JP7043721B2 - 重合体およびこれを含む有機太陽電池 - Google Patents
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Description
本出願は、２０１８年３月９日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０１８－００２８０９２号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本明細書は、重合体およびこれを含む有機太陽電池に関する。
有機太陽電池は、光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）を応用することにより太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる素子である。太陽電池は、薄膜を構成する物質によって、無機太陽電池と有機太陽電池に分けられる。典型的な太陽電池は、無機半導体の結晶性シリコン（Ｓｉ）をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）してｐ－ｎ接合にしたものである。光を吸収して生じる電子と正孔はｐ－ｎ接合点まで拡散し、その電界によって加速されて電極に移動する。この過程の電力変換効率は、外部回路に与えられる電力と太陽電池に入った太陽電力との比で定義され、現在標準化された仮想の太陽照射条件で測定する時、２４％程度まで達成された。しかし、従来の無機太陽電池はすでに経済性と材料上の需給において限界を見せていることから、加工が容易かつ安価であり、多様な機能性を有する有機物半導体太陽電池が長期的な代替エネルギー源として注目されている。
太陽電池は、太陽エネルギーからできるだけ多くの電気エネルギーを出力できるように効率を高めることが重要である。このような太陽電池の効率を高めるためには、半導体の内部でできるだけ多くのエキシトンを生成することも重要であるが、生成された電荷を損失なく外部に引き出すことも重要である。電荷が損失する原因の一つが、生成された電子および正孔が再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）によって消滅することである。生成された電子や正孔が損失なく電極に伝達されるための方法として多様な方法が提示されているが、ほとんど追加の工程が要求され、これによって製造費用が上昇しかねない。
本明細書は、重合体およびこれを含む有機太陽電池を提供する。
本明細書の一実施態様は、下記化学式１で表される第１単位；下記化学式２で表される第２単位；および下記化学式３または４で表される第３単位を含む重合体を提供する。
［化学式１］
［化学式２］
［化学式３］
［化学式４］
前記化学式１～４において、
Ｘ１～Ｘ６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲ"、Ｎ、ＳｉＲ"、Ｐ、またはＧｅＲ"であり、
Ａ１およびＡ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｃｙ１は、置換もしくは非置換のヘテロ環であり、
Ｑ１およびＱ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＯまたはＳであり、
Ｒ、Ｒ'、Ｒ"およびＲ１～Ｒ８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
［化学式１］
Ｘ１～Ｘ６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲ"、Ｎ、ＳｉＲ"、Ｐ、またはＧｅＲ"であり、
Ａ１およびＡ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｃｙ１は、置換もしくは非置換のヘテロ環であり、
Ｑ１およびＱ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＯまたはＳであり、
Ｒ、Ｒ'、Ｒ"およびＲ１～Ｒ８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
また、本明細書のもう一つの実施態様は、第１電極と、前記第１電極に対向して備えられる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられ、光活性層を含む１層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの１層以上は、前述した重合体を含むものである有機太陽電池を提供する。
本明細書の一実施態様に係る重合体は、電気伝導性物質で熱的安定性を有し、優れた溶解度および高い電子移動度を有する。したがって、有機太陽電池に適用する場合に、優れた電気的特性を示すことができる。
また、本明細書の一実施態様に係る重合体は、ＨＯＭＯエネルギー準位が高く、これを含む有機太陽電池を実現する場合に、効率の特性に優れている。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
本明細書において、「単位」とは、重合体の単量体に含まれる繰り返し構造であって、単量体が重合によって重合体内に結合した構造を意味する。
本明細書において、「単位を含む」の意味は、重合体内の主鎖に含まれるという意味である。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
本明細書において、エネルギー準位は、エネルギーの大きさを意味するものである。したがって、真空準位からマイナス（－）方向にエネルギー準位が表示される場合にも、エネルギー準位は、該当エネルギー値の絶対値を意味すると解釈される。例えば、ＨＯＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最高占有分子オービタル（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。また、ＬＵＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最低非占有分子オービタル（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）までの距離を意味する。
本明細書の一実施態様に係る重合体は、前記化学式１で表される第１単位；前記化学式２で表される第２単位；および前記化学式３または４で表される第３単位を含む。
本明細書の一実施態様に係る重合体は、化学式２で表される第２単位を含む。本明細書の一実施態様において、前記Ａ１およびＡ２は、互いにベンゼン環のオルト（ｏｒｔｈｏ）位に置換される。この場合、低い結晶性を示して小さいドメイン（ｄｏｍａｉｎ）を形成する。したがって、これを含む有機太陽電池は、優れた電気的特性を示し、効率に優れている。
前記置換基の例示は以下に説明するが、これに限定されるものではない。
前記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合した水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は、水素原子の置換される位置すなわち、置換基が置換可能な位置であれば限定せず、２以上置換される場合、２以上の置換基は、互いに同一でも異なっていてもよい。
本明細書において、「置換もしくは非置換の」という用語は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；および置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択された１個以上の置換基で置換されているか、前記例示された置換基のうち２以上の置換基が連結された置換基で置換されるか、もしくはいずれの置換基も有しないことを意味する。例えば、「２以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であってもよい。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、２個のフェニル基が連結された置換基と解釈されてもよい。
本明細書において、イミド基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１～３０のものが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物になってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、アミド基は、アミド基の窒素が水素、炭素数１～３０の直鎖、分枝鎖もしくは環鎖アルキル基、または炭素数６～３０のアリール基で１または２置換されていてもよい。具体的には、下記構造式の化合物になってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、ハロゲン基の例としては、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素がある。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、１～５０のものが好ましい。具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ブチル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、１－メチル－ブチル、１－エチル－ブチル、ペンチル、ｎ－ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ｔｅｒｔ－ペンチル、ヘキシル、ｎ－ヘキシル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、４－メチル－２－ペンチル、３，３－ジメチルブチル、２－エチルブチル、ヘプチル、ｎ－ヘプチル、１－メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、ｎ－オクチル、ｔｅｒｔ－オクチル、１－メチルヘプチル、２－エチルヘキシル、２－プロピルペンチル、ｎ－ノニル、２，２－ジメチルヘプチル、１－エチル－プロピル、１，１－ジメチル－プロピル、イソヘキシル、２－メチルペンチル、４－メチルヘキシル、５－メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、シクロアルキル基は特に限定されないが、炭素数３～６０のものが好ましく、具体的には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、３－メチルシクロペンチル、２，３－ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、３－メチルシクロヘキシル、４－メチルシクロヘキシル、２，３－ジメチルシクロヘキシル、３，４，５－トリメチルシクロヘキシル、４－ｔｅｒｔ－ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルコキシ基は、直鎖、分枝鎖もしくは環鎖であってもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１～２０のものが好ましい。具体的には、メトキシ、エトキシ、ｎ－プロポキシ、イソプロポキシ、ｉ－プロピルオキシ、ｎ－ブトキシ、イソブトキシ、ｔｅｒｔ－ブトキシ、ｓｅｃ－ブトキシ、ｎ－ペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ｎ－ヘキシルオキシ、３，３－ジメチルブチルオキシ、２－エチルブチルオキシ、ｎ－オクチルオキシ、ｎ－ノニルオキシ、ｎ－デシルオキシなどになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、２～４０のものが好ましい。具体例としては、ビニル、１－プロペニル、イソプロペニル、１－ブテニル、２－ブテニル、３－ブテニル、１－ペンテニル、２－ペンテニル、３－ペンテニル、３－メチル－１－ブテニル、１，３－ブタジエニル、アリル、１－フェニルビニル－１－イル、２－フェニルビニル－１－イル、２，２－ジフェニルビニル－１－イル、２－フェニル－２－（ナフチル－１－イル）ビニル－１－イル、２，２－ビス（ジフェニル－１－イル）ビニル－１－イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アリール基が単環式アリール基の場合、炭素数は特に限定されないが、炭素数６～２５のものが好ましい。具体的には、単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記アリール基が多環式アリール基の場合、炭素数は特に限定されないが、炭素数１０～２４のものが好ましい。具体的には、多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、フルオレニル基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記フルオレニル基は置換されていてもよいし、隣接した置換基が互いに結合して環を形成してもよい。
前記フルオレニル基が置換される場合、
などになってもよい。ただし、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロ環基は、炭素でない原子、異種原子を１以上含むものであって、具体的には、前記異種原子は、Ｏ、Ｎ、Ｓｅ、およびＳなどからなる群より選択される原子を１以上含むことができる。ヘテロ環基の炭素数は特に限定されないが、炭素数２～６０のものが好ましい。ヘテロ環基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジン基、トリアゾール基、アクリジル基、ピリダジン基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンズオキサゾール基、ベンズイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントリジル基、フェナントロリン基（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、フェノチアジニル基、およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
本明細書において、アミン基は、炭素数は特に限定されないが、１～３０のものが好ましい。アミン基は、Ｎ原子に、アリール基、アルキル基、アリールアルキル基、およびヘテロ環基などで置換されていてもよいし、アミン基の具体例としては、メチルアミン基、ジメチルアミン基、エチルアミン基、ジエチルアミン基、フェニルアミン基、ナフチルアミン基、ビフェニルアミン基、アントラセニルアミン基、９－メチル－アントラセニルアミン基、ジフェニルアミン基、フェニルナフチルアミン基、ジトリルアミン基、フェニルトリルアミン基、トリフェニルアミン基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
本明細書において、アリールオキシ基、アリールチオ基、およびアリールスルホキシ基中のアリール基は、前述したアリール基の例示の通りである。具体的には、アリールオキシ基としては、フェノキシ、ｐ－トリルオキシ、ｍ－トリルオキシ、３，５－ジメチル－フェノキシ、２，４，６－トリメチルフェノキシ、ｐ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノキシ、３－ビフェニルオキシ、４－ビフェニルオキシ、１－ナフチルオキシ、２－ナフチルオキシ、４－メチル－１－ナフチルオキシ、５－メチル－２－ナフチルオキシ、１－アントリルオキシ、２－アントリルオキシ、９－アントリルオキシ、１－フェナントリルオキシ、３－フェナントリルオキシ、９－フェナントリルオキシ、ベンジルオキシ、ｐ－メチルベンジルオキシなどがあり、アリールチオ基としては、フェニルチオ基、２－メチルフェニルチオ基、４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニルチオ基などがあり、アリールスルホキシ基としては、ベンゼンスルホキシ基、ｐ－トルエンスルホキシ基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、アルキルチオ基およびアルキルスルホキシ基中のアルキル基は、前述したアルキル基の例示の通りである。具体的には、アルキルスルホキシ基としては、メチルスルホキシ基、エチルスルホキシ基、プロピルスルホキシ基、ブチルスルホキシ基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルキルチオ基は、－Ｓ－Ｒ（Ｒは、アルキル基）で表される置換基を意味し、直鎖、分枝鎖もしくは環鎖であってもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１～２０のものが好ましい。具体的には、メチルチオ、エチルチオ、ｎ－プロピルチオ、イソプロピルチオ、ｉ－プロピルチオ、ｎ－ブチルチオ、イソブチルチオ、ｔｅｒｔ－ブチルチオ、ｓｅｃ－ブチルチオ、ｎ－ペンチルチオ、ネオペンチルチオ、イソペンチルチオ、ｎ－ヘキシルチオ、３，３－ジメチルブチルチオ、２－エチルブチルチオ、ｎ－オクチルチオ、ｎ－ノニルチオ、ｎ－デシルチオ、ベンジルチオ、およびｐ－メチルベンジルチオなどがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記ヘテロ環は、シクロヘテロアルキル、シクロヘテロアルケニル、シクロヘテロケトン、脂肪族ヘテロ環、芳香族ヘテロ環、またはこれらの縮合環であってもよいし、１価の基でないことを除き、前記ヘテロ環基の例示の中から選択されてもよい。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｘ１は、Ｓである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｘ２は、Ｓである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｘ１は、Ｏである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｘ２は、Ｏである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｙ１は、ＣＲ"である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｙ２は、ＣＲ"である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｒ１は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１において、Ｒ２は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記第１単位は、下記化学式１－１で表される。
［化学式１－１］
前記化学式１－１において、
Ｒ１およびＲ２の定義は、前記化学式１で定義したものと同じであり、
Ｒ１１およびＲ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
［化学式１－１］
Ｒ１およびＲ２の定義は、前記化学式１で定義したものと同じであり、
Ｒ１１およびＲ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１１は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１１は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたアリール基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基、およびハロゲン基の中から選択される１以上で置換されたヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１１は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたフェニル基；直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基、およびハロゲン基の中から選択される１以上で置換されたチオフェン基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基で置換されたベンゾチオフェン基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１２は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１２は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたアリール基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基、およびハロゲン基の中から選択される１以上で置換されたヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－１において、Ｒ１２は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基；直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたフェニル基；直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基、直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基、およびハロゲン基の中から選択される１以上で置換されたチオフェン基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基で置換されたベンゾチオフェン基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記第１単位は、下記化学式１－２～１－７のうちのいずれか１つで表される。
［化学式１－２］
［化学式１－３］
［化学式１－４］
［化学式１－５］
［化学式１－６］
［化学式１－７］
前記化学式１－２～１－７において、
Ａ３およびＡ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ２１１およびＲ２１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換のアルキルチオ基であり、
Ｒ３１１、Ｒ３１２、Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
［化学式１－２］
Ａ３およびＡ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ２１１およびＲ２１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換のアルキルチオ基であり、
Ｒ３１１、Ｒ３１２、Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１１は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１１は、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１１は、分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１１は、２－エチルヘキシル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１２は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１２は、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１２は、分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ｒ１１２は、２－エチルヘキシル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１１は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基；アルキル基またはアリール基で置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１１は、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基；直鎖のアルキル基またはアリール基で置換もしくは非置換のシリル基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１１は、分枝鎖のアルキル基；直鎖のアルキル基で置換されたシリル基；または分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１１は、２－エチルヘキシル基；トリブチルシリル（ｔｒｉｂｕｔｙｌｓｉｌｙｌ）基；または２－エチルヘキシルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１２は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基；アルキル基で置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１２は、直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基；直鎖のアルキル基で置換もしくは非置換のシリル基；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１２は、分枝鎖のアルキル基；直鎖のアルキル基で置換されたシリル基；または分枝鎖のアルキルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－３において、Ｒ２１２は、２－エチルヘキシル基；トリブチルシリル（ｔｒｉｂｕｔｙｌｓｉｌｙｌ）基；または２－エチルヘキシルチオ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１１は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１１は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１１は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１１は、２－エチルヘキシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１２は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１２は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１２は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－４および１－５において、Ｒ３１２は、２－エチルヘキシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ置換もしくは非置換のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ分枝鎖のＣ６－Ｃ１５のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ分枝鎖のＣ８－Ｃ１２のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－７において、Ｒ４１１およびＲ４１２は、それぞれ２－ブチルオクチル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式１－２および１－６において、Ａ３およびＡ４は、それぞれフッ素または塩素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式２において、Ｘ３は、Ｓである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式２において、Ｘ４は、Ｓである。
本明細書の一実施態様によれば、前記第２単位は、下記化学式２－１で表される。
［化学式２－１］
前記化学式２－１において、
Ｒ３～Ｒ６、Ａ１およびＡ２の定義は、前記化学式２で定義したものと同じである。
［化学式２－１］
Ｒ３～Ｒ６、Ａ１およびＡ２の定義は、前記化学式２で定義したものと同じである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式２において、Ｒ３～Ｒ６は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式２において、Ａ１およびＡ２は、フッ素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記第２単位は、下記化学式２－２で表される。
［化学式２－２］
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｃｙは、ヘテロ原子としてＮ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｐ、およびＳｅのうちの１以上を含み、置換もしくは非置換のヘテロ環である。
［化学式２－２］
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｃｙは、ヘテロ原子としてＮ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｐ、およびＳｅのうちの１以上を含み、置換もしくは非置換の単環の５員または６員ヘテロ環である。
本明細書の一実施態様によれば、前記第３単位は、下記化学式３－１または３－２で表される。
［化学式３－１］
［化学式３－２］
前記化学式３－１および３－２において、
Ｒ７およびＲ８の定義は、前記化学式３で定義したものと同じであり、
Ｘ７は、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｙ３～Ｙ６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲ"、Ｎ、ＳｉＲ"、Ｐ、またはＧｅＲ"であり、
Ｒ、Ｒ'、Ｒ"、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
［化学式３－１］
Ｒ７およびＲ８の定義は、前記化学式３で定義したものと同じであり、
Ｘ７は、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｙ３～Ｙ６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲ"、Ｎ、ＳｉＲ"、Ｐ、またはＧｅＲ"であり、
Ｒ、Ｒ'、Ｒ"、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式４において、Ｘ５は、Ｓである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式４において、Ｘ６は、ＮＲである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式４において、Ｑ１およびＱ２は、Ｏである。
本明細書の一実施態様によれば、前記第３単位は、下記化学式３－３～３－７のうちのいずれか１つで表される。
［化学式３－３］
［化学式３－４］
［化学式３－５］
［化学式３－６］
［化学式３－７］
前記化学式３－３～３－７において、
Ｒ７およびＲ８の定義は、前記化学式３で定義したものと同じであり、
Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１９は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
［化学式３－３］
Ｒ７およびＲ８の定義は、前記化学式３で定義したものと同じであり、
Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１９は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または直鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または直鎖のＣ１－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；または直鎖のＣ１０－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、水素；またはｎ－ドデシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、Ｃ３－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、Ｃ１０－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ７は、２－ブチルオクチルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または直鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または直鎖のＣ１－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；または直鎖のＣ１０－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、水素；またはｎ－ドデシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、Ｃ３－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、Ｃ１０－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｒ８は、２－ブチルオクチルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、直鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、水素；または直鎖のＣ１－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、水素；または直鎖のＣ１０－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、ｎ－ドデシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、Ｃ３－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、Ｃ１０－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ７は、２－ブチルオクチルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、置換もしくは非置換のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、直鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、水素；または直鎖のＣ１－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、水素；または直鎖のＣ１０－Ｃ２０のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、ｎ－ドデシルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、Ｃ３－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、Ｃ１０－Ｃ２０の分枝鎖のアルコキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－３および３－４において、Ｒ８は、２－ブチルオクチルオキシ基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５および３－６において、Ｒ７およびＲ８は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、置換もしくは非置換のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、分枝鎖のＣ６－Ｃ１５のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、分枝鎖のＣ８－Ｃ１２のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－５において、Ｒ１９は、２－エチルヘキシル基または２－ブチルオクチル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－６において、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－６において、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－６において、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、直鎖もしくは分枝鎖のアルコキシ基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－６において、Ｒ９およびＲ１０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、直鎖のアルコキシ基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－６において、Ｒ９およびＲ１０は、ｎ－オクチルオキシ基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－７において、Ｒ１９は、置換もしくは非置換のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－７において、Ｒ１９は、置換もしくは非置換の直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－７において、Ｒ１９は、分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３－７において、Ｒ１９は、２－エチルヘキシル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体は、下記化学式５で表される単位を含む。
［化学式５］
前記化学式５において、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
Ａは、前記化学式１で表される第１単位であり、
Ｂは、前記化学式２で表される第２単位であり、
ＣおよびＣ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、前記化学式３または化学式４で表される第３単位であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
［化学式５］
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
Ａは、前記化学式１で表される第１単位であり、
Ｂは、前記化学式２で表される第２単位であり、
ＣおよびＣ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、前記化学式３または化学式４で表される第３単位であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
本明細書の化学式２－１で表される第２単位のうちＡ１およびＡ２とチオフェンのＳ原子；または化学式２－１で表される第２単位のうちＡ１およびＡ２と化学式１－１で表される第１単位のＳ原子とが互いに相互作用をする。
ここで、相互作用とは、化学構造または化学構造を構成する原子が、互いに共有結合以外の作用によって影響をやり取りする非共有結合性相互作用をすることを意味し、例えば、カルコゲン（ｃｈａｌｃｏｇｅｎ）結合を意味することができる。
また、本明細書の一実施態様において、前記化学式３－３～３－７のうちのいずれか１つで表される第３単位は、Ｒ７およびＲ８を含むことにより、Ｒ７、Ｒ８のＯ原子；化学式２で表される第２単位のＡ１およびＡ２；および化学式１で表される第１単位のＳ原子が、互いに相互作用により、平面構造（ｐｌａｎａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成することができる。
したがって、本明細書の一実施態様に係る重合体を含む場合には、電流の増加を誘導可能で、高い効率の素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様によれば、前記Ａは、前記化学式１－１で表される第１単位である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Ｂは、前記化学式２－１で表される第２単位である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Ｃは、前記３－３～３－７の中から選択されるいずれか１つで表される第３単位である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Ｃ'は、前記３－３～３－７の中から選択されるいずれか１つで表される第３単位である。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体は、下記化学式５－１または５－２で表される単位を含む。
［化学式５－１］
［化学式５－２］
前記化学式５－１および５－２において、
Ｘ１～Ｘ６、Ｙ１、Ｙ２、Ｒ１～Ｒ８、Ｃｙ１、Ｑ１、Ｑ２、Ａ１およびＡ２の定義は、前記化学式１～４で定義したものと同じであり、
Ｃｙ１１は、置換もしくは非置換のヘテロ環であり、
Ｑ１１およびＱ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＯまたはＳであり、
Ｘ１５およびＸ１６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｒ、Ｒ'およびＲ１７およびＲ１８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
［化学式５－１］
Ｘ１～Ｘ６、Ｙ１、Ｙ２、Ｒ１～Ｒ８、Ｃｙ１、Ｑ１、Ｑ２、Ａ１およびＡ２の定義は、前記化学式１～４で定義したものと同じであり、
Ｃｙ１１は、置換もしくは非置換のヘテロ環であり、
Ｑ１１およびＱ１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＯまたはＳであり、
Ｘ１５およびＸ１６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ｒ、Ｒ'およびＲ１７およびＲ１８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体は、下記化学式５－３－１～５－３－３のうちのいずれか１つで表される単位を含む。
［化学式５－３－１］
［化学式５－３－２］
［化学式５－３－３］
前記化学式５－３－１～５－３－３において、
Ａ１～Ａ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１０７、Ｒ１０８、Ｒ２０７およびＲ２０８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ２１１およびＲ２１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換のアルキルチオ基であり、
Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；または置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
［化学式５－３－１］
Ａ１～Ａ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１０７、Ｒ１０８、Ｒ２０７およびＲ２０８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ２１１およびＲ２１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換のアルキルチオ基であり、
Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；または置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体は、下記化学式５－４～５－６０のうちのいずれか１つで表される単位を含む。
［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］
［化学式５－１７］
［化学式５－１８］
［化学式５－１９］
［化学式５－２０］
［化学式５－２１］
［化学式５－２２］
［化学式５－２３］
［化学式５－２４］
［化学式５－２５］
［化学式５－２６］
［化学式５－２７］
［化学式５－２８］
［化学式５－２９］
［化学式５－３０］
［化学式５－３１］
［化学式５－３２］
［化学式５－３３］
［化学式５－３４］
［化学式５－３５］
［化学式５－３６］
［化学式５－３７］
［化学式５－３８］
［化学式５－３９］
［化学式５－４０］
［化学式５－４１］
［化学式５－４２］
［化学式５－４３］
［化学式５－４４］
［化学式５－４５］
［化学式５－４６］
［化学式５－４７］
［化学式５－４８］
［化学式５－４９］
［化学式５－５０］
［化学式５－５１］
［化学式５－５２］
［化学式５－５３］
［化学式５－５４］
［化学式５－５５］
［化学式５－５６］
［化学式５－５７］
［化学式５－５８］
［化学式５－５９］
［化学式５－６０］
前記化学式５－４～５－６０において、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
［化学式５－４］
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。
本明細書の一実施態様において、前記ｌは、０．５である。
もう一つの実施態様において、前記ｍは、０．５である。
本明細書の他の実施態様において、前記ｌは、０．７５である。
本明細書の一実施態様において、前記ｍは、０．２５である。
本明細書の一実施態様において、前記重合体は、ランダム重合体である。また、ランダム重合体の場合に溶解度が向上して、素子の製造工程上、時間費用的に経済的な効果がある。
本明細書の一実施態様において、前記重合体の末端基は、置換もしくは非置換のヘテロ環基、または置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様において、前記重合体の末端基は、ハロゲン基、アルキル基、またはハロアルキル基で置換もしくは非置換のヘテロ環基；またはハロゲン基、アルキル基、またはハロアルキル基で置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様において、前記重合体の末端基は、ハロゲン基、Ｃ１－Ｃ６アルキル基、またはＣ１－Ｃ６フルオロアルキル基で置換もしくは非置換のヘテロ環基；またはハロゲン基、Ｃ１－Ｃ６アルキル基、またはＣ１－Ｃ６ハロアルキル基で置換もしくは非置換のアリール基である。本明細書の一実施態様において、前記重合体の末端基は、４－（トリフルオロメチル）フェニル基（４－（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）である。
本明細書の一実施態様において、前記重合体の末端基は、ブロモチオフェン基（ｂｒｏｍｏ－ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）である。
もう一つの実施態様において、前記重合体の末端基は、トリフルオロ－ベンゼン基（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏ－ｂｅｎｚｅｎｅ）である。
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記重合体は、末端基を有しなくてもよい。言い換えれば、前記重合体は、エンドキャッピングのない重合体であってもよい。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体の数平均分子量は、５，０００ｇ／ｍｏｌ～１，０００，０００ｇ／ｍｏｌが好ましい。
本明細書の一実施態様によれば、前記重合体は、１～１０の分子量分布を有することができる。好ましくは、前記重合体は、１～３の分子量分布を有する。
分子量分布は低いほど、数平均分子量が大きくなるほど、電気的特性と機械的特性がより良くなる。
また、一定以上の溶解度を有して溶液塗布法の適用を有利にするために、数平均分子量は１００，０００ｇ／ｍｏｌ以下のものが好ましい。
前記分子量は、クロロベンゼンを溶媒として、ＧＰＣで測定して数平均分子量（Ｍｎ）および重量平均分子量（Ｍｗ）を測定し、分子量分布は、重量平均分子量（Ｍｗ）を数平均分子量（Ｍｎ）で割った数値、すなわち、重量平均分子量（Ｍｗ）／数平均分子量（Ｍｎ）を意味する。
前記重合体は、後述する製造例に基づいて製造される。前記重合体の各単位の単量体を、クロロベンゼンを溶媒として、Ｐｄ２（ｄｂａ）３およびＰ（ｏ－ｔｏｌｙｌ）３と共に入れて、マイクロウェーブ反応器で重合して製造した。
本明細書に係る重合体は、多段階の化学反応で製造することができる。アルキル化反応、グリニャール（Ｇｒｉｇｎａｒｄ）反応、スズキ（Ｓｕｚｕｋｉ）カップリング反応、およびスティル（Ｓｔｉｌｌｅ）カップリング反応などによりモノマーを製造した後、スティルカップリング反応などの炭素－炭素カップリング反応により最終重合体を製造することができる。導入しようとする置換基がボロン酸（ｂｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）またはボロン酸エステル（ｂｏｒｏｎｉｃ ｅｓｔｅｒ）化合物の場合には、スズキカップリング反応により製造することができ、導入しようとする置換基がトリブチルチン（ｔｒｉｂｕｔｙｌｔｉｎ）またはトリメチルチン（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｔｉｎ）化合物の場合には、スティルカップリング反応により製造することができるが、これに限定されるものではない。
本明細書の一実施態様において、第１電極と、前記第１電極に対向して備えられる第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に備えられ、光活性層を含む１層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの１層以上は、前記重合体を含むものである有機太陽電池を提供する。
本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本明細書の一実施形態に係る有機太陽電池は、第１電極、光活性層、および第２電極を含む。ここで、光活性層が前述した実施態様に係る重合体を含むことができる。前記有機太陽電池は、基板、正孔輸送層、および／または電子輸送層がさらに含まれてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池が外部光源から光子を受けると、エキシトンは、光活性層の電子供与体と電子受容体との界面で電子と正孔に分離される。分離された正孔は、光活性層から電子供与体（ドナー）を介して正孔輸送層を経て陽極に輸送され、分離された電子は、光活性層から電子受容体（アクセプター）を介して電子輸送層を経て陰極に輸送される。
本明細書の一実施態様において、前記有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層を含み、前記正孔輸送層、正孔注入層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層は、前記重合体を含む。
もう一つの実施態様において、前記有機物層は、電子注入層、電子輸送層、または電子注入および電子輸送を同時に行う層を含み、前記電子注入層、電子輸送層、または電子注入および電子輸送を同時に行う層は、前記重合体を含む。
図１は、本明細書の一実施態様に係る有機太陽電池を示す図であり、第１電極１０１上に、電子輸送層１０２、光活性層１０３、および正孔輸送層１０４、および第２電極１０５が順次に積層された構造であるが、本明細書の有機太陽電池の構造はこれに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池は、付加的な有機物層をさらに含んでもよい。前記有機太陽電池は、様々な機能を同時に有する有機物を用いて有機物層の数を減少させることができる。
本明細書の一実施態様において、前記第１電極は、アノードであり、前記第２電極は、カソードである。もう一つの実施態様において、前記第１電極は、カソードであり、前記第２電極は、アノードである。
本明細書の一実施態様において、有機太陽電池は、カソード、光活性層、およびアノードの順に配列されてもよく、アノード、光活性層、およびカソードの順に配列されてもよいが、これに限定されない。
もう一つの実施態様において、前記有機太陽電池は、アノード、正孔輸送層、光活性層、電子輸送層、およびカソードの順に配列されてもよく、カソード、電子輸送層、光活性層、正孔輸送層、およびアノードの順に配列されてもよいが、これに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池は、ノーマル（Ｎｏｒｍａｌ）構造である。前記ノーマル構造は、基板上にアノードが形成されることを意味することができる。具体的には、本明細書の一実施態様によれば、前記有機太陽電池がノーマル構造の場合、基板上に形成される第１電極がアノードであってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池は、インバーテッド（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ）構造である。前記インバーテッド構造は、基板上にカソードが形成されることを意味することができる。具体的には、本明細書の一実施態様によれば、前記有機太陽電池がインバーテッド構造の場合、基板上に形成される第１電極がカソードであってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記有機太陽電池は、タンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造である。この場合、前記有機太陽電池は、２層以上の光活性層を含むことができる。本明細書の一実施態様に係る有機太陽電池は、光活性層が１層または２層以上であってもよい。
もう一つの実施態様において、バッファ層が、光活性層と正孔輸送層との間、または光活性層と電子輸送層との間に備えられる。この時、正孔注入層がアノードと正孔輸送層との間にさらに備えられてもよい。また、電子注入層がカソードと電子輸送層との間にさらに備えられてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記光活性層は、電子供与体および受容体からなる群より選択される１または２以上を含み、前記電子供与体は、前記重合体を含む。
本明細書の一実施態様によれば、前記電子受容物質は、非フラーレン系（ｎｏｎ－ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）化合物、フラーレン、フラーレン誘導体、バソクプロイン、半導体性元素、半導体性化合物からなる群より選択される１または２以上の化合物である。具体的には、フラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、フラーレン誘導体（ＰＣ６１ＢＭ（（６，６）－ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ－ｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）、ＰＣ７１ＢＭ（（６，６）－ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ７１－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ－ｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）、ＰＣ７０ＢＭ（（６，６）－ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ７０－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ－ｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）、またはＰＣ６１ＢＣＲ（（６，６）－ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ－ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｙｌ ｅｓｔｅｒ）、ペリレン（ｐｅｒｙｌｅｎｅ）ＰＢＩ（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、およびＰＴＣＢＩ（３，４，９，１０－ｐｅｒｙｌｅｎｅ－ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｂｉｓ－ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）からなる群より選択される１または２以上の化合物である。
本明細書の一実施態様において、前記非フラーレン系（ｎｏｎ－ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）化合物は、下記化学式Ａで表される。
［化学式Ａ］
前記化学式Ａにおいて、
前記Ｒ２０１～Ｒ２０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ａ１０１～Ａ１０８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；ハロゲン基；または置換もしくは非置換のアルキル基である。
［化学式Ａ］
前記Ｒ２０１～Ｒ２０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
Ａ１０１～Ａ１０８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；ハロゲン基；または置換もしくは非置換のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ｒ２０１～Ｒ２０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、アルキル基で置換もしくは非置換のアリール基；またはアルキル基で置換もしくは非置換のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ｒ２０１～Ｒ２０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、アルキル基で置換もしくは非置換のフェニル基；またはアルキル基で置換もしくは非置換のチオフェン基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ｒ２０１～Ｒ２０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ｎ－ヘキシル基で置換されたフェニル基；またはｎ－ヘキシル基で置換されたチオフェン基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ｒ２０１～Ｒ２０４は、ｎ－ヘキシル基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ｒ２０１～Ｒ２０４は、ｎ－ヘキシル基で置換されたチオフェン基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ａ１０１～Ａ１０８は、水素；フッ素；または直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ａ１０１～Ａ１０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；フッ素；または直鎖のアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａにおいて、Ａ１０１～Ａ１０４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；フッ素；またはメチル基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式Ａは、下記化学式Ａ－１～Ａ－５のうちのいずれか１つで表される。
［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－１］
本明細書の一実施態様において、前記電子供与体および電子受容体は、バルクヘテロジャンクション（ＢＨＪ）を構成する。
前記バルクヘテロジャンクションとは、光活性層で電子供与物質と電子受容物質とが互いに混ざっていることを意味する。
本明細書の一実施態様において、前記光活性層は、添加剤をさらに含む。
本明細書の一実施態様において、前記添加剤の分子量は、５０ｇ／ｍｏｌ～５００ｇ／ｍｏｌである。
もう一つの実施態様において、前記添加剤の沸点は、３０℃～３００℃の有機物である。
本明細書において、有機物とは、炭素原子を少なくとも１以上含む物質を意味する。
一つの実施態様において、前記添加剤は、１，８－ジヨードオクタン（ＤＩＯ：１，８－ｄｉｉｏｄｏｏｃｔａｎｅ）、１－クロロナフタレン（１－ＣＮ：１－ｃｈｌｏｒｏｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）、ジフェニルエーテル（ＤＰＥ：ｄｉｐｈｅｎｙｌｅｔｈｅｒ）、オクタンジチオール（ｏｃｔａｎｅ ｄｉｔｈｉｏｌ）、およびテトラブロモチオフェン（ｔｅｔｒａｂｒｏｍｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）からなる群より選択される添加剤のうち１または２種の添加剤をさらに含んでもよい。
前記添加剤は、光活性層の全体体積に対して、０．１ｖ／ｖ％～５ｖ／ｖ％含むことができ、具体的には０．３ｖ／ｖ％～０．８ｖ／ｖ％含む。
本明細書の一実施態様において、前記光活性層は、ｎ型有機物層およびｐ型有機物層を含む二層薄膜（ｂｉｌａｙｅｒ）構造であり、前記ｐ型有機物層は、前記重合体を含む。
本明細書において、前記基板は、透明性、表面平滑性、取扱容易性および防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板になってもよいが、これに限定されず、有機太陽電池に通常用いられる基板であれば限定はない。具体的には、ガラスまたはＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）などがあるが、これらに限定されるものではない。
前記第１電極は、透明で導電性の優れた物質になってもよいが、これに限定されない。バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属、またはこれらの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌまたはＳｎＯ２：Ｓｂのような金属と酸化物との組み合わせ；ポリ（３－メチルチオフェン）、ポリ［３，４－（エチレン－１，２－ジオキシ）チオフェン］（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記第１電極の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング、Ｅ－ビーム、熱蒸着、スピンコーティング、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティング、ドクターブレード、またはグラビアプリンティング法を用いて基板の一面に塗布されるか、フィルム形態にコーティングされることにより形成される。
前記第１電極を基板上に形成する場合、これは、洗浄、水分除去および親水性改質過程を経ることができる。
例えば、パターニングされたＩＴＯ基板を、洗浄剤、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次に洗浄した後、水分除去のために、加熱板にて、１００～１５０℃で１～３０分間、好ましくは１２０℃で１０分間乾燥し、基板が完全に洗浄されると、基板表面を親水性に改質する。
前記のような表面改質により接合表面電位を光活性層の表面電位に適した水準に維持することができる。また、改質時、第１電極上に高分子薄膜の形成が容易になり、薄膜の品質が向上することもできる。
第１電極の前処理技術としては、ａ）平行平板型放電を利用した表面酸化法、ｂ）真空状態でＵＶ紫外線を用いて生成されたオゾンを通して表面を酸化する方法、およびｃ）プラズマによって生成された酸素ラジカルを用いて酸化する方法などがある。
第１電極または基板の状態によって、前記方法のうちの１つを選択することができる。ただし、どの方法を利用しても、共通して、第１電極または基板表面の酸素離脱を防止し、水分および有機物の残留を最大限に抑制することが好ましい。この時、前処理の実質的な効果を極大化することができる。
具体例として、ＵＶを用いて生成されたオゾンを通して表面を酸化する方法を用いることができる。この時、超音波洗浄後、パターニングされたＩＴＯ基板を加熱板（ｈｏｔ ｐｌａｔｅ）にてベーキング（ｂａｋｉｎｇ）してよく乾燥させた後、チャンバに投入し、ＵＶランプを作用させて、酸素ガスがＵＶ光と反応して発生するオゾンによって、パターニングされたＩＴＯ基板を洗浄することができる。
しかし、本明細書におけるパターニングされたＩＴＯ基板の表面改質方法は特に限定させる必要はく、基板を酸化させる方法であれば、いずれの方法でも構わない。
前記第２電極は、仕事関数の小さい金属になってもよいが、これに限定されない。具体的には、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金；ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＯ２／Ａｌ、ＬｉＦ／Ｆｅ、Ａｌ：Ｌｉ、Ａｌ：ＢａＦ２、Ａｌ：ＢａＦ２：Ｂａのような多層構造の物質になってもよいが、これに限定されるものではない。
前記第２電極は、５×１０－７ｔｏｒｒ以下の真空度を示す熱蒸着器の内部で蒸着されて形成されるが、この方法にのみ限定されるものではない。
前記正孔輸送層および／または電子輸送層物質は、光活性層で分離された電子と正孔を電極に効率的に伝達させる役割を担い、物質を特に制限しない。
前記正孔輸送層物質は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ））、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）；バナジウム酸化物（Ｖ２Ｏ５）；ニッケル酸化物（ＮｉＯ）；およびタングステン酸化物（ＷＯｘ）などになってもよいが、これらにのみ限定されるものではない。
前記電子輸送層物質は、電子抽出金属酸化物（ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ）になってもよいし、具体的には、８－ヒドロキシキノリンの金属錯体；Ａｌｑ３を含む錯体；Ｌｉｑを含む金属錯体；ＬｉＦ；Ｃａ；チタン酸化物（ＴｉＯｘ）；亜鉛酸化物（ＺｎＯ）；およびセシウムカーボネート（Ｃｓ２ＣＯ３）などになってもよいが、これらにのみ限定されるものではない。
光活性層は、電子供与体および／または電子受容体のような光活性物質を有機溶媒に溶解させた後、溶液をスピンコーティング、ディップコーティング、スクリーンプリンティング、スプレーコーティング、ドクターブレード、ブラシペインティングなどの方法で形成することができるが、これらの方法にのみ限定されるものではない。
以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本明細書に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本明細書の範囲が以下に詳述する実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。
［重合体の合成］
合成例１
単量体Ａ－１、Ｂ－１およびＣ－１を、クロロベンゼンを溶媒として、Ｐｄ２（ｄｂａ）３およびＰ（ｏ－ｔｏｌｙｌ）３と共に入れて、マイクロウェーブ反応器で重合して、下記の重合体１を製造した。
合成例１
単量体Ａ－１、Ｂ－１およびＣ－１を、クロロベンゼンを溶媒として、Ｐｄ２（ｄｂａ）３およびＰ（ｏ－ｔｏｌｙｌ）３と共に入れて、マイクロウェーブ反応器で重合して、下記の重合体１を製造した。
合成例２
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体２を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体２を製造した。
合成例３
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体３を製造した。
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体３を製造した。
合成例４
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体４を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－２を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体４を製造した。
合成例５
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体５を製造した。重合体５のフィルム状態のＵＶ－Ｖｉｓスペクトルは図２に示した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体５を製造した。重合体５のフィルム状態のＵＶ－Ｖｉｓスペクトルは図２に示した。
合成例６
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体６を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体６を製造した。
合成例７
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体７を製造した。
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体７を製造した。
合成例８
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体８を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体８を製造した。
合成例９
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体９を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体９を製造した。
合成例１０
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１０を製造した。
前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１０を製造した。
合成例１１
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１１を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－２を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１１を製造した。
合成例１２
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１２を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用い、前記単量体Ｃ－１の代わりに下記の単量体Ｃ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１２を製造した。
合成例１３
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１３を製造した。重合体１３のフィルム状態のＵＶ－Ｖｉｓスペクトルは図３に示した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－３を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１３を製造した。重合体１３のフィルム状態のＵＶ－Ｖｉｓスペクトルは図３に示した。
合成例１４
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１４を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－４を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１４を製造した。
合成例１５
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－５を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１５を製造した。
前記単量体Ａ－１の代わりに下記の単量体Ａ－５を用いたことを除けば、前記合成例１と同様の方法で行って、下記の重合体１５を製造した。
合成例１～１５で製造された重合体の分子量および分子量分布を下記表１に示した。
前記表１中、分子量は、クロロベンゼンを溶媒として、ＧＰＣで測定して数平均分子量（Ｍｎ）および重量平均分子量（Ｍｗ）を測定し、分子量分布は、重量平均分子量（Ｍｗ）を数平均分子量（Ｍｎ）で割った数値、すなわち、重量平均分子量（Ｍｗ）／数平均分子量（Ｍｎ）を意味する。
前記では重合体１～１５の合成法だけを例示したが、本明細書の一実施態様に係る化学式１、２、および３、または１、２および４の置換基を適切に変更して、前記重合体以外の重合体を合成することができる。
［有機太陽電池の製造］
比較例１．
下記の比較重合体１と下記化学式Ａ－１とを１：２の重量比でクロロベンゼン（Ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ、ＣＢ）に溶かして複合溶液（ｃｏｍｐｏｓｉｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を製造した。
比較例１．
下記の比較重合体１と下記化学式Ａ－１とを１：２の重量比でクロロベンゼン（Ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ、ＣＢ）に溶かして複合溶液（ｃｏｍｐｏｓｉｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を製造した。
この時、濃度は２ｗｔ％に調節し、有機太陽電池はＩＴＯ／ＺｎＯ／光活性層／ＭｏＯ３／Ａｇのインバーテッド構造とした。
基板上に第１電極としてＩＴＯを形成し、ＩＴＯ基板は、蒸留水、アセトン、２－プロパノールを用いて超音波洗浄し、ＩＴＯ表面を１０分間オゾン処理した。
ＩＴＯ上にＺｎＯをスピンコーティング（ｓｐｉｎ－ｃｏａｔｉｎｇ）して、４０ｎｍの厚さに電子輸送層を形成させた。次に、下記の比較重合体１と下記化学式Ａ－１の複合溶液を前記電子輸送層上にスピンコーティングして、１００ｎｍの厚さに光活性層を形成し、前記光活性層上にＭｏＯ３を１０ｎｍの厚さに蒸着して正孔輸送層を形成した。最後に、第２電極形成のために、３×１０－８ｔｏｒｒの真空下、熱蒸発器（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）を用いて、１００ｎｍの厚さにＡｇを蒸着して有機太陽電池を製造した。
［比較重合体１］
数平均分子量（Ｍｎ）：６７，８００
重量平均分子量（Ｍｗ）：１０１，４６０
［化学式Ａ－１］
［比較重合体１］
重量平均分子量（Ｍｗ）：１０１，４６０
［化学式Ａ－１］
実施例１～１４．
前記比較例１において前記比較重合体１の代わりに前記重合体１～１５をそれぞれ用いたことを除けば、前記比較例１と同様の方法で有機太陽電池を製造した。
前記比較例１において前記比較重合体１の代わりに前記重合体１～１５をそれぞれ用いたことを除けば、前記比較例１と同様の方法で有機太陽電池を製造した。
前記比較例１および実施例１～１５で製造された有機太陽電池の光電変換特性を１００ｍＷ／ｃｍ２（ＡＭ１．５）の条件で測定し、下記表２にその結果を示した。
前記表２において、本明細書の一実施態様に係る第２単位は、２個のＦが互いにベンゼン環のオルト（ｏｒｔｈｏ）位に置換される構造を含むので、第２単位のチオフェンのＳ原子と互いに相互作用をし、第１単位および第３単位と互いに相互作用をして重合体の平面性が増加し、溶解度が上昇して、電子的特性に優れている。したがって、これを含む前記実施例１～１５の有機太陽電池は、前記第２単位の２個のＦが互いにベンゼン環のパラ（ｐａｒａ）位に置換される構造を含む比較重合体１より電流値が高く、エネルギー変換効率に優れていることが分かる。具体的には、前記重合体１は、本明細書の第１単位のＹ１およびＹ２がＣＲ"であり、Ｒ"が分枝鎖のアルキル基で置換されたチオフェン基である構造を含み、前記重合体２および１４は、本明細書の第１単位のＹ１およびＹ２がＣＲ"であり、Ｒ"がフッ素または塩素のハロゲン基；および分枝鎖のアルキル基で置換されたチオフェン基の構造を含むので、第１単位のハロゲン原子および／またはチオフェンのＳ、前記第３単位のＯ、および第２単位のチオフェンのＳとベンゼン環のｏｒｔｈｏ位に結合した２個のＦが互いに相互作用して、電気的特性に優れ、これを含む有機太陽電池の効率が非常に優れていることが分かる。
前記Ｖｏｃは開放電圧を、Ｊｓｃは短絡電流を、ＦＦはフィルファクター（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を、ηはエネルギー変換効率を意味する。開放電圧と短絡電流は、それぞれ電圧－電流密度曲線の４つの象限におけるＸ軸およびＹ軸切片であり、この２つの値が高いほど、太陽電池の効率は好ましく高くなる。また、フィルファクター（Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）は、曲線の内部に描ける長方形の広さを、短絡電流と開放電圧との積で割った値である。この３つの値を、照射された光の強度で割るとエネルギー変換効率が求められ、高い値であるほど、好ましい。
１０１：第１電極
１０２：電子輸送層
１０３：光活性層
１０４：正孔輸送層
１０５：第２電極
１０２：電子輸送層
１０３：光活性層
１０４：正孔輸送層
１０５：第２電極
Claims (9)
- 下記化学式１－６～１－７のうちのいずれか１つで表される第１単位；
下記化学式２で表される第２単位；および
下記化学式３または４で表される第３単位を含む重合体：
［化学式１－６］
Ｘ３～Ｘ６は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＣＲＲ'、ＮＲ、Ｏ、ＳｉＲＲ'、ＰＲ、Ｓ、ＧｅＲＲ'、Ｓｅ、またはＴｅであり、
Ａ１およびＡ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｃｙ１は、置換もしくは非置換のヘテロ環であり、
Ｑ１およびＱ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＯまたはＳであり、
Ｒ、Ｒ'およびＲ３～Ｒ８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
前記化学式１－６～１－７において、
Ａ３およびＡ４は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１１１およびＲ１１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシリル基；または置換もしくは非置換のアルキルチオ基であり、
Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；または置換もしくは非置換のアルコキシ基である。 - 前記第２単位は、下記化学式２－１で表されるものである、請求項１に記載の重合体：
［化学式２－１］
Ｒ３～Ｒ６、Ａ１およびＡ２の定義は、前記化学式２で定義したものと同じである。 - 前記第３単位は、下記化学式３－３～３－７のうちのいずれか１つで表されるものである、請求項１又は２に記載の重合体：
［化学式３－３］
Ｒ７およびＲ８の定義は、前記化学式３で定義したものと同じであり、
Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１９は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオ基；置換もしくは非置換のアリールチオ基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。 - 前記重合体は、下記化学式５で表される単位を含むものである、請求項１に記載の重合体：
［化学式５］
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
Ａは、前記化学式１－６～１－７のいずれか１つで表される第１単位であり、
Ｂは、前記化学式２で表される第２単位であり、
ＣおよびＣ'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、前記化学式３または化学式４で表される第３単位であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。 - 前記重合体は、下記化学式５－３－２で表される単位を含むものである、請求項１に記載の重合体：
［化学式５－３－２］
Ａ１～Ａ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
Ｒ１０７、Ｒ１０８、Ｒ２０７およびＲ２０８は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
Ｒ４１１およびＲ４１２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のアルキル基；または置換もしくは非置換のアルコキシ基であり、
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。 - 下記化学式５－１９～５－２３、５－３７、５－４０～５－６０のうちのいずれか１つで表される単位を含む重合体：
［化学式５－１９］
ｌは、モル分率であって、０＜ｌ＜１の実数であり、
ｍは、モル分率であって、０＜ｍ＜１の実数であり、
ｌ＋ｍ＝１であり、
ｎは、単位の繰り返し数であって、１～１０，０００の整数である。 - 第１電極と、前記第１電極に対向して備えられる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に備えられ、光活性層を含む１層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの１層以上は、請求項１から６のいずれか１項に記載の重合体を含むものである有機太陽電池。
- 前記光活性層は、電子供与体および電子受容体からなる群より選択される１または２以上を含み、
前記電子供与体は、前記重合体を含むものである、請求項７に記載の有機太陽電池。 - 前記電子供与体および電子受容体は、バルクヘテロジャンクション（ＢＨＪ）を構成するものである、請求項８に記載の有機太陽電池。
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