[發明專利]有機光伏中的受體和供體的能量敏化

在審

• 申請號: 201380057838.8
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104904028A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 馬克·E·湯普森;功·禎;彼得·I·久洛維奇;薩拉·M·康羅恩
• 申請（專利權）人: 南加利福尼亞大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/00;H01L51/50
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊青;穆德駿

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年10月5日提交的美國臨時申請No.61/710,504的權益，所述臨時申請以全文引用的方式并入本文中。

關于聯邦政府資助研究的聲明

本發明是在由能源部資助的合同No.DE-SC0001013下由美國政府支持進行的。政府享有本發明的某些權利。

共同研究協議

本公開的主題是由大學-公司聯合研究協議的一個或多個下述參與方、以其名義和/或由其共同做出：南加利福尼亞大學(University?of?Southern?California)和環球光能公司(Global?Photonic?Energy?Corporation)。所述協議在本公開的主題籌備之時和之前就已生效，并且正是由于在協議范圍內所采取的行動，才做出了本公開的主題。

技術領域

本公開大體上涉及電活性、光學活性、太陽能和半導體器件，并且特別地涉及包含至少一種受體和/或供體能量敏化劑的有機光敏光電器件。本文還公開了其制備方法。

背景技術

光電器件依靠材料的光學和電子特性，以電子學方式產生或檢測電磁輻射，或從周圍電磁輻射產生電。

光敏光電器件將電磁輻射轉化成電。太陽能電池，也稱為光伏(PV)器件，是一類被特別地用于產生電能的光敏光電器件。可從除太陽光之外的光源產生電能的PV器件可用于驅動耗電負載以提供例如照明、加熱，或向電子電路或器件例如計算器、收音機、計算機或遠程監測或通訊設備提供動力。這些發電應用還通常涉及電池或其它能量存儲器件的充電，以使得當來自太陽或其它光源的直接照射不可用時操作可繼續，或者平衡PV器件的功率輸出與特定應用要求。如本文所用，術語“電阻性負載”是指任何功率消耗或存儲電路、器件、設備或系統。

另一類光敏光電器件是光導電池。在這項功能中，信號檢測電路監測器件的電阻以檢測由于光吸收所致的變化。

另一類光敏光電器件是光檢測器。在操作中，光檢測器與電流檢測電路聯合使用，所述電流檢測電路測量當所述光檢測器暴露于電磁輻射并可能具有施加的偏置電壓時所產生的電流。如本文所述的檢測電路能夠向光檢測器提供偏置電壓并測量所述光檢測器對電磁輻射的電子響應。

可根據是否存在如下文所定義的整流結以及根據所述器件是否在也被稱為偏壓或偏置電壓的外加電壓下運行，對這三類光敏光電器件進行表征。光導電池不具有整流結并且通常在偏壓下運行。PV器件具有至少一個整流結并且不在偏壓下運行。光檢測器具有至少一個整流結并且通常但不總是在偏壓下運行。作為一般規則，光伏電池向電路、器件或設備提供動力，但不提供控制檢測電路的信號或電流，或來自檢測電路的信息輸出。相反地，光檢測器或光導體提供控制檢測電路的信號或電流，或來自檢測電路的信息輸出，但不向電路、器件或設備提供動力。

傳統上，光敏光電器件已經由多種無機半導體例如晶體硅、多晶硅和無定形硅、砷化鎵、碲化鎘等構成。在本文中，術語“半導體”表示當通過熱或電磁激發誘導電荷載流子時可以導電的材料。術語“光電導”一般是指電磁輻射能量被吸收并且從而轉變為電荷載流子的激發能量以使得載流子可以在材料中傳導、即傳輸電荷的過程。術語“光電導體”和“光電導材料”在本文中用于指由于其吸收電磁輻射以產生電荷載流子的特性而被選擇的半導體材料。

可以通過PV器件將入射太陽能轉變為有用的電能的效率對所述PV器件進行表征。利用晶體硅或無定形硅的器件在商業應用中占主導地位，并且一些已達到23％或更大的效率。然而，由于在生產沒有顯著效率降低缺陷的大晶體時固有的問題，生產基于晶體的高效器件特別是表面積大的器件非常困難和昂貴。另一方面，高效率無定形硅器件仍遭遇穩定性問題。目前市售的無定形硅電池具有介于4％與8％之間的穩定化效率。最近的努力集中在使用有機光伏電池以在經濟的生產成本下實現可接受的光伏轉換效率。

PV器件可經過優化以在標準照明條件(即，標準測試條件，其為1000W/m²、AM1.5光譜照射)下實現最大電能產生，使光電流乘以光電壓的乘積最大。這種電池在標準照明條件下的功率轉換效率取決于以下三種參數：(1)在零偏壓下的電流，即短路電流I_SC，以安培計；(2)在開路條件下的光電壓，即開路電壓V_OC，以伏特計；和(3)填充系數，FF。