[发明专利]具有受控的形态学的有机光伏涂层

说明书

技术领域

本发明涉及光伏装置领域，所谓的第三代装置，其应用有机半导体。

背景技术

为了提供光伏效应，最近设计出应用有机半导体(常以OSC表示有机半导体)的装置(特别是光伏电池)。这些体系是在20世纪90年代开始开发的，旨在长期替代应用无机半导体的第一代和第二代装置。

在应用OSC的光伏装置中，通过在混合物中一起应用两种不同的有机化合物提供光伏效应，即：

-第一有机化合物，其具有P型半导体性质(电子给体)，通常是具有参与π键并有利地离域的电子的化合物，优选聚合物，最常见的是共轭聚合物，典型的是聚(3-己基噻吩)，所谓的P3HT；和

-第二有机化合物，其在光伏装置的使用条件下与所述第一化合物不可混溶，具有N型半导体性质(电子受体)，此第二化合物最常见的是富勒烯衍生物，例如MPCB([6，6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯)。

通过将两种有机半导体以包含这两种半导体的混合物的层形式(该层与两电极直接接触，或者任选地通过额外的层(例如电荷连接层)连接至所述电极中的至少其一)置于两电极之间；通过用足够电磁辐射，典型地用来自太阳光谱的光照射由此制得的光伏电池获得光伏效应。为此，所述电极之一通常对所用的电磁辐射透明：显然可使用本身已知的透明的ITO(掺杂锡的铟氧化物)阳极。介于所述电极之间的基于两种半导体有机化合物的混合物的层典型地通过沉积两种化合物在适合的溶剂(邻二甲苯，例如在P3HT/MPCB混合物的情况中)中的溶液而后蒸发此溶剂获得。

在辐射的作用下，有机P型半导体的电子被激发，典型地按照所谓的π-π^*跃迁机制(从最高已占分子轨道(HOMO)跃迁至最低空分子轨道(LUMO))，由此产生的效应相似于在无机半导体中电子从价带注入导带中，导致激子(电子/空穴对)的产生。

由于存在有机N型半导体与P型半导体的接触，由此产生的激子可在P/N界面离解，产生的被激发的电子在辐射时可由此被N型半导体传递向阳极，与它相关的空穴通过P型半导体被导向阴极。

应用有机半导体的光伏装置具有潜在的前景。的确，鉴于聚合物型的有机化合物用作无机半导体的替代品，它们提供的优点是，与第一和第二代系统相比，在力学上更加柔韧，因此较不易碎。此外，它们的质量更轻，还更易于制备，已证明较廉价。

但是，迄今，利用有机半导体的光伏装置具有低光伏效率，成为它们实际用于光伏发电的障碍。因此，为了增大此效率，已作出许多尝试。

已提出各种溶液试图改进利用有机半导体的光伏装置的光伏性质。在此范围内，尤其是提议向有机半导体的某些混合物添加反应性添加剂。在此范围内，特别是在例如专利申请US2008/315187或US2009/032808中提出将硫醇类添加剂加入P3HT/MPCB的混合物中。但是，在此范围内所示的添加剂仅适用于特定的半导体有机聚合物的混合物，该教导不可转用于其它类型的混合物。此外，上述类型的反应性添加剂的存在可证明在某些情况中是不利的。特别是，提出的在此范围内的许多添加剂是有毒的，或者对环境有害，特别是当这些添加剂具有挥发性时，造成它们在光伏电池的邻近环境中释放。此外，这些反应性添加剂的存在可在或长或短的短期内对提供光伏效应的层的力学和电学性质具有负面影响。特别是，它可引入非导电性杂质，乃至影响半导体有机化合物的混合物的稳定性(在可产生自由基的添加剂(例如硫醇)的情况中尤其如此)，显著地造成P型半导体化合物(例如P3HT)的加速分解。

发明内容

本发明的一个目的是提供更系统的方法，利用其可改进P和N型半导体有机化合物的混合物(例如第三代光伏装置中应用的那些)的光催化效率，并且为此不必将上述类型的反应性添加剂加入为获得光伏效应所用的化合物的混合物中。

为了此目的，本发明提供用于制备基于P型和N型的半导体有机化合物的混合物的层的新技术，其能够在所得的层内优化两类化合物的混合物，并且发现不管相关的半导体对怎样，都确保光伏效率增大。

更具体地，本发明的一个主题是，可在支持体的全部或部分表面上涂布光伏性有机涂层的方法，所述有机涂层基于有机半导体的混合物，在所得的涂层中包含至少一种P型的第一半导体有机化合物C_P，和至少一种N型的与所述化合物Cp不可混溶的第二半导体有机化合物C_N。用于涂布所述涂层的此方法包括以下步骤：