有机太阳能电池制造技术

本说明书涉及有机太阳能电池，所述有机太阳能电池包括：第一电极；第二电极；和包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中光活性层包含电子供体和电子受体，电子供体包含含有由化学式1表示的第一单元、由化学式2表示的第二单元和由化学式3表示的第三单元的聚合物，电子受体包含非富勒烯类化合物。

Organic solar cells

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机太阳能电池
本申请要求于2017年6月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0079709号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及有机太阳能电池。
技术介绍
有机太阳能电池是能够通过应用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。根据形成薄膜的材料，太阳能电池被分为无机太阳能电池和有机太阳能电池，并且由于现有的无机太阳能电池已经具有在经济可行性和材料供应方面的限制，因此容易加工、廉价且具有多种功能的有机太阳能电池作为长期替代能源非常受青睐。对于太阳能电池，重要的是提高效率以便由太阳能输出尽可能多的电能，并且现有的电子受体材料富勒烯类化合物具有诸如在可见光区域中具有低的吸收率和具有低的热稳定性的问题。因此，已经报道了使用非富勒烯类化合物作为电子受体材料的有机太阳能电池的许多实例，并且其功率转换效率已经达到约4％至5.9％。然而，非富勒烯类化合物目前仅在与特定聚合物组合时表现出有利的效率，因此，发现能够与非富勒烯类化合物一起表现出有利的效率的新聚合物已经成为重要的挑战。
技术实现思路
技术问题本说明书旨在提供有机太阳能电池。技术方案本说明书的一个实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；与第一电极相对设置的第二电极；和一个或更多个有机材料层，所述一个或更多个有机材料层设置在第一电极与第二电极之间并且包括光活性层，其中光活性层包含电子供体和电子受体，电子供体包含含有由以下化学式1表示的第一单元、由以下化学式2表示的第二单元和由以下化学式3表示的第三单元的聚合物，电子受体包含非富勒烯类化合物。[化学式1][化学式2][化学式3]在化学式1至3中，X1至X5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Y4彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR”、N、SiR”、P和GeR”，R、R'、R”、Q1至Q4、R1至R4、R10和R11彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；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烯基；经取代或未经取代的胺基；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，R20和R21彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷氧基；或者经取代或未经取代的芳氧基，a、b、d和e各自为0至3的整数，当a、b、d或e为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同，以及A1至A4彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氟或氯，并且A1至A4中的至少一者为氟或氯。有益效果根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池使用所述聚合物作为电子供体，并且使用非富勒烯类化合物作为电子受体，并由此具有优异的热稳定性和功率转换效率。此外，根据本说明书的一个实施方案的聚合物具有高HOMO能级，因此，包含该聚合物作为光活性层的电子供体的有机太阳能电池具有优异的开路电压特性。附图说明图1是示出了根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池的图。图2是呈现了聚合物1的UV-vis吸收光谱的图。图3是呈现了实施例2的有机太阳能电池的取决于电压的电流密度的图。图4是呈现了比较例1和2的有机太阳能电池的取决于电压的电流密度的图。图5是呈现了制备例中合成的化学式K的NMR谱的图。图6是呈现了制备例中合成的化学式K-1的NMR谱的图。[附图标记]101：阳极(ITO)102：空穴传输层(PEDOT:PSS)103：光活性层104：阴极(Al)具体实施方式在下文中，将对本说明书进行更详细地描述。在本说明书中，“单元”为聚合物的单体中包含的重复结构，并且意指其中单体通过聚合而键合在聚合物中的结构。在本说明书中，“包含单元”的含义意指被包含在聚合物的主链中。在本说明书中，某一部分“包括”某些成分的描述意指还能够包括其他成分，并且除非特别作出相反的说明，否则不排除其他成分。在本说明书中，一个构件置于另一构件“上”的描述不仅包括一个构件邻接另一构件的情况，而且还包括在这两个构件之间存在又一构件的情况。在本说明书中，能级意指能量的大小。因此，即使当能级以基于真空能级的负(-)方向表示时，能级也被解释为意指相应的能量值的绝对值。例如，HOMO能级意指从真空能级到最高占据分子轨道的距离。此外，LUMO能级意指从真空能级到最低未占分子轨道的距离。本说明书的一个实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极；与第一电极相对设置的第二电极；和一个或更多个有机材料层，所述一个或更多个有机材料层设置在第一电极与第二电极之间并且包括光活性层，其中光活性层包含电子供体和电子受体，电子供体包含含有由化学式1表示的第一单元、由化学式2表示的第二单元和由化学式3表示的第三单元的聚合物，电子受体包含非富勒烯类化合物。在有机太阳能电池的光活性层中，电子供体和电子受体吸收光以形成激子，并且所产生的激子迁移至电子供体与电子受体的界面，并分离成电子和空穴。电子沿电子受体迁移并且空穴沿电子供体迁移至各电极以产生电流。本文中，电子供体和电子受体的形态是否很好地电形成对电流产生具有决定性影响，并且所述聚合物与非富勒烯类化合物特别好地形成形态，最终使有机太阳能电池的效率提高。取代基的实例在下面进行描述，然而，取代基不限于此。术语“取代”意指与化合物的碳原子键合的氢原子变为另一取代基，并且取代的位置没有限制，只要其是氢原子被取代的位置(即，取代基可以取代的位置)即可，并且当两个或更多个取代基取代时，这两个或更多个取代基可以彼此相同或不同。在本说明书中，术语“经取代或未经取代的”意指经选自以下的一个或更多个取代基取代：氘；卤素基团；腈基；硝基；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烯基；经取代或未经取代的芳基；以及经取代或未经取代的杂环基，或者经以上所例示的取代基中的两个或更多个取代基相连接的取代基取代，或者不具有取代基。例如，“两个或更多个取代基相连接的取代基”可以包括联苯基。换言之，联苯基可以为芳基，或者解释为两个苯基相连接的取代基。在本说明书中，卤素基团的实例包括氟、氯、溴或碘。在本说明书中，烷基可以为线性或支化的，并且虽然不特别限于此，但是碳原子数优选为1至50。其具体实例可以包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、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、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、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、异己基、2-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。在本说明书中，环烷基没有特别限制，但是优选具有3至60个碳原子，并且其具体实例可以包括环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2,3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2,3-二甲基环己基、3,4,5-三甲基环己基、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机太阳能电池，包括：第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；以及一个或更多个有机材料层，所述一个或更多个有机材料层设置在所述第一电极与所述第二电极之间并且包括光活性层，其中所述光活性层包含电子供体和电子受体，所述电子供体包含含有由以下化学式1表示的第一单元、由以下化学式2表示的第二单元和由以下化学式3表示的第三单元的聚合物，以及所述电子受体包含非富勒烯类化合物：[化学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.06.23 KR 10-2017-00797091.一种有机太阳能电池，包括：第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；以及一个或更多个有机材料层，所述一个或更多个有机材料层设置在所述第一电极与所述第二电极之间并且包括光活性层，其中所述光活性层包含电子供体和电子受体，所述电子供体包含含有由以下化学式1表示的第一单元、由以下化学式2表示的第二单元和由以下化学式3表示的第三单元的聚合物，以及所述电子受体包含非富勒烯类化合物：[化学式1][化学式2][化学式3]在化学式1至3中，X1至X5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Y4彼此相同或不同，并且各自独立地选自CR”、N、SiR”、P和GeR”；R、R'、R”、Q1至Q4、R1至R4、R10和R11彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；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烯基；经取代或未经取代的胺基；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；R20和R21彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷氧基；或者经取代或未经取代的芳氧基；a、b、d和e各自为0至3的整数；当a、b、d或e为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同；以及A1至A4彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氟或氯，并且A1至A4中的至少一者为氟或氯。2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中所述非富勒烯类化合物由以下化学式A表示：[化学式A]在化学式A中，Ra至Rf彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；或者经取代或未经取代的烷基；La至Ld彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的亚芳基；或者经取代或未经取代的二价杂环基；Ma和Mb彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；卤素基团；或者经取代或未经取代的烷基；p和q彼此相同或不同，并且各自独立地为0至2的整数；并且当p或q为2时，括号中的结构彼此相同。3.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其中由化学式A表示的化合物为以下化学式A-1至A-5中的任一者：[化学式A-1][化学式A-2][化学式A-3][化学式A-...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔斗焕，李志永，林潽圭，张松林，金志勋，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR