[发明专利]光生伏打转换元件和光生伏打电池

说明书

本文描述了使用具有结构(I)的化学结构的金络合物作为活性材料的有机光生伏打(OPV)电池，其中R₁‑R₁₅独立地为氢、卤素、羟基、未取代的烷基、取代的烷基、环烷基、未取代的芳基、取代的芳基、酰基、烷氧基、酰氧基、氨基、烷基氨基、硝基、酰基氨基、芳烷基、氰基、羧基、硫代基、苯乙烯基、氨基羰基、氨基甲酰基、芳氧基羰基、苯氧基羰基、羟烷基或烷氧基羰基。所述OPV电池可通过热沉积或溶液处理来制造，例如旋涂和印刷。

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年9月30日提交的临时申请顺序号61/884,461的优先权，其通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及使用金络合物作为活性材料的有机光生伏打(OPV)电池。

背景

广泛认为化石燃料很快将会被消耗。另一方面，由化石燃料设备产生的温室气体(例如二氧化碳和甲烷)将导致全球变暖。因此，全世界努力开发环境友好的能源和具有低能耗和/或被可更新能源(例如太阳能)驱动的器件。光生伏打(PV)电池为在电力产生中代替化石燃料的重要器件之一。迄今为止，市售可得的光生伏打电池由无机半导体(例如Si、CdTe、CuIn_xGa_1-xSe)制成。特别是，多晶硅(poly-Si)和单晶硅(SC-Si)共同对市场份额的近90%做出贡献。然而，无机半导体的高加工成本在开发太阳能电池工业中造成缺点。

与此相反，由于有机光生伏打(OPV)电池潜在地低成本，在大规模生产中容易加工和对有机半导体的柔韧基底的相容性，已引起许多吸引力。OPV电池为包含至少一种利用有机或有机金属小分子或聚合材料用于光吸收和电荷处理的部件的光电器件。利用化学合成的动力，可合成许多种具有不同带隙和吸收系数的有机分子或聚合物，使得由光生伏打电池产生的光吸收和动力最大化。因此，已浮现有机光生伏打电池作为一类新的太阳能电池技术。

在有机光生伏打电池领域内，已探究各种器件构造，包括对染料敏感的太阳能电池(DSSC)、有机/无机杂化物有机电池和具有异质结的有机光生伏打电池。在1986年，C. W.Tang发现由铜酞菁(CuPc)和二萘嵌苯四羧酸衍生物制造的双层异质结结构得到0.95%的动力转化效率(PCE)。随后，广泛研究小分子供体料，例如并五苯、并四苯、金属酞菁(Pcs)。

后来，由于聚合材料显示良好的器件性能，大多数供应已转向开发聚合供体材料。近来，具有聚合供体材料的OPV的PCE接近10%的实际价值。与基于硅的太阳能电池相比，由于OPV较低的效率和较短的寿命可通过它们在该价值的低成本来补充，OPV准备好用于工业化。(Prof. Photovolt. Res. Appl. 2012，29，377)。在文献中，PTB7为最好的聚合供体材料之一。使用PTB7，使用简单的器件制造方法和构造，已得到6.22% PCE的基础值。(Adv. Mater. 2010，22，E135)。使用高级器件制造方法，前处理和不同的器件构造，已大大增强PTB7-OPV的PCE。(Adv. Mater. 2010，22，E135；Nature Photonics 2012，6，591)。使用倒转结构，由Prof. Cao Yong已实现9.2%的最佳值。(Nature Photonics2012，6，591)。