[发明专利]用于电光器件的活性材料和电光器件

说明书

本申请要求2011年3月29日提交的美国临时申请第61/468,904号和2011年6月24日提交的美国临时申请第61/500,832号的优先权。这两篇申请的内容均通过引用全文并入本文。

本发明是在美国国家科学基金会授予的批准号0822573；美国海军研究局授予的批准号NOOO14-04-1-0434；美国空军科学研究局授予的批准号FA9550-09-1-0610的政府支持下进行的。在本发明中，政府享有一定权利。

背景

技术领域

本发明的实施方案涉及用于电光器件的活性材料及使用所述材料的电光器件；并且更具体地，涉及作为用于电光器件的活性层材料的共轭聚合物和具有共轭聚合物活性层的电光器件。

背景技术

本文所引用的所有参考文件的内容，包括文章、公开的专利申请和专利，通过引用并入本文。

有机光伏（OPV）器件对于低成本、易弯曲、轻重量、大面积的能量生成应用来说是非常有前景的。（Cheng等人,Chem.Rev.,第109卷,第5868页,2009;Coakley等人,Chem.Mater.,第16卷,第4533页,2004;Brabec等人,Adv.Fund.Mater.,第11卷,第15页,2001）。关于设计新的材料（Boudreault等人,Chem.Mater.,第23卷,第456页,2011）、器件结构（Yu等人,Science,第270卷,第1789页,1995）和加工技术（Padinger等人,Adv.Fund.Mater.,第13卷,第85页,2003;Li等人,Nat.Mater.,第4卷,第864页,2005;Peet等人,Nat.Mater.,第6卷,第497页,2007）已经进行了大量工作以改进OPV器件的功率转换效率（PCE）。迄今为止，基于与作为电子受体材料的[6,6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯（PC₇₁BM）混合的作为电子供体材料的共轭化合物的聚合物太阳能电池（PSC）使用本体异质结（BHJ）器件结构已经实现超过7%的PCE（Chen等人,Nat.Photon.,第3卷,第649页,2009;Liang等人,Adv.Mater.,第22卷,第E135页,2010）。但是，大部分材料因缺少宽吸收范围，其限制整个太阳光谱的利用，（Chen等人,Acc.Chem.Res.,第42卷,第1709页,2009）或相对低的载流子迁移率，其为了有效的电荷抽取需要更薄的膜，的固有缺陷而受损。这减少了外量子效率（EQE）并且降低了光电流（Clarke等人,Chem.Rev.第110卷,第6763页,2010）。为了更有效地利用太阳辐射，一个可能的方案是将具有互补吸收的多个光活性层连续堆叠以制成串联PSC（Kim等人,Science,第317卷,第222页,2007）。通常，这样的串联结构具有采用高带隙材料的前电池、互联层（ICL）和采用低带隙（LBG）材料的后电池。而且，这样的结构能够减少光子至电子转化过程中的势能损失并且合并了单个BHJ电池的电势（Kim等人,Science,第317卷,第222页,2007）。

串联太阳能电池通过将具有不同吸收的两个或更多个太阳能电池组合在一起为捕集更宽谱带的太阳辐射提供了有效方法。然而，对于聚合物太阳能电池（PSC），串联器件的性能落后于单层太阳能电池，归因于缺少低和高带隙材料的正确组合。迄今为止，对串联PSC的大部分研究都集中于改进ICL并且仅有少数实例显示了高效率（Kim等人,Science,第317卷,第222页,2007;Gilot等人,Adv.Mater.,第22卷,第E67页,2010;Sista等人,Adv.Mater.,第22卷,第380页,2010;Chou等人,Adv.Mater.,第23卷,第1282页,2011）