[发明专利]π电子共轭的嵌段共聚物及光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及具有自组装特性的新型π电子共轭的嵌段共聚物，以及包含其共聚物的光电转换元件。

背景技术

通过使用利用可溶于溶剂中的聚合物材料的方法涂覆来生产的有机薄膜太阳能电池已经引起很大关注，这是因为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，它们可以以低成本制造。

有机薄膜太阳能电池(其为光电转换元件之一)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，存在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含聚(3-己基噻吩)(共轭聚合物)和[6,6]-苯基C₆₁丁酸甲基酯(PCBM)(作为电子接受性材料的富勒烯衍生物)的混合物(非专利文件1)。

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转换效率，关键点是如何控制在共轭聚合物和电子接受性材料(其两者形成本体异质结结构)的相分离期间形成的形态。

作为控制电子接受性材料和共轭聚合物的形态的优异方法，已知其中使用共轭嵌段共聚物的方法。例如，已经报道了有机薄膜太阳能电池，其中将富勒烯衍生物用作电子接受性材料，并且作为共轭嵌段共聚物，分别使用由3-己基噻吩和3-(2-乙基己基)噻吩制成的二嵌段共聚物(非专利文件2)、由3-己基噻吩和3-(苯氧基甲基)噻吩制成的二嵌段共聚物(非专利文件3)、由3-丁基噻吩和3-辛基噻吩制成的二嵌段共聚物(非专利文件4)、或由3-己基噻吩和3-环己基噻吩制成的二嵌段共聚物(非专利文件5)。此外，为了实现高转换效率，还已经公开了使用具有不同于聚噻吩的骨架的共轭嵌段共聚物的有机薄膜太阳能电池元件(专利文件1)。

[现有技术文件]

[专利文件]

[专利文件1]  日本专利申请公开号2008-266459

[非专利文件]

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

[非专利文件2]  J. Am. Chem. Soc., 130, p.7812 (2008)

[非专利文件3]  Organic Electronics, 10, p.1541 (2009)

[非专利文件4]  Chem. Mater., 22, p.2020 (2010)

[非专利文件5]  J. Polym. Sci. Part A: Polym, Chem., 48, p.614 (2010)。

发明概述

本发明待解决的问题

上文提到的现有技术文件中列出的使用共轭嵌段共聚物的有机薄膜太阳能电池能够控制形态至某种程度，但转换效率仍仅保持较低，在2-3%左右。本发明旨在解决所述问题，且提供能够控制形态且表现出优秀转换效率的共轭嵌段共聚物，并且还提供包含电子接受性材料和共轭嵌段共聚物的光电转换元件。

解决问题的方式

为了实现上述目标而进行的本发明是π电子共轭嵌段共聚物，所述π电子共轭嵌段共聚物连续或非连续键合聚合物嵌段(A)和聚合物嵌段(B)，所述聚合物嵌段(A)包含在化学结构的一部分上具有至少一种杂芳基骨架的单体单元，所述杂芳基骨架选自噻吩、芴、咔唑、二苯并硅杂环戊二烯和二苯并锗杂环戊二烯；所述聚合物嵌段(B)包含类似地具有至少一种杂芳基骨架的单体单元；其中聚合物嵌段(A)包含具有取代基R^nA的单体单元的均聚物嵌段，所述取代基R^nA是具有1-18个碳原子的烷氧基或烷基，且聚合物嵌段(B)包含具有取代基R^nB的至少两种彼此不同类型的单体单元的共聚物嵌段，所述取代基R^nB选自具有1-18个碳原子的烷氧基或烷基，其可以被烷氧基、卤素原子、羟基、氨基、巯基、甲硅烷基、芳基、酯基或杂芳基所取代。