[发明专利]多面体低聚倍半硅氧烷-有机/聚合二元体和其在有机光伏打电池中的应用

说明书

技术领域

本发明大体上关于光伏打电池。更特定来说，本发明关于有机光伏打电池，且更具体来说，关于本体异质结有机光伏打电池。本发明提供可用于本体异质结有机光伏打电池中的新颖光活性层掺合物。

发明背景

在近几年，本体异质结（BHJ）有机光伏打电池的开发越来越受关注。这类技术给室内和室外应用提供了低成本、大面积、灵活、轻质、清洁且安静的替代能源。

同时代的BHJ有机光伏打电池的活性层含有电子供体（D）和电子受体（A）。电子供体一般是有机/聚合材料的掺合物（一般是共轭聚合物）作为电子供体，并以富勒烯和富勒烯衍生物作为电子受体。已知有三种操作机理决定BHJ有机光伏打电池能够以多高的效率发电，分别为：电子供体和电子受体的光子吸收，其导致激子（电子-空穴对）的形成；在供体/受体界面处的激子扩散，其导致电荷分离；和在供体和受体内向各个电极的电荷传输。为了获得高能量转化效率（PCE），供体和受体应（1）吸收更多光子，（2）形成具有巨大界面的双连续网络结构，（3）在供体/受体界面处拥有高效的光诱导电荷转移和（4）形成用于将电荷载子传输到各个电极的分离通道。

响应太阳AM1.5辐射，BHJ有机光伏打电池上已实现高达6至8%的能量转化效率。为了获得超过10%的PCE，需要能够产生更高短路电流（Jsc）和更大断路电压（Voc）的BHJ材料。增大Jsc和Voc的一种方法是开发具有更深HOMO（最高占有分子轨道）能的低带隙有机/聚合材料。另一途径是开发具有更高LUMO（最低未占有分子轨道）能的新颖电子受体。

发明概要

在一个实施方案中，本发明提供一种具有本体异质结的本体异质结光伏打电池的改良方案，所述本体异质结是电子供体与电子受体的混合物。所述改良方案包括用多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）官能化所述电子供体或所述电子受体或两者。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子受体是富勒烯或富勒烯衍生物。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0006]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子供体是共轭聚合物。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0007]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子受体是富勒烯或富勒烯衍生物且所述电子供体是共轭聚合物。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0008]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子受体是经POSS官能化。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0009]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子供体是经POSS官能化。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0010]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子受体是经POSS官能化且所述电子供体是经POSS官能化。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0011]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子受体是富勒烯或富勒烯衍生物，且所述电子供体是POSS官能化共轭聚合物，所述共轭聚合物选自聚[[[(2-乙基己基)氧基]甲氧基-1,4-亚苯基]-1,2-乙烯二基]（MEHPPV）、聚噻吩（PT）和聚[(4,4’-双(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻咯)-2,6-二基-交替-(4,7-双(2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑)-5,5’-二基]（SiPCGPDTBT）。

在其它实施方案中，本发明提供如段落[0005]至段落[0012]中任一段的本体异质结光伏打电池的改良方案，其中所述电子供体是共轭聚合物，且所述电子受体是POSS-官能化富勒烯或富勒烯衍生物，所述富勒烯或所述富勒烯衍生物选自[60]富勒烯、[70]富勒烯和[84]富勒烯和其衍生物。