專利名稱：用于有機(jī)光伏器件的化合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)光伏(OPV)器件，其還被稱為有機(jī)太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能燈是再生能源的最吸引人的形式之一，因?yàn)樗赡芤韵鄬Υ蟮墓β拭芏仁褂?，并且易于轉(zhuǎn)化成其它形式的能量例如電、熱等。有機(jī)太陽能電池提供了有效并大規(guī)模地將光轉(zhuǎn)化為電的很大的希望。與制造無機(jī)晶體太陽能電池相比，制造有機(jī)太陽能電池對材料較不苛刻。與制造任何其它無機(jī)太陽能電池相比，制造有機(jī)太陽能電池消耗的能量還少得多。有機(jī)太陽能電池的效率已經(jīng)獲得了穩(wěn)步的改進(jìn)。在2008年實(shí)現(xiàn)了有保證的5%的能量轉(zhuǎn)化效率值，并且在2010年突破了 8%的心理障礙，將有機(jī)太陽能電池的效率調(diào)整至非晶Si器件的典型值。OPV器件具有最不同的器件架構(gòu)。通常，它們包括至少一個位于兩個電極之間的有機(jī)半導(dǎo)體層。所述有機(jī)層可為給體和受體例如P3HT (聚3-己基噻吩)和PCBM (苯基Cn丁酸甲酯)的摻合物。如果界面注入層用于促進(jìn)電荷載流子注入/提取，則如此簡單的器件結(jié)構(gòu)僅實(shí)現(xiàn)適度的效率(Liao等人，Appl.Phys.Lett.,2008.92:p.173303)。其它有機(jī)太陽能電池具有多層結(jié)構(gòu)，有時甚至為聚合物和小分子混合結(jié)構(gòu)。串聯(lián)或多部件堆疊也是已知的(Ameri等人，Energy & Env.Science, 2009.2:ρ.347)。多層器件可易于優(yōu)化，因?yàn)椴煌瑢涌砂m合于不同功能的不同材料。典型的功能層為傳輸層、光學(xué)活性層、注入層等。光學(xué)活性材料是對于太陽光譜的至少一個特定波長范圍具有高吸收系數(shù)的材料，這種材料將吸收的光子轉(zhuǎn)化為激子，而所述激子促成光電流。所述光學(xué)活性材料通常用于給體-受體異質(zhì)結(jié)中，其中所述給體或受體中的至少一個為光吸收材料。所述給體-受體異質(zhì)結(jié)的界面負(fù)責(zé)將產(chǎn)生的激子分離成電荷載流子。所述異質(zhì)結(jié)可為體-異質(zhì)結(jié)(摻合物)或扁平(還被稱為平面)異質(zhì)結(jié)，還可設(shè)置另外的層(Hong等人,J.Appl.Phys.,2009.106:ρ.064511)。對于高效OPV器件，必須使通過復(fù)合的損失最小化。因此，在所述異質(zhì)結(jié)中的材料必須具有高的電荷載流子遷移率和高的激子擴(kuò)散長度。所述激子必須在異質(zhì)結(jié)面處分離，并且所述電荷載流子必須在發(fā)生任何復(fù)合之前離開光學(xué)活性區(qū)域。為此原因，幾乎沒有有機(jī)材料適合用于異質(zhì)結(jié)中。例如，當(dāng)前，尚不可知在OPV器件中作為受體的可與富勒烯(C60、C70、PCBM等)競爭的材料。要求傳輸材料是透明的，至少在其中所述器件為活性的波長中是透明的，并且要求具有好的半導(dǎo)體性質(zhì)。這些半導(dǎo)體性質(zhì)是固有的，例如能級或遷移率，或非固有的，例如電荷載流子密度。例如通過使用電摻雜劑來摻雜所述材料，還能夠非固有地影響所述電荷載流子遷移率。盡管處于穩(wěn)步的發(fā)展中， 但對用于OPV的材料的選擇仍然是非常有限的，特別是對于光學(xué)活性材料和對于電子傳輸材料。一些高效的器件結(jié)構(gòu)使用TiO作為電子傳輸和光學(xué)間隔層，其缺點(diǎn)在于難以沉積(Simon等人，Int.J.0f Mat.& Prod.Tech.,2009.34: p.469)。其它器件使用富勒烯C60作為ETL，對于用作光學(xué)間隔層，該ETL不夠透明。其它材料例如NTCDA (1，4，5，8-萘四甲酸二酐)，盡管透明并且具有好的半導(dǎo)體性質(zhì)，但形貌不穩(wěn)定并且甚至在室溫下結(jié)晶。幾乎沒有可供使用的具有合適的半導(dǎo)體、化學(xué)和熱性質(zhì)的有機(jī)電子傳輸材料。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種用于有機(jī)太陽能電池中的新型有機(jī)半導(dǎo)體材料。該材料優(yōu)選用于光學(xué)活性層和電子傳輸層的至少一個中，更優(yōu)選用于電子傳輸層中。技術(shù)方案通過根據(jù)式(I)的新型化合物實(shí)現(xiàn)上述目的。通過獨(dú)立權(quán)利要求1，以及通過從屬權(quán)利要求的發(fā)明的優(yōu)選的用途和器件，也實(shí)現(xiàn)所述目的。通過如下的有機(jī)太陽能電池實(shí)現(xiàn)該目的，所述有機(jī)太陽能電池包含至少一種根據(jù)下式(I)的化合物:
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)太陽能電池，其包含至少一種根據(jù)下式(I)的化合物:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其包括至少一個第一電子傳輸層，該電子傳輸層包含根據(jù)權(quán)利要求1的式(I)的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)太陽能電池，其中所述電子傳輸層是摻雜的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的有機(jī)太陽能電池，其包括另外的電子傳輸層，其中所述第一電子傳輸層是摻雜的，而所述另外的電子傳輸層是未摻雜的，并且其中所述另外的電子傳輸層與給體-受體異質(zhì)結(jié)相鄰，并且所述第一電子傳輸層位于所述另外的電子傳輸層和陰極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)太陽能電池，其中所述另外的電子傳輸層是空穴阻擋層和激子阻擋層中的至少一個。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的有機(jī)太陽能電池，其中給體-受體異質(zhì)結(jié)包含優(yōu)選作為受體的根據(jù)權(quán)利要求1的式(I)的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)太陽能電池，其中所述給體-受體異質(zhì)結(jié)是體-異質(zhì)結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其包括至少一個半導(dǎo)體聚合物層和一個電子傳輸層，所述電子傳輸層包含根據(jù)權(quán)利要求1的式(I)的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)太陽能電池，其中所述電子傳輸層是η型摻雜的。
10.根據(jù)式(I)的化合物:
11.根據(jù)權(quán)利要求10的化合物，其中Y選自N-R11全文摘要
本發(fā)明涉及如下的有機(jī)太陽能電池，該太陽能電池包含用作受體、電子傳輸材料和摻雜電子傳輸材料的新型吐昔醌(truxequinone)衍生物。
文檔編號H01L51/42GK103180289SQ201180043303
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者歐姆萊恩·法德爾, 薩沙·多羅克, 霍斯特·哈特曼, 拉莫娜·普雷奇 申請人:諾瓦萊德公開股份有限公司