TWI499611B - 共軛高分子化合物 - Google Patents
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Description
本案係關於一種高分子化合物，尤指一種共軛高分子化合物。
現今運用於太陽能電池的材料包含矽晶、化合物型及有機等類型，其中有機類型之製造與花費相較於其他類型來的簡單與低廉，其依元件架構不同又可細分為染料敏化電池及有機薄膜太陽能電池。一般應用於有機薄膜太陽能電池中的有機材料具有約105
mol-1
cm-1
的吸光係數，此特質表示該有機薄膜太陽能電池可更有效率的應用太陽光。但目前發展出的有機太陽能電池在光電轉換效率及元件壽命均較差及短，使商業應用價值大打折扣。
是以，為提升高分子太陽能電池(polymer solar cells,PSCs)的光電轉換效率，並降低其製程成本以作為商業化運用，所製造之元件需要具有1)強及寬廣的太陽光光譜吸收能力、2)高載子遷移率、3)低的最高佔據分子軌域能階(Energy Level of Highest Occupied Molecular Orbital；EHOMO及4)具良好溶解度等特性，其中第3)點特性能使高分子太陽能電池達成高短路電流、高開路電壓、與高光電轉換效率(power conversion efficiency,PCE)之效果，而第4)點特性則使所製造之元件得以進行低成本的溶劑濕式與大面積製程。
共軛高分子材料可透過1)修飾共軛主鏈結構以提升太陽光光譜吸收能力、改善載子遷移率並調控分子軌域能階、2)修飾側鏈烷基以提升分子的溶解度與固態結構。早期的共軛分子，如聚3-己基噻酚(poly(3-hexylthiophene))，其對於紅光至近紅外光範圍(600nm-900nm)的太
陽光子收集能力較差，故效率難以提升。而低能隙高分子(Low bandgap polymers)的設計使材料的吸收帶產生紅移至600nm-900nm，改善前述問題，但同時也產生新的缺點，即在400nm-600nm吸收較弱，故致使其無法有效利用太陽光中短波長高能量的光(400nm-600nm)，亦無法有效利用太陽光中長波長低能量的光(>900nm)。
紫質(porphyrins)化合物能有效吸收短波長太陽光，能作為提升共軛性高分子材料吸光能力的理想功能性單元。但現有文獻在低能隙高分子材料或傳統共軛高分子中導入紫質單元均造成元件效能下降，原因在於紫質單元為較大的環狀分子，故引用此單元一來會破壞高分子主鏈的共軛結構，使得紅光區域(600nm-900nm)吸收下降，反而造成元件電流過低；二來會影響材料的固態堆疊，使主動層的形態發生變化，導致元件填充因子(FF)下降。由於以上因素，使得含有紫質單元的高分子太陽能元件光電轉換效率與穩定性偏低。因此，現階段仍沒有高效能且高穩定性的近全太陽光譜吸收材料以及含紫質光敏性材料可以使用在高分子太陽能電池上。
爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「共軛高分子化合物」，以改善上述缺失。
本發明係提供一種含紫質化合物之共軛高分子化合物，再藉由調控紫質化合物於共軛高分子化合物中的側鏈位置，使其不破壞高分子主鏈共振結構，並藉由調控紫質化合物於該共軛高分子化合物中的比例，使其不破壞分子間的堆疊，在適當的條件之下，可得到同時具有共軛高分子優點及紫質化合物優點的P型共軛高分子，再將此P型共軛高分子與N型材料於各種有機溶劑中進行混摻，形成一有機薄膜太陽能電池中主動層的一材料，再以一塗佈方式(如旋轉塗佈)將該材料塗佈於有機薄膜太陽能電池元件層之間，藉此達到高效率且近太陽光全光譜吸收之有機薄膜太陽能電池。
本發明之一面向係提供一種共軛高分子化合物，具如下結構式：
其中該共軛高分子化合物係由一主鏈及一側鏈所組成，該主鏈係包含n個芳香雜環化合物所組成，該側鏈係為一紫質化合物；其中n係選自範圍1-100，而R2
係為C8
直鏈之飽和烷基及R3
係為C10
直鏈之飽和烷基；其中S1
及S2
係分別獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環包含至少一取代基，且該取代基係選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；以及Z係分別選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式如下：
本發明之另一面向係提供一種共軛高分子化合物，具如下通式1及2的其中之一：
其中：
π係選自C6-16
不飽和芳香環或選自C3-16
不飽和芳香雜環，其中該C3-14
不飽和芳香雜環中係包含至少一雜原子；該雜原子係至少包含氮(N)、硫(S)、氧(O)及硒(Se)的其中之一；該C3-14
不飽和芳香雜環更包含N1-3
；A選自A1~3
，D選自D1~3
；結構式D1
、D2
及D3
如下：
結構式A1
、A2
及A3
如下：
R係選自氫、C1-30
直鏈之飽和烷基及C6-16
芳基其中之一；X及X1-3
均係選自O、S、Se、碲(Te)、NR、CR2
、SiR2
、GeR2
以及SnR2
其中之一；Y及Y1-12
係均選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；G1
係選自π及A其中之一，及G2
選自π及D其中之一；Por係指大分子雜環化合物，其中結構式P1
、P2
及P3
如下：
G3
係為π；M係自Zn2+
及2H+
選其中之一；S1
及S2
係分別獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環包含至少一取代基，且該取代基係選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；Z係分別選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式如下：
R係選自氫、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基與C6-16
芳基其中之一；U係選自OR、氯、溴及碘其中之一；該通式之係數a及b之範圍介於1-20；以及該通式之係數n之範圍介於1-100。
本發明之又一面向係提供一種共軛高分子化合物，包含：一高分子主鏈；以及一紫質化合物，係具有可吸收太陽能中一藍光區域之吸光性，其鍵結於該高分子主鏈，以形成該高分子主鏈的一側鏈。
本發明之共軛高分子化合物除可應用於太陽能光電產業外，亦可運用於有機光感測器產業及軟性顯示器產業等領域，其可經由調控鍵結於該共軛高分子化合物之該高分子主鏈上的官能性單元(如，紫質化合物)、該官能性單元與該高分子主鏈之重量組成分比例或其他因子(如，混摻材料(如高分子種類)、所應用的溶劑(如四氫呋喃、甲苯、氯苯、雙氯苯)等技術)以獲得欲達成之應用範圍。
為了易於說明，本發明得藉由下述之實施例及圖示而得到充分瞭解，並使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本發明之實施型態
並不限制於下列實施例中。
本案得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭解：第1圖(a)係本發明一實施例之高分子單體之合成反應示意圖。
第1圖(b)係本發明另一實施例之高分子單體之合成反應示意圖。
第1圖(c)係本發明一實施例之共軛高分子之合成反應示意圖。
第1圖(d)及(e)係分別為本發明一實施例之含紫質化合物之共軛高分子之結構通式。
第1圖(f)係本發明一實施例之含紫質化合物之共軛高分子之合成反應示意圖。
第2圖(a)及(b)係分別為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之紫外光/可見光(UV-Vis)吸收光譜圖，(a)為待測物呈溶液狀態，而(b)為待測物呈薄膜狀態。
第2圖(c)及(d)係分別為本發明一實施例之含紫質化合物之不同比例的共軛高分子之UV-Vis吸收光譜圖，(c)為待測物呈溶液狀態，而(d)為待測物呈薄膜狀態。
第3圖(a)係為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之循環伏安計量(CV)示意圖。
第3圖(b)係為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之能階圖。
第4圖(a)係為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子所組成之正結構太陽能元件之電流密度(CD)/電壓(V)示意圖。
第4圖(b)係為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子所組成之反結構太陽能元件之電流密度(CD)/電壓(V)示意圖。
有機太陽能電池(以下稱作一元件)之一光電轉換效率(PCE)之程度係決定於該元件之開路電壓(V oc
)、短路電流(J sc
)及填充
因子(FF
)等參數，如【式1】所示。從目前的研究，已知主動層材料及型態係為影響該PCE的主因。一般來說，主動層係由一電子予體與一電子受體所組成，其中該電子予體與該電子受體的搭配及選用，係與該電子予體與該電子受體材料之最高佔據分子軌域(Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO)及最低未佔據分子軌域(Lowest Unoccupied Molecular Orbital,LUMO)相關，此進一步表示該電子予體與該電子受體材料對於元件之吸光範圍、激子拆解及該元件的開路電壓等等有所影響，換句話說，前述該等影響因子係受該元件之主動層材料及型態而變化及影響，因此選擇該電子予體與該電子受體之材料與其間搭配所產生的能階極為重要。
PCE=P max
/P in
=FF
×J sc
×V oc
/P in
【式1】，其中P max
係為元件能輸出的最大電能，而P in
係為模擬光源儀器產生的入射光能。
該電子予體材料係為一P型材料，其係由一紫質化合物11及一複數高分子單體4、10所組成，如第1圖(f)所示，其組成具有低能隙特性之一共軛高分子化合物12。此外，該電子受體材料係為一N型材料，其包含一富勒烯(Fullerene)衍生物。
請參閱第1圖(d)及(e)，其係分別為本發明一實施例之含紫質化合物之共軛高分子之結構通式。該等通式係以一主鏈及一側鏈所構成，其中該主鏈係由拉電子基團A的化合物、推電子基團D的化合物、π電子基團的化合物π所構成，並可藉由不同比例a、b來變化該主鏈結構與性質，其中n係為重複單元的數目，而該側鏈係由一紫質化合物Por所構成。
該電子予體係由一紫質化合物Por及一複數高分子單體D、A、π所組成，其中D、A分別表示複數個推電子基團(Donor,D)及拉電子基團(Aceptor,A)的化合物，π指一π
電子基團化合物。以前述該等複數高分子單體所形成的一高分子主鏈具有一推拉電子系統，此種推拉電子系統的設計係由D及A之HOMO及LUMO進行混成，來產生具新的分子軌域之低能隙的共軛高分子化合物，該低能隙的共軛高分子化合物種類之選用係與該材料之分子間非共價作用力、主導分子中之主導元素及其
吸光性質有關。由於該電子予體材料之主導分子在自組裝或在固態排列形成有序結構時之分子間非共價作用力，將會影響該電子予體堆疊及結晶性質，進一步決定電洞遷移率之程度，並影響該元件之短路電流及光電轉換效率。由於主導分子中之主導元素的化學性質係由其最外層電子組態所決定，而同族元素具有相同的最外層電子組態，是以，同族元素將具有相似的化學性質，舉例來說，呋喃(Furan)、噻吩(Thiophene)、硒吩(selenophen)等。對於吸光性質方面，本發明中的該電子予體材料之選用係均選自光波長範圍在600~800nm具有光吸收性質的材料。
該高分子主鏈可藉由各種官能基修飾以達成預期的化學性質，且該高分子主鏈之材料係包含呋喃(Furan)、噻吩(Thiophene)、硒吩(selenophen)、碲吩(tellurophene)、吡咯(Pyrrole)、環戊烯(cyclopentene)、噻咯(silole)、germole、錫芴(stannole)、口咢二唑(oxadiazole)、噻二唑(thiadiazole)、硒二唑(selenadiazole)、***(Triazole)、二唑(Diazole)、吡喃(pyran)、吡咯(Pyrrole)及吡嗪(pyrazine)之衍生物至少其中之一或其任意組合。而該π
電子基團化合物係選自C3-16
芳香烴、C3-16
不飽和芳香雜環、及多環芳香烴其中之一。
該富勒烯衍生物係選自碳七十衍生物(PC61
BM)及碳六十衍生物(PC71
BM)其中之一。
本發明所合成的含紫質化合物之共軛高分子，可運用於高分子太陽能電池，特別是有機薄膜太陽能電池中。藉由調控紫質化合物在具低能隙的共軛高分子中的位置以及比例，可以有效的控制吸光範圍以及堆疊影響，並獲得同時具有該共軛高分子及該紫質化合物優點的光敏性材料，再將此含紫質化合物之共軛高分子與PC71
BM或PC61
BM混摻於各種有機溶劑中，形成一有機薄膜太陽能電池中主動層的一材料，再以一塗佈方式(如旋轉塗佈)將該材料塗佈於有機薄膜太陽能電池元件層之間，藉此達到PCE=8.2%的高效率且近全光譜吸收之有機薄膜太陽能電池，如表八所示。
本發明提供一系列具有含紫質化合物的共軛高分子，其中合成反應流程係包含下列四種：
流程一(第一圖(a))係為合成具低能隙之共軛高分子前高分子單體的合成反應示意圖，其中所合成出之高分子單體在該共軛高分子結構中，視為一推電子基團D的化合物。當代號1化合物中取代基Y1
、Y2
係以氟基取代(F)，且X以硫基(S)取代時，會產生5,6-二氟-2,1,3-苯並噻二唑(代號1化合物)，接著以碘及硫酸對該代號1化合物進行碘化反應，以產生5,6-二氟-4,7-二碘-2,1,3-苯並噻二唑(代號2化合物)。將代號2化合物與有機錫化合物a及二(三苯基膦)二氯化鈀(PdCl2
(PPh3
)2
，催化劑)進行施蒂勒反應(Stille reaction)，得到代號3化合物，最後使用二異丙基氨基鋰(lithium diisopropylamide,LDA)與三甲基氯化錫(chlorotrimethylstannane)反應以得到代號4化合物。
流程二(第一圖(b))係為合成具低能隙之共軛高分子前高分子單體的合成反應示意圖，其中所合成出之高分子單體在該共軛高分子結構中，視為一拉電子基團A的化合物。首先，以N-溴代丁二醯亞胺(N-Bromosuccinimide,NBS)、三苯基膦((C6
H5
)3
P)及二氯甲烷(CH2
Cl2
)(作為溶劑)對醇類化合物(代號5化合物)進行溴化反應，以產生溴代烷化合物(代號6化合物)。接著由代號6化合物與金屬鎂在四氫呋喃(THF)(作為溶劑)中反應以製得格林納試劑(代號7化合物)，再於THF中將另一溴化合物b與該代號7化合物進行取代反應後產生代號8化合物。接著在二甲基甲醯胺(Dimethylformamide,DMF)作為溶劑下，以NBS與代號8化合物進行溴化反應，以產生代號9化合物。最後，以PdCl2
(PhCN)2
作為催化劑、AgF作為氧化劑及二甲基亞碸(Dimethyl sulfoxide,DMSO)作為溶劑之情況下，對該代號9化合物進行氧化偶聯反應，以產生代號10化合物。
R2
及R3
係獨立選自氫、C1-30
直鏈之飽和烷基及C6-16
芳基其中之一。X及X1
-X2
係獨立選自氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、NR、CR2
、SiR2
、GeR2
以及SnR2
其中之一，其中NR、CR2
、SiR2
、GeR2
以及SnR2
之R基團係選自氫、C1-30
直鏈之飽和烷基及C6-16
芳基其中之一。Y1-2
係獨立選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一。
流程三(第一圖(c))係為合成具低能隙之共軛高分子之合成路徑示意圖。藉由Stille coupling將代號4化合物及代號10化合物進行微波聚合，可得到低能隙的共軛高分子(代號13化合物)。
流程四(第一圖(f))係為合成含紫質化合物之共軛高分子之合成路徑示意圖。藉由Stille coupling將代號4化合物、代號10化合物及1,3-二溴-5-紫質苯化合物(代號11化合物)進行微波聚合，可得到含紫質化合物之共軛高分子(代號12化合物)，其中該合成係藉由一苯環或其他芳香族化合物將一紫質化合物導入該高分子主鏈(代號4化合物、代號10化合物)中，以合成出在一側鏈位置之該紫質化合物的共軛高分子(代號12化合物)，此種設計可防止該紫質化合物直接形成於該共軛高分子主鏈中，進而破壞該主鏈的電子推拉系統。
該含紫質化合物之共軛高分子係可選擇具有不同官能基之紫質化合物、不同種類的高分子單體及不同比例的高分子單體。此外，更可藉由Stille coupling將代號4化合物、代號10化合物及1,3-二溴苯化合物進行微波聚合，以得到作為對照組之共軛高分子(代號14化合物)(未顯示)，即不含紫質化合物的具低能隙的共軛高分子。
欲了解該高分子主鏈上鍵結之官能基對整體化合物(如代號13化合物)之化學性質的影響，是以，當該代號13化合物中的Y1
及Y2
係以氟基(-F)取代、X、X1
-X2
係以硫(-S)取代及R2
與R3
係分別以直鏈烷基-C8
H7
與-C10
H21
取代後，形成代號13-1化合物。而當該代號13化合物中的Y1
及Y2
係以氫基(-H)取代、X、X1
-X2
係以-S取代及R2
與R3
係分別以直鏈-C8
H7
與-C10
H21
取代後，形成代號13-2化合物。對呈溶液狀態的該代號13-1及13-2化合物做光學性質分析(UV-Vis測試，未顯示)，可知該代號13-1及13-2化合物均具有三個吸收主峰，其波長範圍分別為400nm、560nm及700nm，其中400nm附近的吸收峰為π
-π
*躍遷(π
-π
* transition)的吸收，560nm附近的吸收峰為分子內間推電子與拉電子基團造成推拉電子效應，而產生電荷轉移的吸收(intramolecular charge transfer,ICT)，700nm附近的吸收峰為分子間的聚集所造成，其中相較於代號13-2化合物，代號13-1化合物吸收峰係具有一藍移現象(未顯示)，此現象係因氟原子的拉電子特
性，讓該共軛高分子的HOMO及LUMO能階下降，使得能隙變大進而產生藍移現象(指波峰往短波長方向移動)，此外，由光學分析結果更可觀察到該代號13-1化合物具有較大的分子間作用力。而對呈一薄膜狀態的該代號13-1及13-2化合物做光學性質分析(UV-Vis測試，未顯示)，可知由於共軛高分子之間堆疊的更緊密，所以兩化合物之吸收峰皆有紅移的現象(指波峰往長波長方向移動)出現，其中兩者之最大吸收峰約在波長650nm附近(未顯示)，由前述光學分析結果推得，該代號13-1及13-2化合物的光學能隙分別為-1.65eV及-1.59eV。
當對該代號13-1及13-2化合物做電化學分析(未顯示)，即以循環伏安計量量測呈薄膜狀態之代號13-1及13-2化合物，可算出代號13-1化合物之HOMO及LUMO的能階分別為-5.54及-3.68eV，而代號13-2化合物之HOMO及LUMO的能階分別為-5.18及-3.57eV。由於較低的HOMO能階在太陽能元件上可有效的提高開路電壓，且可提高在有機場效電晶體元件上的抗氧化能力。因此，由上述可知，代號13-1化合物之HOMO及LUMO的能階均較低。是以，含有F原子的代號13-1化合物除了可增加非共價作用力外，更能有效的提升元件效率與穩定性。
當以代號13-1及13-2化合物(指電子予體)分別與PC71
BM(指電子受體)來作為主動層材料來製成一太陽能元件時，所構成之一結構包含：陽極、電洞注入層、主動層、電子傳輸層及陰極，該結構依排列可分成一正結構與一反結構，其中一正結構(ITO/PEDOT：PSS/代號13-1化合物：PC71
BM/Ca/Al)及一反結構(ITO/ZnO/代號13-1化合物：PC71
BM/MoO3
/Ag)的異質接面元件之太陽能電池元件(未顯示)，在太陽光源模擬器(AM 1.5G 100mW/cm2)下做量測(未顯示)。該正結構元件之PCE值為6.41%(開路電壓為0.78V，短路電流為12.17mA/cm2，填充因子為67.5%)。在反結構元件中，其PCE值為6.82%(開路電壓為0.77V，短路電流為13.51mA/cm2
，填充因子為65.6%,)，其效率的提升主要來自短路電流的提升。從IPCE的圖中(未顯示)可發現正結構的外部量子效率最高只有50%，但在反式結構上最高可達65%，其因推測可能為含有氟的予體材料表面能較低，所以在主動層成膜時，高分子材料會分布於主動層上方較
為靠空氣的地方，PC71
BM則會分布於主動層下方，造成主動層垂直相分離，此種分布方式較符合反式結構電子電洞的收集方向，因此短路電流值有所提升。
針對含有不同同族元素的該代號13化合物對整體化合物的影響之研究，X1
分別以氧(O)、硫(S)及硒(Se)來取代，形成代號13-O化合物、代號13-S化合物及代號13-Se化合物，其均以F取代Y1
及Y2
、以S取代X及X2
，及以C8
H7
與C10
H21
取代R2
與R3
。對上述三種化合物做光學及電學分析(未顯示)，可知三種化合物的HOMO能階會隨原子序增高而提升，如代號13-O化合物之HOMO能階係為-5.57eV、代號13-Se化合物之HOMO能階係為-5.39eV，而代號13-O及13-Se化合物之LUMO能階係分別為-3.56eV及-3.70eV，得知代號13-O化合物是三者中能隙最大的，是以其吸收峰會有藍移的現象；而代號13-Se化合物是三者中能隙最小的，是以其吸收峰會有紅移的現象。比較代號13-1化合物、代號13-O化合物及代號13-Se化合物之熱、光學及電學性質，得知呈薄膜狀態的代號13-O化合物之分子間作用力最小，而代號13-Se化合物之分子間作用力最大，又從UV-Vis圖之分子堆疊的吸收峰強度，推測出三者中代號13-Se化合物的結晶度較高，熱分析、UV-Vis及XRD結果可佐證此推測(未顯示)，據此，代號13-Se化合物的電荷遷移率高達0.36cm2
V-1
s-1
，而代號13-O化合物因結晶性及成膜性不佳，導致其電荷遷移率低於兩者。當將上述三者(代號13-O化合物、代號13-Se化合物、代號13-1化合物)作為有機薄膜太陽能電池元件中之材料時，在正結構時在因電壓下降幅度較大影響，使得代號13-Se化合物表現較不如代號13-1化合物，不過在反結構因代號13-Se化合物電流提升幅度較代號13-1化合物來的大，因此整體效率提升幅度也較代號13-1化合物來得明顯。此外，代號13-O化合物因HOMO能階最低，因此元件Voc
最大，但因成膜性及電荷遷移率不佳，導致元件短路電流及填充因子表現不佳，因此效率偏低。
由上述可知，共軛高分子中之官能基之選擇係對所製備出的有機薄膜太陽能電池元件的效率具有影響，是以，由複數高分子單體與一π
電子基團所組成的具有低能隙的共軛高分子中，該π電子基團係可選自
C6-16
不飽和芳香環或選自C3-16
不飽和芳香雜環，其中該C3-16
不飽和芳香雜環中係包含至少一雜原子；該雜原子係至少包含氮(N)、硫(S)、氧(O)及硒(Se)的其中之一；該C3-16
不飽和芳香雜環更包含N1-3
；以及其中複數高分子單體可就其電性分成拉電子基團A的化合物及推電子基團D的化合物，A選自A1~3
，D選自D1~3
；其中結構式D1
、D2
及D3
如下：
結構式A1
、A2
及A3
如下：
R係選自氫、C1-30
直鏈之飽和烷基及C6-16
芳基其中之一；X及X1-3
係獨立選自O、S、Se、Te、NR、CR2
、SiR2
、GeR2
以及SnR2
其中之一；以及Y及Y1-12
係獨立選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一。G1
係選自π及A其中之一，及G2
選自π及D其中之一
請參閱第1圖(d)及(e)，其係分別為本發明一實施例之含紫質化合物之共軛高分子之結構通式。該等通式係以一主鏈及一側鏈所構成，其中該主鏈係由拉電子基團A的化合物、推電子基團D的化合物、π電子基團的化合物π所構成，並可藉由不同比例a、b來變化該主鏈結構與性質，其中n係為重複單元的數目，而該側鏈係由一紫質化合物por所構成。
該紫質化合物Por係指大分子雜環化合物，其中結構式
P1
、P2
及P3
如下：
其中G3
係為π，M係自Zn2+
及2H+
選其中之一；S1
及S2
係分別獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環包含至少一取代基，且該取代基係獨立選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；Z係分別選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式如下：
其中R係選自氫、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基與C6-16
芳基其中之一；U係選自OR、氯、溴及碘其中之一；該通式之係數a及b之範圍介於1-20；以及該通式之係數n之範圍介於1-100。
如第1圖(f)所示，該代號12化合物係具有一藍光區域的吸收，其主要來由係為做為該側鏈的紫質化合物所產生的Soret頻帶的藍光吸收，此設計能補足高分子主鏈在藍光區域吸收不足的缺點，其中該代號12化合物可以該紫質化合物上之取代基Z是否含有官能基、所含官能基種類(如，胺基、芘等)及高分子主鏈(D、A、π)/紫質化合物Por之比例來分
類，如表一及表二所示。
表三係為表一及表二中化合物的熱性質分析(如TGA或DSC)。由表三可知，五個共軛高分子之熱裂解溫度皆在400℃以上，表示其熱穩定性皆不錯。此外，對於DSC所量測共軛高分子之熱性質，以沒有導入紫質化合物Por的共軛高分子P0熔點最高(287℃)。將紫質化合物Por導入高分子主鏈之側邊後，因紫質化合物Por為較龐大的之官能基，造成在共軛高分子之側邊立體阻礙變大影響整體堆疊，所以導入紫質化合物Por後的共軛高分子熔點皆有下降並且在DSC上觀測到的放熱峰也不明顯。但在調降紫質化合物Por於高分子中所佔的比例後(PPor-Py-2)，雖然熔點並無上升，但是吸放熱峰皆變得較為明顯，可能為共軛高分子之間妨礙堆疊紫質化合物Por減少，使共軛高分子彼此之間的排列規則性有所提升。
僅針對紫質化合物Por之不同官能基在UV-Vis光譜圖的影響，以三個紫質化合物Por(Por、Por-Me2N、Por-Py)作為待測物種類，由UV-Vis光譜圖(待測物係呈溶液狀態)(未顯示)可知當紫質化合物Por上無官能基(Por)時，會有一個在波長440nm的主要Soret頻帶吸收與在波長567nm、618nm兩個較弱的Q頻帶吸收。當紫質化合物Por之Z為一推電子基團((CH3
)2
N-)或是延長π
電子基團化合物之共軛長度(Por-Py，即指紫質化合物Por之Z為C16
H10
-)時，會因分子能隙變小使吸光紅移，此時，其主要的Soret頻帶吸收分別是459nm以及466nm，但加上推電子基團的Soret頻帶的吸收強度會下降至比原本紫質還弱；於Q頻帶吸收方面，具有官能基的紫質化合物皆變為單一吸收峰，分別是667nm及670nm，但兩者的吸光係數皆比原本紫質的Q頻帶吸收還高。
由UV-Vis光譜圖(待測物係呈薄膜狀態)(未顯示)可知，紫質化合物(Por，不具有官能基團)略有藍移現象，其可能為H-typeaggregation所造成，但具有官能基團((CH3
)2
N-、C16
H10
-)的紫質化合物(Por-Me2
N、Por-Py)皆具有紅移的現象，其可能為J-type aggregation所造成。
請參閱第2圖(a)及(b)，其係分別為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之紫外光/可見光(UV-Vis)吸收光譜圖，其中(a)為待測物呈溶液狀態，而(b)為待測物呈薄膜狀態。參與待測之共軛高分子化合物係如表一及表二所示，包含PPor、PPor-Me2
N、PPor-Py-1及P0。由第2圖(a)及表四所示，可知共軛高分子P0在波長430nm有較弱的π
-π
*的躍遷吸收(a)，其主要的吸收峰係落在波長625nm，其係由分子內電荷轉移(ICT)所產生的吸收峰(b)，在波長682nm則是由高分子間聚集所產生的堆疊吸收，可知當高分子側邊不含龐大的紫質化合物時，高分子本身具有不錯的堆疊，此現象亦可以DSC實驗結果所佐證(未顯示)。將紫質化合物Por導入高分子主鏈後，共軛高分子之吸收光譜圖便出現紫質化合物
Por特有的Soret頻帶及Q頻帶的吸收峰，其中Soret頻帶吸收峰強度甚至超過高分子的ICT吸收，至於高分子堆疊所產生的吸收則無發現，此現象係對應於DSC實驗結果(未顯示)。由第2圖(b)及表四所示，可發現高分子的ICT以及紫質化合物Por的Q頻帶吸收峰強度有所上升，不過仍然沒有觀察到因高分子聚集產生的吸收峰，且在薄膜狀態下吸收也無明顯紅移，此顯示出在高分子側邊過多的龐大的紫質化合物Por是會妨礙高分子自身的堆疊排列。
請參閱第2圖(c)及(d)，其係分別為本發明一實施例之含紫質化合物之不同比例的共軛高分子之UV-Vis吸收光譜圖，其中(c)為待測物呈溶液狀態，而(d)為待測物呈薄膜狀態。參與待測之共軛高分子化合物係如表一及表二所示，包含PPor-Py-1、PPor-Py-2及P0。由第2圖(c)及表五所示，可知當調降紫質化合物Por於高分子主鏈的比例時，如第2圖(c)中共軛高分子PPor-Py-2，其在溶液狀態下的主要吸收峰仍為紫質化合物的Soret頻帶，但其Q頻帶的吸收則不明顯，取而代之的是高分子ICT之吸收峰變得比較明顯，如此一來，高分子在藍光區域與紅光區域的吸光強度就較為平等，但高分子的堆疊吸收仍然沒有出現。由第2圖(d)及表五所示，當在薄膜態時，可以看到高分子ICT的吸收峰強度有大幅提升的現象，且高分子的堆疊吸收峰也有出現，同時紫質化合物的Soret頻帶的吸收峰也有保留。由此可知，若紫質化合物Por與高分子主鏈的比例控制得當，是可以增加藍光區域的吸收，並且對高分子的ICT吸收及高分子堆疊的現象影響不大，因此可藉由調控紫質化合物Por於高分子主鏈中的比
例控制吸光範圍，以達到全光譜吸收的共軛高分子，即有機薄膜太陽能電池元件中主動層之電子予體的材料。
關於前述共軛高分子之電化學分析，請參閱第3圖(a)及第3圖(b)。第3圖(a)及第3圖(b)係分別為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之循環伏安計量(CV)示意圖及本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子之能階圖。參與待測之共軛高分子化合物係如表一及表二所示，包含PPor、PPor-Me2
N、PPor-Py-1、PPor-Py-2及P0。如第3圖(a)及表六所示，由利用循環伏安計量(CV)量測呈薄膜態的共軛高分子之氧化還原曲線圖可知，根據氧化以及還原電位並用二茂鐵校正過後，可以計算出P0的共軛高分子化合物之HOMO能階為-5.41eV，當導入紫質化合物Por後，共軛高分子PPor的HOMO能階來到-5.36eV，兩者間並無太大的變化，但若導入含芘的官能基之紫質化合物Por-Py的共軛高分子化合物PPor-Py-1，其HOMO能階則略有上升來到-5.29eV，不過影響最大的是導入含有推電子基團(-(CH3
)2
N)的紫質化合物Por，如共軛高分子化合物PPor-Me 2 N
，其HOMO能階有大幅的提升來到-5.18eV。電化學能隙方面則因帶有推電子基(-(CH3
)2
N)的紫質化合物Por使HOMO能階有提升，造成能隙下降到1.9eV，其他高分子的能隙皆在2eV附近。
請參閱第4圖(a)及第4圖(b)，其係分別為本發明一實施例之含不同紫質化合物之共軛高分子所組成之正結構及反結構太陽能元件之電流密度(CD)/電壓(V)示意圖，其中正結構及反結構係指ITO/ZnO/共軛高分子：PC71
BM/MoO3/Ag及ITO/PEDOT：PSS/共軛高分子：PC71
BM/Ca/Al的異質接面元件，並將此不同結構的太陽能元件在太陽光源模擬器(AM 1.5G 100mW/cm2)下做量測，其結果如表七、表八所示，而元件特徵圖如第4圖(a)及第4圖(b)所示。
單純的低能隙的共軛高分子P0已經有不錯的光電轉換效率，其PCE為5.32%(開路電壓為0.76V，短路電流為11.34mA/cm2，填充因子為61.7%)；當將紫質化合物Por導入高分子主鏈時所形成的共軛高分子化合物PPor之元件，其電流並無如預期的上升反而還降低，其主要是因導入過多得紫質化合物Por會使共軛高分子化合物PPor之元件的主要吸收峰落在偏藍光區域的部分，使得共軛高分子化合物PPor之元件的光吸收區域與太陽發射光譜不太吻合，所以無法有效利用太陽光。若是將含芘官能基的共軛高分子化合物PPor導入高分子主鏈時所形成之共軛高分子化合物PPor-Py-1之元件，因紅光區域的吸收有所提升，所以電流比起PPor還要高，但仍因導入太多紫質化合物Por使得PPor-Py-1吸光區域還是偏藍光區域，所以電流仍沒有比P0還高。至於PPor-Me2N則因推電子基團的存在使整個共軛高分子化合物HOMO能階偏高，造成元件電壓偏低，另外該共軛高分子化合物對於做元件所使用的ODCB溶解度不佳，因此無法形成品質良好的薄膜，導致FF過低。
為了改善共軛高分子化合物吸光偏藍光區域的問題，因此調降紫質化合物Por與高分子主鏈的比例，經過下降紫質化合物Por與高分子主鏈的比例的共軛高分子化合物PPor-Py-2，因藍光區域與紅光區域的吸收強度差不多相等，在元件整體表現上可以看見電流有明顯的增加，整體的轉換效率來到6.06%，且已經超越P0的光電轉換效
率。
本案所合成之含紫質化合物之共軛高分子化合物與該富勒烯衍生物，係可用以製備一有機薄膜太陽能電池元件之一主動層材料，其中該共軛高分子化合物係作為一電子予體，而該富勒烯衍生物係作為一電子受體。該富勒烯衍生物係選自PC61
BM及PC71
BM其中之一，又在一較佳實施例中，作為該元件中之該主動層材料，該共軛高分子化合物與該富勒烯衍生物係具有一特定比例，該特定比例係為一重量百分組成分，其中該共軛高分子化合物比該富勒烯衍生物可表示為一比一特定值，且該特定值之範圍介於0.8~1.3。
為了進一步提升元件效率及穩定性，再將表現最好的PPor-Py-2及對照組P0製作成反式結構元件。由第4圖(b)及表八可知，共軛高分子化合物PPor-Py-2在反式結構元件中光電轉換效率進一步提升到8.17%(開路電壓為0.80V，短路電流為14.91mA/cm2
，填充因子為68.4%)，其係由於短路電流的大幅提升，其應與前面所提主動層垂直相分離有關。此外，將反式結構元件在未封裝的情況下，置放1000小時後量測，其結果仍然維持近八成的效率值，證實該反式結構元件的穩定性也有所提升。
實施例
1.一種共軛高分子化合物，具如下結構式：
其中該共軛高分子化合物係由一主鏈及一側鏈所組成，該主鏈係包含n個芳香雜環化合物所組成，該側鏈係為一紫質化合物；其中n係選自範圍1-100，而R2
係為C8
直鏈之飽和烷基及R3
係為C10
直鏈之飽和烷基；其中S1
及S2
係分別獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環包含至少一取代基，且該取代基係選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；以及Z係分別選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式如下：
R係選自氫、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基與C6-16
芳基其中之一；U係選自OR、氯、溴及碘其中之一。
2.一種共軛高分子化合物，具如下通式1及2的其中之一：
其中：π係選自C6-16
不飽和芳香環或選自C3-16
不飽和芳香雜環，其中該C3-16
不飽和芳香雜環中係包含至少一雜原子；該雜原子係至少包含氮(N)、硫(S)、氧(O)及硒(Se)的其中之一；該C3-16
不飽和芳香雜環更包含N1-3
；A選自A1~3
，D選自D1~3
；結構式D1
、D2
及D3
如下：
結構式A1
、A2
及A3
如下：
G1
係選自π及A其中之一，及G2
選自π及D其中之一；R係選自氫、C1-30
直鏈之飽和烷基及C6-16
芳基其中之一；X及X1-3
均係選自O、S、Se、碲(Te)、NR、CR2
、SiR2
、GeR2
以及SnR2
其中之一；Y及Y1-12
係均選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；
Por係指大分子雜環化合物，其中結構式P1
、P2
及P3
如下：
G3
係為π
；M係自Zn2+
及2H+
選其中之一；S1
及S2
係分別獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環包含至少一取代基，且該取代基係選自氫、鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一；Z係分別選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式如下：
R係選自氫、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基與C6-16
芳基其中之一；U係選自OR、氯、溴及碘其中之一；該通式之係數a及b之範圍介於1-20；以及該通式之係數n之範圍介於1-100。
3.如實施例2所述的化合物，其中：該鹵基係選自氟以及氯其中之一；以及該鹵烷基係選自三氟甲基、三氯甲基、三溴甲基以及三碘甲基其中之一。
4.一種共軛高分子化合物，包含：
一共軛高分子主鏈；以及一紫質化合物，係具有可吸收太陽能中一紫外光區域之吸光性，其鍵結於該共軛高分子主鏈，以形成該共軛高分子主鏈的一側鏈。
5.如實施例4所述的化合物，其中：該共軛高分子主鏈係包含：一π電子基團，係選自C3-6
芳香烴、C3-6
不飽和芳香雜環、及多環芳香烴其中之一；以及複數推/拉電子基團，其係包含呋喃(Furan)、噻吩(Thiophene)、硒吩(selenophen)、碲吩(tellurophene)、吡咯(Pyrrole)、環戊烯(cyclopentene)、噻咯(silole)、germole、錫芴(stannole)、口咢二唑(oxadiazole)、噻二唑(thiadiazole)、硒二唑(selenadiazole)、***(Triazole)、二唑(Diazole)、吡喃(pyran)、吡咯(Pyrrole)及吡嗪(pyrazine)之衍生物至少其中之一或其任意組合。
6.如實施例4-5所述的化合物，其中：該C3-6
不飽和芳香雜環包含至少一雜原子，該雜原子係包含氮(N)、硫(S)、氧(O)及硒(Se)至少其中之一；該C3-6
不飽和芳香雜環更包含N1-3
：以及該多環芳香烴係選自萘(Naphthalene)及蒽(anthracene)其中之一。
7.如實施例4-6所述的化合物，其中該紫質化合物係為大分子雜環化合物，並具有如下結構式P1
、P2
及P3
：
其中，G3
係為π；M係自Zn2+
及2H+
其中之一；以及S1
及S2
係獨立選自C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基及芳基其中之一，其中該芳基中之一苯環，係包含至少一取代基，且該取代基係選自氫、
鹵基、鹵烷基、氰基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷氧基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷硫基、C1-30
直鏈或支鏈之飽和酯基以及C1-30
直鏈或支鏈之飽和乙醯基其中之一。
8.如實施例4-7所述的化合物，其中該等結構式P1
~P3
更均包含一取代基Z，係選自結構式Z1
、Z2
、Z3
、Z4
、Z5
、Z6
、Z7
及Z8
其中之一，該等結構式Z1
~Z8
如下：
其中：R係選自氫、C1-30
直鏈或支鏈之飽和烷基與C6-16
芳基其中之一；以及U係選自OR、氯、溴及碘其中之一。
9.如實施例4-8所述的化合物，其中：該共軛高分子主鏈係決定太陽能中一紅光區域之吸光性；該側鏈係決定太陽能中一藍光區域之吸光性；以及該化合物為一P型高分子材料，可作為一電子予體，並以一特定比例與一電子受體混合而形成一有機薄膜太陽能電池之一主動層材料。
10.如實施例4-9所述的化合物，其中：該電子受體係為一富勒烯(Fullerene)衍生物，該富勒烯衍生物係選自PC61
BM及PC71
BM其中之一；以及該化合物與該富勒烯衍生物係具有該特定比例，該特定比例係為一重量百分組成分，其中該化合物比該富勒烯衍生物係為一比一特定值，且該特定值之範圍介於0.8~1.3。
綜上所述，引入紫質化合物Por可同時提升高分子材料的
溶解度，及改善主動層的形態與穩定性。本發明之含紫質化合物的共軛高分子化合物是一光敏性材料，其對一般高分子太陽能電池製程常用溶劑如四氫呋喃、甲苯、氯苯、雙氯苯等都有良好溶解度。此外，在製程上不需為了最佳化主動層的形貌而額外對主動層進行繁瑣的溶劑或熱處理，因而有利於大面積或噴墨式的量產型製程，且主動層具有高穩定性，所製作的高分子太陽能電池在沒有封裝的情況下，於空氣中放置超過600小時仍能保有90%以上的光電轉換效率。因此，本發明提供一種全太陽光譜吸收的含紫質化合物的共軛高分子化合物的光敏性材料，該材料易於加工，且可製做出高效能、高穩定性的高分子太陽能電池。
Claims (8)
- 一種共軛高分子化合物，具如下結構式：
- 一種共軛高分子化合物，具如下通式1及2的其中之一：
- 如申請專利範圍第2項所述之化合物，其中：該鹵基係選自氟以及氯其中之一；以及該鹵烷基係選自三氟甲基、三氯甲基、三溴甲基以及三碘甲基其中之一。
- 一種共軛高分子化合物，包含：一共軛高分子主鏈；以及一紫質化合物，係具有可吸收太陽能中一紫外光區域之吸光性，其鍵結於該共軛高分子主鏈，以形成該共軛高分子主鏈的一側鏈，其中該紫質化合物係為大分子雜環化合物，並具有如下結構式P1 、P2 及P3 ：
- 如申請專利範圍第4項所述之化合物，其中：該共軛高分子主鏈係包含：一π電子基團，係選自C6 芳香烴、C3-6 不飽和芳香雜環、及多環芳香烴其中之一；以及複數推/拉電子基團，其係包含呋喃(Furan)、噻吩(Thiophene)、硒吩(selenophen)、碲吩(tellurophene)、吡咯(Pyrrole)、環戊烯(cyclopentene)、噻咯(silole)、germole、錫芴(stannole)、口咢二唑(oxadiazole)、噻二唑(thiadiazole)、硒二唑(selenadiazole)、***(Triazole)、二唑(Diazole)、吡喃(pyran)、吡咯(Pyrrole)及吡嗪(pyrazine)之衍生物至少其中之一或其任意組合。
- 如申請專利範圍第5項所述之化合物，其中：該C3-6 不飽和芳香雜環包含至少一雜原子，該雜原子係包含氮(N)、硫(S)、氧(O)及硒(Se)至少其中之一：以及該多環芳香烴係選自萘(Naphthalene)及蒽(anthracene)其中之一。
- 如申請專利範圍第6項所述之化合物，其中該雜原子係包含N1-3 。
- 如申請專利範圍第4項所述之化合物，其中：該共軛高分子主鏈係決定太陽能中一紅光區域之吸光性；該側鏈係決定太陽能中一藍光區域之吸光性；該化合物為一P型高分子材料，可作為一電子予體，並以一特定比例與一電子受體混合而形成一有機薄膜太陽能電池之一主動層材料；該電子受體係為一富勒烯(Fullerene)衍生物，該富勒烯衍生物係選自PC61 BM及PC71 BM其中之一；以及該化合物與該富勒烯衍生物係具有該特定比例，該特定比例係為一重量百分組成分，其中該化合物比該富勒烯衍生物係為一比一特定值，且該特定值之範圍介於0.8~1.3。
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| Michael Schäferling and Peter Bäuerle, Porphyrin-functionalized oligo- and polythiophenes, J. Mater. Chem, 2004, 14, 1132-1141 Na Xianga, Yijiang Liua, Weiping Zhoua, Hui Huanga, Xia Guoa, Zhuo Tana, Bin Zhaoa, Ping Shena, Songting Tan, Synthesis and characterization of porphyrin-terthiophene and oligothiophene π-conjugated copolymers for polymer solar cells, European Polymer Journal, Volume 46, Issue 5, May 2010, Pages 1084–1092 Guangtao Li, Tianyu Wang, Andrea Schulz, Sheshanath Bhosale, Matthias Lauer, Pamela Espindola, Jürgen Heinzeb and Jürgen-Hinrich Fuhrhop, Porphyrin–acetylene–thiophene polymer wires, Chem. Commun., 2004, 552-553 Beatriz Peladoa, Pilar de la Cruza, Victoria González-Pedrob, Eva M. Bareab, Fernando Langaa, Effect of the bridge substitution on the efficiency of dye-sensitized solar cells, Tetrahedron Letters, Volume 53, Issue 49, 5 December 2012, Pages 6665–6669 * |
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