[发明专利]能够在极化介质中经历对称破裂分子内电荷转移的化合物和包含其的有机光伏器件

说明书

本申请为国际申请PCT/US2012/049304于2014年2月7日进入中国国家阶段、申请号为201280038663.1、发明名称为“能够在极化介质中经历对称破裂分子内电荷转移的化合物和包含其的有机光伏器件”的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年8月2日提交的美国临时申请US 61/514,079的优先权权益，通过参考将该申请全文并入本文中。

关于联邦资助研究的声明

本发明是在由美国能源部授予的合同号DE-SC0001013下得到美国政府资助而做出的。美国政府在本发明中享有一定的权利。

联合研究协议

要求保护的发明由以下各方中的一个或多个、代表以下各方中的一个或多个和/或以下各方中的一个或多个根据大学-公司联合研究协议做出：南加利福尼亚大学(University of Southern California)、密歇根大学(University of Michigan)和全球光电能源公司(Global Photonic Energy Corporation)。所述协议在本发明做出之日及做出之前就已生效，并且正是由于在所述协议范围内采取的行动，才做出了所要求保护的发明。

技术领域

本发明一般涉及发色化合物和其在有机光伏电池(OPV)和电场稳定的成双极化子对中产生自由载流子的用途，所述发色化合物将对可见光到近红外波长的光的强吸收与经历对称破裂分子内电荷转移(ICT)的能力结合。本发明还涉及这种化合物的合成、制造方法以及在光伏系统和有机激光器中的应用。

背景技术

光电器件依靠材料的光学和电子学性质来以电子方式产生或检测电磁辐射，或者从环境电磁辐射产生电。

光敏光电器件将电磁辐射转化成电。太阳能电池，也被称作光伏(PV)器件，是一类被特别用于产生电功率的光敏光电器件。PV器件可以从阳光以外的光源产生电能，能够用于驱动消耗电力的负载以提供例如照明、取暖，或者向电子电路或装置例如计算器、收音机、计算机或远程监控或通信设备提供电力。这些发电应用通常还包括为电池或其它能量存储装置充电，以便当来自太阳或其它光源的直接光照不可用时可继续运行，或者按照具体应用的要求平衡PV器件的功率输出。在此处使用时，术语“电阻性负载”指的是任何消耗或储存电力的电路、装置、设备或系统。

另一种类型的光敏光电器件是光电导体电池。在这种功能中，信号检测电路监测器件的电阻以检测由于光吸收引起的变化。

另一种类型的光敏光电器件是光检测器。在操作中，光检测器与电流检测电路联合使用，所述电流检测电路测量当所述光检测器暴露于电磁辐射并可能具有施加的偏压时所产生的电流。此处描述的检测电路能够向光检测器提供偏压并测量光检测器对电磁辐射的电子响应。

可以根据是否存在下面定义的整流结，并且也可以根据所述器件是否在也被称作偏压或偏置电压的外加电压下运行，对这三类光敏光电器件进行表征。光电导体电池不具有整流结并且通常在偏压下运行。PV器件具有至少一个整流结并且不在偏压下运行。光检测器具有至少一个整流结并且通常但不总是在偏压下运行。作为一般规则，光伏电池向电路、装置或设备提供电力，但不提供信号或电流以控制检测电路或者从所述检测电路输出信息。相反，光检测器或光电导体提供信号或电流以控制检测电路或者从所述检测电路输出信息，但不向电路、装置或设备提供电力。

常规地，光敏光电器件由很多无机半导体构成，所述无机半导体例如为晶体硅、多晶硅和无定形硅、砷化镓、碲化镉等。此处术语“半导体”是指当热激发或电磁激发诱导产生电荷载流子时能够导电的材料。术语“光电导”通常涉及如下的过程，其中电磁辐射能量被吸收并由此被转化为电荷载流子的激发能，从而使所述载流子能够在材料中传导即传输电荷。术语“光电导体”和“光电导材料”在此处用于指称由于其吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质而被选择。

通过PV器件可将入射的太阳能功率转化为有用的电功率的效率，可以对所述PV器件进行表征。利用晶体硅或无定形硅的器件在商业应用中占主导地位，其中一些已经达到23％或更高的效率。然而，由于在生产没有显著的效率降低缺陷的大晶体中固有的问题，生产基于晶体的高效器件特别是表面积大的器件是困难且昂贵的。另一方面，高效率的无定形硅器件仍然存在稳定性问题。目前可商购获得的无定形硅电池具有4％～8％的稳定效率。