[发明专利]嵌段共聚物及光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及新型π电子共轭的嵌段共聚物，以及由所述共聚物制成的光电转换元件。

背景技术

通过使用可溶于溶剂的聚合物材料涂覆来生产的有机薄膜太阳能电池已经引起很大关注，这是由于当与无机太阳能电池（其是已经由多晶硅、非晶硅、化合物半导体等制成的主流太阳能电池）相比时，它们可以以低成本生产。

有机薄膜太阳能电池通常具有光电转换活性层，其具有以共轭聚合物和电子接受性材料的混合物形成的本体异质结结构（bulk heterojunction structure）。作为具体实例，有参考下文非专利文献1的具有光电转换活性层的有机薄膜太阳能电池，所述光电转换活性层包括聚（3-己基噻吩）（其是共轭聚合物）和[6,6]-苯基C₆₁丁酸甲基酯(PCBM)或富勒烯衍生物（其是电子接受性材料）的混合物。

在本体异质结结构中，从透明电极进入的入射光被电子接受性材料和/或共轭聚合物吸收来产生激子，其是电子与空穴的束缚态。产生的激子移动到异质结界面上，在那里电子接受性材料毗邻共轭聚合物，电荷分离为电子和空穴。空穴和电子随后各自经共轭聚合物相和电子接受性材料相输送，并随后被从电极中取出。因此，为了改善有机薄膜太阳能电池的光电转换效率，关键点是提高光电转换活性层的光吸收量和控制本体异质结结构的形态，其通过共轭聚合物和电子接受性材料的相分离来形成。

聚（3-己基噻吩）在可见光区具有光吸收。然而，已经提出了许多在长波长区（高至近红外区）具有吸收的共轭聚合物（见下文列出的非专利文献2和3）。在下文中，可以将共轭聚合物称作窄带隙聚合物。然而，窄带隙聚合物在可见光区具有弱的光吸收，因而已经将非常昂贵的在可见光区具有光吸收的C₇₀ 富勒烯衍生物用作电子接受性材料，这是不合需求的。

为了解决这一问题，已经提出了本体异质结类光电转换活性层，其中将窄带隙聚合物的共轭聚合物聚（3-己基噻吩）和电子接受性材料混合（非专利文献4）。

另一方面，提出了使用共轭嵌段共聚物的方法，作为可以控制电子接受性材料和共轭聚合物的形态的优秀方法。例如，已经报道了有机薄膜太阳能电池，其中将3-己基噻吩和3-(2-乙基己基噻吩)的二嵌段共聚物（非专利文献5）、3-己基噻吩和3-(苯氧基甲基)噻吩的二嵌段共聚物（非专利文献6）、3-丁基噻吩和3-辛基噻吩的二嵌段共聚物（非专利文献7和8）、或3-己基噻吩和3-环己基噻吩的二嵌段共聚物（非专利文献9）用作共轭嵌段共聚物，并且将富勒烯衍生物用作电子接受性材料。此外，为了开发高光电转换效率，还已经报道了使用窄带隙聚合物的共轭嵌段共聚物的有机薄膜太阳能电池元件（专利文献1）。

[现有技术文件]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开号2008-266459

[非专利文献]

[非专利文献1] Angew., Chem.Int. Ed, 47, p.58 (2008)

[非专利文献2]  Adv.Mater., 22, E6 (2010)

[非专利文献3]  Adv.Mater., 22, p.3839 (2010)

[非专利文献4]  Adv.Funct.Mater., 20, p.338 (2010)

[非专利文献5]  J. Am. Chem.Soc., 130, p.7812 (2008)

[非专利文献6]  Organic Electronics, 10, p.1541 (2009)

[非专利文献7]  Macromolecules, 42, p.2317 (2009)

[非专利文献8]  Chem.Mater., 22, p.2020 (2010)

[非专利文献9]  J. Polym.Sci.Part A:Polym.Chem., 48, p.614 (2010)。

发明概述

本发明要解决的问题