TWI669323B - 聚合物及含彼之有機太陽能電池 - Google Patents
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Abstract
本說明書係關於聚合物及含彼之有機太陽能電池。
Description
本申請案主張韓國專利申請案10-2017-0028258號之優先權與權利，此案在2017年3月6日於韓國智慧財產權局提出申請，以引用方式將其全部內容併入本案作為參考。 本說明書係關於聚合物及含彼之有機太陽能電池。
有機太陽能電池是可應用光伏打效應將太陽能直接轉換成電能之裝置。視構成薄膜的材料而定，太陽能電池可分成無機太陽能電池與有機太陽能電池。典型太陽能電池係透過摻雜結晶矽(Si)之p-n接面製得，其為無機半導體。吸收光所產生之電子與電洞擴散至p-n接面位點並在被電場加速時移動至電極。在此方法中的光電轉換效率被定義為給予外電路之電功率與進入太陽能電池的太陽功率之比率，且該效率在目前標準化的虛擬日光照射條件下測量時已經達到約24%。然而，由於在相關技術中之無機太陽能電池已經證實在經濟可行性與材料需求與供應方面受到限制，因而容易加工且廉價並具有各種功能性之有機半導體太陽能電池作為長期替代能源已受到關注。 對太陽能電池而言，重要的是增加效率以便從太陽能儘可能多輸出電能。為了增加太陽能電池效率，在半導體內產生儘可能多的激子很重要，但是在不損失下將所產生之電荷拉引到外面也很重要。電荷損失的原因之一為所產生的電子與電洞由於復合而消耗。已提出各種方法將所產生之電子與電洞在不損失下輸送到電極，但是在大多數情況下需要另外的方法，且相應地可能增加製造成本。 [相關技術之參考] [專利文件] 韓國專利申請公開號2014-0025621。 [非專利文件] Two-Layer Organic Photovoltaic Cell (C.W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183. (1986)) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions (G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
[技術課題] 本說明書之一個目的是提供聚合物及含彼之有機太陽能電池。 [技術解決方案] 本說明書提供聚合物，其包含如下列化學式1所示之第一單元；和如下列化學式2所示的第二單元。 [化學式1][化學式2]在化學式1與2中， d1、d2、x、與x'各為1或2， 當d1、d2、x、與x'各為2時，在括號內的結構式彼此相同或不同， X1與X2彼此相同或不同，並各獨立地為CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te， Y1至Y4彼此相同或不同，並各獨立地為CR''、N、SiR''、P、或GeR''， X與X'彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se， Ar1與Ar2彼此相同或不同，並各獨立地為經取代或未經取代的直鏈或支鏈烷基， R1與R2彼此相同或不同，並各獨立地為經取代或未經取代的支鏈烷基， G1與G2彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R、R'與R''彼此相同或不同，並各獨立地為氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和 D1與D2彼此相同或不同，並各獨立地為選自下列結構式的任一者：在上述結構式中， X''、X'''、與X''''彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se， Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''、N、SiR'''、P、或GeR'''， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和 g是0或1。 另外，本說明書提供有機太陽能電池，其包含：第一電極；第二電極，其被配置以面對該第一電極；和具有一或多層的有機材料層，其被配置於該第一電極與該第二電極之間並包含光活性層，其中該有機材料層的一或多層包含上述聚合物。 [有利功效] 根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物由於共軛長度增加而可吸收寬區域之光，並可透過化學式1的Ar1與Ar2來保持或改善吸收光而增加之開路電壓，藉此提供具有高效率的裝置。 另外，當製造含根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物之有機太陽能電池時，可在室溫下製造該有機太陽能電池，以使得該有機太陽能電池在時間與成本方面具經濟效益，因為不像在相關技術中的有機太陽能電池需要高溫熱處理與處理時間。
下文將更詳細說明本說明書。 在本說明書中，「單元」是指單體包含於聚合物中之重複結構，和其中單體藉由聚合作用鍵結到聚合物中的結構。 在本說明書中，「含單元」是指該單元包含於聚合物主鏈中。 在本說明書中，當一個部件「包含」一種組成元件時，除非另外具體說明，否則這並非指不包含另一種組成元件，而是指可能另外包含另一種組成元件。 在本說明書的一個示範性實施方式中，聚合物包含如化學式1所示之第一單元和如化學式2所示的第二單元。 在本說明書的另一個示範性實施方式中，聚合物包含一或二或多個如化學式1所示之第一單元和一或二或多個如化學式2所示的第二單元，其包含於該聚合物中。 在本說明書中，當二或多個第一單元與/或第二單元包含於該聚合物中時，該二或多個第一單元與/或第二單元可彼此相同或不同。藉由調整複數個第一單元與/或第二單元為相同或不同，可以在製造裝置時調整所需之聚合物溶解度與/或可以調整裝置的使用壽命、效率特性等。 以化學式1表示之第一單元包含烷氧基，和以化學式2表示的第二單元包含氟與支鏈烷基。相應地，當聚合物同時包含以化學式1表示之第一單元與以化學式2表示的第二單元時，聚合物之溶解性極佳。在這種情況下，於製造裝置時在時間與/或成本方面具經濟效益。 此外，根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物由於共軛長度增加而可吸收寬區域之光，並可透過化學式1的Ar1與Ar2之烷基的變化來保持或改善吸收光而增加之開路電壓，藉此提供具有高效率的裝置。 另外，當製造含根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物之有機太陽能電池時，可在室溫下製造該有機太陽能電池，以使得該有機太陽能電池在時間與成本方面具經濟效益，因為不像在相關技術中的有機太陽能電池需要高溫熱處理與處理時間。 此外，在本說明書之一個示範性實施方式中，含-O-Ar1與-O-Ar2的第一單元使HOMO能階值增加，而含G1與G2之第二單元使HOMO能階值減少。相應地，藉由調整第一單元與第二單元的比率以調整出適當的HOMO能階，可實現高效率有機太陽能電池。 在本說明書中，能階是指能量大小。相應地，即使在以相對真空能階之負(-)方向來表示能階時，仍然被解釋成能階是指對應能量值的絕對值。例如，HOMO能階是指從真空能階到最高佔用分子軌域之距離。另外，LUMO能階是指從真空能階到最低未佔用分子軌域的距離。 此外，使HOMO能階值減少之意思是指使能階的絕對值增加，而使HOMO能階值增加之意思是指使能階的絕對值減少。 取代基實例將在下文描述，但不限於此。 術語「取代」是指將鍵結至化合物之碳原子的氫原子轉換成另一取代基，且被取代之位置沒有限定，只要該位置是氫原子取代的位置，亦即取代基可取代之位置，且在二或多者被取代時，該二或多個取代基可彼此相同或不同。 在本說明書中，術語「經取代或未經取代」是指經一或多個選自由下列所組成之群組的取代基取代：氘、鹵素基團、腈基、硝基、醯亞胺基、醯胺基、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代之環烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代之芳氧基、經取代或未經取代的烷硫基、經取代或未經取代之芳硫基、經取代或未經取代的烷基磺醯基、經取代或未經取代之芳基磺醯基、經取代或未經取代的烯基、經取代或未經取代之芳基、和經取代或未經取代的雜環基，或是指經鍵結至二或多個上述取代基之取代基所取代，或是指沒有取代基。例如，「鍵結至二或多個取代基之取代基」可為聯苯基。亦即該聯苯基也可為芳基，並可被解釋成鍵結至二個苯基之取代基。 在本說明書中，醯亞胺基之碳原子數沒有特别限定，但較佳為1至30個。具體地說，醯亞胺基可為具有下列結構式的化合物，但不限於此。在本說明書中，對醯胺基而言，醯胺基之一或二個氮原子可經下列取代：氫、具1至30個碳原子的直鏈、支鏈或環狀烷基、或具6至30個碳原子之芳基。具體地說，醯胺基可為具有下列結構式的化合物，但不限於此。在本說明書中，鹵素基團實例包含氟、氯、溴或碘。 在本說明書中，烷基可為直鏈或支鏈烷基，且其碳原子數沒有特别限定，但較佳為1至50個。烷基具體實例包含甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、丁基、正丁基、異丁基、三級丁基、二級丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、異戊基、新戊基、三級戊基、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、三級辛基、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、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限於此。 在本說明書中，環烷基沒有特别限定，但其碳原子數較佳為3至60個，且其具體實例包含環丙基、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、4-三級丁基環己基、環庚基、環辛基等，但不限於此。 在本說明書中，烷氧基可為直鏈、支鏈或環狀烷氧基。烷氧基的碳原子數沒有特别限定，但較佳為1至20個。烷氧基具體實例包含甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、三級丁氧基、二級丁氧基、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、苄氧基、對甲基苄氧基等，但不限於此。 在本說明書中，烯基可為直鏈或支鏈烯基，且其碳原子數沒有特别限定，但較佳為2至40個。烯基具體實例包含乙烯基、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-1-基、2-苯基乙烯-1-基、2,2-二苯基乙烯-1-基、2-苯基-2-(萘-1-基)乙烯-1-基、2,2-雙(二苯-1-基)乙烯-1-基、茋基、苯乙烯基等，但不限於此。 在本說明書中，當芳基是單環芳基時，其碳原子數沒有特别限定，但較佳為6至25個。單環芳基具體實例包含苯基、聯苯基、聯三苯(terphenyl)等，但不限於此。 在本說明書中，當芳基是多環芳基時，其碳原子數沒有特别限定，但較佳為10至24個。多環芳基具體實例包含萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、䓛基、茀基等，但不限於此。 在本說明書中，茀基可經取代，且相鄰的取代基可彼此鍵結以形成環。 當茀基經取代時，該茀基可為，，，，，，，等。然而，該茀基不限於此。 在本說明書中，雜環基包含一或多個碳以外的原子，亦即一或多個雜原子，且具體地說，雜原子可包含一或多個選自由下列所組成之群組的原子：O、N、Si、Se、S等。雜環基之碳原子數沒有特别限定，但較佳為2至60個。雜環基實例包含噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、㗁唑基、㗁二唑基、三唑基、吡啶基、聯吡啶基、嘧啶基、三𠯤基、吖啶基、嗒𠯤基、吡𠯤基、喹啉基、喹唑啉基、喹㗁啉基、呔𠯤基、吡啶並嘧啶基、吡啶並吡𠯤基、吡𠯤並吡𠯤基、異喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯並㗁唑基、苯並咪唑基、苯並噻唑基、苯並咔唑基、苯並噻吩基、二苯並噻吩基、苯並呋喃基、啡啉基、噻唑基、異㗁唑基、噻二唑基、苯並噻唑基、啡噻𠯤基、二苯並呋喃基等，但不限於此。 在本說明書中，胺基之碳原子數沒有特别限定，但較佳為1至30個。在胺基中的N原子可經芳基、烷基、芳烷基、雜環基等取代，且胺基具體實例包含甲胺基、二甲胺基、乙胺基、二乙胺基、苯胺基、萘胺基、聯苯胺基、蒽胺基、9-甲基-蒽胺基、二苯胺基、苯基萘胺基、聯甲苯胺基、苯基甲苯胺基、三苯胺基等，但不限於此。 在本說明書中，在芳氧基、芳硫基、與芳基磺醯基中的芳基和上述芳基實例相同。具體地說，芳氧基實例包含苯氧基、對甲苯氧基、間甲苯氧基、3,5-二甲苯氧基、2,4,6-三甲苯氧基、對三級丁基苯氧基、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；芳硫基實例包含苯硫基、2-甲基苯硫基、4-三級丁基苯硫基等；芳基磺醯基實例包含苯磺醯基、對甲苯磺醯基等，但實例不限於此。 在本說明書中，在烷硫基與烷基磺醯基中的烷基和上述烷基實例相同。具體地說，烷硫基實例包含甲硫基、乙硫基、三級丁硫基、己硫基、辛硫基等；烷基磺醯基實例包含甲基磺醯基、乙基磺醯基、丙基磺醯基、丁基磺醯基等，但實例不限於此。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，X1是S。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，Y1是N。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，Y2是N。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，d1是1。 在本說明書之一個示範性實施方式中，一或多個以化學式1表示的第一單元被包含在內。 在本說明書之一個示範性實施方式中，以化學式1表示的第一單元係如下列化學式1-1所示： [化學式1-1]在化學式1-1中， Ar1、Ar2、與D1和化學式1中所定義者相同。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，D1是選自下列結構式的任一者：在上述結構式中， X''、X'''、與X''''彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se， Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''、N、SiR'''、P、或GeR'''， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代之芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和 g是0或1。 在上述結構式中，X''、X'''、與X''''是S。 在上述結構式中，Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''。 根據本說明書之一個示範性實施方式，D1是選自下列結構式的任一者：在上述結構式中， G11至G18、G101、G102與R'''和上述者相同。 在本說明書之一個示範性實施方式中，化學式1係如下列化學式1-2至1-5的任一者所示： [化學式1-2][化學式1-3][化學式1-4][化學式1-5]在化學式1-2至1-5中， Ar1與Ar2和化學式1中所定義者相同， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，和 R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代之芳基、或經取代或未經取代的雜環基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，X2是S。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，Y3是N。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，Y4是N。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，X是S。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，X'是S。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，d2是1。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，x是1。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式2中，x'是1。 在本說明書之一個示範性實施方式中，一或多個以化學式2表示的第二單元被包含在內。 在本說明書之一個示範性實施方式中，以化學式2表示的第二單元係如下列化學式2-1所示： [化學式2-1]在化學式2-1中， R1、R2、G1、G2、與D2和化學式2中所定義者相同。 根據本說明書之一個示範性實施方式，在化學式1中，D2是選自下列結構式的任一者：在上述結構式中， X''、X'''、與X''''彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se， Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''、N、SiR'''、P、或GeR'''， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代之芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和 g是0或1。 在上述結構式中，X''、X'''、與X''''是S。 在上述結構式中，Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''。 根據本說明書之一個示範性實施方式，D2是選自下列結構式的任一者：在上述結構式中， G11至G18、G101、G102與R'''和上述者相同。 在本說明書之一個示範性實施方式中，化學式2係如下列化學式2-2至2-5的任一者所示： [化學式2-2][化學式2-3][化學式2-4][化學式2-5]在化學式2-2至2-5中， R1、R2、G1、與G2和化學式2中所定義者相同， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代之烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代之芳基、或經取代或未經取代的雜環基。 在本說明書之一個示範性實施方式中，當在化學式2中的d2、x、與x'是1且在化學式1中之d1是1時，可阻礙分子的轉動，且透過X與X'之S和G1與G2的鹵素基團或化學式1之O原子的相互作用可增加平面性。 在本說明書之一個示範性實施方式中，含第一單元與第二單元的聚合物是交替聚合物。 在另一個示範性實施方式中，含第一單元與第二單元的聚合物是無規聚合物。 在本說明書之一個示範性實施方式中，該聚合物包含如下列式4或5所示的單元： [化學式4][化學式5]在化學式4與5中， A是如化學式1所示之第一單元， B是如化學式2所示的第二單元： l是莫耳分率，且0＜l＜1， m是莫耳分率，且0＜m＜1， l+m=1，和 n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。 在本說明書中，含如化學式4所示之單元的聚合物可藉由包含僅由第一單元與第二單元組成之單元來構成交替聚合物。 在本說明書中，含如化學式5所示之單元的聚合物可藉由包含僅由第一單元與第二單元組成之單元來構成無規聚合物，並根據莫耳分率l與m來調整第一單元與第二單元的含量。 在本說明書之一個示範性實施方式中，以化學式4表示的單元係如下列式4-1至4-16之任一者所示。 在另一個示範性實施方式中，以化學式5表示的單元係如下列式5-1至5-16之任一者所示。 在本說明書之一個示範性實施方式中，聚合物包含如下列化學式4-1至4-16與5-1至5-16的任一者所示之單元： [化學式4-1][化學式4-2][化學式4-3][化學式4-4][化學式4-5][化學式4-6][化學式4-7][化學式4-8][化學式4-9][化學式4-10][化學式4-11][化學式4-12][化學式4-13][化學式4-14][化學式4-15][化學式4-16][化學式5-1][化學式5-2][化學式5-3][化學式5-4][化學式5-5][化學式5-6][化學式5-7][化學式5-8][化學式5-9][化學式5-10][化學式5-11][化學式5-12][化學式5-13][化學式5-14][化學式5-15][化學式5-16]在化學式4-1至4-16與5-1至5-16中， Ar1與Ar2和化學式1中所定義者相同， R1、R2、G1、與G2和化學式2中所定義者相同， G11至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟， R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基， l是莫耳分率，且0＜l＜1， m是莫耳分率，且0＜m＜1， l+m=1，和 n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1與Ar2彼此相同或不同，並各獨立地為直鏈或支鏈烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1與Ar2彼此相同或不同，並各獨立地為具有1至30個碳原子的直鏈或支鏈烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1與Ar2是經取代或未經取代的十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1與Ar2是十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1是十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar2是十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar1是正十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，Ar2是正十二烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G1與G2是氫。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G1與G2是氟。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G1是氫，且G2是氟。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G1是氟，且G2是氫。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R1與R2彼此相同或不同，並各獨立地為支鏈烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R1與R2彼此相同或不同，並各獨立地為具有3至30個碳原子的支鏈烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R1與R2是經取代或未經取代的2-癸基十四烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R1與R2是2-癸基十四烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R1是2-癸基十四烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R2是2-癸基十四烷基。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G11至G14彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G11至G14中的二者是氟，而其餘者是氫。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G12與G13是氟。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G11與G14是氫。 根據本說明書之一個示範性實施方式，G15至G18、G101、與G102是氫。 根據本說明書之一個示範性實施方式，R'''是氫。 在本說明書之一個示範性實施方式中，聚合物包含如下列化學式5-1-1、5-5-1、5-11-1、與5-16-1的任一者所示之單元： [化學式5-1-1][化學式5-5-1][化學式5-11-1][化學式5-16-1]在化學式5-1-1、5-5-1、5-11-1、與5-16-1中， l是莫耳分率，且0＜l＜1， m是莫耳分率，且0＜m＜1， l+m=1，和 n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。 在本說明書之一個示範性實施方式中，l是0.5。 在本說明書之一個示範性實施方式中，m是0.5。 在本說明書之一個示範性實施方式中，HOMO能階是5 eV至5.9 eV。 在本說明書中，藉助循環伏安法(電化學方法)測得HOMO能階，並採用在HOMO能階與自UV邊緣發射的能帶間隙之間的差異來測量LUMO能階。 具體地說，循環伏安法是由工作電極(碳電極)、參考電極、與相對電極(鉑片)組成，且是在讓電位以固定速率隨著時間波動的情況下測量在電極內流動的電流之方法。HOMO與LUMO的計算公式如下。 [公式] HOMO(或LUMO)(eV)＝-4.8-(Eonset-E1/2(Ferrocene)) 在本說明書之一個示範性實施方式中，聚合物對氯苯來說具有0.1重量%至20重量%的溶解度。溶解度的測量可指在室溫下所測得之值。 在本說明書之一個示範性實施方式中，就聚合物端基而言，使用三氟苯基與/或4-溴二苯酯，但一般來說，眾所周知的端基可根據本領域普通技術人員之需要來改性與使用，且該端基沒有限定。 根據本說明書之一個示範性實施方式，聚合物較佳具有5,000 g/mol至1,000,000 g/mol的數目平均分子量。 根據本說明書之一個示範性實施方式，聚合物可具有1至10的分子量分布。較佳地，聚合物具有1至3之分子量分布。 另外，上述數目平均分子量較佳為100,000 g/mol或更少，以使得聚合物具有預定或更高的溶解度，從而有利於進行溶液施用方法。 根據本說明書之聚合物可藉由多步驟化學反應製得。單體係透過烷基化反應、格利雅(Grignard)反應、鈴木(Suzuki)偶合反應、史帝勒(Stille)偶合反應等製得，然後最終聚合物可透過碳-碳偶合反應(比如史帝勒偶合反應)製得。當被引入的取代基是硼酸或硼酸酯化合物時，最終聚合物可透過鈴木偶合反應製得，且當被引入之取代基是三丁基錫或三甲基錫化合物時，最終聚合物可透過史帝勒偶合反應製得，但方法不限於此。 本說明書之一個示範性實施方式提供有機太陽能電池，其包含：第一電極；第二電極，其被配置以面對該第一電極；和具有一或多層的有機材料層，其被配置於該第一電極與該第二電極之間並包含光活性層，其中該有機材料層的一或多層包含上述聚合物。 在本說明書中當一構件被配置於另一構件「上」時，這不僅包含一構件與另一構件接觸的情況，還包含又另一構件存在於該兩構件之間的情況。 根據本說明書之一個示範性實施方式的有機太陽能電池包含第一電極、光活性層、與第二電極。有機太陽能電池可另外包含基板、電洞傳輸層、與/或電子傳輸層。 在本說明書之一個示範性實施方式中，當有機太陽能電池接受來自外面光源的光子時，在電子供體與電子受體之間產生電子與電洞。所產生的電洞透過電子供體層傳輸到正極。 在本說明書之一個示範性實施方式中，有機材料層包含電洞傳輸層、電洞注入層、或同時傳輸與注入電洞的層，且該電洞傳輸層、該電洞注入層、或該同時傳輸與注入電洞的層包含上述聚合物。 在另一個示範性實施方式中，有機材料層包含電子注入層、電子傳輸層、或同時注入與傳輸電子的層，且該電子注入層、該電子傳輸層、或該同時注入與傳輸電子的層包含上述聚合物。 圖1是圖示根據本說明書之一個示範性實施方式的有機太陽能電池之圖。 在本說明書之一個示範性實施方式中，當有機太陽能電池接受來自外面光源的光子時，在電子供體與電子受體之間產生電子與電洞。所產生的電洞透過電子供體層傳輸到正極。 在本說明書之一個示範性實施方式中，有機太陽能電池可另外包含其他的有機材料層。有機太陽能電池可使用同時具有各種功能之有機材料來減少有機材料層的數目。 在本說明書之一個示範性實施方式中，第一電極是陽極，而第二電極是陰極。在另一個示範性實施方式中，第一電極是陰極，而第二電極是陽極。 在本說明書之一個示範性實施方式中，於有機太陽能電池中，陰極、光活性層、與陽極可按此順序排列，且陽極、光活性層、與陰極可按此順序排列，但排列順序不限於此。 在另一個示範性實施方式中，於有機太陽能電池中，陽極、電洞傳輸層、光活性層、電子傳輸層、與陰極也可按此順序排列，且陰極、電子傳輸層、光活性層、電洞傳輸層、與陽極也可按此順序排列，但排列順序不限於此。 在本說明書之一個示範性實施方式中，有機太陽能電池具有正置結構。該正置結構可指陽極形成在基板上。具體地說，根據本說明書之一個示範性實施方式，當有機太陽能電池具有正置結構時，在基板上形成的第一電極可為陽極。 在本說明書之一個示範性實施方式中，有機太陽能電池具有倒置結構。該倒置結構可指陰極形成在基板上。具體地說，根據本說明書之一個示範性實施方式，當有機太陽能電池具有倒置結構時，在基板上形成的第一電極可為陰極。 在本說明書之一個示範性實施方式中，有機太陽能電池具有串疊結構。在這種情況下，有機太陽能電池可包含具有二或多層的光活性層。在根據本說明書之一個示範性實施方式的有機太陽能電池中，光活性層可具有一層或二或多層。 在另一個示範性實施方式中，可將緩衝層配置於光活性層與電洞傳輸層之間，或配置於光活性層與電子傳輸層之間。在這種情況下，可另外將電洞注入層配置於陽極與電洞傳輸層之間。另外，可另外將電子注入層配置於陰極與電子傳輸層之間。 在本說明書之一個示範性實施方式中，光活性層包含選自由電子供體與電子受體所組成的群組之一或二或多者，且該電子供體包含上述聚合物。 在本說明書之一個示範性實施方式中，電子受體材料可選自由下列所組成的群組：富勒烯、富勒烯衍生物、浴銅靈(bathocuproine)、半導電元素、半導電化合物、與其組合物。具體地說，電子受體材料是選自由下列所組成的群組之一或二或多種化合物：富勒烯、富勒烯衍生物((6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯、或(6,6)-苯基-C71-丁酸甲酯)(PCBM)、或(6,6)-苯基-C61-丁酸膽甾酯(PCBCR))、苝、聚苯並咪唑(PBI)、與3,4,9,10-苝-四甲酸雙苯並咪唑(PTCBI)。 在本說明書之一個示範性實施方式中，電子供體與電子受體構成整體異質接面(BHJ)。 整體異質接面是指在光活性層中電子供體材料與電子受體材料彼此混合。 在本說明書之一個示範性實施方式中，光活性層另外包含添加劑。 在本說明書之一個示範性實施方式中，添加劑具有50 g/mol至1,000 g/mol的分子量。 在另一個示範性實施方式中，添加劑是具有30℃至300℃的沸點之有機材料。在本說明書中，有機材料是指含至少一個或多個碳原子的材料。 在一個示範性實施方式中，添加劑可另外包含一或二種選自由下列所組成的群組之添加劑：1,8-二碘辛烷(DIO)、1-氯萘(1-CN)、二苯醚(DPE)、辛二硫醇、與四溴噻吩。 對從有機太陽能電池順利地分離激子和有效地傳輸經分離的電荷而言，必須最大地增加在電子供體與電子受體之間的介面，但需要透過適當相分離來得到電子供體與電子受體之連續通道以改善形態。 根據本說明書之一個示範性實施方式，將添加劑引入活性層，藉此導致聚合物與富勒烯衍生物對添加劑有選擇性溶解度，並導致由溶劑與添加劑之間的沸點差異引起之有效相分離。另外，將電子受體材料或電子供體材料的交聯來固定形態，以至於可讓相分離不發生，且可藉由改變電子供體材料的分子結構來控制形態。 另外，藉由控制電子供體材料的立體規則性可改善形態，並可透過後處理(比如在高溫下熱處理)來改善形態。透過這樣可導致根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物之方向與結晶化，且藉由增加光活性層的粗糙度來促進和電極接觸，從而可導致電荷有效移動。 在本說明書之一個示範性實施方式中，光活性層具有雙層薄膜結構，其包含n型有機材料層與p型有機材料層，且該p型有機材料層包含上述聚合物。 在本說明書中，基板可為玻璃基板或具有極佳透明度、表面平滑度、容易處理、與防水性的透明塑膠基板，但不限於此，且基板沒有限定，只要該基板典型地用於有機太陽能電池。基板具體實例包含玻璃或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚醯亞胺(PI)、三乙醯基纖維素(TAC)等，但不限於此。 陽極電極可用透明且具有極佳導電性的材料製成，但不限於此。陽極電極實例包含：金屬比如釩、鉻、銅、鋅、與金、或其合金；金屬氧化物比如氧化鋅、氧化銦、銦錫氧化物(ITO)、與銦鋅氧化物(IZO)；金屬與氧化物的組合物比如ZnO：Al或SnO2
：Sb；導電性聚合物比如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(伸乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDOT)、聚吡咯、與聚苯胺等，但不限於此。 形成陽極電極之方法沒有特别限定，而陽極電極可例如由下列形成：用濺鍍法、電子束、熱沉積法、旋塗法、網版印刷法、噴墨印刷法、刮刀塗佈法、或凹版印刷法施加到基板的一面上，或以薄膜形式塗佈。 當在基板上形成陽極電極時，可使陽極電極經受淨化、移除水分、與親水化改性程序。 例如，循序地用清潔劑、丙酮、與異丙醇(IPA)清洗經圖案化的ITO基板，然後在加熱板上於100℃至150℃下乾燥1至30分鐘，較佳地於120℃下乾燥10分鐘，以便移除水分，且當完成清洗基板時，基板表面經親水化改性。 透過如上述的表面改性，可將接面電位保持在適合於光活性層之表面電位的水平。另外，在改性期間，聚合物薄膜可容易地在陽極電極上形成，並也可改善薄膜品質。 用於陽極電極之前處理技術實例包含a)使用平行板型放電的表面氧化方法，b)透過在真空狀態下用UV(紫外線)所產生之臭氧來氧化表面的方法，c)用電漿所產生之自由基氧的氧化方法等。 上述方法中的一者可視陽極電極或基板之狀態來選擇。然而，即使用任何方法，共同較佳的是阻止氧從陽極電極或基板表面離去，且最大地抑制水分與有機材料的殘留。在這種情況下，可以使前處理之實質效果最大。 作為一個具體實例，可以使用透過用UV所產生之臭氧來氧化表面的方法。在這種情況下，將經超音波清洗之經圖案化的ITO基板在加熱板上充分地烘烤與乾燥，然後導入室內，操作UV燈使氧氣與UV光反應而產生臭氧，可利用該臭氧來清洗經圖案化的ITO基板。 然而，在本說明書中的經圖案化之ITO基板的表面改性方法不必特別限定，並可使用任何方法，只要該方法是將基板氧化之方法。 陰極電極可為具有低功函數的金屬，但不限於此。陰極電極的具體實例包含：金屬，比如鎂、鈣、鈉、鉀、鈦、銦、釔、鋰、釓、鋁、銀、錫、與鉛、或其合金；和多層結構化材料，比如LiF/Al、LiO2
/Al、LiF/Fe、Al：Li、Al：BaF2
、與Al：BaF2
：Ba，但不限於此。 陰極電極可在顯示5x10-7
torr或更低的真空度之熱蒸鍍器中沉積與形成，但形成方法不僅限於此方法。 電洞傳輸層與/或電子傳輸層材料可以有效地將脫離光活性層的電子與電洞傳輸到電極，且該材料沒有特別限定。 電洞傳輸層材料可為聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT：PSS)、氧化鉬(MoOx
)、氧化釩(V2
O5
)、氧化鎳(NiO)、與氧化鎢(WOx
)等，但不限於此。 電子傳輸層材料可為電子提取性金屬氧化物，其具體實例包含8-羥基喹啉、含Alq3
之錯合物、含Liq的金屬錯合物、LiF、Ca、氧化鈦(TiOx
)、氧化鋅(ZnO)、與碳酸銫(Cs2
CO3
)、聚(乙烯亞胺)(PEI)等，但不限於此。 光活性層可由下列形成：將光活性材料(比如電子供體與/或電子受體)溶於有機溶劑，然後利用比如旋塗法、浸塗法、網版印刷法、噴塗法、刮刀塗佈法、與毛刷塗裝法的方法來施加溶液，但形成方法不限於此。 在下文，本說明書將詳細描述用於具體描述本說明書的實施例。然而，根據本說明書之實施例可以變換為各種各樣形式，且不被解釋成本說明書的範圍局限於下面詳細描述之實施例。本說明書的實施例被提供來更完整地為本領域普通技術人員解說本說明書。 [實施例] 製備例1. 聚合物的製備將化合物a-1、a-2、與a-3、Pd2
(dba)3
(3莫耳%)、與三-(鄰甲苯基)膦(6莫耳%)加到完全乾燥的5-ml微波瓶，然後加入5 ml無水氯苯。把所產生之反應混合物在130℃下於微波反應器中加熱100分鐘。將0.5 ml溴三氟甲苯加到溶液中後，攪拌所得之溶液20分鐘，然後冷卻到室溫。之後將混合物倒入100 ml甲醇中。過濾得到所沉澱的聚合物。循序地用甲醇、丙酮、己烷、與氯仿對所收集之聚合物進行soxhlet萃取。濃縮氯仿萃取物後，將氯仿萃取物倒入甲醇中且聚合物沉澱。再度過濾得到所沉澱的聚合物並在真空中乾燥過夜。得到具有墨紫色光澤之經純化的聚合物1(120 mg, 28%)。 GPC分析：Mn = 28,641 g/mol，PDI = 1.98 圖2是聚合物1溶於氯苯的溶液之UV-可見光吸收光譜，圖3是將聚合物1溶於氯苯所製得之膜樣本的UV-可見光吸收光譜，其中用UV-可見光吸收光譜儀來分析該樣本。 圖4是聚合物1的循環伏安圖。另外，根據圖2至4的聚合物1的分析結果參見下表1。在表1中，λmax
、λedge
、與光學Eg opt
是指最大吸收波長、吸收邊限、與光學能隙值。 實驗例1-1. 有機太陽能電池之製造 將聚合物1與PC71
BM在1：1比率下溶於氯苯(CB)製得複合溶液。在這種情況下，把濃度調整成4重量%，並將有機太陽能電池製作成具有ITO/ZnO NP/光活性層/MoO3
/Ag的倒置結構。 將條型的1.5 cm×1.5 cm之塗佈ITO的玻璃基板(11.5 Ω/□)用蒸餾水、丙酮、與2-丙醇超音波清洗，用臭氧處理ITO表面10分鐘，製得ZnO NP(2.5重量%的ZnO，奈米級N-10，在1-丁醇中，利用0.45 µm PTFE過濾)，在4,000 rpm下旋塗ZnO NP溶液40秒，然後於80℃下熱處理10分鐘來移除殘留溶劑，藉此完成電子傳輸層。對於塗佈光活性層，在700 rpm下於70℃下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液25秒。在熱沉積裝置中，在10-7
Torr下於0.2 Å/s速率下熱沉積MoO3
以具有10 nm厚度，藉此製造電洞傳輸層。按上述順序製得電子傳輸層與電洞傳輸層後，在熱沉積裝置中於1 Å/s速率下沉積Ag以具有100 nm厚度，藉此製造具有倒置結構的有機太陽能電池。 實驗例1-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-1的方式製造有機太陽能電池，但是在1,000 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例1-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 實驗例1-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-1的方式製造有機太陽能電池，但是在1,500 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例1-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 實驗例1-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-1的方式製造有機太陽能電池，但是在2,000 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例1-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 在實驗例1-1至1-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表2。圖5是圖示在根據實驗例1-1至1-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例2-1. 有機太陽能電池之製造 將聚合物1與PC71
BM在1：2比率下溶於氯苯(CB)製得複合溶液。在這種情況下，把濃度調整成4重量%，並將有機太陽能電池製作成具有ITO/ZnO NP/光活性層/MoO3
/Ag的倒置結構。 將條型的1.5 cm×1.5 cm之塗佈ITO的玻璃基板(11.5 Ω/□)用蒸餾水、丙酮、與2-丙醇超音波清洗，用臭氧處理ITO表面10分鐘，製得ZnO NP(2.5重量%的ZnO，奈米級N-10，在1-丁醇中，利用0.45 µm PTFE過濾)，在4,000 rpm下旋塗ZnO NP溶液40秒，然後在80℃下熱處理10分鐘來移除殘留溶劑，藉此完成電子傳輸層。對於塗佈光活性層，在700 rpm下於70℃下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液25秒。在熱沉積裝置中，於10-7
Torr下在0.2 Å/s速率下熱沉積MoO3
以具有10 nm厚度，藉此製造電洞傳輸層。按上述順序製得電子傳輸層與電洞傳輸層後，在熱沉積裝置中於1 Å/s速率下沉積Ag以具有100 nm厚度，藉此製造具有倒置結構的有機太陽能電池。 實驗例2-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1的方式製造有機太陽能電池，但是在1,000 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 實驗例2-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1的方式製造有機太陽能電池，但是在1,500 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 實驗例2-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1的方式製造有機太陽能電池，但是在2,000 rpm下旋塗聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-1中用於塗佈光活性層的700 rpm。 在實驗例2-1至2-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表3。圖6是圖示在根據實驗例2-1至2-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例3-1. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-1之方式製造有機太陽能電池，但是將聚合物1與PC71
BM在1：3(而非在實驗例1-1中的1：1)比率下溶於氯苯(CB)以製得複合溶液。 實驗例3-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-2之方式製造有機太陽能電池，但是將聚合物1與PC71
BM在1：3(而非在實驗例1-2中的1：1)比率下溶於氯苯(CB)以製得複合溶液。 實驗例3-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-3之方式製造有機太陽能電池，但是將聚合物1與PC71
BM在1：3(而非在實驗例1-3中的1：1)比率下溶於氯苯(CB)以製得複合溶液。 實驗例3-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例1-4之方式製造有機太陽能電池，但是將聚合物1與PC71
BM在1：3(而非在實驗例1-4中的1：1)比率下溶於氯苯(CB)以製得複合溶液。 在實驗例3-1至3-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表4。圖7是圖示在根據實驗例3-1至3-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例4-1. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1之方式製造有機太陽能電池，但是製得2重量%的聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-1中的4重量%。 實驗例4-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-2之方式製造有機太陽能電池，但是製得2重量%的聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-2中的4重量%。 實驗例4-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-3之方式製造有機太陽能電池，但是製得2重量%的聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-3中的4重量%。 實驗例4-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-4之方式製造有機太陽能電池，但是製得2重量%的聚合物1與PC71
BM之複合溶液，而非在實驗例2-4中的4重量%。 在實驗例4-1至4-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表5。圖8是圖示在根據實驗例4-1至4-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例5-1. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1,8-二碘辛烷(DIO)加到在實驗例2-1中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例5-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-2之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1,8-二碘辛烷(DIO)加到在實驗例2-2中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例5-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-3之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1,8-二碘辛烷(DIO)加到在實驗例2-3中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例5-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-4之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1,8-二碘辛烷(DIO)加到在實驗例2-4中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 在實驗例5-1至5-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表6。圖9是圖示在根據實驗例5-1至5-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例6-1. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的二苯醚(DPE)加到在實驗例2-1中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例6-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-2之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的二苯醚(DPE)加到在實驗例2-2中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例6-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-3之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的二苯醚(DPE)加到在實驗例2-3中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例6-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-4之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的二苯醚(DPE)加到在實驗例2-4中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 在實驗例6-1至6-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表7。圖10是圖示在根據實驗例6-1至6-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 實驗例7-1. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-1之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1-氯萘(1-CN)加到在實驗例2-1中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例7-2. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-2之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1-氯萘(1-CN)加到在實驗例2-2中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例7-3. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-3之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1-氯萘(1-CN)加到在實驗例2-3中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 實驗例7-4. 有機太陽能電池之製造 以同於實驗例2-4之方式製造有機太陽能電池，但是將3體積%的1-氯萘(1-CN)加到在實驗例2-4中之聚合物1與PC71
BM的複合溶液。 在實驗例7-1至7-4中所製得之有機太陽能電池的光電轉換特性是在100 mW/cm2
(AM 1.5)條件下測得，且結果參見下表8。圖11是圖示在根據實驗例7-1至7-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 Voc
、Jsc
、FF、與PCE (η)分別是指開路電壓、短路電流、填充因子、與能量轉換效率。開路電壓與短路電流分別是在電壓-電流密度曲線的第四象限中的X軸截距值與Y軸截距值，且當兩個值增加時，太陽能電池效率較佳地增加。此外，填充因子是矩形(可在曲線內畫出)面積除以短路電流與開路電壓的積所得之值。當這三個值除以照射光強度時可得到能量轉換效率，且較高的值為優選。從表2至8與圖5至11中的結果看來，能確認根據本說明書之一個示範性實施方式的聚合物顯出高光電轉換效率。
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是圖示根據本說明書之一個示範性實施方式的有機太陽能電池之圖。 圖2與3是圖示聚合物1的UV-可見光吸收光譜之圖。 圖4是聚合物1的循環伏安圖。 圖5是圖示在根據實驗例1-1至1-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖6是圖示在根據實驗例2-1至2-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖7是圖示在根據實驗例3-1至3-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖8是圖示在根據實驗例4-1至4-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖9是圖示在根據實驗例5-1至5-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖10是圖示在根據實驗例6-1至6-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。 圖11是圖示在根據實驗例7-1至7-4之有機太陽能電池中的根據電壓之電流密度的圖。
Claims (16)
- 一種聚合物，其包含：如下式1所示之第一單元；如下列化學式2所示的第二單元：
在化學式1與2中，d1、d2、x、與x'各為1或2，當d1、d2、x、與x'各為2時，在括號內的結構式彼此相同或不同，X1與X2彼此相同或不同，並各獨立地為CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，Y1至Y4彼此相同或不同，並各獨立地為CR"、N、SiR"、P、或GeR"，X與X'彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se，Ar1與Ar2彼此相同或不同，並各獨立地為經取代或未經取代的直鏈或支鏈烷基，R1與R2彼此相同或不同，並各獨立地為經取代或未經取代的支鏈烷基，G1與G2彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，R、R'與R"彼此相同或不同，並各獨立地為氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和D1與D2彼此相同或不同，並各獨立地為選自下列結構式的任一者：
D1和D2中至少一者包括
在上述結構式中，X"、X'''、與X''''彼此相同或不同，並各獨立地為S或Se，Y與Y'彼此相同或不同，並各獨立地為CR'''、N、SiR'''、P、或GeR'''，G11至G14中之二者是氟，且其餘為氫，G15至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基，和g是0或1。
- 如請求項1之聚合物，其中以化學式1表示的第一單元係如下列化學式1-1所示：在化學式1-1中，Ar1、Ar2、與D1和化學式1中所定義者相同。
- 如請求項1之聚合物，其中以化學式2表示的第二單元係如下列化學式2-1所示：在化學式2-1中，R1、R2、G1、G2、與D2和化學式2中所定義者相同。
- 如請求項1之聚合物，其中以化學式1表示的第一單元係如下列化學式1-2至1-5的任一者所示：
在化學式1-2至1-5中，Ar1與Ar2和化學式1中所定義者相同，G11至G14中之二者是氟，且其餘為氫，G15至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，和R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基。
- 如請求項1之聚合物，其中以化學式2表示之第二單元係如下列化學式2-2至2-5的任一者所示：
在化學式2-2至2-5中，R1、R2、G1、與G2和化學式2中所定義者相同，G11至G14中之二者是氟，且其餘為氫，G15至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，和R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物包含如下列化學式4或5所示的單元：
在化學式4與5中，A是如化學式1所示之第一單元，B是如化學式2所示的第二單元：l是莫耳分率，且0<l<1，m是莫耳分率，且0<m<1，l+m=1，和n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物包含如下列化學式4-1至4-10、4-13、4-14、5-1至5-10、5-13、和5-14的任一者所示之單元：
在化學式4-1至4-10、4-13、4-14、5-1至5-10、5-13、和5-14中，Ar1與Ar2和化學式1中所定義者相同，R1、R2、G1、與G2和化學式2中所定義者相同，G11至G14中之二者是氟，且其餘為氫，G15至G18、G101、與G102彼此相同或不同，並各獨立地為氫、或氟，R'''是氫、氘、鹵素基團、羥基、經取代或未經取代的烷基、經取代或未經取代的烷氧基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜環基，l是莫耳分率，且0<l<1，m是莫耳分率，且0<m<1，l+m=1，和n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物包含如下列化學式5-1-1所示之單元：在化學式5-1-1中，l是莫耳分率，且0<l<1，m是莫耳分率，且0<m<1，l+m=1，和n是單元之重複數，且為1至10,000的整數。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物具有5eV至5.9eV的HOMO能階。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物具有5,000g/mol至1,000,000g/mol的數目平均分子量。
- 如請求項1之聚合物，其中該聚合物具有1至10的分子量分布。
- 一種有機太陽能電池，其包含：第一電極；第二電極，其被配置以面對該第一電極；和具有一或多層的有機材料層，其被配置於該第一電極與該第二電極之間並包含光活性層，其中該有機材料層的一或多層包含如請求項1至11中任一項之聚合物。
- 如請求項12之有機太陽能電池，其中該光活性層包含選自由電子供體與電子受體所組成的群組之一或多者，且該電子供體包含該聚合物。
- 如請求項13之有機太陽能電池，其中該電子供體與該電子受體構成整體異質接面(BHJ)。
- 如請求項13之有機太陽能電池，其中該光活性層另外包含添加劑。
- 如請求項12之有機太陽能電池，其中該光活性層具有雙層薄膜結構，其包含n型有機材料層與p型有機材料層，且該p型有機材料層包含該聚合物。
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