[发明专利]用于转移光电流发生的同轴分子叠片

说明书

相关申请

该申请要求2009年8月7日提交的美国临时专利申请号61/232,077的权益，其通过引用被并入本文。

背景

有机太阳能电池较它们的无机相对物具有明显的优势，如制造的低成本、易于大面积处理和与易弯曲和轻重量塑料基底相容，因此在过去几十年已吸引了大量的研究兴趣和尝试。然而，有机电池通常遭受光转换的低效率(通常小于5％)，其抑制它们在目前的实际应用中的使用。

有机太阳能电池的效率主要由四个基本的、相因而生的过程确定：激发子扩散(exciton diffusion)；通过电子转移的电荷产生；电荷分离和运输。尽管最近的本体异质结材料(bulk-heterojunction materials)(例如，聚合物/C60)的发展已显示有望通过光诱导的分子内和分子间电子转移产生电荷分离而改进前两个过程，但是本体混合的材料的差的结构和/或相分离仍然限制电荷运输。

发明概述

因此，本发明人已发展了一种光电装置，其具有用于转移光电流的同轴分子叠片(堆叠，stack)，其对已有技术进行了改进。该装置可包括多个同轴分子叠片，该多个同轴分子叠片位于第一电极和第二电极之间并定位(定向)于与第一电极和第二电极基本上垂直。在该排列中，多个叠片可通过光电装置中的每个同轴分子叠片提供光电流的电荷运输。更具体地，每个同轴分子叠片可包括多个π-共轭(或结合)的平面超分子，其可通过圆柱形自装配而叠加以形成同轴分子叠片。另外，每个超分子由π-共轭的轮毂(hub)组成，该π-共轭的轮毂共价地附加到电子受体轮辐(spoke)的多个拷贝(copies)以形成具有同轴内部p型通道的外部n型通道。

形成具有用于转移光电流的同轴分子叠片的光电装置的方法可包括：用基本上连续的膜涂布第一电极，该膜由多个同轴分子叠片形成。可将第二电极与膜连接以便第二电极的平面基本上与第一电极的平面平行。可将相对的电极之间的距离保持基本上恒定，以防止或减少跨过最小间隙距离的优先短路。

附图简述

根据以下详细的描述，结合附图，本发明的特点和优势将是明显的，附图通过例子共同说明本发明的特点，其中：

图1是根据一个实施方式的盘形分子同轴叠加的图解，该盘形分子位于第一和第二电极之间并与第一和第二电极垂直而定位。

图2显示根据一个实施方式的共面共轭PTCDI-AEM超分子的结构和合成。

图3显示根据一个实施方式，通过适当的聚炔基前体重复环低聚化而制备的同心大环体系结构的例子。

图4显示PTCDI膜在可见波长的发射猝灭的曲线。

图5显示根据一个实施方式，通过加热和冷却形成的六环AEM膜的垂直(homeotropic)相的形成。

图6显示根据一个实施方式的PTCDI和HBC超分子的轮毂和轮辐。

图7显示根据一个实施方式的PTCDI和AEM超分子的轮毂和轮辐。

图8显示根据本发明的一个实施方式，在叠加排列期间由共面分子间相互作用控制的盘形大环分子的通用模型。

现在将对显示的示例性的实施方式进行参考，本文将使用专门的语言以描述其。虽然如此，应理解，本发明的范围不期望由此限制。

详细描述

公开了新型的垂直薄膜结构，其包括在光电装置中使用的高度有组织的同轴圆柱阵列(如图1所示)，用于光电流发生。有组织的同轴圆柱阵列赋予通过延伸的分子间π-电子离域沿着圆柱形π-π叠加的高度有效的电荷运输。

更具体地，光电装置10可包括多个同轴分子叠片12，其位于第一电极14和第二电极16之间并定位于与第一电极14和第二电极16基本上垂直。在该排列中，多个叠片12可通过光电装置10中的每个同轴分子叠片12提供光电流的电荷运输。更具体地，每个同轴分子叠片12可包括多个π-共轭的平面超分子18，其可通过圆柱形自装配而叠加以形成同轴分子叠片12。另外，每个超分子18由π-共轭的轮毂20组成，该π-共轭的轮毂20共价地附加到电子受体轮辐22的多个拷贝以形成具有同轴内部p型通道的外部n型通道。