[发明专利]含芘导电聚合物及包括含芘导电聚合物的有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过式1表示的含芘导电聚合物以及包括含芘导电聚合物作为有机光伏材料的有机太阳能电池。更具体地，本发明涉及一种具有提高的空穴迁移率的导电聚合物，该导电聚合物通过引入芘到仅仅由包括一种或多种芳香族单体的给体官能团组成的聚合物中，或者引入到包括重复受体引入到给体官能团的给受体型聚合物中制备，以及涉及包括导电聚合物作为有机光伏材料的有机太阳能电池。

背景技术

有机薄膜太阳能电池使用有机材料作为光敏层并且因为它们具有几百纳米或以下的薄的厚度、使用相对便宜的材料作为光敏层以及能够制造作为灵活的器件而具有优势。由于这些优势，在有机薄膜太阳能电池上已经进行了很多研究。

光敏层通常由两种具有不同电子亲和性的材料组成，其中一种光敏材料通过吸收光激发形成激子，并且在较低电子亲和性材料（给体）中的电子穿过两种材料之间的接触面移动到较高电子亲和性材料（受体）中，以致将激子分离成空穴和电子。本文中，激子能够移动的距离大约为10nm，即使它取决于材料的不同而变化。因此，如果光吸收的位置和两种具有不同电子亲和性的材料的接触面之间的距离为大约10nm或以下，那么能够以最高效率实现激子分离成电子和空穴。由于这个原因，主要使用包括给体和受体材料的混合物的本体异质结结构。

制造有机太阳能电池的方法一般分为两种方法：通过热沉积给体和受体材料制造薄膜的方法，以及使用溶液法制造薄膜的方法。

特别地，在采用热沉积的方法中，给体和受体两种材料都是单体，然而在采用溶液法的方法中，给体材料通常为聚合物，并且受体材料为聚合物、富勒烯衍生物、二萘嵌苯衍生物、无机量子点纳米粒子，或类似物。因此，当使用采用聚合物的溶液法时，与热沉积单体时相比，能够以便宜的方式制造大面积的器件。由于这个原因，近年来，已经积极地进行采用聚合物的溶液法的研究。

到目前为止，使用富勒烯衍生物作为受体材料已经显示出最高的效率[J.Am.Chem.Soc.,2008,130(48),16144]。为了增加光电转换效率，包括夹在在不同区域吸收光的两种聚合物之间的中间电极的串联型器件也已经开发[Science,2007,317,222]。

有机太阳能电池应该满足高光电转换效率。为了达到高光电转换效率，应该满足下面的要求。第一，应该在光吸收层中吸收大量的光子。第二，吸收的和激发的激子应该移动到给体/受体接触面以致它们应该有效分离成空穴和电子。第三，分离的空穴和电子应该没有损失的移动到正电极和负电极。

当富勒烯衍生物在本体异质结结构中用作受体材料时，激子的分离好像存在定量。因此，为了在有机薄膜太阳能电池中达到高光电转换效率，用作给体材料的聚合物应该满足吸收大量光子和有能力移动空穴的两种性质。

因此，本发明的发明人经过大量的努力开发出一种新颖的聚合物，该聚合物能够用于有机太阳能电池以提高能量转换效率，并且结果，已经设计出一种通过引入芘到仅仅由包括一种或多种芳香族单体的给体官能团组成的聚合物中，或者引入到包括重复受体引入到给体官能团的给受体型聚合物中而具有提高的空穴迁移率的新颖的分子设计，从而完成本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的具有提高的空穴迁移率的导电聚合物以及使用该导电聚合物作为有机光电材料。

本发明的另一个目的是提供一种显示出提高的能量转化效率的有机太阳能电池，该有机太阳能电池包括所述导电聚合物作为有机光伏材料。

为了实现上述目的，本发明提供了一种通过下面式1表示的含芘导电聚合物：

[式1]

其中，l是单体X的摩尔分数，并且m是单体Y的摩尔分数，并且n是芘的摩尔分数，并且并且每个X和Y是具有给体、受体或光吸收功能的单体结构。

导电聚合物中芘的含量优选为并且进一步优选为

此外，X和Y中的任意一个为给体单体，并且另一个为受体单体。

本发明还提供了通过式1表示的含芘导电聚合物作为有机电子材料在选自由有机二极管(OPDs)、有机发光二极管(OLEDs)、有机薄膜二级管(OTFTs)和有机太阳能电池组成的组中的任意一种中的应用。