[發(fā)明專利]空穴傳輸材料和使用該空穴傳輸材料的光伏裝置

有效

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• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN110268538B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 里卡爾多·波;亞歷山大·科米內蒂
• 申請（專利權）人: 埃尼股份公司
• 主分類號: H01L51/50
• 分類號: H01L51/50;H01L51/00;H01L51/42
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

通過包括以下的工藝獲得的空穴傳輸材料：在至少一種選自醇、酮、酯的有機溶劑的存在下，使至少一種含有至少一種屬于元素周期表的第5族或第6族的過渡金屬的雜多酸與等量的屬于元素周期表的第5族或第6族的過渡金屬與有機陰離子或與有機配體的至少一種鹽或一種絡合物反應。所述空穴傳輸材料可以有利地用于在剛性支撐體上或在柔性支撐體上構建光伏裝置(或太陽能裝置)，諸如例如光伏電池(或太陽能電池)、光伏模塊(或太陽能模塊)。此外，所述空穴傳輸材料可以有利地用于構建有機發(fā)光二極管(OLED)或構建有機場效應晶體管(OFET)。特別地，所述空穴傳輸材料可以有利地用于構建具有倒置結構的聚合物光伏電池(或太陽能電池)。

技術領域

本發(fā)明涉及空穴傳輸材料和使用該空穴傳輸材料的光伏裝置(或太陽能裝置)。

背景技術

光伏裝置(或太陽能裝置)是能夠將光輻射的能量轉換為電能的裝置。目前，可以用于實際應用的大多數光伏裝置(或太陽能裝置)利用無機光活性材料、特別是高度純的晶體硅的化學/物理性質。然而，由于硅的高生產成本，科學研究已經集中在開發(fā)具有聚合物結構的可替代的有機材料[所謂的聚合物光伏電池(或太陽能電池)]持續(xù)一段時間。事實上，與高度純的晶體硅不同，所述有機材料的特征在于相對容易的合成、低的生產成本、相關的有機光伏裝置(或太陽能裝置)的降低的重量，以及允許所述有機材料在其中它們被使用的裝置的生命周期結束時被再循環(huán)。

盡管相對于無機光伏裝置(或太陽能裝置)，所獲得的有機光伏裝置(或太陽能裝置)的可能較低的光電轉換效率(PCE)(η)，但是上文提及的優(yōu)點使得所述有機材料的使用在能量上和在經濟上是有吸引力的。

諸如聚合物光伏電池(或太陽能電池)的有機光伏裝置(或太陽能裝置)的操作是基于電子受體化合物和電子給體化合物的組合使用。

在現有技術的狀態(tài)中，用于生產聚合物光伏電池(或太陽能電池)的最常用的電子給體化合物是區(qū)域規(guī)整(regioregular)的聚(3-己基噻吩)(P3HT)。該聚合物具有優(yōu)良的電學特性和光學特性[例如，良好的HOMO軌道值和LUMO軌道值、良好的摩爾吸收系數()]、在用于生產聚合物光伏電池(或太陽能電池)的溶劑中的良好溶解度和電子空穴的離散遷移率(discrete mobility)。

可以有利地用作電子給體化合物的聚合物的一些實例是：聚合物PCDTBT{聚[N-9”-十七烷基-2,7-咔唑-交替-5,5-(4’,7’-二-2-噻吩基-2’,1’,3’-苯并噻二唑)]}、聚合物PCPDTBT{聚[2,6-(4,4-雙-(2-乙基己基)-4H-環(huán)戊[2,1-b；3,4-b’]-二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]}、聚合物PffBT4T-2OD{聚[(5,6-二氟-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基)-交替-(3,3”’-二(2-辛基十二烷基)-2,2’,5’,2”,5”,2”’-四噻吩-5,5”’-二基)]}。

在現有技術的狀態(tài)中，最常用于構建聚合物光伏電池(或太陽能電池)的電子受體化合物是富勒烯衍生物，諸如例如[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)、(6,6)苯基-C₇₁-丁酸甲酯(PC71BM)。所述富勒烯衍生物當與電子給體化合物混合時已經導致最高的效率，所述電子給體化合物選自-共軛聚合物，諸如例如聚噻吩類(η＞5％)、聚咔唑類(聚＞6％)、聚(噻吩并噻吩)-苯并二噻吩(PTB)的衍生物(衍＞8％)、苯并二噻吩的氟化聚合物(η10％)。

在聚合物光伏電池(或太陽能電池)中光到電流的基本轉換過程通過以下步驟發(fā)生：

1.通過電子給體化合物吸收光子，其中形成激子，即一對電子-電子空穴載流子(electron-electron hole charge carrier)；

2.激子在電子給體化合物的區(qū)域內擴散直到與電子受體化合物的界面，在該界面中激子的解離可以發(fā)生；