷基取代的二价噻吩基。
G2与L2分别为H、F或Cl。较佳地，G2与L2分别为H或Cl。
X为O、S、Se或-NR13-。较佳地，X为S。
Y为O、S、Se、-NR13-或
Ar1与Ar4分别为
较佳地，Ar1与Ar4分别为
R3与R4分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基、杂芳基或-Si(R14)3。
较佳地，R1至R4中的杂芳基为
且n1为1、2、3、4或5；及R15至R17分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8或-Si(R14)3。更佳地，n1为1；及R15至R17分别为H、F或R5。
较佳地，R1至R4中的芳基为
且n2为1、2、3、4或5；及R18为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8或-Si(R14)3。
Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为亚芳基或亚杂芳基。较佳地，Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为
且n3与n4分别为1、2或3；及R23至R26分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基或杂芳基。更佳地，Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为
R5至R8与R14分别为未经取代或经至少一R9取代的C4～C30直链、支链或环状烷基、未经取代或经至少一R9取代的C4～C30烯基、或未经取代或经至少一R9取代的C4～C30炔基。R9为卤素、-CN或-SiR10R11R12。R10至R12各自为C1～C30烷基。较佳地，R5为未经取代的C4～C30支链烷基。更佳地，R5为未经取代的C4～C12支链烷基。
R13为C1～C30烷基、芳基或杂芳基。
[有机光伏电池]
本发明有机光伏元件包含前述的共聚物。
较佳地，该有机光伏元件包括一基板、一积层于该基板上方的第一电极、一积层于该第一电极上方的电子传输层、一积层于该电子传输层上方的主动层、一积层于该主动层上方的空穴传输层，及一积层于该空穴传输层上方的第二电极，且该主动层包含该共聚物。
较佳地，该有机光伏元件包括一基板、一积层于该基板上方的第一电极、一积层于该第一电极上方的空穴传输层、一积层于该空穴传输层上方的主动层、一积层于该主动层上方的电子传输层，及一积层于该电子传输层上方的第二电极，且该主动层包含该共聚物。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，
其中：
图1是一光谱图，说明共聚物1～6于溶液中的紫外-可见光吸收光谱；
图2是一光谱图，说明共聚物1～6于固态成膜的紫外-可见光吸收光谱；
图3是一剖面示意图，说明本发明有机光伏元件的第一种结构；
图4是一剖面示意图，说明本发明有机光伏元件的第二种结构；及
图5分别是一曲线图，说明应用例1～6的有机光伏元件的电压-电流密度。
其中，附图标记说明如下：
70 基板
80 第一电极
90 有机半导体层
91 电子传输层
92 主动层
93 空穴传输层
100 第二电极
具体实施方式
<制备例1>
制备化合物8
化合物8是依据下列方法所制得。
化合物2的制备方法：
在氮气下，先将化合物1(10mmol)和氢硼化钠(NaBH4)(25mmol)入料于250mL反应瓶中，再加入100mL的无水乙醇(EtOH)，并加热至78℃搅拌1小时。接着，加入水并用二氯甲烷萃取及用无水硫酸镁干燥后，过滤去除固体。最后，滤液经浓缩去除溶剂后，得到深咖啡色固体的化合物2。
化合物4的制备方法：
在氮气下，先将化合物3(12mmol)入料于250mL反应瓶中，再加入150mL的无水四氢呋喃(THF)并降温至0℃。接着，先逐滴加入2.5M的正丁基锂(n-BuLi)的正己烷溶液(12mmol)并维持0℃1小时，再逐滴加入3-(溴甲基)庚烷[3-(bromomethyl)heptane](10mmol)。待回至室温(约25℃)后搅拌3小时。最后，加入水并用正庚烷萃取及用无水硫酸镁干燥后，过滤去除固体。最后，滤液先经浓缩去除溶剂，再以硅胶管柱层析(正庚烷)进行纯化后，得到淡黄色液体的化合物4。
化合物5的制备方法：
在氮气下，先将化合物4(21mmol)和三氯化铝(AlCl3)(21mmol)入料于250mL反应瓶中。接着，先加入100mL的无水二氯甲烷(DCM)，再逐滴加入草酰氯[(COCl)2](10mmol)后，搅拌1小时。最后，加入水并用二氯甲烷萃取及用无水硫酸镁干燥。过滤去除固体后，滤液浓缩去除溶剂，再以硅胶管柱层析(正庚烷/二氯甲烷)进行纯化得后，到黄色固体的化合物5。
化合物6的制备方法：
在氮气下，将化合物2(11.5mmol)和化合物5(10mmol)入料于250mL反应瓶中。接着，先加入100mL的无水醋酸(AcOH)并加热至90℃1小时。最后，先浓缩去除溶剂，再以硅胶管柱层析(正庚烷/二氯甲烷)进行纯化后，得到黄色固体的化合物6。
化合物7的制备方法：
在氮气下，先将化合物6(10mmol)、2-三丁基锡烷基噻吩(21mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.3mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](1.2mol)入料于250mL反应瓶中。接着，加入150mL的无水甲苯(PhMe)，并在110℃下搅拌2小时。最后，先浓缩去除溶剂，再以硅胶管柱层析(正庚烷/二氯甲烷)进行纯化后，得到橘色固体的化合物7。
化合物8的制备方法：
在氮气下，将化合物7(10mmol)与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)(21mmol)入料于250mL反应瓶中。接着，加入100mL的无水四氢呋喃(THF)，并在室温(约25℃)下搅拌6小时。最后，先浓缩去除溶剂，再以硅胶管柱层析(正庚烷/二氯甲烷)进行纯化后，得到红色固体的化合物8。
<制备例2>
制备化合物13
化合物13是依据下列方法所制得。
化合物11的制备方法：
在氮气下，先将化合物9(1mmol)入料于100mL反应瓶中，再加入15mL的无水甲苯(PhMe)和0.3mL的无水二甲基酰胺(DMF)后，逐滴加入1.5mL的乙二酰氯(COCl)2，并在66℃下搅拌2小时。接着，先抽去所有溶剂，加入三氯化铝(AlCl3)(1.5mmol)后，再加入20mL的无水二氯甲烷(DCM)。接着，逐滴加入化合物10(1mmol)，并搅拌1小时后，将反应倒入冰中。最后，用二氯甲烷(DCM)进行萃取三次。有机层先加入硫酸镁除水，经浓缩后，再以甲苯和甲醇进行重结晶，得到淡黄色固体的化合物11。
化合物12的制备方法：
在氮气下，将化合物11(1mmol)、2-三丁基锡烷基噻吩(2.1mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.03mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](0.12mol)入料于100mL反应瓶中。接着，加入15mL的无水甲苯(PhMe)，在110℃下搅拌2小时，浓缩去除溶剂。最后，以甲苯和甲醇进行重结晶得到黄色固体的化合物12。
化合物13的制备方法：
在氮气下，先将化合物12(1mmol)与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)(2.1mmol)入料于100mL反应瓶中，再加入15mL的无水四氢呋喃(THF)，并在室温下(约25℃)搅拌6小时。接着，加入甲醇析出固体。最后，过滤并用甲醇冲洗后，得到深黄色固体的化合物13。
<实施例1>
制备共聚物1
共聚物1包含如下列所示的重复单元。
共聚物1是依据下列方法所制得。
共聚物1的制备方法：
在氮气下，将化合物14(0.50mmol)、化合物13(0.50mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.08mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](0.02mol)入料于100mL反应瓶中。接着，加入35mL的无水氯苯(PhCl)，并在130℃下搅拌4小时。待反应冷却至室温(约25℃)后，将反应瓶的内容物倒至甲醇中析出固体。过滤收集沉淀物，并将该固体依序以甲醇、丙酮和氯仿进行索氏(Soxhlet)萃取。最后，将氯仿残液倒至甲醇中再沉淀，再过滤收集沉淀物并经真空干燥后，得到共聚物1。
<实施例2>
制备共聚物2～4
共聚物2～4分别包含如下列所示的重复单元。
特别说明的是，共聚物2～4中的a与b分别表示为不同摩尔分率。共聚物2～4中的a与b数值分别整理于下表1中。
表1
| 共聚物 | a | b |
| 2 | 0.8 | 0.2 |
| 3 | 0.5 | 0.5 |
| 4 | 0.2 | 0.8 |
共聚物2～4是依据下列方法所制得。其中，a与b分别如上表1所示。
共聚物2～4的制备方法：
在氮气下，将化合物8(1mmol)、化合物10(1mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.12mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](0.03mol)入料于100mL反应瓶中。接着，加入35mL的无水氯苯(PhCl)，并在130℃下搅拌1小时。待反应冷却至室温(约25℃)后，将反应瓶的内容物倒至甲醇中析出固体。过滤收集沉淀物，并将该固体依序以甲醇、丙酮和氯仿进行索氏(Soxhlet)萃取。最后，先将氯仿残液倒至甲醇中再沉淀，再过滤收集沉淀物后，经真空干燥得到共聚物2～4。
<实施例3>
制备共聚物5
共聚物5包含如下列所示的重复单元。
共聚物5是依据下列方法所制得。
共聚物5的制备方法：
在氮气下，将化合物14(0.50mmol)、化合物8(0.50mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.08mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](0.02mol)入料于100mL反应瓶中。接着，加入35mL的无水氯苯(PhCl)，并在130℃下搅拌4小时。待反应冷却至室温(约25℃)后，将反应瓶的内容物倒至甲醇中析出固体。过滤收集沉淀物，并将该固体依序以甲醇、丙酮和氯仿进行索氏(Soxhlet)萃取。最后，先将氯仿残液倒至甲醇中再沉淀，再过滤收集沉淀物，经真空干燥后，得到共聚物5。
<实施例4>
制备共聚物6
共聚物5包含如下列所示的重复单元。
共聚物6是依据下列方法所制得。
化合物16的制备方法：
先将化合物15(5.0g,15.2mmol)、2-三丁基锡烷基噻吩3(5.7g,15.2mmol)与三(2-呋喃基)膦(463mg,1.5mmol)及Pd2(dba)3(348mg,0.4mmol)加入至圆底瓶中，随后加入50mL的甲苯，并在氮气与55℃下搅拌3小时。待冷却后，先使用回旋浓缩机移除甲苯，再以硅胶管柱层析(石油醚/二氯甲烷)进行纯化。最后，经真空干燥后，得到橘色固体化合物16。
化合物17的制备方法：
先将化合物16(2.0g,3.4mmol)加入至100mL的圆底瓶当中，再加入10mL的四氢呋喃和NBS(1.3g,7.0mmol)后，加热至45℃并搅拌1小时。待反应结束后，先使用回旋浓缩机移除溶剂，再以硅胶管柱层析(石油醚/二氯甲烷)进行纯化。最后，经真空干燥后，得到红色固体化合物17。
共聚物6的制备方法：
在氮气下，将化合物14(0.50mmol)、化合物8(0.90mmol)、化合物17(0.10mmol)、三(2-呋喃基)膦[(o-toly)3P](0.08mol)与三(二亚苄基丙酮)二钯[Pd2(dba)3](0.02mol)入料于100mL反应瓶中。接着，加入35mL的无水氯苯(PhCl)，并在130℃下搅拌4小时。待反应冷却至室温(约25℃)后，将反应瓶的内容物倒至甲醇中析出固体。过滤收集沉淀物，并将该固体依序以甲醇、丙酮和氯仿进行索氏(Soxhlet)萃取。最后，先将氯仿残液倒至甲醇中再沉淀，接着过滤收集沉淀物，再经真空干燥后，得到共聚物6。
<紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱>
先说明的是，图1是分别将共聚物1～6溶解于氯仿中后以仪器所测得的紫外-可见光吸收光谱；图2是分别将共聚物1～6溶解于氯仿中后，涂布于透明玻璃载片并干燥形成固态成膜后，以仪器所测得的紫外-可见光吸收光谱。
参阅图1及图2光谱图，前述共聚物1～6于紫外-可见光区有宽的吸收波长分布以及高的吸收度，因此前述共聚物可以做为宽能隙的电子供体材料。
<有机光电元件结构>
本发明的有机光电元件包含但不限于有机发光二极体(organic light-emittingdiodes)、有机薄膜电晶体(organic thin film transistor)、有机光伏元件(OPV)和有机光侦测器((organic photodetectors,OPD)，本发明系以有机光伏元件(OPV)为举例。
图3为本发明所使用有机光伏元件的第一种结构的剖面图。该有机光伏元件包含一基板70、一积层于该基板70上方的第一电极80、一积层于该第一电极80上方的有机半导体层90、一积层于该有机半导体层90上方的第二电极100。其中，该有机半导体层90包括一积层于该第一电极80上方的电子传输层91、一积层于该电子传输层91上方的主动层92及一积层于该主动层92上方的空穴传输层93。因此，该第二电极100是积层于该空穴传输层93的上方。
图4为本发明所使用有机光伏元件的第二种结构的剖面图。该有机光伏元件包含一基板70、一积层于该基板70上方的第一电极80、一积层于该第一电极80上方的有机半导体层90、一积层于该有机半导体层90上方的第二电极100。其中，该有机半导体层90包括一积层于该第一电极80上方的空穴传输层93、一积层于该空穴传输层93上方的主动层92及一积层于该主动层92上方的电子传输层91。因此，该第二电极100是积层于该电子传输层91的上方。
为方便说明及理解，以下是以图3的有机光伏元件的结构做为应用例的实施方式。
<应用例1～6>
制备有机光伏元件(OPV)
依据下表2所列的主动层材料(共聚物与电子受体材料)，以及下列方法制备应用例1～6的有机光伏元件。
表2
制备有机光伏元件之前，将已图样化的ITO玻璃基板(12Ω/□)于超音波震荡槽中依序使用清洁剂、去离子水、丙酮及异丙醇分别清洗10分钟。ITO玻璃基板经过超音波震荡清洗后，于紫外光臭氧(UV-ozone)清洁机中进行表面处理30分钟。其中，玻璃基板即为前述的该基板70，ITO即为前述的该第一电极80，于图3的结构中也就是阳极。
将醋酸锌[Zn(OAc)2]溶液旋转涂布于ITO玻璃基板上，在170℃下烘烤30分钟以形成ZnO层(氧化锌层)，即为前述的该电子传输层91。
依照表2中的应用例1～6所列的共聚物做为电子供体材料，并与非富勒烯的电子受体材料(化合物18)及富勒烯的电子受体材料(化合物19)以重量比为1:1.2:0.2的比例混和后，以氯苯为溶剂调制成主动层溶液。接着，将主动层溶液旋转涂布于前述ZnO层(电子传输层91)上，并于氮气及120℃下烘烤10分钟，用以于ZnO层(电子传输层91)上形成前述的主动层92。其中，化合物18或化合物19的结构如下列所示。
接着，送入真空腔体内，加热沉积三氧化钼(MoO3)金属氧化物(约4nm)，使其于该主动层92上形成前述的空穴传输层93。
最后，加热沉积Ag金属(约100nm)作为前述的第二电极100，于图3的结构中也就是阴极。
<有机光伏元件的电性分析>
有机光伏元件的量测区域经由金属遮罩定义为0.04cm2。Keithley 2400作为电源供应器，以Lab-View程式控制，在照度100mW/cm2的AM1.5G模拟太阳光(SAN-EI XES-40S3)的照射下量测元件的电性，并以电脑程式记录，应用例1～6的有机光伏元件所得到电压-电流曲线分别如图5所示。
<有机光伏元件的能量转换效率(PCE)分析>
表3
于表3中，Voc表示开路电压(open voltage)、Jsc表示短路电流(short-circuitcurrent)、FF表示填充因子(fill factor)及PCE表示能量转换效率(energy conversionefficiency)。开路电压及短路电流系各为电压-电流密度曲线于X-轴及Y-轴的截距，当此两值增加时，系较佳地增进有机光伏元件的效率。此外，填充因数为将曲线内可绘出的面积除以短路电流与开路电压的乘积的值。当开路电压、短路电流及填充因子等三值除以所照射的光时，可得到能量转换效率，且能量转换效率以较高值为佳。由表3的结果可以发现，共聚物本身a与b的比例通常会大幅影响能量转换效率的高低，而应用例1～6的有机光伏元件皆具有良好的能量转换效率(PCE>15％)。又以共聚物4(比例a＝0.2,b＝0.8)所制备有机光伏元件的能量转换效率(PCE＝16.3％)最佳。共聚物6(比例a＝0.1,b＝0.9)透过结构些许微调，也能大幅增益其电流密度，使能量转换效率从共聚物5的15.3％提升至15.8％。
因此，由前述结果可知，共聚物经适当的比例调配能改善与非富勒烯的电子受体材料及富勒烯的电子受体材料间的能阶匹配性。在能阶未大幅度改变的情势下，电压保持不变但能增进电流密度而有效提升有机光伏元件的能量转换效率(PCE)。
惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种共聚物，包含下列化学式(I)所示的重复单元：
[化学式(I)]
其中，
W为
Y为
W与Y彼此不相同；
a、b表示共聚比，a与b皆为摩尔分率的实数，且0<a<1，0<b<1，并a与b的和为1；
p、p′、q与q′分别为0、1或2；
A1为
A2为
R1与R2分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基或杂芳基；
G1与L1分别为H、Cl或F；
R0为-NR13-、亚芳基或亚杂芳基；
G2与L2分别为H、F或Cl；
X为O、S、Se或-NR13-；
Y为O、S、Se、-NR13-或
Ar1与Ar4分别为
R3与R4分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基、杂芳基或-Si(R14)3；
R5至R8与R14分别为未经取代或经至少一R9取代的C4～C30直链、支链或环状烷基、未经取代或经至少一R9取代的C4～C30烯基、或未经取代或经至少一R9取代的C4～C30炔基；
R9为卤素、-CN或-SiR10R11R12；
R10至R12分别为C1～C30烷基；
R13为C1～C30烷基、芳基或杂芳基；及
Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为亚芳基或亚杂芳基。
2.根据权利要求1所述的共聚物，其中，R1至R4中的杂芳基为
n1为1、2、3、4或5；及
R15至R17分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8或-Si(R14)3。
3.根据权利要求1所述的共聚物，其中，R1至R4中的芳基为
n2为1、2、3、4或5；及
R18为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8或-Si(R14)3。
4.根据权利要求1所述的共聚物，其中，Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为
n3与n4分别为1、2或3；及
R23至R26分别为H、F、Cl、R5、-CN、-OR6、-SR7、-C(＝O)OR8、芳基或杂芳基。
5.根据权利要求4所述的共聚物，其中，Ar2、Ar3、Ar5与Ar6分别为
6.根据权利要求1所述的共聚物，其中，Ar1与Ar4分别为
7.根据权利要求1所述的共聚物，其中，R0为-NR13-、经取代或未经取代的二价苯基、经取代或未经取代的二价噻吩基、或经取代或未经取代的二价吡嗪基。
8.一种有机光伏元件，包含权利要求1所述的共聚物。
9.根据权利要求8所述的有机光伏元件，其中，该有机光伏元件包括一基板、一积层于该基板上方的第一电极、一积层于该第一电极上方的电子传输层、一积层于该电子传输层上方的主动层、一积层于该主动层上方的空穴传输层，及一积层于该空穴传输层上方的第二电极，且该主动层包含该共聚物。
10.根据权利要求8所述的有机光伏元件，其中，该有机光伏元件包括一基板、一积层于该基板上方的第一电极、一积层于该第一电极上方的空穴传输层、一积层于该空穴传输层上方的主动层、一积层于该主动层上方的电子传输层，及一积层于该电子传输层上方的第二电极，且该主动层包含该共聚物。
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