[發(fā)明專利]多面體低聚倍半硅氧烷-有機/聚合二元體和其在有機光伏打電池中的應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280023707.3
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN103534813A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設計）人: S·Z·D·程;張文彬;鞏雄
• 申請（專利權(quán)）人: 阿克倫大學
• 主分類號: H01L31/00
• 分類號: H01L31/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 李婉婉;張苗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上關(guān)于光伏打電池。更特定來說，本發(fā)明關(guān)于有機光伏打電池，且更具體來說，關(guān)于本體異質(zhì)結(jié)有機光伏打電池。本發(fā)明提供可用于本體異質(zhì)結(jié)有機光伏打電池中的新穎光活性層摻合物。

發(fā)明背景

在近幾年，本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）有機光伏打電池的開發(fā)越來越受關(guān)注。這類技術(shù)給室內(nèi)和室外應用提供了低成本、大面積、靈活、輕質(zhì)、清潔且安靜的替代能源。

同時代的BHJ有機光伏打電池的活性層含有電子供體（D）和電子受體（A）。電子供體一般是有機/聚合材料的摻合物（一般是共軛聚合物）作為電子供體，并以富勒烯和富勒烯衍生物作為電子受體。已知有三種操作機理決定BHJ有機光伏打電池能夠以多高的效率發(fā)電，分別為：電子供體和電子受體的光子吸收，其導致激子（電子-空穴對）的形成；在供體/受體界面處的激子擴散，其導致電荷分離；和在供體和受體內(nèi)向各個電極的電荷傳輸。為了獲得高能量轉(zhuǎn)化效率（PCE），供體和受體應（1）吸收更多光子，（2）形成具有巨大界面的雙連續(xù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，（3）在供體/受體界面處擁有高效的光誘導電荷轉(zhuǎn)移和（4）形成用于將電荷載子傳輸?shù)礁鱾€電極的分離通道。

響應太陽AM1.5輻射，BHJ有機光伏打電池上已實現(xiàn)高達6至8%的能量轉(zhuǎn)化效率。為了獲得超過10%的PCE，需要能夠產(chǎn)生更高短路電流（Jsc）和更大斷路電壓（Voc）的BHJ材料。增大Jsc和Voc的一種方法是開發(fā)具有更深HOMO（最高占有分子軌道）能的低帶隙有機/聚合材料。另一途徑是開發(fā)具有更高LUMO（最低未占有分子軌道）能的新穎電子受體。

發(fā)明概要

在一個實施方案中，本發(fā)明提供一種具有本體異質(zhì)結(jié)的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，所述本體異質(zhì)結(jié)是電子供體與電子受體的混合物。所述改良方案包括用多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）官能化所述電子供體或所述電子受體或兩者。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子受體是富勒烯或富勒烯衍生物。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0006]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子供體是共軛聚合物。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0007]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子受體是富勒烯或富勒烯衍生物且所述電子供體是共軛聚合物。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0008]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子受體是經(jīng)POSS官能化。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0009]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子供體是經(jīng)POSS官能化。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0010]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子受體是經(jīng)POSS官能化且所述電子供體是經(jīng)POSS官能化。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0011]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子受體是富勒烯或富勒烯衍生物，且所述電子供體是POSS官能化共軛聚合物，所述共軛聚合物選自聚[[[(2-乙基己基)氧基]甲氧基-1,4-亞苯基]-1,2-乙烯二基]（MEHPPV）、聚噻吩（PT）和聚[(4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻咯)-2,6-二基-交替-(4,7-雙(2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑)-5,5’-二基]（SiPCGPDTBT）。

在其它實施方案中，本發(fā)明提供如段落[0005]至段落[0012]中任一段的本體異質(zhì)結(jié)光伏打電池的改良方案，其中所述電子供體是共軛聚合物，且所述電子受體是POSS-官能化富勒烯或富勒烯衍生物，所述富勒烯或所述富勒烯衍生物選自[60]富勒烯、[70]富勒烯和[84]富勒烯和其衍生物。