[发明专利]用于生产有机太阳能电池和有机光检测器光敏层的混合物

说明书

本发明涉及包含化合物D-A(其中D为给体部分，A为受体部分)的混 合物，尤其是包含化合物D-A和富勒烯衍生物的混合物在生产有机太阳能 电池和有机光检测器光敏层中的用途，涉及相应的有机太阳能电池和有机 光检测器，并涉及包含化合物D-A和富勒烯衍生物的混合物。

人们期望在将来不仅传统的无机半导体而且基于低分子量或聚合材料 的有机半导体在电子工业的许多部门会被越来越多地使用。在许多情况下， 这些有机半导体具有胜于传统无机半导体的优点，例如更好的基底兼容性 且基于它们的半导体元件具有更好的加工性。它们允许在挠性基底上加工 并能够通过分子模型方法使它们的界面轨道能量精确调整到特定应用范 围。这种元件的显著降低的成本带来了有机电子学研究领域的复兴。有机 电子学主要涉及新材料和生产基于有机半导体层的电子元件的制造工艺的 发展。这些特别包括有机场效应晶体管(OFET)和有机发光二极管(OLED， 例如用在显示器中)及有机光生伏打元件。

太阳能电池中太阳能向电能的直接转化是基于半导体材料内部的光电 效应，即通过吸收光子而产生电子空穴对并在p-n转变或Schottky接触时 分离负电荷载流子和正电荷载流子。如此产生的光电压可以在外部电路中 引起光电流，通过其太阳能电池输出其电力。

半导体只能吸收那些能量大于其带隙的光子。因此，半导体带隙的大 小决定了能够转换成电能的阳光的比例。人们期望在将来有机太阳能电池 会由于更低成本、更低重量、生产挠性和/或彩色电池的可能性、带隙精密 调整的更好可能性而超过基于硅的传统太阳能电池。因而对于适合生产有 机太阳能电池的有机半导体具有巨大需求。

为了非常有效地利用太阳能，有机太阳能电池通常由两种具有不同电 子亲和力或不同电离性能的吸收材料组成。此时，一种材料用作p型导体 (电子给体)，另一种用作n型导体(电子受体)。第一种有机太阳能电池由作 为p型导体的铜酞菁和作为n型导体的PTCBI构成的两层体系组成，并 且表现出1％的效率。为了尽可能多地利用入射光子，使用相对高的层厚(例 如100nm)。然而为了产生电流，通过吸收的光子而产生的激发态必须达到 p-n结以产生随后流向阳极和阴极的空穴和电子。然而，大多数有机半导 体激发态的扩散长度仅仅至多10nm。即使迄今为止已知的最好生产工艺 允许激发态不得不传输的距离减少到不少于10-30nm。

最近有机光生伏打元件的发展方向是所谓的“本体异质结”：此时， 光敏层包括受体化合物和给体化合物作为双连续相。由于化合物的空间邻 近性，作为从给体化合物的激发态向受体化合物的光诱导电荷转移的结果， 发生了与其它弛豫过程相比的快速电荷分离，并且经由相应的电极去除产 生的空穴和电子。在电极和光敏层之间，经常应用另外的层例如空穴或电 子传输层以提高这种电池的效率。

迄今为止，在这种本体异质结电池中使用的给体材料通常是聚合物， 例如聚苯乙烯(polyvinylphenylene)或聚噻吩或酞菁类的染料如锌酞菁或氧 钒酞菁，并且所用受体材料为富勒烯和富勒烯衍生物以及各种苝类。由给 体/受体对聚(3-己基-噻吩)(“P3HT”)/[6，6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(“PCBM”)、 聚(2-甲氧基-5-(3，7-二甲基辛氧基)-1，4-苯乙炔)(“OC₁C₁₀-PPV”)/PCBM和 锌酞菁/富勒烯构成的光敏层已经并将要深入研究。

因此本发明的目的是提供在电子元件，尤其是有机太阳能电池和有机 光检测器中使用的另外的光敏层，其容易生产并在工业应用上具有足够的 光能向电能的转化效率。

因此，发现了包含K1和K2作为组分的混合物在生产有机太阳能电 池和有机光检测器光敏层中的用途：

K1)一种或多种通式k1的化合物作为电子给体或电子受体

D-A                (k1)

其中

D为给体部分，其包含至少一个碳-碳或碳-杂原子双键和至少一个非稠合 或稠合的碳环或杂环，

A为受体部分，其包含至少一个碳-碳或碳-杂原子双键和至少一个非稠合 或稠合的碳环或杂环，

并且给体部分D和受体部分A彼此π-共轭，

K2)一种或多种相对组分K1)相应地用作电子受体或电子给体的化合物。