单分子和包含其的太阳能电池制造技术

本说明书提供了单分子和包含其的有机太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求于2013年10月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0128237号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本公开内容涉及单分子和包含其的有机太阳能电池。
技术介绍
有机太阳能电池是能够通过应用光电伏打效应将太阳能直接转换为电能的器件。根据形成薄膜的材料，太阳能电池分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池使用通过掺杂无机半导体——结晶硅(Si)的p-n结来制造。通过吸收光而产生的电子和空穴扩散至p-n结点，通过电场加速并移动至电极。该过程的功率转换效率定义为提供至外电路的功率与提供至太阳能电池中的太阳能功率之比，并且该比例当在目前标准化的假设太阳辐照条件下测量时已达到高达24％。然而，由于现有的无机太阳能电池在经济可行性和材料供应方面已有所限制，所以容易加工、低成本且具有多种功能性的有机半导体太阳能电池作为长期替代能源受到了关注。对于太阳能电池，重要的是提高效率以使得由太阳能输出尽可能多的电能。为了提高所述太阳能电池的效率，在半导体中生成尽可能多的激子是重要的，然而，将所生成的电荷带出到外部而不损失也很重要。电荷损失的原因之一是由所生成的电子和空穴的复合所引起的损耗。提出了多种递送所生成的电子或空穴而不损失的方法，但是大多数方法都需要额外的过程，并因此可使制造成本增加。[现有技术文献][非专利文献]Two-layerorganicphotovoltaiccell(C.W.Tang,Appl.Phys.Lett.,48,183(1996))；EfficienciesviaNetworkofInternalDonor-AcceptorHeterojunctions(G.Yu,J.Gao,J.C.Hummelen,F.Wudl,A.J.Heeger,Science,270,1789(1995))。
技术实现思路
技术问题本说明书的一个目的是提供单分子和包含其的有机太阳能电池。技术方案本说明书提供了采用化学式1作为末端单元的单分子，其包含选自由以下化学式2表示的单元中的两个或更多个单元，其中所选择的两个或更多个单元彼此相同或不同。[化学式1]在化学式1中，a是1至5的整数，并且当a是2至5的整数时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同，X1选自CRR’、NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te，R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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芳氧基；经取代或未经取代的烷基硫基(alkylthioxygroup)；经取代或未经取代的芳基硫基(arylthioxygroup)；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基，R3是氢；经取代或未经取代的烷基；或者以下结构中的任一个：在所述结构中，Cy是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，R100和R101彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；或经取代或未经取代的杂环基，[化学式2]在化学式2中，b和c各自是1至5的整数，d和e各自是1至3的整数，X、X’、X”和X’”彼此相同或不同，并且各自独立地是O或S，X2至X23彼此相同或不同，并且各自独立地选自CRR’、NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te，Y1至Y11彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR、N、SiR、P和GeR，R4至R30彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基，以及R和R’彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基。此外，本说明书提供了一种有机太阳能电池，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并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中所述有机材料层中的一个或更多个层包含上述单分子。有利效果本说明书的单分子可以用作有机太阳能电池的有机材料层的材料，并且使用所述单分子的有机太阳能电池可以在开路电压增加、效率增加等方面表现出优异特性。特别地，根据本说明书一个实施方案的单分子具有深HOMO能级、小带隙和高电荷迁移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用以下化学式1作为末端单元的单分子，包含：选自由以下化学式2表示的单元中的两个或更多个单元，其中所选择的两个或更多个单元彼此相同或不同：[化学式1]其中在化学式1中，a是1至5的整数，并且当a是2至5的整数时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同；X1选自CRR’、NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te；R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基；R3是氢；经取代或未经取代的烷基；或者以下结构中的任一个：其中在所述结构中，Cy是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；R100和R101彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；或经取代或未经取代的杂环基；[化学式2]其中在化学式2中，b和c各自是1至5的整数；d和e各自是1至3的整数；X、X’、X”和X’”彼此相同或不同，并且各自独立地是O或S；X2至X23彼此相同或不同，并且各自独立地选自CRR’、NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te；Y1至Y11彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR、N、SiR、P和GeR；R4至R30彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基；以及R和R’彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.28 KR 10-2013-01282371.一种采用以下化学式1作为末端单元的单分子，包含：
选自由以下化学式2表示的单元中的两个或更多个单元，
其中所选择的两个或更多个单元彼此相同或不同：
[化学式1]
其中在化学式1中，
a是1至5的整数，并且当a是2至5的整数时，括号中的两个或更
多个结构彼此相同或不同；
X1选自CRR’、NR、O、SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te；
R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；
腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代
的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；
经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代
或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基；
R3是氢；经取代或未经取代的烷基；或者以下结构中的任一个：
其中在所述结构中，
Cy是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；
R100和R101彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基
团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经
取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基
胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；
经取代或未经取代的芳基；或经取代或未经取代的杂环基；
[化学式2]
其中在化学式2中，
b和c各自是1至5的整数；
d和e各自是1至3的整数；
X、X’、X”和X’”彼此相同或不同，并且各自独立地是O或S；
X2至X23彼此相同或不同，并且各自独立地选自CRR’、NR、O、
SiRR’、PR、S、GeRR’、Se和Te；
Y1至Y11彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR、N、SiR、P
和GeR；
R4至R30彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；
腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代
的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；
经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代
或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基；以及
R和R’彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；
腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经取代
的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；
经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代
或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基。
2.根据权利要求1所述的单分子，还包含：
选自由以下化学式3表示的单元中的一个或更多个单元：
[化学式3]
其中在化学式3中，
R31至R58彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基
团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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甲硅烷基；经取代或未经
取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基
胺基；经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；
经取代或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基；
X25至X46彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR”R’”、NR”、
O、SiR”R’”、PR”、S、GeR”R’”、Se和Te；
Y14至Y17彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR”、N、SiR”、
P和GeR”；以及
R”和R’”彼此相同或不同，并且各自独立地选自氢；氘；卤素基团；
腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；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

\t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甲硅烷基；经取代或未经取代
的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；
经取代或未经取代的芳基胺基；经取代或未经取代的杂芳基胺基；经取代
或未经取代的芳基；和经取代或未经取代的杂环基。
3.根据权利要求1所述的单分子，其中所述单分子中除化学式1之
外的单元的重复数是2至10。
4.根据权利要求1所述的单分子，其中化学式1由以下化学式1-1
表示：
[化学式1-1]
其中在化学式1-1中，a、和R1至R3与权利要求1中所定义的那些
相同。
5.根据权利要求1所述的单分子，其中R3是经取代或未经取代的直
链或支链烷基。
6.根据权利要求1所述的单分子，其中所述由化学式2表示的单元
选自由以下化学式2-1表示的单元：
[化学式2-1]
其中在化学式2-1中
R4至R9、R12至R14、和R19至R26与权利要求1中所定义的那
些相同；以及
R51至R56彼此相同或不同，并且各自独立地具有与上述R相同的
定义。
7.根据权利要求2所述的单分子，其中所述由化学式3表示的单元
选自由以下化学式3-1表示的单元：...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹根，李载澈，裴在顺，李志永，金填硕，崔斗焕，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR