CN103180289B - 用于有机光伏器件的化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及如下的有机太阳能电池，该太阳能电池包含用作受体、电子传输材料和掺杂电子传输材料的新型吐昔醌（truxequinone）衍生物。

Description

用于有机光伏器件的化合物
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.ofMat.&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，
A1、A2、A3、A4独立地选自C、CH、N、CR，或者A1-A2、A2-A3、A3-A4中的至少一个为另外的稠合芳族环的一部分，所述另外的芳族稠合环优选为苯基、吡唑基（pyrazyl）、噻吩基、咪唑基、杂芳基；
R为芳族环，优选如下文所限定的芳基。
进一步优选地，R1为CN，而R2为芳基或杂芳基。
芳基优选选自苯基、萘基、蒽基、全氟苯基、氟苯基。
杂芳基优选为C5-C20杂芳基，更优选选自吡啶基、噻吩基、唑基（oxazyl）。
术语“芳基”是指在一个或多个芳族环中仅含有碳的芳族基团。芳基基团可以含有1至3个分开的、稠合的或悬垂的环，并且在没有杂原子作为环成员的情况下含有6至20个环原子。芳基基团的实例包括但不限于苯基，萘基，包括1-萘基和2-萘基，全氟苯基，氟苯基，和联苯基。
所述化合物的优点
根据式(I)的化合物优选用于太阳能电池中的电子传输层中。该化合物是电子传输层的主要组分。优选地，以电掺杂剂来掺杂至少一个包含根据式(I)的化合物的电子传输层。
在备选的实施方式中，或者另外地，将根据式(I)的化合物用于激子阻挡层中作为该层的主要组分。所述激子阻挡层还优选为电子传输层。该层具有足够低的LUMO以传输在所述受体和阴极之间的电子，并且同时具有高的HOMO-LUMO能隙以阻挡所述激子将它们限制至光学活性区域中，这意味着所述HOMO-LUMO能隙大于任何直接（接触）相邻的来自于所述光学活性区域的材料的HOMO-LUMO能隙。这种层优选为非电掺杂的。
在另一备选的实施方式中，或者另外地，将根据式(I)的化合物用作激子和空穴阻挡层的主要组分。在这个实施方式中，所述激子和空穴阻挡层具有足够低的HOMO以阻挡来自相邻层（主要来自所述体-异质结的给体分子）的空穴，并且同时具有高的HOMO-LUMO能隙以阻挡其层之外的激子将它们限制至光学活性区域中，这意味着所述HOMO-LUMO能隙大于任何直接（接触）相邻的来自于所述光学活性区域的材料的HOMO-LUMO能隙。这种层优选为非电掺杂的。
在备选的实施方式中，或者另外地，将根据式(I)的化合物用作给体-受体异质结中的受体。在这个实施方式的一方面中，所述化合物也收集光，这种光被转化成电荷并促成光电流，优选地，在0V促成光电流是由于在350-500nm范围中的光子的吸收。优选地，这种促成高于5%。
在备选的实施方式中，或者另外地，将根据式(I)的化合物用作激子阻挡和电子传输层的主要组分。在这个实施方式中，所述激子阻挡和电子传输层具有足够低的LUMO以接受来自相邻层中的给体分子的电子，并且同时具有高的HOMO-LUMO能隙以阻挡其层之外的激子将它们限制至光学活性区域中，这意味着所述HOMO-LUMO能隙大于任何直接（接触）相邻的来自于所述光学活性区域的材料的HOMO-LUMO能隙。这种层优选为非电掺杂的。
根据式(I)的化合物优选地用作与相邻层组合的层的主要组分，其中所述层和相邻层的LUOMO的差异的绝对值小于0.4eV，更优选小于0.2eV（0.2eV约为一种材料的态密度的宽度）。
优选地，所述相邻层包含选自C58、C60、C70或其可溶性衍生物（例如PC60BM）的富勒烯作为它的主要组分。
在本发明的另一方面中，有机太阳能电池在与所述给体-受体异质结相邻的层中以非掺杂形式包含根据式(I)的化合物。此外，该有机太阳能电池在与所述给体-受体异质结相邻的层和所述阴极之间包括另外的掺杂层，该掺杂层包含根据式(I)的化合物。
在本发明的另一方面中，所述太阳能电池为如下的聚合物太阳能电池，其在至少一个给体-受体异质结中包含至少一种半导体聚合物，并且在至少一个电子传输层中包含根据式(I)的化合物。优选地，至少一个电子传输层为n型掺杂的。
在本发明的优选的方面中，所述有机太阳能电池包括pi、ni或pin结构，所述结构各包括第一p、i或n层。在此处，p表示p型掺杂的空穴传输层，n表示n型掺杂的电子传输层，并且i为本征的光学活性层。所述传输层比所述光学活性层具有较大的HOMO-LUMO能隙。
对于本发明的所有方面，典型的n型掺杂剂为：四硫代并四苯，[Ru(terpy)2]0；罗丹明B；派洛宁B氯化物；吖啶橙碱；无色结晶紫；2,2'–二异丙基-1,1',3,3'–四甲基-2,2',3,3',4,4',5,5',6,6',7,7'-十二氢-1H,1'H-2,2-二苯并[d]咪唑；4,4',5,5'-四环己基-1,1',2,2',3,3'-六甲基-2,2',3,3'–四氢-1H,1'H-2,2'-双咪唑；2,2'-二异丙基-4,4',5,5'-四(4-甲氧基苯基)-1,1',3,3'-四甲基-2,2',3,3'-四氢-1H,1'H-2,2'-双咪唑；2-异丙基-1,3-二甲基-2,3,6,7-四氢-1H-5,8-二氧杂-1,3-二氮杂-环戊并[b]-环烷烃（cyclopenta[b]-naphthene）；双-[1,3-二甲基-2-异丙基-1,2-二氢-苯并咪唑基-(2)]；四(1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶根合)二钨(II)；2,2'–二异丙基-4,5-双(2-甲氧基苯基)-4',5'-双(4-甲氧基苯基)-1,1',3,3'-四甲基-2,2',3,3'-四氢-1H,1'H-2,2'-双咪唑；2,2'-二异丙基-4,5-双(2-甲氧基苯基)-4',5'-双(3-甲氧基苯基)-1,1',3,3'-四甲基-2,2',3,3'–四氢-1H,1'H-2,2'-双咪唑（例如见专利公开US2005/0040390、US2009/0212280和US2007/0252140）。
附图说明
图1为表示形成太阳能电池的层的堆叠的简化图。
图2为表示包括ETL的太阳能电池的层的简化图。
具体实施方式
器件
根据图1，有机太阳能电池至少包括基底(10)、阳极(11)、至少一个有机光学活性层(12)和阴极(13)。所述层堆叠还可反转，其中，层(11)将为阴极，而层(12)将为阳极。
在一个实施方式中，所述基底(10)为透明基底，例如玻璃，或者聚合物板或网络；所述阳极(11)为透明的导电氧化物，例如ITO、FTO、AlZO；并且所述阴极(13)包含铝或铝合金。在一个实施方式中，所述至少一个有机光学活性层(12)包含含噻吩聚合物和式(I)化合物的掺合物。备选地，所述至少一个有机光学活性层(12)包含给体聚合物优选含噻吩聚合物和受体优选富勒烯或可溶性富勒烯衍生物的掺合物；在该实施方式中，含有式(I)化合物的层形成于所述至少一个有机光学活性层(12)和所述阴极(13)之间。任选地，反转所述层结构。
在一个实施方式中，所述阳极(11)为不透明的并且主要包含铝或铝合金。所述基底(10)并非必须是透明的。所述阴极(13)包括透明的导电氧化物层或薄的（厚度<30nm）透明金属层。
还是关于图1，在另一实施方式中，所述基底(10)、所述阳极(11)和所述阴极(13)是透明的。在这种实施方式中，整个器件是半透明的，因为对于可见范围波长中的任何波长，它并不吸收100%的入射光。
要说明一点，在本发明中还提供了多重堆叠的器件（例如串联器件）。在这种器件中，至少一个另外的有机光学活性层形成于所述至少一个有机光学活性层(12)或所述阴极(13)之间。另外的有机或无机层可以用于提供所述层位置的合适电子连接和光学优化。优选地，通过包含式(I)的化合物的层，提供这些功能中的至少部分功能。
还是关于图1，所述电极、缓冲层和/或注入层的表面处理能够用于提供有效的电荷载流子注入/提取。表面处理的实例为电极表面的酸或等离子体处理。注入层的实例为薄的无机绝缘层（例如LiF）和薄的电掺杂剂层。
图2显示了表示如下有机太阳能电池的层的堆叠，该有机太阳能电池至少包括：基底(20)，阳极(21)，至少一个光学活性层(22)，有机电子传输层（ETL）(23)和阴极(24)。所述层堆叠还可反转。所述ETL形成于阴极和光学活性层之间。
在一个实施方式中，所述有机电子传输层包含根据式(I)的化合物作为它的主要组分。优选地，这种根据式(I)的化合物掺杂有电掺杂剂。所述ETL(23)可具有任何厚度，在所述至少一个光学活性层(22)和所述阴极(24)之间没有另外的光学活性层的情况下，所述ETL的厚度优选小于40nm。
在此处，关于图1所述的所有实施方式还可适用于关于图2。
所有图均为太阳能电池的层状结构的简化表示。没有显示出一些器件特征，例如在所述电极之外的电连接、封装、光学结构等。所述电极（阳极和阴极）中的至少一个在其中所述器件为活性的波长范围中是透明的。
在另一实施方式中，所述至少一个光学活性层(22)为给体-受体体异质结（给体-受体的掺合物）。所述给体优选由包含吡咯或噻吩基团的强吸收化合物形成。所述受体优选为C58、C60或C70富勒烯或可溶性富勒烯衍生物。所述ETL(23)包含根据式(1)的化合物作为它的主要组分。所述ETL(23)优选掺杂有n型掺杂剂。或者，由于其在制备中更易于处理，有机n型掺杂剂是高度优选的。
在另一实施方式中，所述至少一个光学活性层(22)为给体-受体体异质结（给体-受体的掺合物）。所述给体优选由包含吡咯或噻吩基团的强吸收化合物形成。所述受体为根据式(1)的化合物。
在本发明的一个方面中，所有有机层由小分子组成。优选地，这些小分子能够通过VTE（真空热蒸镀）进行沉积。
在本发明的另一方面中，至少一个有机半导体层包含聚合物，并且至少一个另外的半导体层包含根据式(I)的化合物。
本发明的另一方面为包含式(I)化合物和n型掺杂剂的层。本发明的化合物具有形成电导率相对高的非常稳定的n型掺杂层的特殊优势。
通过所谓的2点或4点方法能够测得所述电导率。在此处，将导电材料例如金或氧化铟锡的触体设置在基底上。然后，将待测量薄膜施用至所述基底上，从而通过该薄膜覆盖所述触体。在向所述触体施加电压后，测量电流。从所述触体的几何结构和所述样品的厚度，能够确定所述薄膜材料的电阻，并且因此确定其电导率。对于掺杂层，四点或二点法给出相同的电导率值，因为该掺杂层确保了好的欧姆接触。
使用那种方法还能够测得温度稳定性，在该方法中，逐步地加热所述（非掺杂的或掺杂的）层，并且在等待期之后测量所述电导率。那么，在没有降低所希望半导体性质的情况下能够施加至所述层的最高温度，为就在导电性击穿之前的温度。例如，如上所公开的，可在具有两个电极的基底上以1℃的步长加热掺杂层，其中在每一步长后具有10秒的等待期。然后测量所述电导率。该电导率随温度变化并且在特别的温度下突然消失。因此，所述温度稳定性为导电性没有突然击穿时所最高达到的温度。该测量在真空中进行。
通过材料的最高占据分子轨道能级（HOMO，电离电位的同义词）和最低未占分子轨道能级（LUMO，电子亲和能的同义词）的位置，能够描述许多不同的使用材料的性质。
优选的化合物为：
合成-一般
如下方案描述了根据本发明的化合物的一般合成。
见参考文献：Sanguinet等人Chem.Mater.2006，18，4259-4269和Jacob等人TetrahedronLetters40(1999)8625-8628。
合成-实施例
实施例C-2：
步骤1：
第一步：合成5H-二茚并[1,2-a:1',2'-c]芴-5,10,15-三酮(1)。所有的操作在空气中进行，无需对商购溶剂/化学药品进行任何另外的提纯。
吐昔酮（Truxenone）。在具有磁力搅拌棒的100mL圆底烧瓶中，添加茚-1,3-二酮（2.50g，17.0mmol）和甲磺酸（40mL）。将该混合物在110℃下加热3小时。在冷却至室温后，将该反应混合物分散于水（300mL）中并滤出粗产物。将该产物溶解于热的碳酸丙烯酯（75mL）中，并且在冷却后通过抽吸过滤分离产物。
产率：1.73g（79%）。
1HNMR（CDCl3）：9.32(d，J)7.2Hz，3H)，7.90(d,J)7.2Hz，3H)，7.72(t，J)7.2Hz，3H)，7.60(d，J)7.2Hz，3H)。
第二步：合成2,2',2''-(5H-二茚并[1,2-a:1',2'-c]芴-5,10,15-三亚基)三丙二腈(2)。所有的操作在空气中进行。
将1mmol的1溶解于50ml干燥去氧的氯苯中。然后在氩气下添加6mmol丙二腈，随后在2小时期间在剧烈搅拌下逐滴添加6mmol的TiCl4和12mmol干燥吡啶。将该反应混合物温热至70℃，并且搅拌另外的4小时。将水（30ml）添加至该反应混合物，并且用二氯甲烷提取该产物。通过柱色谱法（二氯甲烷作为洗脱液）获得2。从氯苯中重结晶残余物，从而以42%的产率获得红色晶体的C-2（m.p.>250℃）。
所述第二步是非常通用的，并且通过分别使用结构CH-3-11的适当的C-H酸性化合物，能够使用该第二步以获得材料C-3-11、C18：
所述合成步骤同样能够用于获得C3-11中的每一种，从而以足够的纯度和量获得它们。在一些场合中可以对洗涤或提纯步骤作出一些轻微的变更。本领域技术人员将意识到，在一些化合物的制备中，在没有改变该制备方法的一般原理的情况下，对洗涤或提纯步骤的一些轻微变更可能是必要的。
如果与其它有机ETM相比，则掺杂形式的化合物C-2具有非常高的电导率。对于掺杂有四(1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶根合)二钨(II)的层，在室温下的电导率为1.06·10-3S/cm，并且所述稳定性温度为153℃。对于掺杂有4,4',5,5'-四环己基-1,1',2,2',3,3'-六甲基-2,2',3,3'–四氢-1H,1'H-2,2'-双咪唑的层，在室温下的电导率为1.2·10-2S/cm，并且所述稳定性温度为141℃。
实施例C-21：
步骤1：
第一步：合成5H-二茚并[1,2-a:1',2'-c]芴-5,10,15-三酮(1)。所有的操作在空气中进行，无需对商购溶剂/化学药品进行任何另外的提纯。
吐昔酮（Truxenone）。在具有磁力搅拌棒的100mL圆底烧瓶中，添加茚-1,3-二酮（2.50g，17.0mmol）和甲磺酸（40mL）。将该混合物在110℃下加热3小时。在冷却至室温后，将该反应混合物分散于水（300mL）中并滤出粗产物。将该产物溶解于热的碳酸丙烯酯（75mL）中，并且在冷却后通过抽吸过滤分离产物。
产率：1.73g（79%）。
1HNMR（CDCl3）：9.32(d，J)7.2Hz，3H)，7.90(d,J)7.2Hz，3H)，7.72(t，J)7.2Hz，3H)，7.60(d，J)7.2Hz，3H)。
第二步：
将2.5mmol的1溶解于90ml噻吩基氯和1mL的THF（催化量）中，并且在氩气氛下回流3天。然后馏出噻吩基氯，并将残余物（5,5,10,10,15,15-六氯-10,15-二氢-5H-二茚并[1,2-a:1',2'-c]芴）保持在氩气下。在另一烧瓶中，将15mmol苯胺溶解于10mL乙二醇二甲醚中，并且在-10℃下将其倒入预先装有60%氯化钠（1.26g31.5mmol）和200ml乙二醇二甲醚的第三烧瓶中，将该混合物在-10℃下搅拌半个小时并在室温下搅拌1.5个小时，在该时间段中可注意到有气体放出。在该时间之后，将该溶液冷却至-78℃。在氩气下向这种溶液添加然后溶解于15mL干燥二氯甲烷中的5,5,10,10,15,15-六氯-10,15-二氢-5H-二茚并[1,2-a:1',2'-c]芴。然后将这种混合物在氩气下在室温下在3天期间进行搅拌，之后加热至50℃并在该温度下加热24小时。
处理：
然后将上述混合物冷却至室温，倾倒至500mL冰水上，并且用二氯甲烷提取。然后通过旋转蒸发除去溶剂。然后用乙醚（100mL）处理获得的油状物。过滤出悬浮物，并且经由二氧化硅垫进行凝胶过滤（二氯甲烷），以在除去二氯甲烷后获得橙色固体。
产率：35mg（2%），97%的HPLC纯度。
循环伏安法：相对于二茂铁（Fc.），-0.89V。
器件实施例
器件1（对比）。现有技术的有机太阳能电池可通过如下步骤来制造：在超声波浴中用乙醇、丙酮和异丙醇洗涤涂覆有ITO的图案化玻璃基底。之后，将该ITO基底暴露于氧等离子体处理15分钟。在氮气情况下经由手套箱将该基底载入真空中。在真空中，用常规VTE（真空热蒸镀）沉积有机层。首先通过ITO上的荫罩板沉积10nm厚5%（摩尔）的p型掺杂CuPc层。在掺杂的CuPc层上沉积10nm的非掺杂CuPc层。以2(C60):1(CuPc)的摩尔比，沉积30nm厚的富勒烯C60和CuPc的混合层。在混合层之上沉积40nm厚的C60层。在C60层之上沉积10nm的BPhen（4,7-二苯基-1,10-菲罗啉）层。在BPhen层之后是100nm厚的Al阴极。在标准模拟AM1.5（空气质量1.5）太阳光谱下，这种器件通常显示出约8mA/cm2的短路电流，约40%的FF和约0.5V的开路电压。
器件2。本发明的有机太阳能电池能够以与器件1相同的层结构来制造，其不同之处在于，不使用Bphen层，而是使用10nm厚的化合物C-2的n型掺杂层。在标准模拟AM1.5下，这样的器件通常显示出如下提高的性能，短路电流约8mA/cm2、FF约45%和开路电压约0.53V。通过用化合物C-2代替40nm厚的C60层的部分和优化器件的光腔，能够进一步改进所述短路电压。
在热应力测试中，根据器件1的太阳能电池在67℃下将停止工作，而器件2在至少80℃的温度下还能够工作。
术语
反转–所述术语反转的太阳能电池或反转的结构是指具有如下层结构的器件，其中阴极比阳极更接近基底。在制造反转器件的方法中，使阴极形成于基底上，然后沉积有机层和其它层，其后沉积阴极。
ETL–电子传输层，是以如下方式用于器件堆叠中的层，该方式使得主要的电荷载流子为电子。通常，这种层包含电子传输材料（ETM）。在阴极和它最近的给体-受体异质结之间的空穴阻挡层、激子阻挡层也是电子传输层。如果其为包含ETM的半导体，则电子注入层也可为电子传输层。
ETM–电子传输材料为对于还原是稳定的并且对于电子具有高迁移率的半导体材料。在ETM中，电子迁移率通常高于空穴迁移率。
HTL–空穴传输层，是以如下方式用于器件堆叠中的层，该方式使得主要的电荷载流子为电子。通常，这种层包含空穴传输材料（HTM）。
HTM–空穴传输材料为对于氧化是稳定的并且对于空穴具有高迁移率的半导体材料。在HTM中，空穴迁移率通常高于电子迁移率。
FHJ–平面异质结，为其中给体和受体材料在分别的层中的给体-受体异质结。优选地，给体和受体材料在提供异质界面的相邻层中。备选地，在二者之间可放置其它层以辅助光吸收和/或电荷载流子分离。
BHJ–体异质结，为包含给体、受体和吸收材料的混合层。通常，给体和受体材料中的至少一种也是吸收材料。对于将由光吸收形成的激子分离成电荷载流子，给体-受体异质结是必要的。体异质结可为渐变的，或者还可包括另外的层。给体-受体体异质结还可为包括混合层和至少一个如下层的混合结，所述层包含受体但不包含给体材料，或者包含给体但不包含受体材料。这样的异质结还可为渐变体异质结。
受体–在本发明中，受体为用于太阳能电池的光学活性层中以辅助将激子分离为电荷载流子、接受电子的化合物。术语受体不得与p型电掺杂剂混淆，后者是能够掺杂空穴传输层的非常强的受体。
给体–在本发明中，给体为用于太阳能电池的光学活性层中以辅助将激子分离为电荷载流子、提供电子（接受空穴）的化合物。术语给体不得与n型电掺杂剂混淆，后者是能够掺杂电子传输层的非常强的给体。
电掺杂剂–电掺杂剂是当添加至半导体、增加其电荷载流子密度时能够随后增加其电导率的掺杂剂。电荷载流子密度的增加是由于掺杂剂-半导体体系中至少两种组分的LUMO和HOMO之间的电荷转移。术语电掺杂的是指被如上所定义电掺杂剂掺杂的层或材料。
n型掺杂剂–在电子传输材料或电子传输层中能够提高负电荷载流子密度的电掺杂剂。在电子传输层的有效导带上（通常为电子传输材料的LUMO）提供负电荷载流子。
p型掺杂剂–在空穴传输材料或空穴传输层中能够提高正电荷载流子密度的电掺杂剂。在空穴传输层的有效价带上（通常为空穴传输材料的HOMO）提供正电荷载流子。
透明度–要求不促成光电流产生的那些传输层是透明的，以避免由于不希望的吸收而致的任何效率损失。在其中太阳能电池为活性的波长范围中，要求高透明度。高透明度优选是指消光系数（k）小于1，更优选小于0.1。
LUMO–最低未占分子轨道。
HOMO–最高占据分子轨道。
本征层–未掺杂有提高该层中电荷载流子密度的掺杂剂的层。在此处，认为该层避光，没有温度梯度，或者向其施加电场。
不仅是单独地，而且是以其任何组合，在上述说明书和在权利要求书中所公开的特征，可以为以其多种形式实现本发明的材料。

Claims (12)

1.一种有机太阳能电池，其包含至少一种根据下式(I)的化合物：
其中
Y选自O、N-R1或R1-C-R2；
R1和R2独立地选自CN、具有6至20个环原子的芳基、NO2、卤素、C5-C20杂芳基、CF3；
A1、A2、A3、A4独立地选自C、CH、N、CR，并且形成芳族环，或A1-A2、A2-A3、A3-A4中的至少一个为另外的稠合芳族环的一部分；
R为芳族环。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中所述具有6至20个环原子的芳基为氟苯基。
3.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其中所述具有6至20个环原子的芳基为全氟苯基。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其包括至少一个第一电子传输层，该电子传输层包含根据权利要求1的式(I)的材料。
5.根据权利要求4所述的有机太阳能电池，其中所述电子传输层是掺杂的。
6.根据权利要求4或5所述的有机太阳能电池，其包括另外的电子传输层，其中所述第一电子传输层是掺杂的，而所述另外的电子传输层是未掺杂的，并且其中所述另外的电子传输层与给体-受体异质结相邻，并且所述第一电子传输层位于所述另外的电子传输层和阴极之间。
7.根据权利要求6所述的有机太阳能电池，其中所述另外的电子传输层是空穴阻挡层和激子阻挡层中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中给体-受体异质结包含优选作为受体的根据权利要求1的式(I)的材料。
9.根据权利要求8所述的有机太阳能电池，其中所述给体-受体异质结是体-异质结。
10.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其包括至少一个半导体聚合物层和一个电子传输层，所述电子传输层包含根据权利要求1的式(I)的材料。
11.根据权利要求10所述的有机太阳能电池，其中所述电子传输层是n型掺杂的。
12.化合物
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