TW201543730A - 共聚物及包含彼之有機太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種共聚物及包括彼之有機太陽能電池。

Description

共聚物及包含彼之有機太陽能電池
本說明書主張2014年2月14日於KIPO申請之韓國專利申請案第10-2014-0017223號的優先權，該案係以全文引用的方式併入本文中。
本發明關於一種共聚物及包括彼之有機太陽能電池。
太陽能電池為可藉由應用光伏打效應而將太陽能直接轉換成電能的裝置。太陽能電池可視構成薄膜的材料而分成無機太陽能電池及有機太陽能電池。典型太陽能電池係經由藉由摻雜是為無機半導體之結晶矽(Si)的p-n接面製成。因吸收光而產生的電子及電洞擴散至p-n接面點，且於電場加速時移動至電極。此過程之功率轉換效率係定義為外部電路中所給定之功率對進入太陽能電池之太陽能的比，且當在現有標準化虛擬太陽照射條件下測量時達到大約24%的效率。然而，由於相關技術中之無機太陽能電池在經濟可行性以及材料需求及供應方面顯示出限制，容易處理而且便宜又具有各種功能性之有機半導體太陽能電 池已成為長期替代能源的注目焦點。
就該太陽能電池而言，重要的是提高效率以儘可能從太陽能輸出最多電能。為了提高太陽能電池之效率，重要的是儘可能從該半導體內部產生激子，但也很重要的是無損失地將所產生之電荷取出至外部。電荷損失的原因之一係所產生之電子及電洞因重組而損耗。已提出各種方法以無損失地將所產生之電子及電洞運送至電極，但在大部分情況下需要額外的程序，因此會提高製造成本。
本發明目的係提供一種共聚物及包括彼之有機太陽能電池。
本說明書提供一種共聚物，其包括：以下式1表示之第一單元；以下式2表示之第二單元；及以下式3表示之第三單元。
在式1至3中，a及b各為1至3之整數，當a為2或更大時，二或更多個L1係相同或彼此不同，當b為2或更大時，二或更多個L2係相同或彼此不同，L1及L2係相同或彼此不同，且各自獨立地具有共軛結構，R1及R2係相同或彼此不同，且各自獨立地作為在L1及L2之共軛結構中待取代的取代基，係選自由下列所組成之群組中的一或二或更多者：氫；氘；鹵基；腈基；硝基；醯亞胺基；醯胺基；羥基；經取代或未經取代之烷基；經取代或未經取代之環烷基；經取代或未經取代之烷氧基；經取代或未經取代之芳氧基；經取代或未經取代之烷硫基；經取代或未經取代之芳硫基；經取代或未經取代 之烷(亞)磺醯基(alkylsulfoxy group)；經取代或未經取代之芳(亞)磺醯基(arylsulfoxy group)；經取代或未經取代之烯基；經取代或未經取代之矽基；經取代或未經取代之硼基；經取代或未經取代之烷基胺基；經取代或未經取代之芳烷基胺基；經取代或未經取代之芳基胺基；經取代或未經取代之雜芳基胺基；經取代或未經取代之芳基；及經取代或未經取代之包括N、O及S原子中一或多者的雜環基，X1及X2係相同或彼此不同，且各自獨立地為CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，且R、R'及R3至R5係相同或彼此不同，且各自獨立地為氫；氘；鹵基；腈基；硝基；醯亞胺基；醯胺基；羥基；經取代或未經取代之烷基；經取代或未經取代之環烷基；經取代或未經取代之烷氧基；經取代或未經取代之芳氧基；經取代或未經取代之烷硫基；經取代或未經取代之芳硫基；經取代或未經取代之烷(亞)磺醯基；經取代或未經取代之芳(亞)磺醯基；經取代或未經取代之烯基；經取代或未經取代之矽基；經取代或未經取代之硼基；經取代或未經取代之烷基胺基；經取代或未經取代之芳烷基胺基；經取代或未經取代之芳基胺基；經取代或未經取代之雜芳基胺基；經取代或未經取代之芳基；或經取代或未經取代之包括N、O及S原子中一或多者的雜環基。
此外，本說明書提供一種有機太陽能電池，其包括：第一電極；第二電極，其係設置成面對該第一電極；及一 或多個層之有機材料層，其係設置在該第一電極與該第二電極之間且包括光活性層，其中該等有機材料層之一或多層包括上述共聚物。
本說明書之共聚物可用作有機太陽能電池之有機材料層，且包括彼之有機太陽能電池可展現在提高斷路電壓及短路電流及/或提高效率等方面極為優異的特性。
根據本說明書之範例實施態樣的共聚物具有深HOMO能階、小能帶隙、及高電荷移動率，因而可展現優異特性。根據本說明書之範例實施態樣的聚合物可單獨或以與其他材料呈混合物用於有機太陽能電池中，可加強效率，及因該化合物之熱安定性而可增強裝置的使用壽命特性。
101‧‧‧基板
102‧‧‧第一電極
103‧‧‧電洞傳輸層
104‧‧‧光活性層
105‧‧‧第二電極
圖1為顯示根據本說明書之範例實施態樣的有機太陽能電池之圖。
下文茲詳細說明本發明。
本說明書中，「單元」意指共聚物單體中所包括之重複結構，以及單體係藉由聚合鍵結至該共聚物的結構。
本說明書中，「包括一單元」之意思係指該單元係包括在聚合物的主鏈中。
根據本說明書之範例實施態樣的共聚物包括：以式1表示之第一單元；以式2表示之第二單元；及以式3表示之第三單元。
根據本說明書之範例實施態樣的共聚物係藉由三種單體製備。在該情況下，合成流程變簡單，因此容易合成共聚物。
根據本說明書之範例實施態樣的共聚物係隨機共聚物。在隨機共聚物之情況下，結晶度降低，因而非晶程度提高，因此可確保長期熱安定性，以及製造包括該共聚物之裝置及模組的方法變容易。
在該共聚物中，第一單元、第二單元、及第三單元無特定限制。
相對於第一單元、第二單元及第三單元之莫耳數的總和，該第一單元與該第三單元之總和的莫耳比可為0.5或更大。換言之，當第一單元、第二單元及第三單元之莫耳數的總和界定為1時，該第一單元與該第三單元之莫耳數的總和之莫耳比可為0.5或更大。
此外，由於溶解性可藉由調整隨機共聚物中該等共聚物之間的比而輕易地調整，可容易提供適於製造有機太陽能電池之方法的溶解性，從而製造具有高效率之有機太陽能電池。
在本說明書之範例實施態樣中，包括該第一單元、第二單元、及第三單元之共聚物具有深最高占用分子軌域(HOMO)能階及高電荷移動率，因而適於作為有機太陽 能電池的電子予體材料。
再者，在本說明書之範例實施態樣中，該第一單元係經L1及L2取代，因而包括在其側鏈中之共軛結構。在此情況下，根據本說明書之範例實施態樣的共聚物具有降低能帶隙及/或增加吸光量的效應。
有機太陽能電池中所使用之側鏈中的變化改變物理及化學特性，諸如用作整體電子予體之聚合物的溶解性，以及當共聚物係單獨或呈將與電子受體混合之材料塗覆於有機太陽能電池上的膜形式包括於該有機太陽能電池時，該膜之形態可調整，從而大幅影響該有機太陽能電池的效率。
關於上述內容，可在Clement Cabanetos、Abdulrahman El Labban、Jonathan A.Bartelt、Jessica D.Douglas、William R.Mateker、Jean M.J.Frechet、Michael D.McGehee、及Pierre M.Beaujuge於J.Am.Chem.Soc.，2013，135(12)，第4656-4659頁之文章中確認，具有相同主鏈之電子予體聚合物的效率差異視其側鏈改變而定，至高達200%。
將作為側鏈之共軛結構(L1及L2)導入根據本說明書之範例實施態樣的共聚物，從而導致能帶隙降低、電荷移動率提高、在可見光範圍之廣範圍中所吸收的光量增加，及/或分子的平面性提高。在此情況下，分子之間的相互作用增加以及層良好地堆疊，從而提高有機太陽能電池的效率。
然而，當未充分考慮主鏈之平面性而在其他位置取代該共軛結構時，該主鏈的平面性會惡化，及效率會降低。此外，當未充分考慮主鏈之平面性而將共軛結構導入共聚物的側鏈時，整體共聚物之溶解性降低，因此該聚合物不適於作為有機太陽能電池的電子予體材料。
就根據本說明書之範例實施態樣的共聚物而言，共軛結構可導入式1之L1及L2位置，此不會因聚合物的位阻而影響主鏈的平面性，從而提高分子之平面性以及效率，同時維持可應用至該裝置之共聚物的適當溶解性。
因此，根據本說明書之範例實施態樣，可包括第一單元之側鏈包括共軛結構(L1及L2)的包括第一單元、第二單元、及第三單元之共聚物作為裝置中的電子予體材料，服該包括該共聚物的裝置可實現高效率。
再者，根據本說明書之範例實施態樣的共聚物實現高效率同時具有適當溶解性，因而在製造裝置期間具有時間及/或成本方面的經濟優點。
根據本說明書之範例實施態樣的共聚物可僅由下列構成：以式1表示之第一單元；以式2表示之第二單元；及以式3表示之第三單元。換言之，該共聚物可不另外包括不包括在以式1表示之第一單元；以式2表示之第二單元；及以式3表示之第三單元中的重複單元。在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物包括以下式4表示之單元。
式4中，a、b、L1、L2、X1、X2、及R1至R5係與前文所界定者相同，X1'係與X1相同或不同，且係各自獨立地與X1之定義相同，R3'係與R3相同或不同，且係各自獨立地與R3之定義相同，l為莫耳比，且0<l<1，m為莫耳比，且0<m<1，l+m=1，且o為0<o<1,000之整數。
下文將描述該等取代基之實例，但不局限於此。
本說明書中，意指連接至該共聚物之主鏈的位點或連接至其他取代基之位點。
本說明書中，用語「經取代或未經取代」意指經一或多個選自由下列所組成之群組的取代基取代：氘；鹵基； 烷基；烯基；烷氧基；環烷基；矽基；芳基烯基；芳氧基；烷硫基；烷(亞)磺醯基；芳(亞)磺醯基；硼基；烷基胺基；芳烷基胺基；芳基胺基；雜芳基；芳基；腈基；硝基；羥基；及包括N、O及S原子中一或多者的雜環基，或不具取代基。
該取代基可未經取代或經額外取代基取代。
本說明書中，該鹵基可包括氟、氯、溴或碘。
本說明書中，該醯亞胺基之碳原子數無特別限制，但較佳為1至25個。具體而言，該醯亞胺可為具有以下結構之化合物，但不局限於此。
本說明書中，就醯胺基而言，醯胺基之氮可經選自氫、具有1至25個碳原子之直鏈、支鏈或環狀烷基、或具有6至25個碳原子之芳基的群組中之一或二者取代。具體而言，該醯胺基可為具有以下結構之化合物，但不局限於此。
本說明書中，該烷基可為直鏈或支鏈，且其碳原子數無特別限制，但較佳為1至50個。其特殊實例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、丁基、正丁基、異丁基、第三丁基、第二丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、異戊基、新戊基、第三戊基、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、環戊基甲基、環己基甲基、辛基、正辛基、第三辛基、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、異己基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不局限於此。
本說明書中，環烷基無特定限制，但較佳為具有3至60個碳原子之環烷基，及其特殊實例包括環丙基、環丁基、環戊基、3-甲基環戊基、2,3-二甲基環戊基、環己基、3-甲基環己基、4-甲基環己基、2,3-二甲基環己基、3,4,5-三甲基環己基、4-四丁基環己基、環庚基、環辛基等，但不局限於此。
本說明書中，該烷氧基可為直鏈、支鏈或環狀。該烷氧基之碳原子數無特別限制，但較佳為1至20個。其特 殊實例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基(isopropoxy)、異丙氧基(i-propyloxy)、正丁氧基、異丁氧基、第三丁氧基、第二丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、異戊氧基、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、苯甲氧基、對甲基苯甲氧基等，但不局限於此。
本說明書中，該烯基可為直鏈或支鏈，且其碳原子數無特別限制，但較佳為2至40個。其特定實例包括乙烯基、1-丙烯基、異丙烯基、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-1-基、2,2-雙(二苯-1-基)乙烯-1-基、二苯乙烯基(stilbenyl)、苯乙烯基(styrenyl)等，但不局限於此。
本說明書中，該芳基可為單環芳基或多環芳基，碳原子數無限制，但可為6至50個。當該芳基為單環芳基時，該芳基可為苯基、聯苯基、聯三苯基等，但不局限於此。當該芳基為多環芳基時，其特殊實例包括萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、基、茀基等，但不局限於此。
本說明書中，該芳基可意指芳環。
本說明書中，該茀基可經取代，且相鄰之取代基可彼此組合形成環。
當該茀基經取代時，該茀基可為、 、、等。然而，該茀基不局限於此。
本說明書中，矽基之具體實例包括三甲基矽基、三乙基矽基、第三丁基二甲基矽基、乙烯基二甲基矽基、丙基二甲基矽基、三苯基矽基、二苯基矽基、苯基矽基等，但不局限於此。
本說明書中，該芳基胺基之實例包括經取代或未經取代之單芳基胺基、經取代或未經取代之二芳基胺基、或經取代或未經取代之三芳基胺基。該芳基胺基中之芳基可為單環芳基或多環芳基。具有二或多個芳基之該芳基胺基包括可包括單環芳基或多環芳基或單環芳基與多環芳基二者。
該芳基胺基之特殊實例包括苯胺、萘胺、聯苯胺、蒽胺、3-甲基-苯胺、4-甲基-萘胺、2-甲基-聯苯胺、9-甲基-蒽胺、二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、咔唑、三苯胺基等，但不局限於此。
本說明書中，雜環基為包括N、O及S原子中一或多者作為雜元素之雜環基，且其其碳原子數無特別限制，但較佳為2至60個。該雜環基之實例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、唑基、二唑( oxadiazole)基、三唑基、吡啶基、聯吡啶基、嘧啶基、三基、三唑基、吖啶(acridyl)基、嗒基、吡基、喹啉基、喹唑啉基、喹啉基、呔基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡基、吡并吡基、異喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑(benzothiazole)基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、啡啉基、噻唑基、異唑基、二唑(oxadiazolyl)基、噻二唑基、苯并噻唑(benzothiazolyl)基、啡噻基、二苯并呋喃基等，但不局限於此。
本說明書中，該芳氧基、該芳硫基、該芳(亞)磺醯基、及該芳烷基胺基中之芳基與上述該芳基之實例相同。具體而言，該芳氧基之實例包括苯氧基、對甲苯氧基、間甲苯氧基、3,5-二甲基-苯氧基、2,4,6-三甲基苯氧基、對第三丁基苯氧基、3-聯苯氧基、4-聯苯氧基、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，該芳硫基之實例包括苯硫基、2-甲基苯硫基、4-第三丁基苯硫基等，及該芳(亞)磺醯基之實例包括苯(亞)磺醯基、對甲苯(亞)磺醯基等，但該芳(亞)磺醯基不局限於此。
本說明書中，該雜芳基胺基中之雜芳基可選自上述雜環基的實例。
本說明書中，該烷硫基及烷(亞)磺醯基中之烷基係與上述該烷基之實例相同。具體而言，烷硫基之實例包括 甲硫基、乙硫基、第三丁硫基、己硫基、辛硫基等，而烷(亞)磺醯基之實例包括甲磺醯基、乙(亞)磺醯基、丙(亞)磺醯基、丁(亞)磺醯基等，但該烷硫基不局限於此。
在本說明書之範例實施態樣中，該共軛結構包括：伸芳基；包括N、O、S、Se、Te、Ge、及P原子中一或多者之芳族雜環基；或一或二或更多個伸乙烯基。
本說明書中，該芳族雜環基為二價單環或多環雜環，可選自上述雜環基的實例，且不局限於此。
此外，本說明書中，該伸芳基為二價單環或多環烴基，可選自上述芳基的實例，且不局限於此。
本說明書中，包括一或二或更多個伸乙烯基為包括一或二或更多個伸乙烯之直鏈或環狀原子，且包括交替呈現雙鍵及單鍵的結構，包括一或二或更多個伸乙烯。
在本說明書之範例實施態樣中，R1及R2係相同或彼此不同，且各自獨立地為經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基；或經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷氧基。
在本說明書之範例實施態樣中，R3至R5係相同或彼此不同，且各自獨立地為氫；或經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
在本說明書之範例實施態樣中，X1為S。
在其他範例實施態樣中，X1'為S。
在本說明書之範例實施態樣中，X2為S。
在其他範例實施態樣中，R1為經取代或未經取代之 烷基。
在其他範例實施態樣中，R1為經取代或未經取代之支鏈烷基。
在本說明書之範例實施態樣中，R1為2-乙基己基。
在本說明書之範例實施態樣中，R1為經取代或未經取代之烷氧基。
在本說明書之範例實施態樣中，R1為支鏈烷氧基。
在其他範例實施態樣中，R1為2-乙基己氧基。
在本說明書之範例實施態樣中，R2為經取代或未經取代之烷基。
在其他範例實施態樣中，R2為經取代或支鏈烷基。
在又其他範例實施態樣中，R2為2-乙基己基。
在本說明書之範例實施態樣中，R2為經取代或未經取代之烷氧基。
在其他範例實施態樣中，R2為支鏈烷氧基。
在本說明書之範例實施態樣中，R2為2-乙基己氧基。
在本說明書之範例實施態樣中，R3為經取代或未經取代之烷基。
在其他範例實施態樣中，R3為直鏈烷基。
在本說明書之範例實施態樣中，R3為十二烷基(dodecanyl)。
在本說明書之範例實施態樣中，R3為辛基。
在本說明書之範例實施態樣中，R3'為經取代或未經 取代之烷基。
在其他範例實施態樣中，R3'為直鏈烷基。
在又其他範例實施態樣中，R3'為辛基。
在本說明書之範例實施態樣中，R4為氫。
在其他範例實施態樣中，R5為氫。
在本說明書之範例實施態樣中，L1為伸芳基。
在其他範例實施態樣中，L1為伸苯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L1為包括N、O及S原子中一或多者的二價芳族雜環基。
在其他範例實施態樣中，L1為包括一或多個S原子之二價芳族雜環基。
在又其他範例實施態樣中，L1為噻吩基。
在本說明書之範例實施態樣中，L1包括一或二或更多個伸乙烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L1為伸烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L1為伸乙烯基(ethenylene group)。
在本說明書之範例實施態樣中，a為1。
在本說明書之範例實施態樣中，a為3。
在本說明書之範例實施態樣中，(L1)a為二(噻吩-2-基)乙烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L2為伸芳基。
在其他範例實施態樣中，L2為伸苯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L2為包括N、O及S 原子中一或多者的二價芳族雜環基。
在其他範例實施態樣中，L2為包括一或多個S原子之二價芳族雜環基。在又其他範例實施態樣中，L2為噻吩基。
在本說明書之範例實施態樣中，L2包括一或二或更多個伸乙烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L2為伸烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，L2為伸乙烯基(ethenylene group)。
在本說明書之範例實施態樣中，b為1。
在本說明書之範例實施態樣中，b為3。
在本說明書之範例實施態樣中，(L2)b為二(噻吩-2-基)乙烯基。
在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物為以下式1-1至1-5中任一者表示的共聚物。
在式1-1至1-5中，l、m、及o之定義係與前文所界定者相同。
在本說明書之範例實施態樣中，l為0.5。
在其他範例實施態樣中，m為0.5。
在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物之端基為雜環基或芳基。
在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物之端基為4- (三氟甲基)苯基。
在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物之數量平均分子量較佳為500g/mol至1,000,000g/mol。較佳地，該共聚物之數量平均分子量較佳為10,000至100,000。在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物之數量平均分子量較佳為30,000至70,000。
在本說明書之範例實施態樣中，該共聚物之分子量分布為1至100。較佳地，該共聚物之分子量分布為1至3。
分子量分布愈低以及數量平均分子量愈高，則電特性以及機械特性愈佳。
此外，較佳係數量平均分子量為100,000或更低，使該共聚物具有預定或更高之溶解性，因此可有利地應用溶液施加法。
該共聚物係基於下述製備實例來製備。
將溶劑、三種自式1至式3表示之第一單元至第三單元所衍生的單體、及觸媒置入反應器，且經由鈴木(Suzuki)偶合反應、施蒂勒(Stille)偶合反應或其他各種反應來反應所得之混合物，並予以封端。
在反應之後，將混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後可藉由使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並過濾固體來製備該共聚物。
根據本說明書之共聚物可藉由多步驟化學反應製備。單體係經由烷基化反應、格任亞(Grignard)反應、鈴木 偶合反應、施蒂勒偶合反應等製備，然後最終共聚物可經由碳-碳偶合反應(諸如施蒂勒偶合反應)製備。當待引入之取代基為硼酸或硼酸酯化合物時，該共聚物可經由鈴木偶合反應製備，而當待引入之取代基為三丁基錫化合物時，該共聚物可經由施蒂勒偶合反應製備，但該化學反應不局限於此。
在本說明書之範例實施態樣中，提供一種有機太陽能電池，其包括：第一電極；第二電極，其係設置成面對該第一電極；及一或多個層之有機材料層，其係設置在該第一電極與該第二電極之間且包括光活性層，其中該等有機材料層之一或多層包括該共聚物。
根據本發明範例實施態樣之有機太陽能電池包括第一電極、光活性層、及第二電極。該有機太陽能電池可進一步包括基板、電洞傳輸層、及/或電子傳輸層。
在本說明書之範例實施態樣中，當該有機太陽能電池從外部光源接收光子時，在電子予體與電子受體之間產生電子及電洞。所產生之電洞係經過電子予體層傳輸至正極。
在本說明書之範例實施態樣中，該有機材料層包括電洞傳輸層、電洞注入層、或同時傳輸及注入電洞之層、且該電洞傳輸層、該電洞注入層、或該同時傳輸及注入電洞之層包括該共聚物。
在其他範例實施態樣中，該有機材料層包括電子注入層、電子傳輸層、或同時注入及傳輸電子之層，且該電子 注入層、該電子傳輸層、或該同時注入及傳輸電子之層包括該共聚物。
在本說明書之範例實施態樣中，當該有機太陽能電池從外部光源接收光子時，在電子予體與電子受體之間產生電子及電洞。所產生之電洞係經過該電子予體層傳輸至正極。
在本說明書之範例實施態樣中，該有機太陽能電池可進一步包括選自由電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電荷產生層、電子阻擋層、電子注入層、及電子傳輸層之一或二或更多個有機材料層。
在本說明書之範例實施態樣中，該有機太陽能電池可進一步包括額外有機材料層。該有機太陽能電池可藉由使用同時具有各種功能的有機材料來減少其中的有機材料層之數目。
在本說明書之範例實施態樣中，該有機太陽能電池中陰極、光活性層、及陽極可以此順序佈置，以及陽極、光活性層、及陰極可以此順序佈置，但順序不局限於此。
在其他範例實施態樣中，在該有機太陽能電池中，該陽極、該電洞傳輸層、該光活性層、該電子傳輸層、及該陰極亦可以此順序佈置，以及該陰極、該電子傳輸層、該光活性層、該電洞傳輸層及該陽極亦可以此順序佈置，但該順序不局限於此。
在又其他範例實施態樣中，緩衝層可設置於該光活性層與該電洞傳輸層之間，或該光活性層與該電子傳輸層之 間。在此情況下，電洞注入層可進一步設置在該陽極與該電洞傳輸層之間。此外，電子注入層可進一步設置在該陰極與該電子傳輸層之間。
在本說明書之範例實施態樣中，該光活性層包括選自由電子予體及電子受體所組成之群組的一或二或更多者，且該電子予體包括該共聚物。
在本說明書之範例實施態樣中，該電子受體材料可選自由下列所組成之群組：富勒烯、富勒烯衍生物、浴銅靈(bathocuproine)、半導體元件、半導體化合物、及其組合。尤其是電子受體材料可為苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)或苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)。
在本說明書之範例實施態樣中，該電子予體及該電子受體構成塊材異質接面(BHJ)。該電子予體材料及該電子受體材料可以1：10至10：1之比(w/w)混合。具體而言，該電子予體材料及該電子受體材料可以1：1至1：10之比(w/w)混合，更明確地說，該電子予體材料及該電子受體材料可以1：1至1：5之比(w/w)混合。若必要，該電子予體材料及該電子受體材料可以1：1至1：3之比(w/w)混合。
在本說明書之範例實施態樣中，該光活性層具有包括n型有機材料層及p型有機材料層的雙層薄膜結構，且該p型有機材料層包含該共聚物。
在本說明書中，該基板可為具有優異透明度、表面平滑度、可處理性及防水性質之玻璃基板或塑膠基板，只要 該基板為有機太陽能電池中常用基板，其無限制。其具體實例包括玻璃、聚對酞酸伸乙酯(PET)、聚萘二甲酸伸乙酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚醯亞胺(PI)、三乙醯基纖維素(TAC)等，但不局限於此。
該陽極可由透明且具有優異傳導性之材料製成，但不局限於此。其實例包括：金屬，諸如釩、鉻、銅、鋅、及金或其合金；金屬氧化物，諸如氧化鋅、氧化銦、銦錫氧化物(ITO)、及銦鋅氧化物(IZO)；金屬和氧化物之組合，諸如ZnO：Al或SnO2：Sb；導電聚合物，諸如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(伸乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDT)、聚吡咯、及聚苯胺等，但不局限於此。
形成該陽極之方法無特定限制，但該陽極可例如藉由使用濺鍍、電子束、熱沉積、旋塗、網版印刷、噴墨印刷、刮刀法或凹版印刷法施加至基板的一個表面上，或藉由塗覆成膜形式而形成。
當在基板上形成陽極時，該陽極可經歷清潔、去除水分及親水性改質之程序。
例如，經圖案化之ITO基板依序經清潔劑、丙酮、及異丙醇(IPA)清潔，然後在熱板上以100℃至150℃乾燥1至30分鐘，較佳係以120℃乾燥10分鐘，以去除水分，且當讓基板完全清潔時，該基板表面係經親水性改質。
經由上述表面改質，可使接面表面電位維持在適於光活性層之表面電位的水準。此外，在該改質期間，聚合物薄膜輕易地形成於陽極上，且該薄膜之品質亦可獲得增強。
陽極之預處理技術實例包括a)使用平行板式放電之表面氧化法，b)經由在真空狀態下使用UV(紫外線)所產生之臭氧來氧化該表面的方法，c)使用藉由電漿所產生之氧自由基的氧化法等。
該等方法之一可視該陽極或該基板的狀態來選擇。然而，即使使用任何方法，較佳係通常避免氧與該陽極之表面或該表面分離，及最大程度地抑制水分及有機材料殘留。在此情況下，可最大化該預處理之實質效果。
作為特定實例，可使用經由使用UV所產生之臭氧來氧化該表面的方法。在此情況下，經圖案化之ITO基板在超音波清潔之後係在熱板上烘烤並充分乾燥，然後導入一室，及可藉由操作UV燈使氧氣與UV光反應所產生的臭氧來清潔該經圖案化之ITO基板。
然而，本說明書中該ITO基板之表面改質方法並不特別需要限制，且可使用只要是氧化表面之方法的任何方法。
該陰極可為具有低功函數之金屬，但不局限於此。其具體實例包括金屬，諸如鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、釓、鋁、銀、錫及鉛，或其合金；或多層材料，諸如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al：Li、Al：BaF2、及Al：BaF2：Ba，但不局限於此。
該陰極可藉由顯示5x10-7托耳或更低之真空度的熱蒸發器中沉積及形成，該形成方法但不局限於此方法。
該電洞傳輸層及/或電子傳輸層材料用以將從光活性 層分離之電子及電洞有效率地轉移至該電極，且該等材料無特定限制。
該電洞傳輸層材料可為摻雜聚(苯乙烯磺酸)之聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)(PEDOT：PSS)及氧化鉬(MoOx)；氧化釩(V2O5)；氧化鎳(NiO)；及氧化鎢(WOx)等，但不局限於此。
該電子傳輸層材料可為電子提取金屬氧化物，及其具體實例包括8-羥基喹啉之金屬錯合物；包括Alq3之錯合物；包括Liq之金屬錯合物；LiF；Ca；氧化鈦(TiOx)；氧化鋅(ZnO)；及碳酸銫(Cs2CO3)等，但不局限於此。
該光活性層可藉由將光活性材料(諸如電子予體及/或電子受體)溶解於有機溶劑中，然後藉由諸如旋塗、浸塗、網版印刷、噴塗、刮刀塗覆、及刷塗之方法來施加該溶液而形成，但該形成方法不局限於此。
下列製備實例及實施例中將詳細描述該共聚物之製備方法及包括彼之有機太陽能電池的製造。然而，下列實施例係供舉例說明本說明書，本說明書之範疇不受此局限。
發明模式
下列實施例中將具體描述該共聚物之製備方法及包括彼之有機太陽能電池的製造。然而，下列實施例係供舉例說明本說明書，本說明書之範疇不受此局限。
實施例1 共聚物1之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己基-2-噻吩基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.7g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.7418g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
實施例2 共聚物2之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(3-(2-乙基己基)氧)苯基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.7154g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.7418g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃 取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
實施例3 共聚物3之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(5-((E)-2-(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)乙烯基)噻吩-2-基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.8673g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.7418g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
實施例4 共聚物4之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己基-2-噻吩基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.7g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)硒吩(0.3533g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.7418g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然 後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
實施例5 共聚物5之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己基-2-噻吩基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.7g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-辛基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.6549g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲 苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
比較實例1 共聚物6之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.5976g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6- 二酮(0.7418g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
比較實例2 共聚物7之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.5976g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171g， 0.7738mmol)、1,3-二溴-5-十二基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.6550g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
比較實例3 共聚物8之合成
將5ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙十二基-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.3410g，0.4000mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.1639g，0.4000mmol)、1,3-二溴-5-(2-乙基己基)噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(0.3387g，0.8000mmol)、14.7mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及19.5mg之三 (鄰甲苯基)膦置入圓底燒瓶，且在140℃之條件下反應。
為該反應，在140℃之條件下使三丁基-苯基-錫烷(0.26ml，0.8mmol)及溴苯(0.13ml，1.2mmol)反應1小時並予以封端。在反應終止之後，沉澱該聚合物並進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
比較實例4 共聚物9之合成
將15ml之氯苯、2,6-雙(三甲基錫)-4,8-雙(2-乙基己基-2-噻吩基)-苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩(0.7g，0.7738mmol)、2,5-雙(三甲基錫烷基)噻吩(0.3171 g，0.7738mmol)、1,3-二溴-5-辛基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(1.751g，1.548mmol)、28mg之參(二苯亞甲基丙酮)二鈀(0)(Pd2(dba)3)、及37mg之三(鄰甲苯基)膦置入微波反應小瓶，且在170℃之條件下反應1小時。在該混合物冷卻至室溫並倒入甲醇中之後，過濾固體且以甲醇、丙酮、己烷、及氯仿進行索司勒萃取，然後使氯仿部分再次沉澱於甲醇中並濾出固體。
有機太陽能電池之製造及其特性之測量 實驗實例1：有機太陽能電池之製造-1
藉由將實施例1中所製備之共聚物1以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物1-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
實驗實例2：有機太陽能電池之製造-2
藉由將實施例2中所製備之共聚物2以及PC61BM以 1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物2-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
實驗實例3：有機太陽能電池之製造-3
藉由將實施例3中所製備之共聚物3以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物3-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
實驗實例4：有機太陽能電池之製造-4
藉由將實施例4中所製備之共聚物4以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物4-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
實驗實例5：有機太陽能電池之製造-5
藉由將實施例5中所製備之共聚物5以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物5-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為 200nm之Al而製造有機太陽能電池。
比較實驗實例1：有機太陽能電池之製造-6
藉由將比較實例1中所製備之共聚物6以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物6-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
比較實驗實例2：有機太陽能電池之製造-7
藉由將比較實例2中所製備之共聚物7以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP 注射器過濾器過濾化合物7-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
比較實驗實例3：有機太陽能電池之製造-8
藉由將比較實例3中所製備之共聚物8以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物8-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
比較實驗實例4：有機太陽能電池之製造-9
藉由將比較實例3中所製備之共聚物8以及PC61BM以1：3之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗 厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物8-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
比較實驗實例5：有機太陽能電池之製造-10
藉由將比較實例4中所製備之共聚物9以及PC61BM以1：2之比溶解於氯苯(CB)中來製備複合溶液。在該情況下，將濃度調整至4.0重量%，且將有機太陽能電池製成具有ITO/PEDOT：PSS/光活性層/Al之結構。使用蒸餾水、丙酮及2-丙醇以超音波方式清洗經ITO塗覆之玻璃基板，並以臭氧處理該ITO表面10分鐘，然後藉由旋塗厚度為45nm之PEDOT：PSS(Baytrom P)在120℃下進行熱處理10分鐘。為了塗覆該光活性層，以0.45μm PP注射器過濾器過濾化合物9-PC61BM複合溶液並旋塗，然後藉由使用熱蒸發器在3 x 10-8托耳之真空下沉積厚度為200nm之Al而製造有機太陽能電池。
<測試實例1>
實驗實例1至5以及比較實驗實例1至5中所製造之有機太陽能電池的光電轉換特性係在100mW/cm2(AM 1.5)之條件下測量，結果係示於下表1。
表1中，VOC、JSC、FF、及PCE分別意指斷路電壓、短路電流、填充係數、及能量轉換效率。斷路電壓及短路電流分別為電壓-電流密度曲線之四個象限中的Y軸截距及X軸截距，且當這兩個值變大時，有機太陽能電池的效率較佳地提高。此外，填充係數係藉由將在該曲線內繪製之矩形的面積除以斷路電壓及短路電流之積所獲得的值。能量轉換效率可於將這三個值除以所照射光之強度時獲 得，且該值愈高愈好。
當實驗實例1至5與比較實驗實例1至4比較時，可確認該共聚物之主鏈的側鏈包括共軛結構之情況的有機太陽能電池效率優於該共聚物之主鏈的側鏈不包括共軛結構之情況。
此外，當實驗實例1至5與比較實驗實例5比較時，可確認包括本申請案之所有第一單元、第二單元、及第三單元的情況之有機太陽能電池效率優於僅包括本申請案之第一單元及第三單元的情況。
101‧‧‧基板
102‧‧‧第一電極
103‧‧‧電洞傳輸層
104‧‧‧光活性層
105‧‧‧第二電極

Claims (16)

  1. 一種共聚物，其包含：以下式1表示之第一單元；以下式2表示之第二單元；及以下式3表示之第三單元： 在式1至3中，a及b各為1至3之整數，當a為2或更大時，二或更多個L1係相同或彼此不同， 當b為2或更大時，二或更多個L2係相同或彼此不同，L1及L2係相同或彼此不同，且各自獨立地具有共軛結構，R1及R2係相同或彼此不同，且各自獨立地作為在L1及L2之共軛結構中待取代的取代基，係選自由下列所組成之群組中的一或二或更多者：氫；氘；鹵基；腈基；硝基；醯亞胺基；醯胺基；羥基；經取代或未經取代之烷基；經取代或未經取代之環烷基；經取代或未經取代之烷氧基；經取代或未經取代之芳氧基；經取代或未經取代之烷硫基；經取代或未經取代之芳硫基；經取代或未經取代之烷(亞)磺醯基(alkylsulfoxy group)；經取代或未經取代之芳(亞)磺醯基(arylsulfoxy group)；經取代或未經取代之烯基；經取代或未經取代之矽基；經取代或未經取代之硼基；經取代或未經取代之烷基胺基；經取代或未經取代之芳烷基胺基；經取代或未經取代之芳基胺基；經取代或未經取代之雜芳基胺基；經取代或未經取代之芳基；及經取代或未經取代之包括N、O及S原子中一或多者的雜環基，X1及X2係相同或彼此不同，且各自獨立地為CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，且R、R'及R3至R5係相同或彼此不同，且各自獨立地為氫；氘；鹵基；腈基；硝基；醯亞胺基；醯胺基；羥基；經取代或未經取代之烷基；經取代或未經取代之環烷 基；經取代或未經取代之烷氧基；經取代或未經取代之芳氧基；經取代或未經取代之烷硫基；經取代或未經取代之芳硫基；經取代或未經取代之烷(亞)磺醯基；經取代或未經取代之芳(亞)磺醯基；經取代或未經取代之烯基；經取代或未經取代之矽基；經取代或未經取代之硼基；經取代或未經取代之烷基胺基；經取代或未經取代之芳烷基胺基；經取代或未經取代之芳基胺基；經取代或未經取代之雜芳基胺基；經取代或未經取代之芳基；或經取代或未經取代之包括N、O及S原子中一或多者的雜環基。
  2. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中該共軛結構包含：伸芳基；包含N、O、S、Se、Te、Ge、及P原子中一或多者之芳族雜環基；或一或二或更多個伸乙烯基。
  3. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中R1及R2係相同或彼此不同，且各自獨立地為經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基；或經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷氧基。
  4. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中R3至R5係相同或彼此不同，且各自獨立地為氫；或經取代或未經取代之具有1至20個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
  5. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中相對於該第一單元、第二單元及第三單元之莫耳數的總和，第一單元與第三單元之總和的莫耳比為0.5或更大。
  6. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中該共聚物 包含以下式4表示之單元： 式4中，a、b、L1、L2、X1、X2、及R1至R5係與申請專利範圍第1項中所界定者相同，X1'係與X1相同或不同，且係各自獨立地與X1之定義相同，R3'係與R3相同或不同，且係各自獨立地與R3之定義相同，l為莫耳比，且0<l<1，m為莫耳比，且0<m<1，l+m=1，且o為0<o<1,000之整數。
  7. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中該共聚物之數量平均分子量為500g/mol至1,000,000g/mol。
  8. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中該共聚物之分子量分布為1至100。
  9. 如申請專利範圍第1項之共聚物，其中該共聚物 為隨機共聚物。
  10. 一種有機太陽能電池，其包含：第一電極；設置為面對該第一電極之第二電極；以及包含一或多層之有機材料層，其係設置於該第一電極與第二電極之間，且包含光活性層，其中該有機材料層之一或多層包含如申請專利範圍第1至9項中任一項之共聚物。
  11. 如申請專利範圍第10項之有機太陽能電池，其中該有機材料層包含電洞傳輸層、電洞注入層、或同時傳輸及注入電洞之層，且該電洞傳輸層、該電洞注入層、或該同時傳輸及注入電洞之層包含該共聚物。
  12. 如申請專利範圍第10項之有機太陽能電池，其中該有機材料層包含電子注入層、電子傳輸層、或同時注入及傳輸電子之層，且該電子注入層、該電子傳輸層、或該同時注入及傳輸電子之層包含該共聚物。
  13. 如申請專利範圍第10項之有機太陽能電池，其中該光活性層包含選自由電子予體及電子受體所組成之群組中的一或二或更多者，且該電子予體包含該共聚物。
  14. 如申請專利範圍第13項之有機太陽能電池，其中該電子予體及該電子受體構成塊材異質接面((bulk heterojunction)BHJ)。
  15. 如申請專利範圍第10項之有機太陽能電池，其中該光活性層具有包含n型有機材料層及p型有機材料層之雙層薄膜結構，且該p型有機材料層包含該共聚物。
  16. 如申請專利範圍第10項之有機太陽能電池，其中該有機太陽能電池進一步包含選自由下列所組成之群組的一或二或更多個有機材料層：電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層、電荷產生層、電子阻擋層、電子注入層、及電子傳輸層。
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