共聚物和包含其的有机太阳能电池制造技术

本说明书提供了共聚物和包含其的有机太阳能电池，所述共聚物包含：衍生自由式1表示的化合物的重复单元；第一共轭单体；和不同于所述第一共轭单体的第二共轭单体。

Copolymers and organic solar cells containing them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】共聚物和包含其的有机太阳能电池
本说明书要求于2017年7月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0085866号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及共聚物和包含其的有机太阳能电池。
技术介绍
有机太阳能电池是可以通过应用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。根据构成薄膜的材料，太阳能电池可以分成无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池是通过掺杂晶体硅(Si)(其为无机半导体)经由p-n结而制成的。通过吸收光产生的电子和空穴扩散至p-n结点，并且在被电场加速的同时移动至电极。该过程中的功率转换效率被定义为供给至外电路的电功率与进入太阳能电池的太阳能功率之比，并且当在目前标准化的虚拟太阳辐照条件下测量时，该效率达到约24％。然而，由于相关技术中的无机太阳能电池已经显示出在经济可行性以及材料需求和供应方面受到限制，故容易加工、廉价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已成为焦点。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。为了提高太阳能电池的效率，重要的是在半导体内部产生尽可能多的激子，但是将产生的电荷拉到外部而不损失也很重要。电荷损失的原因之一是所产生的电子和空穴由于复合而损耗。已经提出了多种方法来将产生的电子和空穴传递至电极而不损失，但是在大多数情况下需要额外的过程，并因此可能提高制造成本。
技术实现思路
技术问题本说明书的一个目的是提供共聚物和包含其的有机太阳能电池。技术方案本说明书提供了一种共聚物，其包含：衍生自由下式1表示的化合物的重复单元；第一共轭单体；和不同于第一共轭单体的第二共轭单体。[式1]在式1中，m1和m2彼此相同或不同，并且各自独立地为0至5的整数，当m1和m2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，q1和q2彼此相同或不同，并且各自独立地为1至5的整数，当q1和q2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，A1和A1'彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；经取代或未经取代的硼基；或-SnRaRbRc，X1、X2和Z1至Z5彼此相同或不同，并且各自独立地为S、O、Se、Te、NR、CRR'、SiRR'、PR或GeRR'，以及Ra、Rb、Rc、R、R'、R1至R4和R11至R18彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；酰胺基；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胺基；经取代或未经取代的芳基膦基；经取代或未经取代的氧化膦基；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。本说明书的另一个示例性实施方案提供了一种用于制备共聚物的方法，该方法包括：使由下式1表示的第一化合物、由下式2表示的第二化合物、和由下式3表示的第三化合物彼此反应。[式1][式2]A2-E1-A2′[式3]A3-E2-A3′在式1至式3中，m1和m2彼此相同或不同，并且各自独立地为0至5的整数，当m1和m2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同。q1和q2彼此相同或不同，并且各自独立地为1至5的整数，当q1和q2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，A1、A1'、A2、A2'、A3和A3'彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；经取代或未经取代的硼基；或-SnRaRbRc，E1为第一共轭单体，E2为不同于第一共轭单体的第二共轭单体，X1、X2和Z1至Z5彼此相同或不同，并且各自独立地为S、O、Se、Te、NR、CRR'、SiRR'、PR或GeRR'，以及Ra、Rb、Rc、R1至R4和R11至R18彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；酰胺基；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胺基；经取代或未经取代的芳基膦基；经取代或未经取代的氧化膦基；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。本说明书的又一个示例性实施方案提供了一种有机太阳能电池，其包括：第一电极；设置成面向所述第一电极的第二电极；和具有一个或更多个层的有机材料层，所述有机材料层设置在第一电极与第二电极之间并包括光活性层，其中有机材料层的一个或更多个层包含所述共聚物。有益效果根据本说明书的一个示例性实施方案的共聚物表现出平面性并因此具有优异的聚集特性和结晶度。根据本说明书的一个示例性实施方案的共聚物可以具有降低带隙和/或增加吸收的光的量的效果。因此，由于根据本说明书的一个示例性实施方案的共聚物在应用于有机太阳能电池时表现出高电流值(Isc)，因此所述共聚物可以表现出优异的效率。根据本说明书的一个示例性实施方案的共聚物实现了高效率，并且同时具有适当的溶解度，因此在装置制造期间在时间和/或成本方面具有经济优势。根据本说明书的一个示例性实施方案的共聚物可以单独或与其他材料混合用于有机太阳能电池中。附图说明图1为示出根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池的图。图2为示出化合物1-d的NMR波谱的图。图3为示出化合物1-d的MS图谱的图。图4为示出化合物1-e的MS图谱的图。图5为示出化合物1-f的MS图谱的图。图6为示出化合物1-f的NMR波谱的图。图7为示出化合物1-g的MS图谱的图。具体实施方式在下文中，将详细描述本说明书。本说明书的一个示例性实施方案提供了共聚物，其包含：衍生自由式1表示的化合物的重复单元；第一共轭单体；和不同于第一共轭单体的第二共轭单体。衍生自由式1表示的化合物的重复单元包含具有电子供体特性的噻吩结构和具有电子受体特性的苯并噻二唑。因此，由于噻吩与苯并噻二唑之间的分子内相互作用，故平面性是优异的，从而改善了结晶度。此外，衍生自由式1表示的化合物的重复单元通过具有其中R1和R4在预定位置处取代的区域规则性而具有优异的结晶度。本说明书中的区域规则性意指在聚合物中的结构中在预定方向上提供取代基。例如，在式1中，区域规则性意指R1和R4在相对远离具有Z3的杂环基的位置处取代。在本说明书中，术语“衍生”意指在化合物中的至少两个相邻元素之间的键断裂、或者氢或取代基被分离时产生新的键，衍生自化合物的单元可以意指形成共聚物中的主链和侧链中的一者或更多者的单元。单元可以包含在共聚物中的主链中以构成共聚物。在本说明书中，“重复单元”意指其中一种类型的多个单体通过聚合在共聚物中键合的结构，如其中衍生自单体的单元重复地包含在共聚物中的结构。在本说明书的一个示例性实施方案中，“衍生自由式1表示的化合物的重复单元”可以是在主链中包含以下结构的重复单元。在该结构中，Z1至Z5、X1、X2、R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共聚物，包含：衍生自由下式1表示的化合物的重复单元；第一共轭单体；和不同于所述第一共轭单体的第二共轭单体：[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.07.06 KR 10-2017-00858661.一种共聚物，包含：衍生自由下式1表示的化合物的重复单元；第一共轭单体；和不同于所述第一共轭单体的第二共轭单体：[式1]在式1中，m1和m2彼此相同或不同，并且各自独立地为0至5的整数，当m1和m2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，q1和q2彼此相同或不同，并且各自独立地为1至5的整数，当q1和q2各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，A1和A1'彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；经取代或未经取代的硼基；或-SnRaRbRc，X1、X2和Z1至Z5彼此相同或不同，并且各自独立地为S、O、Se、Te、NR、CRR'、SiRR'、PR或GeRR'，以及Ra、Rb、Rc、R、R'、R1至R4和R11至R18彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；酰胺基；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胺基；经取代或未经取代的芳基膦基；经取代或未经取代的氧化膦基；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。2.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述第一共轭单体和所述第二共轭单体各自独立地包含以下中的一种基团或者两种或更多种基团的组合：经取代或未经取代的亚烯基、经取代或未经取代的亚芳基、和经取代或未经取代的二价杂环基。3.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述第一共轭单体和所述第二共轭单体各自独立地包含以下结构中的任一者或者两者或更多者的组合：在所述结构中，a、a'、b和b'各自为1至5的整数，当a、a'、b和b'各自为2或更大时，括号中的取代基彼此相同或不同，X11至X30和X33至X40彼此相同或不同，并且各自独立地为S、O、Se、Te、NRd、CRdRe、SiRdRe、PRd或GeRdRe，X31和X32彼此相同或不同，并且各自独立地为C、Si或Ge，以及R101至R124、Rd和Re彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；酰胺基；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胺基；经取代或未经取代的芳基膦基；经取代或未经取代的氧化膦基；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。4.根据权利要求1所述的共聚物，其中R1至R4和R11至R18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氧基。5.根据权利要求1所述的共聚物，其中X1、X2和Z1至Z5各自为S。6.根据权利要求1所述的共聚物，其中所述共聚物包含由下式1-1表示的单元：[式1-1]在式1-1中，m1、m2、m1'和m2'彼此相同或不同，并且各自独立地为0至5的整数，当m1、m2、m1'和m2'各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，q1、q2、q1'和q2'彼此相同或不同，并且各自独立地为1至5的整数，当q1、q2、q1'和q2'各自为2或更大时，括号中的结构彼此相同或不同，X1、X2、X1'、X2'、Z1至Z5和Z1'至Z5'彼此相同或不同，并且各自独立地为S、O、Se、Te、NR、CRR'、SiRR'、PR或GeRR'，E1为第一共轭单体，E2为第二共轭单体，R、R'、R1至R4、R1'至R4'、R11至R18和R11'至R18'彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；酰胺基；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胺基；经取代或未经取代的芳基膦基；经取代或未经取代的氧化膦基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代...

【专利技术属性】
技术研发人员：林潽圭，金志勋，张松林，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