[发明专利]二苯并四苯基二茚并(1,2,3-CD:1’，2’，3’-LM)苝在有机太阳能电池中的用途

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背景技术

本发明涉及二苯并四苯基二茚并(1，2，3-CD：1’，2’，3’-LM)苝(dibenzotetraphenylperiflanthene)在有机太阳能电池中作为电子供体材料的用途。

二苯并四苯基二茚并(1，2，3-CD：1’，2’，3’-LM)的合成由J.D.Debad，J.C.Morris，V.Lynch，P.Magnus和A.J.Bard描述于J.Am.Chem.Soc.1996，118，第2374-2379页中。

由于日益减少的化石原料和在这些原料燃烧中形成并作为温室气体的CO₂，由太阳光直接产生能量起到越来越大的作用。“光生伏打”应理解为意指辐射能，原则上是太阳能直接转化成电能。在太阳能电池中，如在任何电压源中，在开路中，即当电流为零时电压最高。采用的电流越多，电压越低，且在短路中值为0。在开路或在短路中太阳能电池都不释放任何功率。在开路与短路之间存在释放功率最大的太阳能电池特征(电流作为电压的函数)点(mpp，最大功率点)。太阳能电池通常借助三个参数表征：开路电压V_OC、短路电流I_SC和填充因数FF(FF＝(V_mppI_mpp/V_OCI_SC))。另外有意义的是内和外量子效率。内量子效率为触点上抽取的电荷载体数与吸收的光子数之比。外量子效率为触点上抽取的电荷载体数与入射光子数之比。太阳能电池的效率(η)由最大光生伏打产生的功率与对应入射光功率(P_光)之比计算：

η＝(V_mppI_mpp/P_光)＝FFV_OCI_SC/P_光

Tang等人在1986年(CW.Tang等人，Appl.Phys.Lett.48，183(1986))阐述的具有百分数范围的效率的第一种有机太阳能电池为密集型进一步发展的起点。有机太阳能电池由一系列薄层组成，所述薄层的厚度通常为1nm-1μm且至少部分由有机材料组成，其优选通过在降低的压力下气相沉积施加或由溶液施加。电触点连接通常借助金属层和/或透明导电氧化物(TCO)实现。

与无机太阳能电池相反，在有机太阳能电池中，光不直接产生自由电荷载体，而是首先形成激子，即电子-空穴对形式的电中性激发态。这些激子仅可通过非常高的电场或在合适的界面上分离。在有机太阳能电池中，足够高的场是得不到的，所以所有现有关于有机太阳能电池的概念都基于在光敏界面(有机供体-受体界面或与无机半导体的界面)上的激子分离。为此，需要已在有机材料体积中产生的激子可以扩散至该光敏界面。

激子扩散至活性界面因此在有机太阳能电池中起决定性作用。为了有助于光电流，良好有机太阳能电池中的激子扩散长度必须至少为大约光的典型穿透深度大小，以便可利用光的主要部分。在结构方面和化学纯度方面完美的有机晶体或薄层的确满足该标准。然而，对于大面积应用，高纯度单晶有机材料的使用是不可能的，并且具有足够结构完美性的多层的制备目前仍然非常困难。

不缺乏改进有机太阳能电池效率的尝试。实现或改进有机太阳能电池性能的一些路线在下面列出：

-所用接触金属中一种具有大功函，另一种具有小功函，使得肖特基势垒通过有机层形成。

-一层包含两类或更多类具有不同光谱特征的有机颜料。

-各种掺杂剂尤其用于改进传输性能。

-多个单个太阳能电池排列以形成所谓的串叠型电池(tandem cell)，这可例如通过使用具有大带隙的掺杂传输层的p-i-n结构改进。

代替提高激子扩散长度，或者也可以降低距下一个界面的平均距离。为此，可使用由供体和受体组成的混合层，其形成互渗透网络，其中内部供体-受体异质结是可能的。具有本体异质结形式的光敏供体-受体过渡(donor-acceptor transition)的有机太阳能电池例如由G.Yu，J.Gao，J.C.Hummelen，F.Wudl，A.J.Heeger描述于Science，第270卷，1995年12月，第1789-1791页中。