[发明专利]含有咔唑的导电聚合物、以及使用其的有机光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及由式1表示的含有2，7-咔唑的导电聚合物以及包括所述导电聚合物作为光电转换材料的有机光伏器件，并且更具体地涉及通过将少量咔唑引入包含一种或多种芳族单体的聚合物中而制备的具有改善的空穴迁移率的导电聚合物、以及包括所述导电聚合物作为光电转换材料的具有改善的能量转换效率的有机光伏器件。

背景技术

有机薄膜太阳能电池使用有机材料作为光活性层并且具有如下优点：它们具有几百nm或更小的薄的厚度、使用相对便宜的材料作为光活性层并且可制造成柔性器件。由于这样的优点，已经进行了许多对有机薄膜太阳能电池的研究。

光活性层通常由两种具有不同的电子亲和性的材料制成，其中所述光活性材料之一通过吸收光而激发以形成激子，和在较低电子亲和性材料(给体)中的电子越过所述两种材料之间的界面移向较高电子亲和性材料(受体)，使得激子分离为空穴和电子。此处，激子可移动的距离为约10nm，尽管其取决于材料而变化。因此，如果光吸收位置与所述两种具有不同电子亲和性的材料的界面之间的距离为约10nm或者更小，则激子分离为电子和空穴可以最高的效率实现。因此，主要使用包括给体和受体材料的混合物的体异质结结构(bulk heterojunction structure)。

制造有机太阳能电池的方法大致分成两种方法：通过热沉积给体和受体材料制造薄膜的方法，和使用溶液工艺制造薄膜的方法。

具体地，在采用热沉积的方法中，给体和受体材料两者均为单体，而在采用溶液工艺的方法中，给体材料通常为聚合物，和受体材料为聚合物、富勒烯衍生物、二萘嵌苯衍生物、无机量子点纳米颗粒等。因此，当使用采用聚合物的溶液工艺时，与热沉积单体时相比，可以便宜的方式制造大面积的器件。因此，近年来，已经积极地进行对采用聚合物的溶液工艺的研究。

迄今为止，使用富勒烯衍生物作为受体材料已显示出最高效率[J.Am.Chem.Soc.，2008，130(48)，16144]。为了提高光电转换效率，还已经开发了串联型器件，其包括夹在两种吸收不同区域中的光的聚合物之间的中间电极[Science，2007，317，222]。

有机太阳能电池应满足高的光电转换效率。为了实现高的光电转换效率，应满足以下要求。首先，在光吸收层中应吸收大量光子。第二，被吸收并且激发的激子应移向给体/受体界面使得它们有效地分离为空穴和电子。第三，所分离的空穴和电子应无损失地移向正极和负极。

当使用富勒烯衍生物作为体异质结结构中的受体材料时，第二激子的分离看上去定量地发生。因此，为了在有机薄膜太阳能电池中实现高的光电转换效率，作为给体材料使用的聚合物应满足吸收大量光子的性质和使空穴移动的能力两者。

因此，本发明人已进行了大量努力以在有机薄膜太阳能电池中实现高的光电转换效率，且结果已经设计出使用由于高的空穴迁移率在有机发光二极管(OLED)和有机薄膜晶体管(OTFT)中经常使用的咔唑基团的电子给体的分子设计，从而完成本发明。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有增强的光子吸收能力和空穴迁移率的导电聚合物、以及其作为光电转换材料的用途。

本发明的另一目的是提供包括所述导电聚合物作为电子给体的有机光伏器件。

为了实现以上目的，本发明提供由下式1表示的含有2，7-咔唑的导电聚合物：

[式1]

其中l是单体X的摩尔分数并且m为单体Y的摩尔分数并且n为咔唑的摩尔分数并且X和Y各自为具有给体、受体或光吸收功能的单体结构，和R₁为C₁-C₂₀烷基、C₁-C₂₀烷氧基、C₃-C₂₀环烷基、C₁-C₂₀杂环烷基、芳基、杂芳基、CN、C(O)R或C(O)OR，其中R为C₁-C₂₀烷基、C₁-C₂₀杂环烷基、芳基、或杂芳基。