[发明专利]用于有机光伏器件的化合物

说明书

技术领域

本发明涉及有机光伏（OPV）器件，其还被称为有机太阳能电池。

背景技术

太阳能灯是再生能源的最吸引人的形式之一，因为它可能以相对大的功率密度使用，并且易于转化成其它形式的能量例如电、热等。

有机太阳能电池提供了有效并大规模地将光转化为电的很大的希望。与制造无机晶体太阳能电池相比，制造有机太阳能电池对材料较不苛刻。与制造任何其它无机太阳能电池相比，制造有机太阳能电池消耗的能量还少得多。

有机太阳能电池的效率已经获得了稳步的改进。在2008年实现了有保证的5%的能量转化效率值，并且在2010年突破了8%的心理障碍，将有机太阳能电池的效率调整至非晶Si器件的典型值。

OPV器件具有最不同的器件架构。通常，它们包括至少一个位于两个电极之间的有机半导体层。所述有机层可为给体和受体例如P3HT（聚3-己基噻吩）和PCBM（苯基Cn丁酸甲酯）的掺合物。如果界面注入层用于促进电荷载流子注入/提取，则如此简单的器件结构仅实现适度的效率（Liao等人，Appl.Phys.Lett.，2008.92:p.173303）。其它有机太阳能电池具有多层结构，有时甚至为聚合物和小分子混合结构。串联或多部件堆叠也是已知的（Ameri等人，Energy & Env.Science，2009.2:p.347）。多层器件可易于优化，因为不同层可包含适合于不同功能的不同材料。典型的功能层为传输层、光学活性层、注入层等。

光学活性材料是对于太阳光谱的至少一个特定波长范围具有高吸收系数的材料，这种材料将吸收的光子转化为激子，而所述激子促成光电流。所述光学活性材料通常用于给体-受体异质结中，其中所述给体或受体中的至少一个为光吸收材料。所述给体-受体异质结的界面负责将产生的激子分离成电荷载流子。所述异质结可为体-异质结（掺合物）或扁平（还被称为平面）异质结，还可设置另外的层（Hong等人，J.Appl.Phys.，2009.106:p.064511）。

对于高效OPV器件，必须使通过复合的损失最小化。因此，在所述异质结中的材料必须具有高的电荷载流子迁移率和高的激子扩散长度。所述激子必须在异质结面处分离，并且所述电荷载流子必须在发生任何复合之前离开光学活性区域。为此原因，几乎没有有机材料适合用于异质结中。例如，当前，尚不可知在OPV器件中作为受体的可与富勒烯（C60、C70、PCBM等）竞争的材料。

要求传输材料是透明的，至少在其中所述器件为活性的波长中是透明的，并且要求具有好的半导体性质。这些半导体性质是固有的，例如能级或迁移率，或非固有的，例如电荷载流子密度。例如通过使用电掺杂剂来掺杂所述材料，还能够非固有地影响所述电荷载流子迁移率。

尽管处于稳步的发展中，但对用于OPV的材料的选择仍然是非常有限的，特别是对于光学活性材料和对于电子传输材料。一些高效的器件结构使用TiO作为电子传输和光学间隔层，其缺点在于难以沉积（Simon等人，Int.J.of Mat.& Prod.Tech.，2009.34:p.469）。其它器件使用富勒烯C60作为ETL，对于用作光学间隔层，该ETL不够透明。其它材料例如NTCDA（1,4,5,8-萘四甲酸二酐），尽管透明并且具有好的半导体性质，但形貌不稳定并且甚至在室温下结晶。

几乎没有可供使用的具有合适的半导体、化学和热性质的有机电子传输材料。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种用于有机太阳能电池中的新型有机半导体材料。该材料优选用于光学活性层和电子传输层的至少一个中，更优选用于电子传输层中。

技术方案

通过根据式(I)的新型化合物实现上述目的。通过独立权利要求1，以及通过从属权利要求的发明的优选的用途和器件，也实现所述目的。通过如下的有机太阳能电池实现该目的，所述有机太阳能电池包含至少一种根据下式(I)的化合物：

式(I)

其中

Y选自O、N-R₁或R₁-C-R₂；

R₁和R₂独立地选自CN、芳基、烷基、NO₂、卤素、杂芳基、CF₃，其中芳基可被取代，