CN105026457B - 半导体聚合物 - Google Patents

半导体聚合物 Download PDF

Info

Publication number
CN105026457B
CN105026457B CN201480011733.3A CN201480011733A CN105026457B CN 105026457 B CN105026457 B CN 105026457B CN 201480011733 A CN201480011733 A CN 201480011733A CN 105026457 B CN105026457 B CN 105026457B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer
polymer described
aryl
halogen
butyl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480011733.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105026457A (zh
Inventor
蒂莫西·P·本德
伯努瓦·H·莱萨德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saudi Basic Industries Corp
Original Assignee
Saudi Basic Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saudi Basic Industries Corp filed Critical Saudi Basic Industries Corp
Publication of CN105026457A publication Critical patent/CN105026457A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105026457B publication Critical patent/CN105026457B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B69/00—Dyes not provided for by a single group of this subclass
    • C09B69/10—Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds
    • C09B69/108—Polymeric dyes; Reaction products of dyes with monomers or with macromolecular compounds containing a phthalocyanine dye
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/311—Phthalocyanine
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/361—Polynuclear complexes, i.e. complexes comprising two or more metal centers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

本文公开具有以下结构的半导电聚合物：(I)。

Description

半导体聚合物
相关申请交叉引用
本申请要求2013年3月12日提交的美国临时申请第61/777,452号的权益。所引用申请的内容以引用方式并入到本申请中。
发明背景
A.技术领域
本发明一般涉及可以用于有机光伏电池的半导电聚合物的用途。
B.现有技术
与源于燃烧化石燃料的全球变暖有关的上升的能源价格和担忧已导致寻找更有成本效益且更高效的再生能源。已认定的确定此类这种再生能源是太阳能。与将太阳能转换成电相关的问题已在很大程度上被归因于能量转换过程的低效率。例如，已研发出可以将太阳能转换成可用能量的光伏电池(例如，太阳能电池)，但与这样做相关的成本已阻碍了将此技术广泛应用于市场。
近年来，与聚合物在有机光伏电池的光活性层中的用途有关的研究已有所增加。使用聚合物的独特方面之一是其允许通过有成本效益的溶液处理技术例如旋转铸塑、浸涂或喷墨印刷来制造有机电子装置。与依赖于真空沉积技术的、用于制造无机薄膜装置的蒸发技术相比，溶液处理可以成本更低地和更大规模地进行。当前正使用的许多聚合物具有低电荷载流子迁移率(电导)且合成复杂，这增加了最终生产成本。
发明内容
已发现，由含有第IV族金属的酞菁(nPc)制成的聚合物具有半导电特性且可以用于有机光伏电池的光活性层。含有第IV族金属(即，硅、锗和锡)的Pc包含可以偶合至双功能间隔物的至少两个轴键。这导致可以用于形成本发明聚合物的构筑嵌段(例如，经由缩合反应)。
在本发明的至少一个方面，公开了可以用于有机光伏电池中的光活性层的聚合物，其具有以下结构：
M1和M2可以各自独立地为硅、锗或锡。在一些情况下，M1和M2两者都为硅或都为锗或都为锡。在其他情况下，M1和M2可以不同(例如，组合可以为Si与Ge、Si与Sn或Ge与Sn)。(R1)n和(R2)n可以各自独立地为烃、氢或卤素。n可以为1至4的整数。烃可以为经取代或未经取代的烃。烃可以为经取代或未经取代的甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。卤素可以为氟、氯、溴或碘。R3可以为芳基或碳酸酯基或这些基团的聚合物。这些基团的非限制性实例在详细描述部分中提供且以引用方式并入该部分中。x可以视需要而变化，且可以为1至10000、1至1000、1至500、1至100、1至50、1至25或1至15的整数。在更进一步的实施方案中，聚合物可以具有以下结构：
Y1和Y2可以各自独立地为：
且
R4可以为芳基，例如于上文和本说明书通篇中所公开的那些。在特定情况下，R4芳基可以包括6至22个碳原子、或6至18个碳原子、或6至10个碳原子。在一个非限制性方面中，聚合物可以为以下的反应产物：
其中R5、R6和R7可以各自独立地为卤素或羟基。在特定情况下，M1和M2可以各自为硅，R1和R2可以各自为H且n是1，R3可以为C6H4，R4可以为C6H5，且R5和R6可以各自为羟基，且R7可以为Cl。在其他特定情况下，M1和M2可以各自为锗，R1和R2可以各自为H且n是1，R3可以为C6H4，R4可以为C6H5，R5和R6可以各自为羟基，且R7可以为羟基。此外，聚合物可以用掺杂剂改性以增强其p-型或n-型特性。
还公开了包含一个或更多个光活性层的有机光伏电池。一个或更多个光活性层可以包括本发明的聚合物的任一种。光伏电池可以包括透明或半透明基板、透明或半透明电极、一个或更多个光活性层和第二电极，其中所述一个或更多个光活性层布置于透明/半透明电极与第二电极之间。透明/半透明电极可以为阴极且第二电极可以为阳极，或透明/半透明电极可以为阳极且第二电极可以为阴极。在一些情况下，第二电极是不透光/不透明的。例如，光伏电池可以为本体异质结光伏电池或双层光伏电池。
在另一实施方案中，公开了包含本发明的光伏电池或聚合物的任一种的有机电子装置。有机电子装置的非限制性实例包括聚合物有机发光二极管(PLED)、有机集成电路(O-IC)、有机场效晶体管(OFET)、有机薄膜晶体管(OTFT)、有机太阳能电池(O-SC)或有机激光二极管(O-激光器)。
在本发明的再一方面，公开了一种溶液，其包含溶解于所述溶液中的本发明的聚合物的任一种。所用溶剂可以为有效地溶解聚合物的溶剂。溶剂的非限制性实例包括甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、均三甲苯、正丁基苯、仲丁基丁基苯和叔丁基苯；基于卤代芳烃的溶剂，例如氯苯、二氯苯和三氯苯，基于卤代饱和烃的溶剂，例如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、氯己烷、溴己烷和氯环己烷；和醚，例如四氢呋喃和四氢吡喃。溶液可以通过以下方式来沉积：刮刀涂布、旋转铸塑、弯月面涂布、转印、喷墨印刷、胶版印刷、网版印刷法、浸涂、铸塑、棒涂、辊涂、线棒涂布、喷涂、网版印刷、凹版印刷、柔版印刷(flexo printing)、胶版印刷、凹版胶版印刷、分配器涂布、喷嘴涂布、毛细管涂布等。
还公开了本发明的以下实施方案1至39。实施方案1是具有以下结构的聚合物：
其中M1和M2各自独立地为硅、锗或锡；(R1)n和(R2)n各自独立地为烃、氢或卤素且n是1至4的整数；R3是芳基或碳酸酯基；且x是1至1000的整数。实施方案2是实施方案1的聚合物，其中M1和M2中的至少一者是锗或锡。实施方案3是实施方案2的聚合物，其中M1是硅且M2是锗。实施方案4是实施方案1的聚合物，其中芳基包含6至84个碳原子、或6至24个碳原子或6至18个碳原子。实施方案5是实施方案4的聚合物，其中芳基R3包含非碳环原子，其中非碳环原子是卤素、氧、硫或氮。实施方案6是实施方案1至5中任一项的聚合物，其中芳基R3是双酚。实施方案7是实施方案6的聚合物，其中双酚是m-(C6H4)—C(CH3)2—C6H4—C(CH3)2—m-(C6H4)—。实施方案8是实施方案1至7中任一项的聚合物，其中(R1)n是经取代或未经取代的烃。实施方案9是实施方案8的聚合物，其中烃是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。实施方案10是实施方案1至7中任一项的聚合物，其中(R1)n是卤素且n是1。实施方案11是实施方案10的聚合物，其中卤素是F、Cl、Br或I。实施方案12是实施方案1至7中任一项的聚合物，其中(R1)n是氢且n是1。实施方案13是实施方案8至12中任一项的聚合物，其中(R2)n是经取代或未经取代的烃。实施方案14是实施方案13的聚合物，其中烃是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。实施方案15是实施方案8至12中任一项的聚合物，其中(R2)n是卤素且n是1。实施方案16是实施方案15的聚合物，其中卤素是F、Cl、Br或I。实施方案17是实施方案8至12中任一项的聚合物，其中(R2)n是氢且n是1。实施方案18是实施方案1至17中任一项的聚合物，其中聚合物具有以下结构：
其中Y1和Y2各自独立地为
且
R4是芳基。实施方案19是实施方案18的聚合物，其中芳基R4包含6至22个碳原子、或6至18个碳原子或6至10个碳原子。实施方案20是实施方案19的聚合物，其中芳基R4包含非碳环原子，其中非碳环原子是卤素、氧、硫或氮。实施方案21是实施方案19的聚合物，其中芳基R4是p—(C6H4)—C(CH3)3。实施方案22是实施方案18的聚合物，其中：M1是锗，M2是硅，R1和R2各自为H且n是1，R3是m-(C6H4)—C(CH3)2—C6H4—C(CH3)2-m-(C6H4)—，且R4是p—(C6H4)—C(CH3)3。实施方案23是实施方案1至22中任一项的聚合物，其中聚合物是以下的反应产物：
其中R5、R6和R7各自独立地为卤素或羟基。实施方案24是实施方案23的聚合物，其中：M1和M2各自为硅，R1和R2各自为H且n是1，R3是C6H4，R4是C6H5，且R5和R6各自为羟基，且R7是Cl。实施方案25是实施方案23的聚合物，其中：M1和M2各自为锗，R1和R2各自为H且n是1，R3是C6H4，R4是C6H5，且R5和R6各自为羟基，且R7是羟基。实施方案26是实施方案1至25中任一项的聚合物，其中聚合物是半导电聚合物。实施方案27是实施方案26的聚合物，其中聚合物用掺杂剂改性以增强其p-型或n-型特性。实施方案28是包含含有实施方案1至27中任一项的聚合物的光活性层的光伏电池。实施方案29是实施方案28的光伏电池，其包含透明基板、透明电极、光活性层和第二电极，其中光活性层布置于透明电极与第二电极之间。实施方案30是实施方案29的光伏电池，其中透明电极是阴极且第二电极是阳极。实施方案31是实施方案29的光伏电池，其中透明电极是阳极且第二电极是阴极。实施方案32是实施方案28至31中任一项的光伏电池，其中第二电极不透明。实施方案33是实施方案28至32中任一项的光伏电池，其中光伏电池是本体异质结光伏电池。实施方案34是实施方案28至32中任一项的光伏电池，其中光伏电池是双层光伏电池。实施方案35是实施方案28至34中任一项的光伏电池，其中光伏电池被包含于有机电子装置中。实施方案36是实施方案35的光伏电池，其中有机电子装置是聚合物有机发光二极管(PLED)、有机集成电路(O-IC)、有机场效应晶体管(OFET)、有机薄膜晶体管(OTFT)、有机太阳能电池(O-SC)或有机激光二极管(O-激光器)。实施方案37是包含实施方案1至27中聚合物的任一种的溶液，其中聚合物溶解于所述溶液中。实施方案38是用于在基板上制造光活性层的方法，其中光活性层包含实施方案1至27中聚合物的任一种，方法包括将实施方案36的溶液布置于基板上和干燥所述溶液以形成光活性层。实施方案39是实施方案38的方法，其中通过刮刀涂布、旋转涂布、弯月面涂布、转印、喷墨印刷、胶版印刷或网版印刷法将溶液布置于基板层上。
术语“约”或“大约”被定义为如本领域技术人员所理解的接近于，且在一个非限制性实施方案中，该术语被定义为在10％内，优选在5％内，更优选在1％内，最优选在0.5％内。
在权利要求或说明书中，当与术语“包含”连用时元素前没有数量词限定的情况可以指“一个”，但也与“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。
词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”都是包括性的或开放性的，且并不排除另外的、未列举的元素或方法步骤。
本发明的聚合物、光活性层、光伏电池和有机电子装置可以“包含”本说明书通篇中所公开的特定成分、组分、组合物等，或“基本上由其组成”或“由其组成”。关于过渡性词组“基本上由……组成”，在一个非限制性方面中，本发明聚合物的基本的和新的特征是它们的半导电特性。
根据以下附图、详细描述和实施例，本发明的其他目的、特征和优点会变得明显。然而，应理解，附图、详细描述和实施例尽管指示本发明的具体实施方案，但仅是以举例说明方式给出，且并不意味着具有限制性。另外，预期根据本详细描述在本发明的精神和范围内的变化和修改对于本领域技术人员会变得明显。
附图说明
图1：并入本发明聚合物的有机光伏电池的举例说明。
发明的详细描述
有机材料已经被用作有机光伏电池中的半导体。这些材料的问题之一是它们具有低的电荷载流子迁移率(电导)。
已发现解决用于光伏电池的现有有机材料的缺点的新半导体聚合物。在以下部分中更详细地描述本发明的这些和其他非限制性方面。
A.半导体聚合物
本发明的半导电聚合物是基于酞菁的重复单体单元。经取代的酞菁的通用结构是：
如上文所述，将第IV族金属并入酞菁中使得能够产生可以用于有效地产生半导电聚合物的单体单元。具体地，第IV族金属包含可以偶合至双功能间隔物以形成所述单体单元的至少两个轴键。以下是在本发明的情况下可以使用的非限制性单体单元的实例：
其中M1和M2各自独立地为硅、锗或锡，(R1)n和(R2)n各自独立地为烃、氢或卤素且n是1至4的整数，且R5和R6各自独立地为卤素或羟基。
以下是可以用于制备本发明的半导电聚合物的反应方案：
x是1至10000的整数，R3是芳基或碳酸酯基或所述基团的聚合物，R7是卤素或羟基，且Y1和Y2各自独立地为：
且
R4是芳基。
芳基的非限制性实例包括双酚。在本发明的情况下可以使用的双酚的实例包括：
(2,2-双(4-羟基-3-仲丁基苯基)丙烷)
B.有机光伏电池
本发明的半导电聚合物可以用于有机光伏电池。图1是可以将本发明的聚合物并入其中的非限制性有机光伏电池的横截面图。有机光伏电池(1)可以包含透明基板(10)、前电极(11)、光活性层(12)和背电极(13)。本领域技术人员已知的其他材料、层和涂层(未显示)可以用于光伏电池(1)，其中一些在下文描述。
一般而言，有机光伏电池(1)可以通过以下方式将光转换成可用能量：(a)吸收光子以产生激子；(b)激子扩散；(c)电荷转移；和(d)将电荷传输至电极。关于(a)，激子是由光活性层(12)吸收光子而产生，所述光活性层可以为p-型与n-型有机半导体材料的混合物(例如，本体异质结)或其可以彼此相邻的单独的p-型层和n-型层(即，双层异质结)。对于(b)，所生成的激子扩散至p-n接面。然后在(c)中，激子分离成电子和空穴。对于(d)，将电子和空穴传输至电极(11)和(13)并用于电路。
1.基板(10)
基板(10)可以用作支撑体。对于有机光伏电池，它通常为透明或半透明的，这允许光有效地进入电池。基板通常是由不易于因热或有机溶剂而改变或分解的材料制成，且如前所述，具有极好的光学透明性。这种材料的非限制性实例包括无机材料，例如无碱玻璃和石英玻璃；聚合物，例如聚乙烯、PET、PEN、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺基酰亚胺、液晶聚合物和环烯烃聚合物；硅和金属。
2.前电极和背电极(11)和(13)
前电极(11)可以根据电路的设置被用作阴极或阳极。其堆叠于基板(10)上。前电极(11)是由透明或半透明导电材料制成。通常，前电极(11)是通过使用这种材料形成膜来获得(例如，真空沉积、溅射、离子镀、电镀、涂布等)。透明或半透明导电材料的非限制性实例包括金属氧化物膜、金属膜和导电聚合物。可以用于形成膜的金属氧化物的非限制性实例包括氧化铟、氧化锌、氧化锡和它们的复合物，例如锡酸铟(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)和氧化铟锌膜。可以用于形成膜的金属的非限制性实例包括金、铂、银和铜。导电聚合物的非限制性实例包括聚苯胺和聚噻吩。前电极(11)的膜的厚度通常为30nm至300nm。若膜厚度小于30nm，则导电性会降低且电阻增加，这导致光电转换效率的降低。若膜厚度大于300nm，则光透光率会降低。此外，前电极(11)的薄片电阻通常为10Ω/□或更小。此外，前电极(11)可以为单层或由各自具有不同功函数的材料形成的层叠层。
背电极(13)可以根据电路的设置被用作阴极或阳极。此电极(13)可以堆叠于光活性层(12)上。用于背电极(13)的材料是导电的。这种材料的非限制性实例包括金属、金属氧化物和导电聚合物(例如，聚苯胺、聚噻吩等)，例如上文在前电极(11)的情况下所讨论的。当使用具有高功函数的材料形成前电极(11)时，则背电极(13)可以由具有低功函数的材料制成。具有低功函数的材料的非限制性实例包括Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Na、K、Rb、Cs、Ba及其合金。背电极(13)可以为单层或由各自具有不同功函数的材料形成的层叠层。此外，其可以为具有低功函数的材料的一种或更多种与选自金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨及锡的金属的至少一种的合金。合金的实例包括锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金及钙-铝合金。背电极(13)的膜厚度可以为1nm至1000nm或10nm至500nm。若膜厚度太小，则电阻会过大且所生成的电荷可能不被充分地传送至外电路。
在一些实施方案中，前电极(11)和背电极(13)可以进一步涂覆有空穴传输层或电子传输层(图1中未显示)以增加效率并防止有机光伏电池(1)的短路。空穴传输层和电子传输层可以***电极与光活性层(12)之间。可以用于空穴传输层的材料的非限制性实例包括基于聚噻吩的聚合物，例如PEDOT/PSS(聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯))；和有机导电聚合物，例如聚苯胺和聚吡咯。空穴传输层的膜厚度可以为20nm至100nm。若膜厚度太薄，则会更容易发生电极短路。若膜厚度太厚，则膜电阻大且会限制所产生的电流且会降低光转换效率。关于电子传输层，其可以通过阻挡空穴和更有效地传输电子来发挥功能。可以制成电子传输层的材料的类型的非限制性实例包括金属氧化物(例如，非晶形氧化钛)。当使用氧化钛时，膜厚度可以为5nm至20nm。若膜厚度太薄，则会降低空穴阻挡效应且因此在激子解离成电子和空穴之前去活化所生成的激子。相比之下，当膜厚度太厚时，膜电阻大，限制所产生的电流，这导致光转换效率降低。
3.光活性层(12)
光活性层(12)可以***前电极(10)与背电极(13)之间。在一种情况下，光活性层(12)可以为本体异质结型层，使得本发明聚合物与第二半导电材料(例如，第二聚合物或小分子)混合且在所述层(12)内发生微相分离。或者，光活性层(12)可以为双层异质结型层，使得本发明聚合物形成一个层且第二光活性层与其相邻。在任一情况下，层(12)会包括p-型有机半导体与n-型有机半导体两者，由此允许电子流动。此外，可以存在多个用于给定光伏电池的光活性层(例如，2个、3个、4个或更多个)。
光活性层可以通过获得包括溶剂和溶解于其中的本发明聚合物的溶液来沉积。这种溶剂的非限制性实例包括基于不饱和烃的溶剂，例如甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、均三甲苯、正丁基苯、仲丁基丁基苯和叔丁基苯；基于卤代芳烃的溶剂，例如氯苯、二氯苯和三氯苯；基于卤代饱和烃的溶剂，例如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、氯己烷、溴己烷和氯环己烷；和醚，例如四氢呋喃和四氢哌喃。溶液可以通过以下方式来沉积：刮刀涂布、旋转涂布、弯月面涂布、转印、喷墨印刷、胶版印刷、网版印刷法、浸涂、铸塑、棒涂、辊涂、线棒涂布、喷涂、网版印刷、凹版印刷、柔版印刷、胶版印刷、凹版胶版印刷、分配器涂布、喷嘴涂布、毛细管涂布等。
实施例
会以具体实施例的方式更详细地描述本发明。提供以下实例仅用于说明性目的，而不意在以任何方式限制本发明。本领域技术人员会容易地想到可以改变或修改以获得基本上相同的结果的多种非关键参数。
实施例1
(含有锗酞菁(GePc)的聚合物的合成)
在装配有冷凝器、热槽(thermal well)和磁力特氟隆(Teflon)搅拌棒的25mL三颈圆底玻璃烧瓶中合成含有锗酞菁(GePc)的聚合物。将烧瓶置于加热罩内部，且将设备置于磁力搅拌器上。使二氯锗酞菁(GePc-Cl2)在使用前升华。在密封反应器前，添加GePc-Cl2(100mg,0.15mmol)、间-双酚(50mg,0.144mmol)与4-叔丁基酚(2.2mg,0.0152mmol)的混合物和氯苯(5ml)。经计算在完全转换下聚合目标数量-平均分子量(Mn)等于20kg mol-1。密封后，利用氮使混合物鼓泡20分钟，然后加热。然后将反应器加热至适当温度120℃，同时维持氮吹扫。在40小时后终止聚合，然后冷却至室温，这产生粗制聚合物。使粗制聚合物沉淀至甲醇中，过滤并在真空干燥箱中干燥过夜。
实施例2
(含有锗酞菁(GePc)的聚合物的合成)
在装配有冷凝器和磁力特氟隆搅拌棒的100mL三颈圆底玻璃烧瓶中合成含有锗酞菁(GePc)的聚合物。使二氯锗酞菁(GePc-Cl2)在使用前升华。在密封反应器之前，添加GePc-Cl2(0.765g,1.20mmol)、2,2-双(4-羟基-3-仲丁基苯基)丙烷(0.394g,1.2mmol)、磷酸三钾(K3PO4,1.44g,6.9mmol)和氯苯(10ml)的混合物。然后将反应器加热至适当温度120℃，同时维持氮吹扫。在40小时后终止聚合，然后冷却至室温，这产生粗制聚合物。使粗制聚合物沉淀至甲醇中，过滤并在真空干燥箱中干燥过夜。
实施例3
(含有硅酞菁(SiPc)的聚合物的合成)
在装配有冷凝器和磁力特氟隆搅拌棒的100mL三颈圆底玻璃烧瓶中合成含有硅酞菁(SiPc)的聚合物。使二氯锗酞菁(SiPc-Cl2)在使用前升华。在密封反应器之前，添加SiPc-Cl2(0.680g,1.20mmol)、2,2-双(4-羟基-3-仲丁基苯基)丙烷(0.394g,1.2mmol)、磷酸三钾(K3PO4,1.44g,6.9mmol)和氯苯(10ml)的混合物。然后将反应器加热至适当温度120℃，同时维持氮吹扫。在40小时后终止聚合，然后冷却至室温，这产生粗制聚合物。使粗制聚合物沉淀至甲醇中，过滤并在真空干燥箱中干燥过夜。
实施例4
(含有硅酞菁(SiPc)的聚合物的合成)
在装配有冷凝器和磁力特氟隆搅拌棒的250mL三颈圆底玻璃烧瓶中合成含有硅酞菁(SiPc)的聚合物。使二氯锗酞菁(SiPc-Cl2)在使用前升华。在密封反应器之前，添加SiPc-Cl2(0.680g,1.07mmol)、2,2-双(4-羟基-3-仲丁基苯基)丙烷(0.182g,0.54mmol)、间-双酚(0.186g,0.53mmol)、碳酸钾(K2CO3,0.59g,4.3mmol)和氯苯(20ml)的混合物。然后将反应器加热至适当温度120℃，同时维持氮吹扫。在40小时后终止聚合，然后冷却至室温，这产生粗制聚合物。使粗制聚合物沉淀至甲醇中，过滤并在真空干燥箱中干燥过夜。

Claims (30)

1.一种聚合物，其具有以下结构：
其中
M1和M2各自独立地为硅、锗或锡；
(R1)n和(R2)n各自独立地为烃、氢或卤素且n是1至4的整数；
R3是芳基或碳酸酯基；且
x是1至1000的整数。
2.权利要求1所述的聚合物，其中M1和M2中的至少一者是锗或锡。
3.权利要求2所述的聚合物，其中M1是硅且M2是锗。
4.权利要求1所述的聚合物，其中所述芳基包含6至84个碳原子、或6至24个碳原子或6至18个碳原子。
5.权利要求4所述的聚合物，其中芳基R3包含非碳环原子，其中所述非碳环原子是卤素、氧、硫或氮。
6.权利要求1所述的聚合物，其中芳基R3是双酚。
7.权利要求6所述的聚合物，其中所述双酚是m-(C6H4)—C(CH3)2—C6H4—C(CH3)2-m-(C6H4)—。
8.权利要求1所述的聚合物，其中(R1)n是经取代或未经取代的烃。
9.权利要求8所述的聚合物，其中所述烃是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
10.权利要求1所述的聚合物，其中(R1)n是卤素且n是1。
11.权利要求10所述的聚合物，其中所述卤素是F、Cl、Br或I。
12.权利要求1所述的聚合物，其中(R1)n是氢且n是1。
13.权利要求12所述的聚合物，其中(R2)n是经取代或未经取代的烃。
14.权利要求13所述的聚合物，其中所述烃是甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基。
15.权利要求12所述的聚合物，其中(R2)n是卤素且n是1。
16.权利要求15所述的聚合物，其中所述卤素是F、Cl、Br或I。
17.权利要求12所述的聚合物，其中(R2)n是氢且n是1。
18.权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物具有以下结构：
其中
Y1和Y2各自独立地为
且
R4是芳基。
19.权利要求18所述的聚合物，其中芳基R4包含6至22个碳原子、或6至18个碳原子或6至10个碳原子。
20.权利要求19所述的聚合物，其中所述芳基R4包含非碳环原子，其中所述非碳环原子是卤素、氧、硫或氮。
21.权利要求19所述的聚合物，其中所述芳基R4是p—(C6H4)—C(CH3)3。
22.权利要求18所述的聚合物，其中：
M1是锗，
M2是硅，
R1和R2各自为H且n是1，
R3是m-(C6H4)—C(CH3)2—C6H4—C(CH3)2-m-(C6H4)—，且
R4是p—(C6H4)—C(CH3)3。
23.权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物是以下的反应产物：
其中
Y1和Y2各自独立地为：
且
R4是芳基，R5、R6和R7各自独立地为卤素或羟基。
24.权利要求23所述的聚合物，其中：
M1和M2各自为硅，
R1和R2各自为H且n是1，
R3是C6H4，
R4是C6H5，且
R5和R6各自为羟基，且
R7是Cl。
25.权利要求23所述的聚合物，其中：
M1和M2各自为锗，
R1和R2各自为H且n是1，
R3是C6H4，
R4是C6H5，且
R5和R6各自为羟基，且
R7是羟基。
26.权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物是半导电聚合物。
27.权利要求26所述的聚合物，其中所述聚合物用掺杂剂改性以增强其p-型或n-型特性。
28.根据权利要求1所述的聚合物，其被包含在光伏电池的光活性层中。
29.一种包含权利要求1所述的聚合物的溶液，其中所述聚合物溶解于所述溶液中。
30.一种用于在基板上制造光活性层的方法，其中所述光活性层包含权利要求1所述的聚合物，所述方法包括将权利要求1所述的聚合物的溶液布置于所述基板上和干燥所述溶液以形成光活性层。
CN201480011733.3A 2013-03-12 2014-03-06 半导体聚合物 Expired - Fee Related CN105026457B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361777452P 2013-03-12 2013-03-12
US61/777,452 2013-03-12
PCT/IB2014/001021 WO2014140859A2 (en) 2013-03-12 2014-03-06 Semiconductor polymers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105026457A CN105026457A (zh) 2015-11-04
CN105026457B true CN105026457B (zh) 2017-03-29

Family

ID=51212884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480011733.3A Expired - Fee Related CN105026457B (zh) 2013-03-12 2014-03-06 半导体聚合物

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9343688B2 (zh)
EP (1) EP2970570B1 (zh)
KR (1) KR101714949B1 (zh)
CN (1) CN105026457B (zh)
TW (1) TWI575027B (zh)
WO (1) WO2014140859A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112159519B (zh) * 2020-09-24 2021-07-06 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种具有碳桥连的多孔聚酞菁类激光防护材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622170A (en) * 1982-12-20 1986-11-11 Northwestern University Electrically conductive cofacially crystallizing organomacrocycle forming compositions
US4839112A (en) * 1982-12-20 1989-06-13 Northwestern University Methods for fabricating a low dimensionally electroconductive article

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8471020B2 (en) 2011-03-03 2013-06-25 Basf Se Perylene-based semiconducting materials
JP5300903B2 (ja) 2011-03-29 2013-09-25 株式会社東芝 ポリマーおよびそれを用いた太陽電池、太陽光発電システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622170A (en) * 1982-12-20 1986-11-11 Northwestern University Electrically conductive cofacially crystallizing organomacrocycle forming compositions
US4839112A (en) * 1982-12-20 1989-06-13 Northwestern University Methods for fabricating a low dimensionally electroconductive article

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014140859A2 (en) 2014-09-18
KR101714949B1 (ko) 2017-03-09
TWI575027B (zh) 2017-03-21
CN105026457A (zh) 2015-11-04
WO2014140859A3 (en) 2015-02-19
EP2970570A2 (en) 2016-01-20
US9343688B2 (en) 2016-05-17
TW201500476A (zh) 2015-01-01
US20140272158A1 (en) 2014-09-18
EP2970570B1 (en) 2017-04-19
KR20150131069A (ko) 2015-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100583485C (zh) 含杂原子立体规则性聚（3-取代噻吩）的光电池
CN102666643B (zh) 高分子化合物、含有该高分子化合物的薄膜和墨液组合物
CN102405247B (zh) 含有咔唑的导电聚合物、以及使用其的有机光伏器件
CN102449022B (zh) 共轭聚合物及它们作为有机半导体的用途
WO2013018951A1 (ko) 3,6-카바졸을 포함하는 전도성 고분자 및 이를 이용한 유기태양전지
CN102164926A (zh) 用于光电器件的活性材料
JP6592429B2 (ja) 有機電子デバイスの電子注入層における使用のための改善された電子移動組成物
CN103597601A (zh) 用于电光器件的活性材料和电光器件
US20180198068A1 (en) Organic semiconducting compounds
CN109563104A (zh) 有机半导体化合物
US10312446B2 (en) Conductive polymers, the organic photovoltaic cell comprising the same, and the synthesis thereof
Aqoma et al. Solution-processed colloidal quantum dot/organic hybrid tandem photovoltaic devices with 8.3% efficiency
Yan et al. Naphthalene-diimide selenophene copolymers as efficient solution-processable electron-transporting material for perovskite solar cells
Park et al. Important role of alloyed polymer acceptor for high efficiency and stable large-area organic photovoltaics
CN110392939A (zh) 基于温度依赖性聚集的共轭聚合物的高效有机太阳能电池的顺序加工制造工艺
CN107425121A (zh) 钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
CN105026457B (zh) 半导体聚合物
CN111087614B (zh) 网状聚合物及其制备方法与应用
EP3665729B1 (en) Organic semiconducting polymer
US20210336148A1 (en) Semiconductor mixed material and application thereof
Li et al. A two-dimension medium band gap conjugated polymer based on 5, 10-bis (alkylthien-2-yl) dithieno [3, 2-d: 3′, 2′-d′] benzo [1, 2-b: 4, 5-b′] dithiophene: Synthesis and photovoltaic application
KR20200145807A (ko) 정공수송층 형성용 조성물 및 이를 포함하는 반투명 유기 태양전지
Gayathri et al. Pentyl side chain-based benzoditiophene π-conjugated polymer for non-halogenated solvent processed organic solar cells
JPWO2016021660A1 (ja) コポリマー、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュール
Nakabayashi et al. Benzodithiophene-based low band-gap polymers with deep HOMO levels: synthesis, characterization, and photovoltaic performance

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170329

Termination date: 20180306