[发明专利]共轭高分子化合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子化合物，尤指一种共轭高分子化合物。

背景技术

现今运用于太阳能电池的材料包含硅晶、化合物型及有机等类型，其中有机类型的制造与花费相较于其它类型来的简单与低廉，其依组件架构不同又可细分为染料敏化电池及有机薄膜太阳能电池。一般应用于有机薄膜太阳能电池中的有机材料具有约10⁵mol^-1cm^-1的吸光系数，此特征表示该有机薄膜太阳能电池可更有效率的应用太阳光。但目前发展出的有机太阳能电池的光电转换效率及组件寿命均较差及短，使商业应用价值大打折扣。

因此，为提升高分子太阳能电池（polymer solar cells,PSCs）的光电转换效率，并降低其制程成本以作为商业化运用，所制造的组件需要具有1)强及宽广的太阳光光谱吸收能力、2)高载子迁移率、3)低的最高占据分子轨域能阶(Energy Level of Highest Occupied Molecular Orbital;EHOMO及4)具良好溶解度等特性，其中第3)点特性能使高分子太阳能电池达成高短路电流、高开路电压、与高光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)的效果，而第4)点特性则使所制造的组件得以进行低成本的溶剂湿式与大面积制程。

共轭高分子材料可通过1)修饰共轭主链结构以提升太阳光光谱吸收能力、改善载子迁移率并调控分子轨域能阶、2)修饰侧链烷基以提升分子的溶解度与固态结构。早期的共轭分子，如聚3-己基噻酚(poly(3-hexylthiophene))，对于红光至近红外光范围(600nm-900nm)的太阳光子收集能力较差，故效率难以提升。而低能隙高分子(Low bandgap polymers)的设计使材料的吸收带产生红移至600nm-900nm，改善前述问题，但同时也产生新的缺点，即在400nm-600nm吸收较弱，故致使其无法有效利用太阳光中短波长高能量的光(400nm-600nm)，亦无法有效利用太阳光中长波长低能量的光(>900nm)。

紫质(porphyrins)化合物能有效吸收短波长太阳光，能作为提升共轭性高分子材料吸光能力的理想功能性单元。但现有文献在低能隙高分子材料或传统共轭高分子中导入紫质单元均造成组件效能下降，原因在于紫质单元为较大的环状分子，故引用此单元一来会破坏高分子主链的共轭结构，使得红光区域(600nm-900nm)吸收下降，反而造成组件电流过低；二来会影响材料的固态堆栈，使主动层的形态发生变化，导致组件填充因子(FF)下降。由于以上因素，使得含有紫质单元的高分子太阳能组件光电转换效率与稳定性偏低。因此，现阶段仍没有高效能且高稳定性的近全太阳光谱吸收材料以及含紫质光敏性材料可以使用在高分子太阳能电池上。

为此，申请人有鉴于现有技术的缺陷，发明出发明“共轭高分子化合物”，以改善上述缺陷缺失。

发明内容

本发明提供了一种含紫质化合物的共轭高分子化合物，再通过调控紫质化合物于共轭高分子化合物中的侧链位置，使其不破坏高分子主链共振结构，并通过调控紫质化合物于该共轭高分子化合物中的比例，使其不破坏分子间的堆栈，在适当的条件之下，可得到同时具有共轭高分子优点及紫质化合物优点的P型共轭高分子，再将此P型共轭高分子与N型材料于各种有机溶剂中进行混掺，形成一有机薄膜太阳能电池中主动层的一材料，再以一涂布方式（如旋转涂布）将该材料涂布于有机薄膜太阳能电池组件层之间，以达到高效率且近太阳光全光谱吸收的有机薄膜太阳能电池。

本发明的一个方面是提供一种共轭高分子化合物，具如下结构式：

其中该共轭高分子化合物由一主链及一侧链所组成，该主链由包含n个芳香杂环化合物所组成，该侧链为一紫质化合物；

其中n选自范围1-100，而R₁为C₁₂直链的饱和烷氧基、R₂系为C₈直链的饱和烷基及R₃系为C₁₀直链的饱和烷基；