CN110944986A - 可见透明的近红外吸收性和紫外吸收性光伏装置 - Google Patents

Abstract

公开了可见透明的光伏装置，如对可见光透明但吸收近红外光和/或紫外光的可见透明的光伏装置。所述光伏装置利用透明电极和近红外或紫外吸收性可见透明的光敏化合物、光学材料和/或缓冲材料。

Description

可见透明的近红外吸收性和紫外吸收性光伏装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,154号、于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,158号、于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,160号、于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,211号、于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,214号以及于2017年6月16日提交的美国临时申请第62/521,224号的权益和优先权，所述美国临时申请中的每一个申请均通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及光学活性材料和装置的领域，并且更具体地说，涉及可见透明的光伏装置和用于可见透明的光伏装置的材料。

背景技术

利用太阳能所需的表面积仍然是抵消相当大一部分不可再生能源消耗的障碍。由于这个原因，需要能够集成到家庭、摩天大楼和汽车的窗玻璃上的低成本、透明的有机光伏(OPV)装置。例如，汽车和建筑中使用的窗玻璃通常对可见光谱(例如，波长为约450到650纳米(nm)的光)分别具有70-80％和55-90％的透射率。有限的机械灵活性、高昂的模块成本以及更重要的是，无机半导体的带状吸收限制了它们在透明太阳能电池上的潜在效用。

相反，有机和分子半导体的光学特性导致吸收光谱高度结构化，其吸收最小值和最大值与无机对等物的谱带吸收完全不同。然而，存在多种有机和分子半导体，但是许多半导体在可见光谱中表现出强吸收性，因此对于在基于窗玻璃的光伏中使用并不是最佳的。

发明内容

本文描述了与可见透明的光伏装置有关的材料、方法和系统。更具体地，本说明书提供了基于硼-二吡咯亚甲基的化合物、近红外吸收性光敏化合物、近红外供体受体(近IRDA)分子、二硫醇金属化合物、紫外电子受体(UV受体)分子、可见透明的四氰基醌型(quinoidal)噻吩化合物、可见透明的四氰基引达省(indacene)化合物、可见透明的咔唑硫杂卟啉化合物、可见透明的二噻吩方酸菁化合物、酞菁化合物、酞菁衍生物化合物和结构上相关的化合物，以及将这些材料、分子和化合物结合为可见透明的光伏装置的光敏材料的方法和系统。本发明的实施例提供了用于可见透明的光伏装置中的透明光敏材料，包含有机半导体材料。本发明可以应用于光伏和电子学中的各种应用。

公开了用于透明光伏装置的材料、方法和系统，如对可见光透明但吸收近红外光和/或紫外光的材料、方法和系统。所述光伏装置使用透明电极和可见透明的基于硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的化合物、近红外供体受体(近IR DA)分子、二硫醇金属化合物、紫外电子受体(UV受体)分子、可见透明的四氰基醌型噻吩化合物、可见透明的四氰基引达省化合物、可见透明的咔唑硫杂卟啉化合物、可见透明的二噻吩方酸菁化合物、酞菁化合物、酞菁衍生物化合物或结构上相关的化合物，这些可以用作例如光敏材料、缓冲材料和/或光学层。在一些实施例中，所公开的可见透明的光敏化合物表现出最大近红外吸收强度和最大可见吸收强度，其中所述最大近红外吸收强度大于所述最大可见吸收强度。

通过本发明，与常规技术相比，获得了许多好处。例如，本发明的实施例提供了用于吸收近红外和/或紫外辐射以进行光伏发电同时对可见光透明的方法和系统。有利地，这些光学特性提供了以下能力：从光伏装置中的入射太阳辐射产生电同时仍然允许有用的可见光通过，从而允许观察者看到光伏装置。

另外，本文所述的光敏化合物提供合适的电子供体和/或电子受体，以便通过吸收光来产生和分离电子-空穴对，从而向外部电路提供DC电压或电流。有利地，所公开的光敏化合物包含对可见光透明或仅吸收可见谱带(如介于约450nm与约650nm之间)中相对少量的光，同时在近红外(NIR)谱带(如介于约650nm与约1400nm之间)中表现出更大的吸收强度的化合物。在一些实施例中，所公开的光敏化合物在NIR谱带中表现出峰吸收。在一些实施例中，所公开的光敏化合物在可见谱带中表现出的吸收的强度小于在NIR谱带中的吸收强度。。在一些实施例中，所公开的光敏化合物在UV谱带中表现出峰吸收。在一些实施例中，所公开的光敏化合物在可见谱带中表现出的吸收的强度小于在UV谱带中的吸收强度。

所公开的光敏化合物表现出的材料特性也为可见透明的光伏装置的制造和性能提供了优势。例如，可以使用其中通过真空沉积技术而不是基于溶液的施加技术将光敏化合物施加至基板的技术来制造包含本文所述的光敏化合物的装置。真空沉积技术的使用可以有利地允许产生高纯度的光敏层，从而提高装置效率和性能并降低制造复杂性。例如，透明光伏装置可以通过真空热蒸发技术将所公开的光敏化合物结合到活性材料层中，从而避免了使用基于溶液的光敏材料施加步骤以及相关的废物处理和处置。进一步地，在一些实施例中，可以通过蒸发和/或升华技术将所公开的光敏化合物纯化。通过蒸发和/或升华进行的纯化可以用于产生高纯度的光敏材料和化合物，所述高纯度的光敏材料和化合物进而可以使透明光伏装置的生产和性能得到改进。

可见透明的光伏装置可以包括可见透明基板；联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明光敏层包括可见透明的光敏化合物，如本文所述的任何可见透明的光敏化合物，包含表现出第一最大近红外或紫外吸收强度和第一最大可见吸收强度的可见透明的光敏化合物，如大于所述第一最大可见吸收强度的第一最大近红外或紫外吸收强度；以及介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度，如大于所述第二最大可见吸收强度的第二最大吸收强度的第二可见透明光敏层。任选地，可见透明的光伏装置可以进一步包括设置在所述第一可见透明电极与所述第一可见透明活性层之间的第一缓冲层。任选地，可见透明的光伏装置可以进一步包括设置在所述第二可见透明活性层与所述第二可见透明电极之间的第二缓冲层。

任选地，所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极。任选地，所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。任选地，所述第二可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极。任选地，所述第二可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。如本文所使用的，两个物体或层联接是指所述两个物体或层直接联接(即，物理接触)或间接联接(如在二者之间存在一个或多个另外的物体或层)的情况。物体或层的联接可以指示所述物体或层是单个整体结构或装置的一部分。

任选地，光敏化合物充当电子受体材料。在一些实施例中，当光敏化合物充当电子受体材料时，所述第二可见透明光敏层可以包含电子供体材料。任选地，光敏化合物充当电子供体材料。在实施例中，当光敏化合物充当电子供体材料时，所述第二可见透明光敏层可以包含电子受体材料。

针对光敏层考虑了各种配置。例如，所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层可以各自独立地具有1nm到300nm(如约5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm、200nm、205nm、210nm、215nm、220nm、225nm、230nm、235nm、240nm、245nm、250nm、255nm、260nm、265nm、270nm、275nm、280nm、285nm、290nm、295nm或300nm)的厚度。任选地，所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

多种化合物可以用作所述可见透明的光伏装置中的光敏化合物。例如，光敏化合物可以任选地在近红外中表现出峰吸收。任选地，光敏化合物可以在紫外中表现出峰吸收。

本文描述的且用于可见透明的光伏装置中的光敏层的实例光敏化合物包含基于硼-二吡咯亚甲基的光敏化合物，如并入了二氟化硼部分(如氟硼二吡咯亚甲基部分、氟硼氮杂二吡咯亚甲基部分和氟二氮杂硼烷以及相关的核结构)的化合物。本文所述的其它基于硼-二吡咯亚甲基的实例光敏化合物包含并入了二氧化硼部分的化合物，其通常可以对应于包含经氧取代的二氟化硼部分的化合物。在一些实例中，本文提供的光敏化合物具有式

在实施例中，每个A1独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。在实施例中，每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。在实施例中，每个X独立地为S、N或C-R。在实施例中，每个L基团独立地为单键或选自经取代或未经取代的亚烷基、经取代或未经取代的亚芳基或经取代或未经取代的亚杂芳基的二价连接基团。在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

具有式：

的可见透明的光敏化合物可以进一步由下式表征：

应当理解的是，具有前述结构式的化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

具有式：

的可见透明的光敏化合物可以进一步由下式表征：

具有式：

的可见透明的光敏化合物可以进一步由下式表征：

本文描述的且用于可见透明的光伏装置中的光敏层的实例光敏化合物包含包括近红外吸收性光敏化合物的受体材料，如近红外吸收性供体-受体(近IR DA)分子。有利地，近红外吸收性光敏化合物可以表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，如大于所述第一最大可见吸收强度的第一最大近红外吸收强度。本文所述的实例光敏化合物包含但不限于可见透明的近IR DA分子，如二氰基-茚满二酮、苯并双噻二唑、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺及其衍生物。

任选地，所述第二可见透明光敏层在近红外中进行吸收，使得所述第二可见透明光敏层表现出近红外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度，如大于所述第二最大可见吸收强度的第二最大吸收强度。任选地，受体材料的最大近红外吸收相对于供体材料的最大近红外吸收发生红移。任选地，受体材料的最大近红外吸收相对于供体材料的最大近红外吸收发生蓝移。例如，受体分子的近红外吸收峰可以相对于供体分子的近红外吸收峰发生蓝移或红移。

任选地，近红外吸收性光敏化合物的分子量介于200amu与1000amu之间、介于300amu与800amu之间或介于400amu与600amu之间。例如，近红外吸收性光敏化合物的分子量可以介于200amu与220amu之间、介于220amu与240amu之间、介于240amu与260amu之间、介于260amu与280amu之间、介于280amu与300amu之间、介于300amu与320amu之间、介于320amu与340amu之间、介于340amu与360amu之间、介于360amu与380amu之间、介于380amu与400amu之间、介于400amu与420amu之间、介于420amu与440amu之间、介于440amu与460amu之间、介于460amu与480amu之间、介于480amu与500amu之间、介于500amu与520amu之间、介于520amu与540amu之间、介于540amu与560amu之间、介于560amu与580amu之间、介于580amu与600amu之间、介于600amu与620amu之间、介于620amu与640amu之间、介于640amu与660amu之间、介于660amu与680amu之间、介于680amu与700amu之间、介于700amu与720amu之间、介于720amu与740amu之间、介于740amu与760amu之间、介于760amu与780amu之间、介于780amu与800amu之间、介于800amu与820amu之间、介于820amu与840amu之间、介于840amu与860amu之间、介于860amu与880amu之间、介于880amu与900amu之间、介于900amu与920amu之间、介于920amu与940amu之间、介于940amu与960amu之间、介于960amu与980amu之间或介于980amu与1000amu之间。

在一些实施例中，近红外吸收性光敏化合物(如近IR DA分子)是用于可见透明的光伏电池的光敏层中的可见透明的光敏化合物。有用的可见透明的光敏化合物包含选自以下的化合物：二氰基-茚满二酮、二氰基-茚满二酮衍生物、苯并双噻二唑、苯并双噻二唑衍生物、苯并噻二唑、苯并噻二唑衍生物、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺或二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺衍生物。在一些实施例中，二氰基-茚满二酮具有式

任选地，Y为F、Cl、Br、烷氧基、烷基或芳基。任选地，n为整数0-5。任选地，X为C(CN)₂、O、S、C(O)或SO₂。任选地，Ar为芳基，如苯基、噻吩基、噻唑基等。任选地，t为1或2。任选地，X为。任选地，每个Z独立地为H或具有下式的基团：

其中波浪线表示与π系统的连接点，并且X、Y、Ar和n如上定义。

π系统的实例包含(其中一些也可能是稠合的π系统)：蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩双基(例如，蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩-1，6-二基)；4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩双基(例如，4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩-2，7-二基)；未经取代的和经5-取代的5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑双基(例如，5-甲基-5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑-2，8-二基)；未经取代的和经4-取代的4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯双基(例如，4-甲基-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基或4-(4-甲基苯基)-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基)；二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩双基(例如，二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩-2，6-二基)；噻吩并[3，2-b]噻吩双基(例如，噻吩并[3，2-b]噻吩-2，6-二基)。任选地，稠合的π系统包含未经取代的或经如芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代的基团。在一些实施例中，稠合的π系统具有式：

其中R^D可以任选为氢或烷基。在一些实施例中，π系统具有式：

其中R^D可以任选为氢或烷基。在一些实施例中，稠合的π系统具有式：

其中R^D可以任选为氢或烷基。π系统的实例还可以包含未稠合的部分，如胺基团，包含三苯胺双基(例如，N-苯基-二(苯-4，1-二基)胺)、硫代苯胺双基(例如，N-甲基-二(噻吩-2，5-二基)胺和N-苯基-(苯-4，1-二基)-(噻吩-2，5-二基)-胺)；联苯基双基(例如，1，1′-联苯-4，4′-二基)、噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)、亚苯基双基(例如，苯-1，4-二基)。任选地，所述稠合和未稠合的π系统包含未经取代的或经如芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代的基团。

在一些实施例中，苯并双噻二唑具有式

任选地，R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基。任选地，A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。任选地，X选自由O、S、Se和Te组成的组。在一些实施例中，R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自：

在一些实施例中，A₁和A₂独立地选自亚芳基和亚杂芳基。在一些实施例中，A₁和A₂是噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)。在一些此类实施例中，R₁、R₂、R₃、R₄中的每一个是芳基(例如，苯基)。

在一些实施例中，苯并噻二唑具有式

任选地，R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基。任选地，A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。任选地，X选自由O、S、Se和Te组成的组。在一些实施例中，R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自：

在一些实施例中，A₁和A₂独立地选自亚芳基和亚杂芳基。在一些实施例中，A₁和A₂是噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)。在一些此类实施例中，R₁、R₂、R₃、R₄中的每一个是芳基(例如，苯基)。通过选择具有脂肪族或芳香族基团的连接基(A基团)及其取代基(R基团)，可以容易地对结构进行修饰。另外，X基团可以选自O、N、S、Se或其组合。

在一些实施例中，二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺具有式

任选地，R₁和R₂独立地选自烷基和环烷基。任选地，A₁和A₂独立地选自亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。

本文所述的且用于可见透明的光伏装置中的光敏层的实例光敏化合物包含并入了二硫醇金属络合物的化合物，所述二硫醇金属络合物也被称为二硫醇金属化合物或二硫纶金属化合物，如二硫醇镍化合物、二硫醇钴化合物、二硫醇铁化合物、二硫醇锌化合物、二硫醇钼化合物、二硫醇钯化合物、二硫醇铂化合物等。在一些实例中，本文提供的光敏化合物具有式

在实施例中，每个M独立地为金属，如Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd或Pt。在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。在实施例中，每个A独立地为具有一个或多个R基取代基的稠合多环基团。任选地，一个或多个R基团各自独立地为甲氧基、二甲基氨基、氰基、噻唑基、苯基、马来酰亚胺基、萘基或菲基。

具有式：

的可见透明的光敏化合物可以进一步由下式表征：

具有式：

的可见透明的光敏化合物可以进一步由式

表征，其中每个A独立地为具有一个或多个R基取代基的稠合多环基团。例如，可见透明的光敏化合物可以具有式

具体的光敏化合物包含但不限于

用作可见透明的光伏装置中的光敏材料的本文所述的实例光敏化合物包含近红外吸收性供体-受体(近IRDA)分子、萘四甲酸二酰亚胺、双酰亚胺晕苯、荧蒽、心环烯(corannulene)及其衍生物。在一些实施例中，UV受体分子选自由以下组成的组：萘四甲酸二酰亚胺、萘四甲酸二酰亚胺衍生物、双酰亚胺晕苯、双酰亚胺晕苯衍生物、荧蒽、荧蒽衍生物、心环烯、心环烯衍生物及其组合。任选地，可见透明的光敏化合物表现出很少可见吸收或无可见吸收。例如，可见透明的光敏化合物可以表现出第一最大可见吸收强度，所述第一最大可见吸收强度介于受体材料的第一最大紫外吸收强度的0.1％与10％之间，如约0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。

在一些实施例中，萘四甲酸二酰亚胺具有式

任选地，X₁、X₂、X₃、X₄独立地为芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基或杂环基。任选地，R₁和R₂独立地为H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基或杂环基。任选地，每个X独立地为F、Cl、Br、烷基、烷氧基或芳基。任选地，每个下标n独立地为0、1、2、3、4或5。任选地，每个Y独立地为H、烷基、未经取代的芳基或经取代的芳基。任选地，每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基。

在一些实施例中，双酰亚胺晕苯具有式

任选地，每个R独立地为H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基或吸电子基团(例如，CN、卤素等)。

在一些实施例中，荧蒽具有式

在一些实施例中，心环烯具有根据本文所述的式VII的结构。任选地，R为H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基或杂环基。任选地，X和Y独立地为H或吸电子基团(例如，CN、卤素等)。任选地，Z₁和Z₂独立地为H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基或杂环基。

如将在下文进一步详细描述的，本文所述的萘四甲酸二酰亚胺、双酰亚胺晕苯、荧蒽和心环烯通常用作电子受体材料。

本文所述的且用于可见透明的光伏装置中的光敏层的实例光敏化合物包含并入了醌型结构、四氰基醌型噻吩结构、四氰基引达省结构、咔唑硫杂卟啉结构和二噻吩方酸菁结构的化合物。在一些实例中，本文提供的光敏化合物具有式

在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。在实施例中，每个n为0、1、2、3、4、5、6或7。在实施例中，每个X独立地为O、N-R、S或Se。在实施例中，每个A独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R是供体部分。任选地，一个或多个R是受体部分。

在实施例中，可见透明的光敏化合物(如醌型化合物)具有醌型骨架结构。实例醌型化合物或包含醌型骨架的化合物包含具有下式的化合物：

实例醌型化合物或包含醌型骨架的化合物包含具有下式的四氰基醌型噻吩化合物：

其可以进一步由下式表征：

其中m为0、1、2、3、4或5，如通过具有下式的化合物：

具体的光敏化合物包含具有下式的化合物：

应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。在一些实施例中，这些化合物在紫外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可见透明光敏化合物(如具有式：

的四氰基引达省化合物)可以进一步由下式表征：

应当理解的是，这些化合物在紫外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。在一些实施例中，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

用于可见透明的光伏电池的光敏层中的本文所述的实例光敏化合物包含酞菁和萘酞菁，如含铝(Al)的酞菁和萘酞菁、含钴(Co)的酞菁和萘酞菁、含铜(Cu)的酞菁和萘酞菁、含铁(Fe)的酞菁和萘酞菁、含铅(Pb)的酞菁和萘酞菁、含镁(Mg)酞菁和萘酞菁、含锰(Mn)的酞菁和萘酞菁、含镍(Ni)的酞菁和萘酞菁、含钯(Pd)的酞菁和萘酞菁、含铂(Pt)的酞菁和萘酞菁、含硅(Si)的酞菁和萘酞菁、含锡(Sn)的酞菁和萘酞菁、含钒(V)的酞菁和萘酞菁、含锌(Zn)的酞菁和萘酞菁及其衍生物。

在一些实施例中，酞菁化合物具有式

在一些实施例中，萘酞菁具有式

任选地，酞菁具有式

其中M是金属，并且A₁、A₂、A₃和A₄各自为经取代或未经取代的稠合芳香族环基。任选地，A₁、A₂、A₃或A₄中的至少一个具有与A₁、A₂、A₃或A₄中的至少另一个数目不同的稠合环。例如，A₁任选地包含与A₂、A₃或A₄中的至少一个数目不同的稠合环。以此方式，酞菁可以表现出非对称结构，所述非对称结构可以用于例如防止化合物在可见区域中进行吸收。

任选地，M选自Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂。任选地，每个M独立地包括金属，如Cu、Co、Ni、Zn、Mg、ClAl、SnCl₂、Pb、Pt或Pd。任选地，每个R₁到R₂₄独立地为H、F、Cl、苯基、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基或吸电子基团(例如，负电性有机配体或其它负电性取代基)。任选地，下标m、n、o和p独立地为整数1到5。任选地，每个X和每个Y独立地为H、F、Cl、Br、烷氧基、烷基或芳基。任选地，Z为Cl、＝O和-OH。任选地，每个X独立地选自由O、S、Se和Te组成的组。吸电子基团的实例包含但不限于磺酰基(例如，甲苯磺酰基、三氟甲磺酰基、甲磺酰基等)、卤代烷基(例如，三氟甲基、三氯甲基等)、氰基、磺酸盐、硝基和羧酸盐。

在另一方面，提供了可见透明的光敏化合物，所述光敏化合物可以用作例如可见透明的光伏装置的光敏层中的光敏材料。此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，并且每个X独立地为S、N或C-R。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团独立地为H、CH₃、F、Cl、CN、OCH₃、C(CH₃)₃或Ar-R，其中Ar为芳香族或杂芳香族基团，并且其中Ar-R对应于具有一个或多个R基取代基的芳香族基团或杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团独立地为噻唑基、苯基、吡啶基、咪唑基、吡咯基、噻吩基、萘基、芘基、吲哚基、苯并噻吩基、苯并咪唑基或苯并噻唑基。任选地，两个或更多个R基团形成未稠合的芳香族或杂芳香族基团，或者两个或更多个R基团形成稠合的芳香族或杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个Ar独立地为具有一个或多个R基取代基的芳香族或杂芳香族基团。作为另一个实例，光敏化合物可以具有式：

具体的可见透明的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个L基团独立地为单键或选自经取代或未经取代的亚烷基、经取代或未经取代的亚芳基或经取代或未经取代的亚杂芳基的二价连接基团，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，每个X独立地为S、N或C-R。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团独立地为H、CH₃、F、Cl、CN、OCH₃、C(CH₃)₃或Ar-R，其中Ar为芳香族或杂芳香族基团，并且其中Ar-R对应于具有一个或多个R基取代基的芳香族基团或杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团独立地为噻唑基、苯基、吡啶基、咪唑基、吡咯基、噻吩基、萘基、芘基、吲哚基、苯并噻吩基、苯并咪唑基或苯并噻唑基。任选地，两个或更多个R基团形成未稠合的芳香族或杂芳香族基团，或者其中两个或更多个R基团形成稠合的芳香族或杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个Ar独立地为具有一个或多个R基取代基的芳香族或杂芳香族基团。任选地，光敏化合物具有式：

具体的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中A1是包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，A1包括包含一个或多个R基取代基的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，A1包括未经取代的或经R取代的环基，所述环基包含以下中的一个或多个：噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑或三嗪环。任选地，每个A2包括包含一个或多个R基取代基的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，每个A2包括未经取代的或经R取代的环基，所述环基包含以下中的一个或多个：噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑或三嗪环。任选地，一个或多个R基团独立地为H、CH₃、F、Cl、CN、OCH₃、C(CH₃)₃或Ar-R，其中Ar为芳香族或杂芳香族基团，并且其中Ar-R对应于具有一个或多个R基取代基的芳香族基团或杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团独立地为噻唑基、苯基、吡啶基、咪唑基、吡咯基、噻吩基、萘基、芘基、吲哚基、苯并噻吩基、苯并咪唑基或苯并噻唑基。任选地，两个或更多个R基团形成未稠合的芳香族或杂芳香族基团，或者其中两个或更多个R基团形成稠合的芳香族或杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个X独立地为S、N或C-R。具体的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中A1是包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，A1包括包含一个或多个R基取代基的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，A1包括包含一个或多个R基取代基的稠合的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，每个A2包括包含一个或多个R基取代基的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，每个A2包括未经取代的或经R取代的环基，所述环基包含以下中的一个或多个：噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑或苯并噻唑。任选地，一个或多个R基团独立地为H、CH₃、F、Cl、CN、OCH₃、C(CH₃)₃或Ar-R，其中Ar为芳香族或杂芳香族基团，并且其中Ar-R对应于具有一个或多个R基取代基的芳香族基团或杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团独立地为噻唑基、苯基、吡啶基、咪唑基、吡咯基、噻吩基、萘基、芘基、吲哚基、苯并噻吩基、苯并咪唑基或苯并噻唑基。任选地，两个或更多个R基团形成未稠合的芳香族或杂芳香族基团，或者其中两个或更多个R基团形成稠合的芳香族或杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个A3独立地为包含一个或多个R基取代基的芳香族或杂芳香族基团。此方面的光敏化合物可以进一步由下式表征：

其中每个X独立地为S、N或C-R。具体的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

此方面的另一个光敏化合物可以具有式：

其中M是金属，每个A独立地为具有一个或多个R基取代基的稠合多环基团，并且每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，M为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd或Pt。任选地，一个或多个R基团各自独立地为甲氧基、苯基、二甲基氨基、氰基、噻唑基或苯基。任选地，A包含噻唑基、苯基、马来酰亚胺基、萘基、苊烯(acenaphthalene)基或菲基。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

任选地，此方面的化合物具有式：

具体的可见透明的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中M是金属，如Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd或Pt，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团独立地为甲氧基、苯基、二甲基氨基、氰基、噻唑基或苯基。应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

任选地，光敏化合物具有式

具体的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

在另一方面，提供了可见透明的光敏化合物，所述光敏化合物可以用作例如可见透明的光伏装置的光敏层中的光敏材料。此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，n为0、1、2、3、4、5、6或7，并且每个X独立地为O、N-R、S或Se。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团独立地为H、经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的芳香族基团或经取代或未经取代的杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物可以表现出最大近红外或紫外吸收强度和最大可见吸收强度，如大于所述最大可见吸收强度的最大近红外或紫外吸收强度。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中m为0、1、2、3、4或5。任选地，此方面的光敏化合物具有式：

具体的可见透明的光敏化合物包含具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物可以是可见透明的，并且其在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个A独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，A独立地为苯环或噻吩环。任选地，一个或多个R基团独立地为H、经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的芳香族基团或经取代或未经取代的杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物可以表现出最大近红外或紫外吸收强度和最大可见吸收强度，如大于所述最大可见吸收强度的最大近红外或紫外吸收强度。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

具体的实例光敏化合物包含

具有下式的化合物：

再次，应当理解的是，这些化合物可以是可见透明的，并且其在近红外中表现出的最大吸收强度可能比可见中的最大吸收强度强。

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团为H、经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的芳香族基团或经取代或未经取代的杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团为叔丁基。应当理解的是，这些化合物可以表现出最大近红外或紫外吸收强度和最大可见吸收强度，如大于所述最大可见吸收强度的最大近红外或紫外吸收强度。

例如，此方面的化合物可以具有式：

一个具体的实例光敏化合物包含

具有下式的化合物：

可替代地，此方面的光敏化合物可以具有式：

其中每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，一个或多个R基团为H、经取代或未经取代的C1-C6烷基、经取代或未经取代的C2-C6烯基、经取代或未经取代的芳香族基团或经取代或未经取代的杂芳香族基团。应当理解的是，这些化合物可以表现出最大近红外或紫外吸收强度和最大可见吸收强度，如大于所述最大可见吸收强度的最大近红外或紫外吸收强度。

例如，此方面的光敏化合物可以具有式：

一个具体的实例光敏化合物是具有下式的化合物：

有利地，所公开的光敏化合物表现出的最大或峰值近红外或紫外吸收强度大于最大或峰值可见吸收强度。在一些实施例中，所公开的光敏化合物表现出的积分近红外或紫外吸收系数大于积分可见吸收系数。例如，所公开的光敏化合物的一些实施例在可见波长带(450nm到650nm)之外，如在近红外波长带(650nm到1400nm)或紫外波长带(200nm到450nm)中，表现出峰吸收。通过优先吸收近红外或紫外辐射，所公开的光敏化合物可以表现出可见透明度，并且有利地用于并入到可见透明的光伏装置中。应当理解的是，在各个实施例中，可以针对特定的目标应用选择不同的最大可见吸收率或最小可见透射率。例如，在一些实施例中，一些应用可能需要30％的可见透射率或70％的吸收率。在其它实施例中，一些应用可能需要100％的可见透射率或0％的吸收率。以此方式，可见透明的光伏电池可以吸收一些可见光以及近红外和/或紫外光以产生光伏(或偶然吸收)，并且仍然满足目标可见透明度水平。

如本文所使用的，术语“可见透明(visible transparency和visiblytransparent等)”是指材料的特征，所述材料在可见谱带中表现出0％-70％(如约70％或以下、约65％或以下、约60％或以下、约55％或以下、约50％或以下、约45％或以下、约40％或以下、约35％或以下、约30％或以下、约25％或以下或约20％或以下)的总吸收率、平均吸收率或最大吸收率。换句话说，可见透明的材料可以透射入射可见光的30％-100％，如入射可见光的约80％或以上、入射可见光的约75％或以上、入射可见光的约70％或以上、入射可见光的约65％或以上、入射可见光的约60％或以上、入射可见光的约55％或以上、入射可见光的约50％或以上、入射可见光的约45％或以上、入射可见光约40％或以上、入射可见光的约35％或以上或入射可见光的约30％或以上。当人类观察时，通常认为可见透明的材料至少部分透明(即，不是完全不透明的)。任选地，当人类观察时，可见透明的材料可以是无色的(即，不表现出将提供特定颜色的外观的强烈的可见吸收特征)。

本文一般考虑各种不同的R基取代基。例如，在一些实施例中，一个或多个R基团独立地为H、CH₃、F、Cl、CN、OCH₃、C(CH₃)₃或Ar-R，其中Ar为芳香族或杂芳香族基团，并且其中Ar-R对应于具有一个或多个R基取代基的芳香族基团或杂芳香族基团。任选地，一个或多个R基团独立地为噻唑基、苯基、吡啶基、咪唑基、吡咯基、噻吩基、萘基、芘基、吲哚基、苯并噻吩基、苯并咪唑基或苯并噻唑基。在一些实施例中，两个或更多个R基团形成未稠合的芳香族或杂芳香族基团，或者两个或更多个R基团形成稠合的芳香族或杂芳香族基团。

所公开的光敏化合物和材料用于可见透明的光伏装置中，如包括以下的可见透明的光伏装置：可见透明基板；联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；联接至所述第一可见透明电极的第一可见透明活性层，如包括本文所述的光敏化合物的第一可见透明光敏层，所述第一可见透明光敏层表现出的最大近红外吸收强度大于最大可见吸收强度；联接至所述第一可见透明光敏层并且表现出的最大紫外吸收强度或最大近红外吸收强度大于最大可见吸收强度的第二可见透明光敏层；以及联接至所述第二可见透明光敏层的第二可见透明电极。

如将在下文进一步详细描述的，本文所述的光敏化合物可以用作电子供体材料或电子受体材料。在实施例中，所述第二可见透明光敏层可以包含第二光敏化合物，所述第二光敏化合物可以用作相反的材料，如当所述第一可见透明光敏层的光敏材料是电子供体材料时用作电子受体材料，或者当所述第一可见透明光敏层的光敏材料是电子受体材料时用作电子供体材料。用于光敏层中的光敏化合物可以具有任何合适的浓度。在一些实施例中，光敏化合物作为基本上纯的形式的层存在。然而，在一些实施例中，如在存在多个光敏化合物的情况下，光敏层可以作为混合形式存在，如电子受体材料和电子供体材料。不同的光敏材料可以具有任何合适的浓度或浓度比，以便在本文所述的装置中实现光伏发电。任选地，所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层独立地具有约1nm到约300nm的厚度。任选地，所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

可见透明的光伏装置中使用的其它层可以表现出用于透明光伏装置的操作的合适的组成和特性。例如，各种可见透明基板可以是合适的，如组成透明玻璃、透明聚合物等的基板。在一些实施例中，可见透明基板可以对近红外光(即，波长大于650nm的光)和/或紫外光(即，波长小于450nm的光)透明。以此方式，可见透明基板可以不吸收适合用于通过可见透明的光伏装置产生光伏能量的近红外和/或紫外光。然而，在一些实施例中，可见透明基板可以吸收红外和/或紫外光，这对于例如以下配置是有用的：可见透明基板用于阻挡穿过一个或多个光敏层之后的过量红外或紫外辐射入射辐射以防止或减少整体紫外和/或红外透射。有用的可见透明基板包含但不限于厚度为约50nm到约30mm的基板。

实例可见透明电极包含包括氧化铟锡或如铜、金、银、铝等导电元素的透明薄膜的电极。在可见透明电极包括导电元素的情况下，所述厚度可以使得即使导电元素在主体中可能是不透明的，但是当用作薄膜时，导电元素仍可以允许可见光的透射。有用的可见透明电极包含但不限于厚度为约1nm到约500nm的电极。

在本文所述的可见透明的光伏装置中可能存在其它层。例如，可见透明的光伏装置可以任选地包括一个或多个缓冲层，如设置在所述第一可见透明电极与所述第一可见透明光敏层之间的第一缓冲层和/或设置在所述第二可见透明光敏层与所述第二可见透明电极之间的第二缓冲层。有用的缓冲层可以用于多种目的并且包含各种组成。例如，在一些情况下，缓冲层可以包括本文所述的光敏材料或化合物。任选地，有用的缓冲层的厚度为约1nm到约500nm。

在另一方面，提供了方法，如制造可见透明的光敏材料的方法和制造可见透明的光伏装置的方法。在一个实施例中，此方面的方法包括提供透明基板；任选地，在所述透明基板上形成一个或多个光学层；形成第一透明电极；任选地，在所述第一透明电极上形成第一缓冲层；形成一个或多个光敏层，如包含本文所述的光敏化合物；任选地，形成第二缓冲层；形成第二透明电极；以及任选地在第所述二透明电极上形成一个或多个光学层。任选地，一个或多个缓冲层包含本文所述的光敏化合物。任选地，形成一个或多个层可以包含制备光敏化合物并沉积所述光敏化合物。下文描述了制备本文提供的各种光敏化合物的实例。

鉴于本公开，将理解这些不同步骤的变化。例如，可以将光敏层提供为包含电子受体和电子供体材料的单独层或混合层。可以使用不同的光学层，如折射率匹配层、抗反射层等。

包含真空沉积技术和溶液沉积技术的各种技术可以用于形成一个或多个层。在一实施例中，热蒸发用于沉积光敏化合物作为光敏层的一部分。应当理解的是，各种图案化技术可以用于制造可见透明的光伏装置的方法中。例如，可以任选地将可见透明电极图案化，可以任选地将可见活性光敏层图案化，可以任选地将缓冲层图案化，可以任选地将光学层图案化等。合适的图案化技术可以包含但不限于涉及光刻、掩膜、剥离、蚀刻等的图案化技术。

结合以下文本和附图，更详细地描述了本发明的这些和其它实施例和方面以及其许多优点和特征。

附图说明

图1A是示出根据本发明实施例的可见透明的光伏装置的简化示意图。

图1B提供了根据本发明实施例的可见透明的光伏装置中的一个或多个光敏层的各种配置的概述。

图2是简化图，其示出了太阳光谱、人眼敏感度和示例性透明光伏装置吸收随波长的变化。

图3是根据本发明实施例的可见透明的光伏装置的简化能级图。

图4A、图4B、图4C和图4D提供了示出不同电子受体和供体配置的实例吸收曲线的图，所述电子受体和供体配置可以包括光敏层。

图5提供了制造根据本发明实施例的可见透明的光伏装置的方法的概述。

图6提供了示出不同类别的有机分子的一般吸收特征和供体/受体行为的图。

图7A提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图7B提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图8提供了示出溶液中不同的可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图9提供了示出实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图10提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图11提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图12提供了示出溶液中不同的可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图13提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图14提供了示出溶液中不同的可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图15提供了示出实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图16提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图17提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图18提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图19提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图20提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图21提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图22提供了示出溶液中不同的可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图23示出了用于形成对称DiCN化合物的合成路线的实例。

图24示出了用于形成不对称DiCN化合物的合成路线的实例。

图25示出了用于形成DiCN-IDDT化合物的合成路线的实例。

图26示出了用于形成DiCN-DTCz化合物的合成路线的实例。

图27示出了用于形成DiCN-BODIPY化合物的合成路线的实例。

图28示出了用于形成DiCN-SO₂化合物的合成路线的实例。

图29示出了DiCN化合物的光谱特性。

图30示出了DiCN和DiCN-SO₂化合物的光谱特性。

图31提供了示出含有不对称DiCN受体A-16和CuPc供体的实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图32示出了用于制备苯并双噻二唑(BBT)化合物的合成路线的实例。

图33示出了光敏化合物的实例吸收光谱。

图34A提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图34B提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图35提供了示出溶液中不同的可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图36提供了示出实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图37提供了示出实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图38示出了用于形成萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)化合物的合成路线的实例。

图39示出了NTCDI化合物E-1的光谱特性。

图40A提供了示出含有NTCDI受体E-1和ClAlPc供体的实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图40B提供了示出具有含NTCDI化合物E-1的阴极缓冲层的实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图41示出了用于形成双酰亚胺晕苯(CBI)化合物的合成路线的实例。

图42A示出了用于形成荧蒽衍生物的合成路线的实例。

图42B示出了用于形成荧蒽衍生物的合成路线的实例。

图43提供了示出具有荧蒽受体和SubPc供体的实例光伏电池的实例电流密度随电压变化的数据。

图44示出了用于形成心环烯衍生物的合成路线的实例。

图45提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图46提供了示出实例可见透明光敏化合物的归一化吸收光谱的数据。

图47提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图48提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图49提供了示出实例可见透明光敏化合物的吸收光谱的数据。

图50提供了用于形成可见透明的光敏化合物的实例合成路线的概述。

图51示出了SnPc、SnNcCl₂和SnPcCl₂对UV/NIR的吸收。

图52比较了使用SnNcCl₂作为NIR吸收性供体材料的装置与使用ClAlPc(透明PV中使用的典型供体材料)的装置的外部量子效率。

图53比较了使用SnNcCl₂作为NIR吸收性供体材料的装置与使用ClAlPc(透明PV中使用的典型供体材料)的装置的电流电压性能。

图54比较了使用SnNcCl₂作为NIR吸收性供体材料的装置与使用ClAlPc(透明PV中使用的典型供体材料)的装置的能级。

图55示出了使用SnPcCl₂作为NIR受体的示例性装置的性能。

图56示出了分别使用SnNcCl₂和SnPcCl₂作为供体和受体材料的透明PV的电流-电压性能。

图57示出了分别使用SnNcCl₂和SnPcCl₂作为供体和受体材料的透明PV的外部量子效率性能。

图58示出了用于制备酞菁化合物的合成路线的实例。

图59示出了用于制备酞菁化合物的合成路线的实例。

图60A示出了酞菁J-14的光谱特性。

图60B示出了酞菁J-3的光谱特性。

图61示出了对酞菁J-1、酞菁J-2和酞菁J-3的光谱性质的比较。

具体实施方式

本公开涉及可见透明的光敏化合物和并入了可见透明的光敏化合物的可见透明的光伏装置。可见透明的光敏化合物在近红外区域或紫外区域中吸光较强，而在可见区域中吸光较弱，这允许在可见透明的光伏装置中使用所述可见透明的光敏化合物。所公开的可见透明的光伏装置包含可见透明电极，可见透明的光敏材料定位在所述可见透明电极之间。

所公开的可见透明的光敏化合物包含基于硼二吡咯亚甲基的光敏化合物，如基于二氨基二氟硼的有机染料以及相关的基于二氨基二氧硼的有机染料。实例可见透明的光敏化合物包含处于包含硼-氮键的环结构中的氟化或氧化的硼核。例如，所公开的光敏化合物具有

的共同结构特征，其中波状键表示连接到化合物的另一部分，所述另一部分可以是同一化合物的部分，也可以是不同的亚结构。应当理解的是，这些共同的结构特征可以如本文所示进行说明，但是其不同的组分可以是带电的，以满足所述化合物的价态要求。这些电荷可能未示出，但是本领域技术人员将理解。例如，硼原子可以表现出负电荷。作为另一个实例，氮原子可以表现出正电荷。任选地，氮原子可以表现出零电荷或负电荷。除了二氨基二氟硼或二氧硼组分之外，可见透明的光敏化合物的其它亚结构本质上可以是有机或杂有机的。例如，可见透明的化合物可以包含芳香族或杂芳香族物种、环状或杂环物种，可以对所述物种中的每一个进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

所公开的可见透明的光敏化合物包含近IR DA分子，如二氰基-茚满二酮、苯并双噻二唑、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺及其衍生物，可以对所述分子进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

所公开的可见透明的光敏化合物包含二硫醇金属染料。实例可见透明的光敏化合物包含二硫醇金属络合物，所述二硫醇金属络合物包含可以被官能化以调节化合物吸收的有机或杂有机取代基。例如，所公开的光敏化合物具有

的共同结构特征，其中波浪线表示所述结构连接到化合物的另一部分的位置，所述另一部分可以是同一化合物的部分(即，环或稠环结构)，也可以是不同的亚结构。除了二硫醇金属组分之外，可见透明的光敏化合物的其它亚结构本质上可以是有机或杂有机的。例如，可见透明的化合物可以包含芳香族或杂芳香族物种、环状或杂环物种，可以对所述物种中的每一个进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

所公开的可见透明的光敏化合物包含UV受体分子，如萘四甲酸二酰亚胺、双酰亚胺晕苯、荧蒽和心环烯，可以对所述分子进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

所公开的可见透明的光敏化合物包含四氰基醌型噻吩化合物、四氰基引达省化合物、咔唑硫杂卟啉化合物和二噻吩方酸菁化合物。可以对实例可见透明的光敏化合物进行官能化以调节化合物的吸收。在一些实施例中，所公开的光敏化合物包含二氰基亚甲基，其可以表示为

其中波浪线表示所述结构连接到化合物的另一部分的位置。在一些实施例中，所公开的光敏化合物可以包含两个二氰基亚甲基，并且被称为四氰基化合物。在一些实施例中，所公开的光敏化合物可以包含共轭结构或稠合的芳香族或杂芳香族环。除了这些组分之外，可见透明的光敏化合物的其它亚结构本质上可以是有机或杂有机的。例如，可见透明的化合物可以包含芳香族或杂芳香族物种、环状或杂环物种，可以对所述物种中的每一个进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

所公开的可见透明的光敏化合物包含酞菁，如含有Al、Co、Cu、Fe、Pb、Mg、Mn、Ni、Pd、Pt、Si、Sn、V、Zn等的酞菁，可以对所述酞菁进行官能化以获得合适的光学和/或物理学特性。

在一些实施例中，为了纯化所公开的可见光透明的光敏化合物，可能不期望非常高的分子量(例如，约500amu或更高、约550amu或更高、约600amu或更高、约650amu或更高、约700amu或更高、约750amu或更高、约800amu或更高或介于500amu与2000amu之间)，因为分子量非常高的化合物可能具有有限的挥发性，并且制备和纯化可见透明光敏化合物的方法可以采用基于蒸发或升华的纯化方法。另外，可以使用热蒸发技术将可见透明的光敏化合物沉积到可见透明的光伏装置中，并且使用热蒸发可能难以沉积分子量非常高的化合物。在各个实施例中，本文所述的可见透明的光敏化合物的分子量为200amu到700amu、约700amu或以下、约650amu或以下、约600amu或以下、约550amu或以下、约500amu或以下、约450amu或以下、约400amu或以下、约350amu或以下、约300amu或以下、约250amu或以下或约200amu或以下。

为了获得期望的光学性质，可见透明的光敏化合物可以表现出分子电子结构，其中近红外光的光子被吸收，从而使电子提升到更高的分子轨道，能量差与被吸收的电子的能量差匹配。表现出延长的芳香性或延长的共轭的化合物是有益的，因为具有延长的芳香性或延长的共轭的化合物可以表现出能量与近红外和/或紫外光子的能量相匹配的电子吸收。然而，在一些情况下，延长的芳香性或延长的共轭可能导致可见谱带(即，介于约450nm与约650nm之间)中的吸收。除了共轭和芳香性，还可以通过在可见透明光敏化合物的有机结构中包含杂原子(如氮或硫原子)来调节吸收特征。另外或可替代地，可以通过与可见透明光敏化合物的核心结构键合的给电子或吸电子基团(如卤素原子、烷基、烷氧基等)的存在和位置来调节吸收特征。进一步地，可以任选地通过光敏化合物内电子供体基团或电子受体基团的存在来调节吸收特征。

通常，本文中使用的术语和短语具有其本领域公认的含义，可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和上下文来找到所述术语和短语。提供以下定义以阐明其在本发明的上下文中的特定用途。

如本文所使用的，“最大吸收强度”是指在特定光谱区域(如紫外谱带(200nm到450nm或280nm到450nm)、可见谱带(450nm到650nm)或近红外谱带(650nm到1400nm))中的最大吸收值。在一些实例中，最大吸收强度可以对应于作为局部最大值或绝对最大值的吸收特征(如吸收带或峰)的吸收强度，并且可以被称为峰吸收。在一些实例中，特定谱带中的最大吸收强度可以不对应于局部最大值或绝对最大值，而是可以对应于特定谱带中的最大吸收值。例如，当吸收特征跨越多个谱带(例如可见和近红外)且所述吸收特征在可见谱带内存在的吸收值小于在近红外谱带内存在的吸收值时(如当吸收特征的峰定位在近红外谱带内而吸收特征的尾延伸到可见谱带时)，可能出现这种配置。在一些实施例中，本文描述的可见透明的光敏化合物可以在大于约650纳米的波长处(即，在近红外中)具有吸收峰，并且可见透明的光敏材料的吸收峰可以大于可见透明的光敏化合物在介于约450与650纳米之间的任何波长下的吸收。

在一个实施例中，分离或纯化所公开的组合物或化合物。在一个实施例中，如本领域中将理解的，经过分离或纯化的化合物是至少部分经过分离或纯化的。在一个实施例中，所公开的组合物或化合物的化学纯度为90％，任选地对于某些应用纯度为95％、任选地对于某些应用纯度为99％、任选地对于某些应用纯度为99.9％、任选地对于某些应用纯度为99.99％以及任选地对于某些应用纯度为99.999％。

本文公开的化合物任选地含有一个或多个可电离的基团。可电离的基团包含可除去质子的基团(例如，-COOH)或可添加质子的基团(例如，胺)以及可被季铵化的基团(例如，胺)。旨在将此类分子及其盐的所有可能的离子形式单独地包含在本文的公开内容中。关于本文描述的化合物的盐，应当理解的是，可以选择适合于针对给定应用制备本发明的盐的多种可用的抗衡离子。在具体的应用中，选择给定的阴离子或阳离子来制备盐可能导致所述盐的溶解度增加或降低。

所公开的化合物任选地含有一个或多个手性中心。因此，本公开包含外消旋混合物、非对映异构体、对映异构体、互变异构体和富含一个或多个立体异构体的混合物。包含手性中心的所公开的化合物涵盖所述化合物的外消旋形式，以及各个对映异构体及其非外消旋混合物。

如本文所使用的，术语“基团”和“部分”可以指化学化合物的官能团。所公开的化合物的基团是指作为化合物一部分的原子或原子的集合。所公开的化合物的基团可以通过一个或多个共价键连接到化合物的其它原子上。还可以根据基团的价态对基团进行表征。本公开包含表征为单价、二价、三价等价态的基团。在实施方式中，术语“取代基”与术语“基团”和“部分”可互换使用。

如本领域常规和众所周知的，本文公开的化学式中的氢原子并未总是明确地被示出，例如，与脂肪族、芳香族、脂环、碳环和/或杂环的碳原子键合的氢原子并非总是在所引用的结构式中明确示出。本文提供的结构(例如在对所引用的任何具体式和结构进行描述的上下文中)旨在传达所公开的方法和组合物的化合物的化学组成。应当理解的是，所提供的结构不指示具体原子位置和这些化合物的原子之间的键角。

如本文所使用的，术语“亚烷基(alkylene和alkylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的烷基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚烷基的化合物。在一些化合物中，亚烷基充当连接基团和/或间隔基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₁-C₂₀亚烷基、C₁-C₁₀亚烷基和C₁-C₅亚烷基。

如本文所使用的，术语“亚环烷基(cycloalkylene和cycloalkylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的环烷基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚环烷基的化合物。在一些化合物中，环烷基充当连接基团和/或间隔基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₃-C₂₀亚环烷基、C₃-C₁₀亚环烷基和C₃-C₅亚环烷基。

如本文所使用的，术语“亚芳基(arylene和arylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的芳基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚芳基的化合物。在一些实施例中，亚芳基是通过从芳基的芳香族环的两个环内碳原子上除去氢原子而衍生自芳基的二价基团。在一些化合物中，亚芳基充当连接基团和/或间隔基团。在一些化合物中，亚芳基充当生色团、荧光团、芳香触角、染料和/或成像基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₃-C₃₀亚芳基、C₃-C₂₀亚芳基、C₃-C₁₀亚芳基和C₁-C₅亚芳基。

如本文所使用的，术语“亚杂芳基(heteroarylene和heteroarylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的杂芳基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚杂芳基的化合物。在一些实施例中，亚杂芳基是通过从杂芳基的杂芳香族或芳香族环的两个环内碳原子或环内氮原子上除去氢原子而衍生自杂芳基的二价基团。在一些化合物中，亚杂芳基充当连接基团和/或间隔基团。在一些化合物中，亚杂芳基充当生色团、芳香族触角、荧光团、染料和/或成像基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₃-C₃₀亚杂芳基、C₃-C₂₀亚杂芳基、C₁-C₁₀亚杂芳基和C₃-C₅亚杂芳基。

如本文所使用的，术语“亚烯基(alkenylene和alkenylene grou)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的烯基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚烯基的化合物。在一些化合物中，亚烯基充当连接基团和/或间隔基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₂-C₂₀亚烯基、C₂-C₁₀亚烯基和C₂-C₅亚烯基。

如本文所使用的，术语“亚环烯基(cylcoalkenylene和cylcoalkenylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的环烯基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚环烯基的化合物。在一些化合物中，亚环烯基充当连接基团和/或间隔基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₃-C₂₀亚环烯基、C₃-C₁₀亚环烯基和C₃-C₅亚环烯基。

如本文所使用的，术语“亚炔基(alkynylene和alkynylene group)”同义使用，并且是指衍生自如本文所定义的炔基的二价基团。本公开包含具有一个或多个亚炔基的化合物。在一些化合物中，亚炔基充当连接基团和/或间隔基团。所公开的化合物任选地包含经取代和/或未经取代的C₂-C₂₀亚炔基、C₂-C₁₀亚炔基和C₂-C₅亚炔基。

如本文所使用的，术语“卤基/卤代(halo)”是指卤素基团，如氟(-F)、氯(-Cl)、溴(-Br)或碘(-I)。

术语“杂环”是指在环中除碳外还含有至少一个其它种类的原子的环结构。此类原子的实例包含硫、硒、碲、氮、磷、硅、锗、硼、铝和过渡金属。杂环的实例包含但不限于吡咯烷基、哌啶基、咪唑烷基、四氢呋喃基、四氢噻吩基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、哒嗪基、吡嗪基、吲哚基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、吡唑基、吡啶基、苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、三唑基和四唑基。杂环的原子可以与例如作为取代基提供的各种其它原子和官能团键合。

术语“碳环”是指在环中仅含有碳原子的环结构。碳环的碳原子可以与例如作为取代基提供的多种其它原子和官能团键合。

术语“脂环”是指非芳香族环的环。脂环包含碳环和杂环。

术语“脂肪族”是指非芳香族烃化合物和基团。脂肪族基团通常包含与一个或多个其它原子(如碳原子和氢原子)共价键合的碳原子。然而，脂肪族基团可以包含非碳原子(如氧原子、氮原子、硫原子等)来替代碳原子。未经取代的脂肪族基团仅包含氢取代基。经取代的脂肪族基团包含非氢取代基，如卤代基团和本文所述的其它取代基。脂肪族基团可以是直链、支链或环状的。脂肪族基团可以是饱和的，这意味着仅单键连接相邻的碳(或其它)原子。脂肪族基团可以是不饱和的，这意味着一个或多个双键或三键连接相邻的碳(或其它)原子。

烷基包含直链、支链和环状烷基。烷基包含具有1到30个碳原子的烷基。烷基包含具有1到3个碳原子的小型烷基。烷基包含具有4-10个碳原子的中等长度的烷基。烷基包含具有多于10个碳原子的长烷基，特别是具有10-30个碳原子的长烷基。术语环烷基具体是指具有环结构的烷基，如包括3-30个碳原子(任选地3-20个碳原子和任选地3-10个碳原子)的环结构，包含具有一个或多个环的烷基。环烷基包含具有一个或多个3元、4元、5元、6元、7元、8元、9元或10元碳环的环烷基，特别是具有一个或多个3元、4元、5元、6元或7元环的环烷基。环烷基中的碳环也可以带有烷基。环烷基可以包含双环和三环烷基。烷基任选地被取代。除其它外，经取代的烷基包含被芳基取代的烷基，所述芳基进而可以任选地被取代。具体的烷基包含甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、支链戊基、环戊基、正己基、支链己基和环己基，所有这些均任选地被取代。经取代的烷基包含完全卤化或半卤化的烷基，如具有被一个或多个氟原子、氯原子、溴原子和/或碘原子替换的一个或多个氢的烷基。经取代的烷基包含完全氟化或半氟化的烷基，如具有被一个或多个氟原子替换的一个或多个氢的烷基。

烷氧基是已经通过与氧连接而改性的烷基，并且可以由式R-O表示，并且也可以被称为烷基醚基。烷氧基的实例包含但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基和庚氧基。烷氧基包含经取代的烷氧基，其中基团的烷基部分如本文结合烷基的描述所提供的那样被取代。如本文所使用的，MeO-是指CH₃O-。

烯基包含直链、支链和环状烯基。烯基包含具有1个、2个或更多个双键的烯基以及其中两个或更多个双键为共轭双键的烯基。烯基包含具有2到20个碳原子的烯基。烯基包含具有2-4个碳原子的小型烯基。烯基包含具有5-10个碳原子的中等长度的烯基。烯基包含具有多于10个碳原子的长烯基，特别是具有10-20个碳原子的长烯基。环烯基包含其中双键位于环中或位于连接至环的烯基中的环烯基。术语环烯基具体是指具有环结构的烯基，包含具有一个或多个3元、4元、5元、6元、7元、8元、9元或10元碳环的烯基，特别是具有一个或多个3元、4元、5元、6元或7元环的环烯基。环烯基中的碳环也可以带有烷基。环烯基可以包含双环和三环烯基。烯基任选地被取代。除其它外，经取代的烯基包含被烷基或芳基取代的烯基，所述烷基或芳基进而可以任选地被取代。具体的烯基包含乙烯基、丙-1-烯基、丙-2-烯基、环丙-1-烯基、丁-1-烯基、丁-2-烯基、环丁-1-烯基、环丁-2-烯基、戊-1-烯基、戊-2-烯基、支链戊烯基、环戊-1-烯基、己-1-烯基、支链己烯基、环己烯基，所有这些均任选地被取代。经取代的烯基包含完全卤化或半卤化的烯基，如具有被一个或多个氟原子、氯原子、溴原子和/或碘原子替换的一个或多个氢的烯基。经取代的烯基包含完全氟化或半氟化的烯基，如具有被一个或多个氟原子替换的一个或多个氢原子的烯基。

芳基包含具有一个或多个5元、6元或7元芳香族和/或杂环芳香族环的基团。术语杂芳基具体是指具有至少一个5元、6元或7元杂环芳香族环的芳基。芳基可以含有一个或多个稠合的芳香族和杂芳香族环，或含有一个或多个芳香族或杂芳香族环与一个或多个可通过共价键稠合或连接的非芳香族环的组合。除其它外，杂环芳香族环可以在环中包含一个或多个N、O或S原子。除其它外，杂环芳香族环可以包含：具有一个、两个或三个N原子的杂环芳香族环；具有一个或两个O原子的杂环芳香族环；以及具有一个或两个S原子或具有一个或两个或三个N、O或S原子的组合的杂环芳香族环。芳基任选地被取代。除其它外，经取代的芳基包含被烷基或烯基取代的芳基，所述烷基或烯基进而可以任选地被取代。具体的芳基包含苯基、联苯基、吡咯烷基、咪唑啉基、四氢呋喃基、四氢噻吩基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、哒嗪基、吡嗪基、吲哚基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、吡唑基、吡啶基、苯并噁二唑基、苯并噻二唑基和萘基，所有这些均任选地被取代。经取代的芳基包含完全卤化或半卤代的芳基，如具有被一个或多个氟原子、氯原子、溴原子和/或碘原子替换的一个或多个氢的芳基。经取代的芳基包含完全氟化或半氟化的芳基，如具有被一个或多个氟原子替换的一个或多个氢的芳基。芳基包含但不限于与以下任何一种相对应的含芳香族基团或含杂环芳香族基团的基团：苯、萘、萘醌、二苯甲烷、芴、蒽、蒽醌、菲、并四苯、并四苯二酮、吡啶、喹啉、异喹啉、吲哚、异吲哚、吡咯、咪唑、噁唑、噻唑、吡唑、吡嗪、嘧啶、嘌呤、苯并咪唑、呋喃、苯并呋喃、二苯并呋喃、咔唑、吖啶、吖啶酮、菲啶、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、氧杂蒽、氧杂蒽酮、黄酮、香豆素、薁或蒽环。如本文所使用的，与以上所列基团相对应的基团明确包含芳香族或杂环芳香族基团，包含一价、二价和多价基团，本文列出的芳香族和杂环芳香族基团在任何合适的连接点处以共价键的形式提供在本发明的化合物中。在实施例中，芳基含有5到30个碳原子。在实施例中，芳基含有一个芳香族或杂芳香族六元环以及一个或多个另外的五元或六元芳香族或杂芳香族环。在实施例中，芳基在环中含有5到18个碳原子。芳基任选地具有一个或多个芳香族环或杂环芳香族环，所述芳香族环或杂环芳香族环具有一个或多个作为取代基提供的给电子基团、吸电子基团和/或靶向配体。

芳烷基(arylalkyl和alkylaryl group)是被一个或多个芳基取代的烷基，其中烷基任选地带有另外的取代基并且芳基任选地被取代。具体的芳烷基是经苯基取代的烷基，例如，苯基甲基。可替代地，芳烷基(arylalkyl和alkylaryl group)被描述为被一个或多个烷基取代的芳基，其中烷基任选地带有另外的取代基并且芳基任选地被取代。具体的芳烷基是经烷基取代的苯基，如甲基苯基。经取代的芳烷基包含完全卤化或半卤化的芳烷基，如具有一个或多个烷基的芳烷基和/或具有被一个或多个氟原子、氯原子、溴原子和/或碘原子替换的一个或多个氢的芳基。

关于本文描述的含有一个或多个取代基的任何基团，应当理解的是，此类基团不包含任何在空间上不切实际和/或在合成上不可行的取代或取代模式。另外，所公开的化合物包含由这些化合物的取代产生的所有立体化学异构体。烷基的任选取代包含被一个或多个烯基、芳基或两者取代，其中所述烯基或芳基任选地被取代。烯基的任选取代包含被一个或多个烷基、芳基或两者取代，其中所述烷基或芳基任选地被取代。芳基的任选取代包含芳基环被一个或多个烷基、烯基或两者取代，其中所述烷基或烯基任选地被取代。

除其它外，任何烷基、烯基和芳基的任选取代包含被以下取代基中的一个或多个取代：

卤素，包含氟、氯、溴或碘；

类卤化物，包含-CN；

-COOR，其中R为氢或烷基或芳基，或者更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；

-COR，其中R为氢或烷基或芳基，或者更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；

-CON(R)₂，其中每个R(与每个其它R彼此独立)为氢或烷基或芳基，或者更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；并且其中R和R可以形成环，所述环可以含有一个或多个双键并且可以含有一个或多个另外的碳原子；

-OCON(R)₂，其中每个R(与每个其它R彼此独立)为氢或烷基或芳基，并且更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；并且其中R和R可以形成环，所述环可以含有一个或多个双键并且可以含有一个或多个另外的碳原子；

-N(R)₂，其中每个R(与每个其它R彼此独立)为氢、或烷基、或酰基或芳基，或者更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或乙酰基，所有这些均任选地被取代；并且其中R和R可以形成环，所述环可以含有一个或多个双键并且可以含有一个或多个另外的碳原子；

-SR，其中R为氢或烷基或芳基，或者更具体地说，其中R为氢、甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；

-SO₂R或-SOR，其中R为烷基或芳基，或者更具体地说，其中R为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代；

-OCOOR，其中R为烷基或芳基；

-SO₂N(R)₂，其中每个R(与每个其它R彼此独立)为氢、烷基或芳基，所有这些均任选地被取代，并且其中R和R可以形成环，所述环可以含有一个或多个双键并且可以含有一个或多个另外的碳原子；

-OR，其中R为H、烷基、芳基或酰基，所有这些均任选地被取代。在特定的实例中，R可以为酰基，从而得到-OCOR″，其中R″为氢或烷基或芳基，并且更具体地说，其中R″为甲基、乙基、丙基、丁基或苯基，所有这些均任选地被取代。

具体的经取代的烷基包含卤代烷基，特别是三卤甲基，并且具体地说，三氟甲基。具体的经取代的芳基包含经单、二、三、四和五卤代取代的苯基；经单、二、三、四、五、六和七卤代取代的萘基；经3-或4-卤代取代的苯基、经3-或4-烷基取代的苯基、经3-或4-烷氧基取代的苯基、经3-或4-RCO取代的苯基、经5-或6-卤代取代的萘基。更具体地，经取代的芳基包含乙酰苯基，特别是4-乙酰苯基；氟苯基，特别是3-氟苯基和4-氟苯基；氯苯基，特别是3-氯苯基和4-氯苯基；甲基苯基，特别是4-甲基苯基；以及甲氧基苯基，特别是4-甲氧基苯基。

图1A是示出根据本发明实施例的可见透明的光伏装置的简化示意图。如图1A所示，可见透明的光伏装置100包含下文更充分讨论的许多层和元件。如关于图2所讨论的，可见透明表示光伏装置吸收例如在450nm到650nm的可见波长带之外的波长处的光能，同时基本上透射可见波长带内的可见光。如图1A所示，UV和/或NIR光在光伏装置的层和元件中被吸收，同时可见光透射穿过装置。因此，对本文提供的透明度的讨论应理解为可见透明度。

基板105可以是玻璃或其它可见透明的材料，其为所示出的其它层和结构、支撑光学层110和112提供足够的机械支撑。这些光学层可以提供多种光学特性，包含抗反射(AR)特性、波长选择性反射或分布式布拉格反射特性、折射率匹配特性、封装等。光学层可以有利地是可见透明的。例如，可以使用另外的光学层114作为AR涂层、折射率匹配层、无源红外或紫外吸收层等。任选地，光学层可以对紫外和/或近红外光透明，或对紫外和/或近红外谱带中的波长的至少一个子集透明。取决于配置，另外的光学层114也可以是无源可见吸收层。实例基板材料包含各种玻璃以及刚性或柔性聚合物。也可以使用多层基板。基板可以具有任何合适的厚度以提供其它层和结构所需的机械支撑，如例如1mm到20mm的厚度。在一些情况下，基板可以是粘合膜或包括粘合膜，以便允许将可见透明的光伏装置100施加到另一结构，如窗玻璃、显示装置等。

应当理解的是，尽管装置总体上可能表现出可见透明度，如在450-650nm范围内的透明度大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％或者达到或接近100％，但某些单独采用的材料可能会在可见光谱的部分中表现出吸收。任选地，可见透明的光伏装置中的每个单独的材料或层在可见范围内具有高透明度，如大于30％(即，介于30％与100％之间)的透明度。应当理解的是，透射或吸收可以表示为百分比，并且可以取决于材料的吸光度特性、穿过吸收性材料的厚度或路径长度以及吸收性材料的浓度，使得如果穿过吸收性材料的路径长度短和/或吸收性材料浓度低，则在可见光谱区域中具有吸光度的材料可能仍表现出低吸收率或高透射率。

如本文和下文中所述，各个光敏层中的光敏材料有利地在可见区域中表现出最小吸收(例如，小于20％、小于30％、小于40％、小于50％、小于60％或小于70％)而在近红外和/或紫外区域中表现出高吸收(例如，吸收峰大于50％、大于60％、大于70％或大于80％)。对于一些应用，可见区域中的吸收率可能高达70％。其它材料(如基板、光学层和缓冲层)的各种配置也可以使所述材料提供整体的可见透明度，即使这些材料可能表现出一定程度的可见吸收。例如，可以在透明电极中包含金属薄膜，如表现出可见吸收的金属，如Ag或Cu；然而，当以薄膜配置提供时，所述膜的整体透明度可能很高。类似地，包含在光学层或缓冲层中的材料可以在可见范围内表现出吸收，但是可以以可见光吸收总量低的浓度或厚度提供所述材料，从而提供可见透明度。

可见透明的光伏装置100还包含一组透明电极120和122，以及定位在电极120与122之间的光敏层140。可以使用ITO、金属薄膜或其它合适的可见透明材料进行制造的这些电极为所示各层中的一个或多个层提供电连接。例如，铜、银或其它金属的薄膜可能适合用作可见透明电极，即使这些金属可以吸收可见谱带中的光。然而，当以薄膜形式提供时，如厚度为1nm到200nm(例如，约5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm、约50nm、约55nm、约60nm、约65nm、约70nm、约75nm、约80nm、约85nm、约90nm、约95nm、约100nm、约105nm、约110nm、约115nm、约120nm、约125nm、约130nm、约135nm、约140nm、约145nm、约150nm、约155nm、约160nm、约165nm、约170nm、约175nm、约180nm、约185nm、约190nm或约195nm)的薄膜，所述薄膜在可见谱带中的整体透射率可能保持较高，如大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％或大于90％。有利地，当金属薄膜用作透明电极时，其在紫外谱带中表现出的吸收率可能比其它可用作透明电极的半导体材料(如ITO)的吸收率低，因为一些半导体透明导电氧化物表现出在紫外谱带中产生的带隙，因此这些氧化物对紫外光高度吸收或不透明。然而，在一些情况下，可以使用紫外吸收性透明电极以便从下面的组件中屏蔽至少一部分紫外光，因为紫外光可以降解某些材料。

可以使用多种沉积技术来生成透明电极，所述技术包含真空沉积技术，如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热蒸发、溅射沉积、外延等。在一些情况下也可以使用如旋涂等基于溶液的沉积技术。另外，可以使用微细加工领域中已知的技术对透明电极进行图案化，所述技术包含光刻、剥离、蚀刻等。

可以利用缓冲层130和132以及光敏层140来实施光伏装置的电学和光学特性。这些层可以是单一材料的层，或者可以包含适合于特定应用的多个子层。因此，术语“层”并非旨在表示单一材料的单个层，而是可以包含相同或不同材料的多个子层。在一些实施例中，以堆叠配置重复缓冲层130、光敏层140和缓冲层132，从而提供如包含多个异质结的串联装置配置。在一些实施例中，一个或多个光敏层包含电子供体材料和电子受体材料，二者也被称为供体和受体。这些供体和受体是可见透明的，但是在可见波长带之外进行吸收以提供装置的光敏特性。

有用的缓冲层包含充当电子传输层、电子阻挡层、空穴传输层、空穴阻挡层、激子阻挡层、光学间隔层、物理缓冲层、电荷复合层或电荷产生层的缓冲层。缓冲层可以表现出任何合适的厚度以提供期望的缓冲效果，并且可以任选地存在或不存在。当有用的缓冲层存在时，其厚度可以为1nm到1μm。各种材料可以用作缓冲层，包含富勒烯材料、碳纳米管材料、石墨烯材料、金属氧化物(如氧化钼、氧化钛、氧化锌等)、聚合物(如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺等)、共聚物、聚合物混合物和小分子(如浴铜灵)。可以使用沉积工艺(例如，热蒸发)或溶液加工方法(例如，旋涂)来施加缓冲层。

图1B描绘了光敏层140的各种实例单一联结配置的概述。光敏层140可以任选地对应于混合供体/受体(本体异质结)配置、平面供体/受体配置、平面和混合供体/受体配置或梯度供体/受体配置。各种材料可以用作光敏层140，如在紫外谱带或近红外谱带中进行吸收的材料，但所述材料在可见谱带中仅吸收最小(如果有的话)。以此方式，可以使用光敏材料产生电子-空穴对，以便通过紫外和/或近红外吸收为外部电路供电，从而使可见光相对不受干扰，进而提供可见透明度。如图所示，光敏层140可以包括平面异质结，所述平面异质结包含单独的供体层和受体层。可替代地，光敏层140可以包括平面-混合的异质结结构，所述平面-混合的异质结结构包含单独的受体层和供体层以及混合的供体-受体层。可替代地，光敏层140可以包括混合的异质结结构，所述混合的异质结结构包含完全混合的受体-供体层或包含具有各种相对浓度梯度的混合的供体-受体层的层。

光敏层可以具有任何合适的厚度，并且可以具有任何合适浓度或组成的光敏材料，以提供期望的透明度水平和紫外/近红外吸收特征。光敏层的实例厚度可以在约1nm到约1μm、约1nm到约300nm或约1nm到约100nm的范围内。在一些情况下，光敏层可以由单独的子层或层的混合物组成以提供合适的光伏发电特征，如图1B所示。可以使用图1B中描绘的各种配置，并取决于所使用的特定供体和受体材料，以提供有利的光伏发电。例如，一些供体和受体的组合可以得益于特定的配置，而其它供体和受体的组合可以得益于其它特定的配置。可以以任何比例或浓度提供供体材料和受体材料以提供合适的光伏发电特征。对于混合层，供体对受体的相对浓度任选地介于约20比1与约1比20之间。任选地，供体对受体的相对浓度任选地介于约5比1与约1比5之间。任选地，供体和受体以1比1的比率存在。

应当理解的是，在各个实施例中，可见透明的光伏装置100包括透明电极120、光敏层140和透明电极122，并且可以任选地包含或排除基板105、光学层110、112和114以及缓冲层130和132中的任何一个或多个。

如本文更充分描述的，本发明的实施例包含用于缓冲层、光学层和/或光敏层中的一个或多个的基于二氨基二氟硼的有机染料和相关的基于二氨基二氧硼的有机染料。这些化合物可以包含用于修饰核结构的电学和/或光学特性的适当官能化的版本。例作为一个实例，所公开的化合物可以包含官能团，所述官能团在在介于450nm与650nm之间的可见波长带中降低吸收特性并且在波长大于650nm的NIR带中提高吸收特性。

作为一个实例，在一些实施例中，所公开的可见透明的光敏化合物可以用作电子供体光敏材料，并且可以与合适的电子受体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。任选地，所公开的可见透明的光敏化合物可以用作电子受体光敏材料，并且可以与合适的电子供体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。实例供体和受体材料描述于美国临时申请第62/521,154号、第62/521,158号、第62/521,160号、第62/521,211号、第62/521,214和第62/521,224号中，所述申请各自于2017年6月16日提交，通过引用整体并入本文。

在实施例中，可以用一个或多个导向基团(如给电子基团、吸电子基团或位于核心金属原子附近或位于核心金属原子上的取代基)对所公开的光敏化合物的化学结构进行官能化，以便为材料提供期望的电学特性。例如，在一些实施例中，用胺基、酚基、烷基、苯基或其它给电子基团对光敏化合物进行官能化，以提高材料在光伏装置中充当电子供体的能力。作为另一个实例，在一些实施例中，用氰基、卤素、磺酰基或其它吸电子基团对光敏化合物进行官能化，以提高材料在光伏装置中充当电子受体的能力。

在实施例中，对光敏化合物进行官能化以提供期望的光学特性。例如，在一些实施例中，可以用延长共轭对光敏化合物进行官能化以使材料的吸收曲线红移。应当理解的是，共轭可以指分子中π电子的离域，并且可以通过分子结构中的单键和多键交替来表征。例如，延长电子共轭的官能化可以包含将一个或多个芳香族基团稠合到材料的分子结构中。可以提供延长共轭的其它官能化包含烯烃官能化(如通过乙烯基)、芳香族或杂芳香族官能化、羰基官能化(如通过酰基)、磺酰基官能化、硝基官能化、氰基官能化等。应当理解的是，各种分子官能化可能影响光敏化合物的光学和电学特性。

应当理解的是，装置功能可能受到固态活性层的形态的影响。将电子供体和受体分成离散域对于实现高装置效率可能是有利的，所述离散域的尺寸以激子扩散长度和大的界面面积为尺度。有利地，可以定制光敏材料的分子框架以控制材料的形态。例如，本文所述的官能团的引入可以对固态材料的形态产生重大影响，不论这种改性是否影响材料的能量或电子特性。可以在纯材料中以及将特定材料与相应的供体或受体混合时观察到这种形态上的变化。控制形态的有用官能包含但不限于添加烷基链、共轭连接基、氟化烷烃、大体积基团(例如，叔丁基、苯基、萘基或环己基)以及旨在将结构的某些部分压出分子平面以抑制过度结晶的更复杂的偶联程序。

在实施例中，其它分子结构特征可以在光敏化合物中提供期望的电学和光学特性。例如，在一些实施例中，光敏化合物可以表现出的分子部分的可表征为给电子，而分子的其它部分可表征为吸电子。不希望受到任何理论的束缚，与缺少交替的给电子和吸电子部分的类似分子相比，包含交替的给电子和吸电子部分的分子可能导致所述分子的吸收特征发生红移。例如，交替的给电子和吸电子部分可以减少或以其它方式导致介于最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的较低能隙。在本文所述的可见透明的光敏化合物中，有机供体和/或受体基团可以用作R基取代基，如任何芳基、芳香族、杂芳基、杂芳香族、烷基或烯基上的取代基。

可以被视为强受体基团的

实例有机受体基团包含：可以被视为中等受体基团的

实例有机受体基团包含：可以被视为较弱受体基团的

对于所示出的有机受体基团，R^A可以任选地为例如氢或烷基。进一步地，波浪线表示所示结构连接到另一子结构的位置。

实例有机供体基团包含：可以被视为强供体基团的

实例有机供体基团包含：可以被视为中等供体基团的

实例有机供体基团包含：可以被视为较弱供体基团的

对于所示出的有机供体基团，R^D可以任选地为例如氢或烷基。进一步地，波浪线表示所示结构连接到另一子结构的位置。

在实施例中，光敏化合物可以表现出对称结构，如具有两个或更多个对称点的结构。对称结构可以包含核心基团在相反侧被相同基团官能化的结构，或相同核心基团中的两个彼此稠合或以其它方式键合的结构。在其它实施例中，光敏化合物可以表现出不对称结构，如具有少于两个对称点的结构。不对称结构可以包含核心基团在相反侧被不同的基团官能化的结构，或两个不同的核心基团彼此稠合或以其它方式键合的结构。

当将本文所述的材料作为透明光伏装置中的光敏层并入作为电子供体或电子受体时，可以控制层厚度以改变装置的输出、吸光度或透射率。例如，增加供体层或受体层的厚度可以增加所述层中的光吸收。在一些情况下，增加供体层或受体层中供体/受体材料的浓度可以类似地增加所述层中的光吸收。然而，在一些实施例中，如当活性材料层包括纯的或基本上纯的供体/受体材料层或纯的或基本上纯的供体/受体材料混合物时，供体/受体材料的浓度可能是不可调节的。任选地，供体/受体材料可以提供在溶剂中或悬浮在如缓冲层材料等载体中，在这种情况下，可以调节供体/受体材料的浓度。在一些实施例中，在产生的电流最大化的情况下选择供体层浓度。在一些实施例中，在产生的电流最大化的情况下选择受体层浓度。

然而，由于载荷子的“行进距离”增加，电荷收集效率可能会随着供体或受体厚度的增加而降低。因此，随着层厚度的增加，在增加的吸收和减少的电荷收集效率之间可能需要权衡。因此，可能有利的是，选择如本文所述的具有高吸收系数和/或浓度的材料以允许每厚度的光吸收增加。在一些实施例中，在产生的电流最大化的情况下选择供体层厚度。在一些实施例中，在产生的电流最大化的情况下选择受体层厚度。

除了由本文描述的材料形成的各个光敏层厚度之外，还可以选择透明光伏装置中的其它层的厚度和组成以增强光敏层内的吸收。在薄膜装置堆叠并导致光腔的情况下，通常基于层的光学特性(折射率和消光系数)来选择其它层(缓冲层、电极等)。例如，可以将近红外吸收性光敏层定位在近红外波长的光场的峰中，光敏层在所述峰处进行吸收以实现最大吸收率并导致装置所产生的电流。这可以通过使用第二光敏层和/或光学层作为间隔物将光敏层与电极隔开适当的距离来实现。类似的方案可以用于紫外吸收性光敏层。在许多情况下，与较短波长的光场的峰相比，将较长波长的光场的峰定位在离反射性更强的两个透明电极更远的地方。因此，当使用单独的供体和受体光敏层时，可以选择供体和受体以将吸收更多红色(较长波长)的材料定位在离反射性更强的电极更远的地方，并将吸收更多蓝色(较短波长)的材料定位在更靠近反射性更强的电极的地方。

在一些实施例中，可以包含光学层以增加供体在供体层中进行吸收的波长处的光场强度，从而增加光吸收并因此增加由供体层产生的电流。在一些实施例中，可以包含光学层以增加在受体在受体层中进行吸收的波长处的光场强度，从而增加光吸收并因此增加由受体层产生的电流。在一些实施例中，光学层可以用于通过减少可见吸收或可见反射来改善堆叠的透明度。进一步地，可以选择电极材料和厚度以增强光敏层内可见范围之外的吸收，同时优先透射可见范围内的光。

任选地，通过使用被称为串联电池的可见透明光伏装置的多电池串联堆叠来增强可见透明光伏装置的光谱覆盖，所述多电池串联堆叠可以被包含为参照图1A所描述的缓冲层130、光敏层140和缓冲层132的多个堆叠的实例。这个体系结构包含多于一个光敏层，所述光敏层通常由例如一个或多个缓冲层和/或薄金属层的组合分隔开。在这个体系结构中，在每个子电池中产生的电流串联流向相对的电极，因此，电池中的净电流受到例如特定子电池产生的最小电流的限制。开路电压(VOC)等于子电池的VOC之和。通过组合用在太阳光谱的不同区域中进行吸收的不同供体-受体对制造的子电池，相对于单个结电池，可以实现效率的显著改善。

下文提供了关于在缓冲层和光敏层中的一个或多个层(包含供体层和/或受体层)中使用的材料的另外的描述。

图2是简化图，其示出了太阳光谱、人眼敏感度和示例性可见透明光伏装置吸收随波长的变化。如图2所示，本发明的实施例利用光伏结构，所述光伏结构在介于约450nm与约650nm之间的可见波长带中具有低吸收，但是在UV和NIR谱带中(即，在可见波长带之外)进行吸收，从而能够实现透明的光伏操作。在实施例中，可以将紫外谱带或紫外区域描述为介于约200nm与450nm之间的光的波长。应当理解的是，地面水平上有用的太阳辐射可以具有小于约280nm的有限量的紫外线，因此，在一些实施例中，可以将紫外谱带或紫外区域描述为介于约280nm与450nm之间的光的波长。在实施例中，可以将近红外谱带或近红外区域描述为介于约650nm与1400nm之间的光的波长。本文所述的各种组合可以表现出包含NIR峰的吸收，其中可见区域中的最大吸收强度小于NIR区域中的最大吸收强度。

图3提供了用于实例有机光伏装置(如可见透明的光伏装置100)的操作的示意性能级图概述。例如，在此类光伏装置中，各种光敏材料可以根据其分子特性和用于缓冲层、电极等的材料的类型而表现出电子供体或电子受体特征。如图3所示，供体和受体材料中的每一个材料均具有最高的占据分子轨道(HOMO)和最低的未占据分子轨道(LUMO)。可以通过吸收光子来赋予电子从HOMO到LUMO的跃迁。材料在HOMO和LUMO之间的能量(HOMO-LUMO间隙)近似地代表所述材料的光学带隙的能量。对于可用于本文提供的透明光伏装置的电子供体和电子受体材料，电子供体和电子受体材料的HOMO-LUMO间隙优选地落在可见范围内的光子能量之外。例如，取决于光敏材料，HOMO-LUMO间隙可以位于紫外区域或近红外区域中。应当理解的是，HOMO与常规导体或半导体中的价带相当，而LUMO与常规导体或半导体中的导带相当。

许多有机分子(如有机半导体)的吸收光谱较窄，这可能会导致使用单个分子物种吸收整个吸收光谱变得困难。因此，通常将电子供体和受体分子进行配对以提供互补的吸收光谱并增加光吸收的光谱覆盖。另外，选择供体和受体分子以使其能级(HOMO和LUMO)相对于彼此有利。供体和受体的LUMO能级差异为在供体上产生的电子-空穴对(激子)的解离提供了驱动力，而供体和受体的HOMO能级差异为在受体上产生的电子-空穴对(激子)的解离提供了驱动力。在一些实施例中，受体可以具有高的电子迁移率以将电子有效地传输到相邻的缓冲层。在一些实施例中，供体可以具有高的空穴迁移率以将空穴有效地传输到缓冲层。另外，在一些实施例中，可以增加受体的LUMO能级与供体的HOMO能级之间的差以增加开路电压(VOC)，因为已经显示VOC与受体的LUMO和供体的HOMO之间的差成正比。如下文参考图6所描述的，可以通过适当地将本文所述的一种材料与互补材料进行配对来完成光敏层内的这种供体-受体配对，所述互补材料可以是本文所述的不同的可见透明光敏化合物或完全独立的材料体系。

选择与供体相邻的缓冲层(通常被称为阳极缓冲层或空穴传输层)以使缓冲层的HOMO能级或价带(在无机材料的情况下)在能量图景中与供体的HOMO能级对齐，从而将空穴从供体传输到阳极(透明电极)。在一些实施例中，缓冲层可以具有高空穴迁移率。选择与受体相邻的缓冲层(通常被称为阴极缓冲层或电子传输层)以使缓冲层的LUMO能级或导带(在无机材料的情况下)在能量图景中与受体的LUMO能级对齐，从而将电子从受体传输到阴极(透明电极)。在一些实施例中，缓冲层可以具有高电子迁移率。

图4A、图4B、图4C和图4D提供了示出可见透明光伏装置的不同电子供体和电子受体配置的实例吸收带的图。在图4A中，供体材料在NIR中表现出吸收，而受体材料在UV中表现出吸收。图4B描绘了相反的配置，其中供体材料在UV中表现出吸收，而受体材料在NIR中表现出吸收。

图4C描绘了另外的配置，其中供体和受体材料均在NIR中表现出吸收。如图所示，太阳光谱在NIR中表现出显著量的有用辐射，而在紫外中仅表现出相对少量的辐射，从而使图4C中描绘的配置可用于从太阳光谱中捕获大量能量。应当理解的是，考虑了供体和受体材料均在NIR中表现出吸收的其它实施例，如图4D中所描绘的，受体相对于供体蓝移，而图4C中描绘了相反的配置，其中供体相对于受体蓝移。

本发明还提供了用于制造可见透明的光伏装置(如可见透明的光伏装置100)的方法。例如，图5提供了用于制造根据一些实施例的可见透明的光伏装置的方法500的概述。方法500从框505开始，在所述框处，提供透明基板。应当理解的是，有用的透明基板包含可见透明的基板，如玻璃、塑料、石英等。各个实施例中可以使用柔性和刚性基板。任选地，透明基板具有在顶表面和/或底表面上预形成的一个或多个光学层。

在框510处，任选地在透明基板上或在透明基板上方(如在透明基板的顶表面和/或底表面上)形成一个或多个光学层。任选地，在其它材料(如中间层或材料，如透明导体)上形成一个或多个光学层。任选地，将一个或多个光学层定位成与可见透明基板相邻和/或与可见透明基板接触。应当理解的是，光学层的形成是任选的，并且一些实施例可能不包含与透明基板相邻和/或与透明基板接触的光学层。可以使用多种方法来形成光学层，所述方法包含但不限于一种或多种化学沉积方法(如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积和原子层沉积)或一种或多种物理沉积方法(如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解的是，有用的光学层包含可见透明的光学层。有用的光学层包含提供一种或多种光学性质的光学层，所述光学特性包含例如抗反射特性、波长选择性反射或分布式布拉格反射特性、折射率匹配性特性、封装等。有用的光学层可以任选地包含对紫外和/或近红外光透明的光学层。然而，取决于配置，一些光学层可以任选地提供无源红外和/或紫外吸收。任选地，光学层可以包含本文所述的可见透明的光敏化合物。

在框515处，形成透明电极。如上所述，透明电极可以对应于氧化铟锡薄膜或其它透明导电膜，如金属薄膜(例如，Ag、Cu等)、包括金属薄膜(例如，Ag、Cu等)和介电材料的的多层堆叠或导电有机材料(例如，导电聚合物等)。应当理解的是，透明电极包含可见透明的电极。可以使用一种或多种沉积工艺形成透明电极，所述沉积工艺包含真空沉积技术，如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热蒸发、溅射沉积、外延等。在一些情况下也可以使用如旋涂等基于溶液的沉积技术。另外，可以通过如光刻、剥离、蚀刻等微制造技术将透明电极图案化。

在框520处，任选地在如透明电极上形成一个或多个缓冲层。可以使用多种方法来形成缓冲层，所述方法包含但不限于一种或多种化学沉积方法(如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积和原子层沉积)或一种或多种物理沉积方法(如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解的是，有用的缓冲层包含可见透明的缓冲层。有用的缓冲层包含充当电子传输层、电子阻挡层、空穴传输层、空穴阻挡层、光学间隔层、物理缓冲层、电荷复合层或电荷产生层的缓冲层。在一些情况下，所公开的可见透明的光敏化合物可以用作缓冲层材料。例如，缓冲层可以任选地包含本文所述的可见透明的光敏化合物。

在框525处，任选地在如缓冲层上或透明电极上形成一个或多个光敏层。如上所述，光敏层可以包括电子受体层和电子供体层或电子供体和受体的共沉积层。有用的光敏层包含包括本文所述的可见透明光敏化合物的光敏层。可以使用多种方法来形成光敏层，所述方法包含但不限于一种或多种化学沉积方法(如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积和原子层沉积)或一种或多种物理沉积方法(如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。

在一些实例中，可以使用如热蒸发等真空沉积技术来沉积可用于光敏层的可见透明的光敏化合物。可以在真空室内(如介于约10^-5托尔与约10^-8托尔之间的压力下)进行真空沉积。在一个实例中，可以在约10^-7托尔的压力下进行真空沉积。如上所述，可以应用各种沉积技术。在一些实施例中，使用热蒸发。热蒸发可以包含将待沉积的材料(即，可见透明的光敏化合物)的源加热到介于200℃与500℃之间的温度。可以选择材料源的温度以实现介于约0.01nm/秒与约1nm/秒之间的薄膜生长速率。例如，可以使用0.1nm/秒的薄膜生长速率。可以使用这些生长速率在几分钟到几小时的过程中产生厚度介于约1nm与500nm之间的薄膜。应当理解的是，被沉积的材料的各种特性(例如，分子量、挥发性、热稳定性)可以决定或影响源温度或最高有用源温度。例如，被沉积的材料的热分解温度可能会限制源的最高温度。作为另一个实例，与挥发性较小的材料相比，高挥发性的被沉积的材料可能需要较低的源温度以实现目标沉积速率，在所述挥发性较低的材料中，可能需要较高的源温度来实现目标沉积速率。当被沉积的材料从源蒸发时，其可以在较低的温度下沉积在表面(例如，基板、光学层、透明电极、缓冲层等)上。例如，表面可以具有约10℃到约100℃的温度。在一些情况下，可以主动控制表面温度。在一些情况下，可能无法主动控制表面温度。

在框530处，任选地在如光敏层上形成一个或多个缓冲层。在框530处形成的缓冲层可以类似于在框520处形成的缓冲层。应当理解的是，框520、525和530可以重复一次或多次，以形成包含光敏层和任选的各个缓冲层的多层材料堆叠。

在框535处，如在缓冲层上或在光敏层上形成第二透明电极。可以使用适用于在框515处形成第一透明电极的技术来形成第二透明电极。

在框540处，任选地在如第二透明电极上形成一个或多个另外的光学层。

应当理解的是，图5中示出的具体步骤提供了制造根据本发明的各个实施例的可见透明的光伏装置的特定方法。根据替代性实施例，也可以执行其它步骤顺序。例如，本发明的替代性实施例可以以不同的顺序执行上文概述的步骤。此外，图5中示出的各个步骤可以包含多个子步骤，可以按照适合于各个步骤的各种顺序来执行所述子步骤。此外，取决于特定的应用，可以添加或删除另外的步骤。应当理解的是，可以使用许多变化、修改和替代。

可以任选地将方法500扩展成对应于用于产生电能的方法。例如，用于产生电能的方法可以包括提供可见透明的光伏装置，如通过根据方法500制造可见透明的光伏装置。用于产生电能的方法可以进一步包括将可见透明的光伏装置暴露于可见的紫外和/或近红外光来驱动如上文参考图3所描述的电子-空穴对的形成和分离，从而产生电能。可见透明的光伏装置可以包含作为光敏材料、缓冲材料和/或光学层的本文描述的可见透明的光敏化合物。

图6提供了示出不同类别的光敏化合物的一般吸收特征和供体/受体行为的图。在可见光透明的光伏装置中有用的可见透明光敏层可以包含所示出的不同类别的一个或多个光敏化合物。例如，本文所述的光敏化合物可以作为受体化合物与图6描绘的类别的另一个光敏化合物一起并入可见透明的光敏层中。

在一些实例中，本文所述的基于硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的化合物可以作为供体或受体化合物与图6描绘的类别的另一个光敏化合物一起并入可见透明的光敏层中。作为一个实例，如果使用基于硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的化合物作为电子供体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子受体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。类似地，如果将基于硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的化合物用作电子受体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子供体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。

在一些情况下，所公开的光敏化合物可能落入所示出的受体-供体-受体结构(A-D-A)内，并且可以用作近红外吸收性电子受体光敏材料并与对等的图6所示类别的电子供体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。

作为另一个实例，本文所述的酞菁可以作为供体或受体化合物与图6描绘的类别的另一个光敏化合物一起并入可见透明的光敏层中。作为一个实例，如果将酞菁用作电子供体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子受体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。类似地，如果将酞菁用作电子受体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子供体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。

作为一般性实例，本文所述的化合物可以作为受体化合物与图6描绘的类别的另一个供体光敏化合物一起并入可见透明的光敏层中。作为一个实例，如果使用所述化合物作为电子受体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子供体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。作为另一个一般性实例，本文所述的光敏化合物可以作为供体化合物与图6描绘的类别的另一个受体光敏化合物一起并入可见透明的光敏层中。作为一个实例，如果将所述化合物用作电子供体光敏材料，则可以将其与对等的图6所示类别的电子受体光敏材料进行配对，以便在光伏装置中提供有用的光敏层。

作为一般性实例，可以将TAPC或其衍生物用作UV吸收性电子供体。作为另一个一般性实例，可以任选地将富勒烯或富勒烯衍生物用作UV吸收性电子受体。作为另一个一般性实例，可以将花菁盐用作近红外吸收性电子供体。作为另一个一般性实例，可以将具有供体-受体-供体结构(D-A-D)的分子用作近红外吸收性电子供体光敏材料或电子受体光敏材料。作为另一个一般性实例，可以将具有受体-供体-受体结构(A-D-A)的分子用作近红外吸收性电子受体光敏材料。上文描述了D-A-D和A-D-A结构的实例受体基团和供体基团。在一些情况下，所示的不同类别可能表现出重叠吸收特征(即，光谱范围)。然而，令人期望的是，从不同的光谱区域中选择具有吸收特征或不具有重叠吸收特征或具有不同峰吸收波长的对等光敏化合物。

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含基于硼-二吡咯亚甲基的化合物，如基于二氟硼的有机染料和相关的基于二氧硼的有机染料。在一些实例中，光敏化合物表现出比最大可见吸收强度更大的最大近红外吸收强度，并且具有化学式

在实施例中，每个X独立地为S、N或C-R。在实施例中，每个L基团独立地为单键或选自经取代或未经取代的亚烷基、经取代或未经取代的亚芳基或经取代或未经取代的亚杂芳基的二价连接基团。在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

图7A和图7B提供了用于制备可见透明的光敏化合物(如具有式

的光敏化合物)的实例合成方案。应当理解的是，可以形成具有相同分子式但具有不同结构配置(即，结构异构体)的化合物，这与图7A和图7B之间的差异形成对比。参考图7A，应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使最终产物中含硼环的5元环侧基被除经对位取代的苯基之外的其它结构取代，如被

取代，例如

类似地，参考图7B，应当理解的是，可以对添加侧基苯基或噻吩的反应物进行许多不同的取代，以形成确定的最终反应产物。例如，取代可以包含经取代的苯环(例如，经烷基取代的、经卤素取代的、经烷氧基取代的等)。可以类似地添加其它侧环结构，如萘基、菲基、蒽基等。另外，可以用其它结构取代图7A的1，2-二氰基苯起始反应物(如二氰基萘、二氰基噻吩等)，以修饰稠合到硼-氮环上的环结构。还可以对图7B的吲哚(如苯并吲哚或萘并吲哚、噻吩并吡咯等)进行类似的取代以修饰稠合到硼-氮环上的环结构。表1提供了实例二氟硼基有机染料以及速记标识符(ID)。

表1

图8提供了表1中许多化合物的示例性归一化吸收光谱，所述归一化吸收光谱显示这些化合物在近红外谱带中表现出强吸光度，在紫外谱带中表现出一些吸光度，并且在可见谱带中表现出最小吸光度。

使用表1中的许多透明光敏化合物构造了样品光伏装置，并测试了光伏效率。测试中使用了通常如图1A所描绘的那样进行构造的两种装置配置，其中将透明的光敏化合物用作供体分子，将C₆₀用作受体。在一种配置中，使用两个透明电极来产生完全透明的装置。在第二种配置中，使用一个透明电极(氧化铟锡)，并使用一个不透明电极。尽管由于不透明电极的存在，根据第二种配置构造的装置表现出不透明性，但是通过透明电极照亮所述装置来检查行为。两种配置中均使用了一些透明的光敏化合物，以提供比较结果。所述结果总结在表2中，其中AVT是平均可见光透射率(对于透明电池)，J_sc是短路电流密度，V_OC是开路电压，FF是填充因子(开路电压和短路电流共同作用下的最大功率与理论功率的比)。

作为一个实例，如下构造使用经识别为D-10的可见透明光敏化合物且具有不透明配置的的透明光伏装置。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阳极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积约20nm厚的作为供体的D-10层。在供体层上沉积约50nm厚的包含C₆₀作为受体的层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约80nm厚的不透明铝层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图9提供了D-10光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

表2

应当理解的是，可以对本文提供的可见透明的光敏化合物进行另外的定制，如通过用官能化的氧原子取代键合到硼原子上的氟。图10提供了用于使用涉及二氟硼基化合物和邻苯二酚的反应形成二氧硼基化合物的合成路线的概述。应当理解的是，可以用本文描述的任何二氟化硼基化合物取代图10所示的化合物。将进一步理解的是，可以用其它反应物取代甲酚，如其它二羟基芳香族衍生物(例如，2，3-二羟基萘)。图11提供了用于通过涉及经甲氧基取代的化合物和BCl₃的反应形成二氧硼基化合物的替代性合成方案。表3提供了实例二氧硼基有机染料以及速记标识符(ID)。图12提供了比较数据，所述比较数据示出了二氟硼基化合物D-1和二氧硼基化合物D-3的吸收光谱，所述吸收光谱示出了相似的吸收曲线，尽管化合物D-3在可见谱带中表现出吸收略低于化合物D-1的吸收。

表3

二氟硼基可见透明光敏化合物和二氧硼基可见透明光敏化合物(如表现出比最大可见吸收强度更大的最大近红外吸收强度且具有式

的化合物)可以具有一种结构，在所述结构中，包含硼原子和相邻氮原子的环可以表现出稠合环配置。在实施例中，每个X独立地为S、N或C-R。在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。任选地，可以将包含硼原子和相邻氮原子的环稠合成5元环或6元环，如噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑或三嗪环。图13提供了用于形成稠合的可见透明光敏化合物的合成方案。图14示出了三个噻吩稠合的可见透明光敏化合物(I-33、I-34和I-35)的吸收光谱。经苯基取代的稠合化合物(I-33)和经叔丁基苯基取代的稠合化合物(I-35)的光谱均表现出良好的光谱特性，在可见谱带中几乎没有吸收。经噻吩取代的稠合化合物I-34的光谱表现出较宽的吸收特征，但仍在可见谱带中表现出明显较少的吸收。

如下构造使用经识别为I-35的经苯基取代的噻吩稠合的可见透明光敏化合物且具有不透明配置的实例光伏装置。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阳极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积约20nm厚的作为供体的I-35层。在供体层上沉积约30nm厚的包含C₆₀作为受体的层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约80nm厚的不透明铝层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图15提供了I-35光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

作为对稠合的可见透明光敏化合物的任选修饰，降低分子量可能是有利的。例如，D-33、D-34、D-35、I-33、I-34和I-35表现出的分子量超过600amu。分子量的降低可以改善可见透明的光敏化合物在形成可见透明的光伏装置中的用途，因为较低分子量的化合物往往具有较高的挥发性并且更容易使用真空沉积技术进行沉积。通过除去侧基以形成化合物D-36、D-37、D-38、I-36、I-37和I-38，分子量降低至小于600amu。较低的分子量对于合成目的也可能是有利的，因为一些合成技术可以将升华用于纯化目的。图16提供了用于产生分子量降低的化合物的合成方案的概述。

可见透明的光敏化合物的另一种配置可以包含双结构，在所述双结构中，所述化合物中包含两个含硼-氮的环。例如，可见透明的光敏化合物可以表现出比最大可见吸收强度更大的最大近红外吸收强度，并且具有式

任选地，每个Al独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。任选地，每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。任选地，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

例如，任选地，每个A1独立地包括未经取代的或经R取代的环基，包含以下中的一个或多个：噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑或三嗪环。任选地，每个A2独立地包括包含一个或多个R基取代基的5元或6元芳香族或杂芳香族环。任选地，每个A2独立地包括未经取代的或经R取代的环基，包含以下中的一个或多个：噻唑环、苯环、吡啶环、咪唑环、吡咯环、噻吩环、萘、吲哚、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑或三嗪环。

在另外的实例中，可见透明的光敏化合物可以具有式

其中每个X独立地为S、N或C-R，并且每个A3独立地为包含一个或多个R基取代基的芳香族或杂芳香族基团。

表4提供了具有双配置的实例具体化合物，并且图17、图18、图19、图20和图21提供了用于形成具有双构型的化合物的实例合成方案。

表4

图22中示出了经识别为D-56的光敏化合物的吸收光谱，其与D-1的吸收光谱进行比较。D-56在近红外中表现出较宽且略微蓝移的低能量吸收峰，但仍在可见谱带中表现出低吸收。

基于BODIPY的化合物(在本文中也被称为BODIPY化合物)可以用作供体材料并与多个有用的受体材料进行配对。例如，可见透明的光伏装置可以含有基于BODIPY的供体材料和含有富勒烯(例如，C60、C70或其组合)的受体材料。

在一些实施方案中，供体材料包含一个或多个本文所述的BODIPY化合物，并且受体材料包含二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)、萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)、双酰亚胺晕苯(CBI)、荧蒽、心环烯、酞菁、萘酞菁或其组合。有用的NDT化合物的实例包含本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。有用的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯的实例包含但不限于本文所述的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。

在一些实施例中，受体材料包含DiCN、BT、BBT、DPP-DPTA、NTCDI、荧蒽或其组合。在一些实施例中，受体材料包含NDT。在一些实施例中，受体材料包含CBI、心环烯、酞菁、萘酞菁或其组合。

在一些情况下，供体材料含有BODIPY化合物，并且受体材料也含有BODIPY化合物。在这种情况下，可以用本文所述的吸电子基团或受体部分对受体BODIPY进行官能化。当与供体材料(如NDT、DiCN、BT、BBT、DPP-DPTA、酞菁或萘酞菁)进行配对时，以此方式进行官能化的BODIPY化合物也可以用作受体材料。

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含近红外吸收性供体-受体(近IR DA)分子。如本文所使用的，术语“供体-受体分子”是指具有提供不同的相对吸电子或给电子特征的不同部分的化合物。例如，供体-受体分子可以包含提供给电子体特征的供体部分和提供吸电子特征的受体部分。通常，供体-受体分子可以包含提供相对较多的给电子特征的第一部分和提供相对较少的给电子特征的第二部分。换句话说，供体-受体分子可以包含提供相对较多的吸电子特征的第一部分和提供相对较少的吸电子特征的第二部分。供体-受体分子也可以被称为“推挽”分子，并且可以在分子的相对侧上或在分子的不同区域内包含一个或多个不同的吸电子或给电子部分。例如，推挽分子可以具有供体-受体-供体结构或受体-供体-受体结构。在一些实施例中，推挽分子可以在双键或共轭部分的一侧上具有强或非常强的供体部分，并且可以在双键或共轭系统的相对侧上具有强或非常强的受体部分。本文所述的推挽分子包含在光伏装置中充当电子受体的推挽分子。本文所述的供体-受体分子包含在光伏装置中充当电子受体的供体-受体分子。虽然DA分子可以同时含有供体部分和受体部分，但当与供体材料(如二硫醇镍、BODIPY或其它供体材料)进行配对时，其可以用作主要受体材料。近IR DA分子的实例包含但不限于二氰基-茚满二酮、苯并双噻二唑、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺及其衍生物。

在一些实施例中，活性层包括具有结构A-D-A的受体，其中每个“A”部分是受体部分，而“D”部分是供体部分。作为非限制性实例，每个“A”部分可以独立地选自

并且“D”部分可以选自

其中R^D为氢或烷基，并且波浪线表示所示结构连接到另一子结构的位置。

在一些实施例中，活性层包括具有结构D-A-D的受体，其中每个“D”部分是供体部分，而“A”部分是受体部分。作为非限制性实例，每个“D”部分可以独立地选自

并且“A”部分可以选自

其中R^A为氢或烷基，并且波浪线表示所示结构连接到另一子结构的位置。

二氰基-茚满二酮(DiCN)及其衍生物(包含但不限于二氰基-茚满二酮引达省并二噻吩、二氰基-茚满二酮二噻吩并咔唑、二氰基-茚满二酮、蒽二噻吩、二氰基-茚满二酮硼-二吡啶亚甲基、二氰基-苯并[b]噻吩-3(2H)-酮1，1-二氧化物)在本文所述装置中可以用作受体。例如，ITIC(即，3，9-双(2-亚甲基-(3-(1，1-二氰基亚甲基)-茚满酮))-5，5，11，11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2，3-d：2′，3′-d′]-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩)在有机光伏装置中作为非富勒烯受体已经表现出良好的性能，但先前尚未被用于透明光伏装置中。二氰基-茚满二酮通常在近红外中表现出最大吸收。

实例DiCN结构包含根据式I的结构：

在式I的化合物中，任选地，Y为F、Cl、Br、烷氧基、烷基或芳基。在式I的化合物中，任选地，n为整数0-5。在式I的化合物中，任选地，X为C(CN)₂、O、S、C(O)或SO₂。任选地，Ar为芳基，如苯基、噻吩基、噻唑基等。

稠合的π系统的实例包含但不限于：蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩双基(例如，蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩-1，6-二基)；4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩双基(例如，4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩-2，7-二基)；未经取代的和经5-取代的5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑双基(例如，5-甲基-5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑-2，8-二基)；未经取代的和经4-取代的4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯双基(例如，4-甲基-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基或4-(4-甲基苯基)-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基)；二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩双基(例如，二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩-2，6-二基)；噻吩并[3，2-b]噻吩双基(例如，噻吩并[3，2-b]噻吩-2，6-二基)。任选地，所述稠合的π系统包含未经取代的或经如芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代的基团。

在一些实施例中，式I的化合物中稠合的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

在一些实施例中，式I的化合物中稠合的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

在一些实施例中，式I的化合物中稠合的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

DiCN化合物还包含具有未稠合的π系统和不对称结构(具有稠合或未稠合的π系统)的化合物。在一些实施例中，DiCN化合物具有根据式II的结构：

在式I的化合物中，任选地，Y为F、Cl、Br、烷氧基、烷基或芳基。在式II的化合物中，任选地，n为整数0-5。在式II的化合物中，任选地，t为1或2。在式II的化合物中，任选地，X为C(CN)₂、O、S、C(O)或SO₂。在式II的化合物中，任选地，Ar为芳基，如苯基、噻吩基、噻唑基等。任选地，每个Z独立地为H或具有下式的基团：

其中波浪线表示与π系统的连接点，并且X、Y、Ar和n如上定义。

式II的化合物中存在的π系统的实例包含但不限于稠合的π系统，如蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩双基(例如，蒽并[1，9-bc：5，10-b′c′]二噻吩-1，6-二基)；4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩双基(例如，4，9-二氢-s-引达省并[1，2-b：5，6-b′]二噻吩-2，7-二基)；未经取代的和经5-取代的5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑双基(例如，5-甲基-5H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-h]咔唑-2，8-二基)；未经取代的和经4-取代的4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯双基(例如，4-甲基-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基或4-(4-甲基苯基)-4H-二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]吡咯-2，6-二基)；二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩双基(例如，二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻吩-2，6-二基)；噻吩并[3，2-b]噻吩双基(例如，噻吩并[3，2-b]噻吩-2，6-二基)。

式II的化合物中存在的π系统的实例还包含未稠合的部分，如胺基团，包含三苯胺双基(例如，N-苯基-二(苯-4，1-二基)胺)、硫代苯胺双基(例如，N-甲基-二(噻吩-2，5-二基)胺和N-苯基-(苯-4，1-二基)-(噻吩-2，5-二基)-胺)；联苯基双基(例如，1，1′-联苯-4，4′-二基)、噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)、亚苯基双基(例如，苯-1，4-二基)。

任选地，所述稠合和未稠合的π系统包含未经取代的或经如芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代的基团。

在一些实施例中，式II的化合物中的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

在一些实施例中，式II的化合物中的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

在一些实施例中，式II的化合物中的π系统选自：

其中R^D可以任选为氢或烷基。

图图23-28提供了用于制备对称和不对称的DiCN化合物(包含根据式I和式II的化合物)的实例合成方案。例如，如图23所示，任选地在如乙酸酐等试剂存在的情况下，可以将2-(3-氧代-2，3-二氢-1H-茚-1-亚烷基)丙二腈(CAS编号1080-74-6)与许多二醛和三醛缩合，以提供对称的DiCN化合物。如图24所示，可以通过使用单官能醛制备不对称的DiCN化合物。其它方法也可以用于DiCN的制备，如例如以下文献所述：《美国化学学会期刊(J.Am.Chem.Soc.)》，2017，139，7148-7151；《先进材料(Adv.Mater.)》2016，28，4734；和《先进材料》2015，27，1170。许多DiCN化合物也可商购获得，包含例如ITIC(CAS编号1664293-06-4)、ITIC-M异构体(CAS编号2047352-80-5；2047352-83-8；2047352-86-1)、ITIC-TH(CAS编号1889344-13-1)和ITIC-2F(CAS编号2097998-59-7)。

表5-9提供了DiCN化合物以及速记标识符(ID)的非限制性实例。

表5

表6

表7

表8

表9

本文所述的DiCN及其衍生物可以任选地表征为“受体-供体-受体”分子。在实施例中，DiCN及其衍生物可以充当透明光伏中的受体。这些分子可以吸收NIR，并且在一些高效有机光伏装置中使用时，可以表征为非富勒烯受体。在实施例中，这些材料可以以非常高的效率用于半透明的PV装置中，如当DiCN型受体与一个或多个在DiCN的蓝移位置处吸收的供体配对时。这种蓝移的吸收可以部分地位于可见光谱中。然而，这严重限制了透明度。通过将DiCN材料与UV选择性供体分子(类似于图4B)或相对于DiCN红移的NIR选择性供体(类似于图4D)进行配对，可以有利地实现高度透明的装置。

DiCN化合物可以用作受体材料，并与许多有用的供体材料配对。在一些实施方案中，受体材料含有DiCN化合物或DiCN衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。这些申请通过引用整体并入本文。在一些实施例中，供体材料含有BODIPY、酞菁、萘酞菁或其组合。

在一些实施例中，可以通过溶液加工技术在光敏材料层中形成DiCN及其衍生物。然而，在实施例中，可以将DiCN及其衍生物构建为“受体-供体-受体”分子。在实施例中，中心供体核可以对应于具有侧烷基链的大的稠合芳香族环，从而为溶液相处理提供溶解性。有利地，DiCN及其衍生物的方面可以不包含这种性质的侧烷基链或其它热不稳定的侧链或增溶官能团，所述热不稳定的侧链或增溶官能团可以导致较低分子量的结构并导致相对改善的蒸发性。有利地，可以使用如热蒸发等气相沉积技术来处理这些和其它“供体-受体-供体”分子。

图29和图30提供了DiCN化合物的实例归一化吸收光谱。使用DiCN化合物A-16构造了实例光伏装置，并测试了光伏效率。将A-16用作受体，并将铜酞菁(CuPc)用作供体。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阳极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积约10nm厚的作为供体的CuPc层。在供体层上沉积约10nm厚的包含DiCNA-16作为受体的层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约80nm厚的不透明铝层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图15提供了A-16光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

包含苯并(1，2-c：4，5-c)双((1，2，5)-噻二唑)的苯并双噻二唑化合物(BBT)和其它具有以下结构的BBT可以用于本文所述的装置中。BBT通常用作本文所述装置中的受体。在一些实施例中，BBT可以用作供体。BBT通常在近红外中表现出最大吸收。

BBT是强吸电子基团，使得当其与强给电子基团(如胺)共价键合时，所得的电荷转移态吸收位于光谱的红外部分中。这允许制造在光谱的可见部分中不吸收光的光电装置。BBT也很容易在真空下升华，并且与其它受体相比，BBT在透明光伏装置中可以提供更好的可见透射率和更中性的颜色。

在一些实施例中，BBT化合物具有根据式IIIa、IIIb或IIIc的结构：

任选地，在式IIIa、式IIIb和式IIIc的化合物中，R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基。任选地，在式IIIa、式IIIb和式IIIc的化合物中，A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。任选地，在式IIIa、式IIIb和式IIIc的化合物中，X选自由O、S、Se和Te组成的组。

在一些实施例中，式IIIa、式IIIb和/或式IIIc的化合物中的R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自：

在一些实施例中，式IIIb或IIIc的化合物中的A₁和A₂独立地选自亚芳基和亚杂芳基。在一些实施例中，式IIIb或IIIc的化合物中的A₁和A₂是噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)。在一些此类实施例中，R₁、R₂、R₃、R₄中的每一个是芳基(例如，苯基)。

在一些实施例中，苯并噻二唑化合物具有根据式IVa、IVb或式IVc的结构：

任选地，在式IVa、式IVb和式IVc的化合物中，R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基。任选地，在式IVa、式IVb和式IVc的化合物中，A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。任选地，在式IVa、式IVb和式IVc的化合物中，X选自由O、S、Se和Te组成的组。

在一些实施例中，式IVa、式IVb和/或式IVc的化合物中的R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自：

在一些实施例中，式IVb或IVc的化合物中的A₁和A₂独立地选自亚芳基和亚杂芳基。在一些实施例中，式IIIb或IIIc的化合物中的A₁和A₂是噻吩双基(例如，噻吩-2，5-二基)。在一些此类实施例中，R₁、R₂、R₃、R₄中的每一个是芳基(例如，苯基)。

通过选择具有脂肪族或芳香族基团的连接基(A基团)及其取代基(R基团)，可以容易地对结构进行修饰。另外，X基团可以选自O、N、S、Se或其组合。BBT可以用作下列装置体系结构中的受体(在混合层或净层中)或传输层。

图32提供了用于制备BT化合物和BBT化合物(包含根据式IIIa、式IIIb、式IIIc、式IVa、式IVb和式IVc的化合物)的实例合成方案。例如，可以在施蒂勒型(Stille-type)偶联反应中将4，7-二溴苯并[c]-1，2，5-噻二唑(CAS编号15155-41-6)与苯乙烯基噻吩进行反应，以提供经噻吩取代的BT和BBT化合物。其它方法也可以用于BT和BBT的制备，如例如以下文献所述：《材料化学(Chem.Mater.)》2011，23，5484-5490。表10提供了BT和BBT化合物以及速记标识符的非限制性实例。

BT化合物和BBT化合物可以用作受体分子，并与许多有用的供体材料进行配对。在一些实施方案中，受体材料含有BT、BBT或其衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。在一些实施例中，供体材料含有BODIPY、酞菁、萘酞菁或其组合。

表10

二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)及其衍生物可以用作本文所述装置中的受体。DPP-DPTA的特征在于供体-受体-供体结构，并且根据特定的DPP-DPTA，其在近红外和可见区域中表现出的吸收最大。

在一些实施例中，二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺是根据式V的化合物：

任选地，式V的化合物中的R₁和R₂各自独立地选自由烷基、环烷基组成的组。任选地，A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。表11中阐述了DPP-DPTA化合物和DPP-DPTA衍生物的非限制性实例。在一些实施例中，DPP-DPTA衍生物是异靛蓝，如化合物C-1。图33示出了光敏化合物的实例吸收光谱，尽管所述化合物在可见区域中的吸收比一些可见透明的光伏装置实施例所期望的吸收更多。

表11

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含二硫醇金属络合物。在一些实例中，光敏化合物表现出比最大可见吸收强度更大的最大近红外吸收强度，并且具有化学式

在实施例中，每个M独立地为金属，如Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd或Pt。在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。在实施例中，每个A独立地为具有一个或多个R基取代基的稠合多环基团。

图34A和图34B提供了用于制备可见透明的光敏化合物的实例合成方案。参考图34A中，应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使二硫酮的苯环侧基被另一个结构(如在不同位置处具有一个或多个取代基的苯环)取代，或两个苯环均被其它取代基取代，如与二硫酮稠合的环结构(例如，

使得所得的最终产物不同。类似地，参考图34B，应当理解的是，可以对氰基进行许多不同的取代，以形成不同的最终产物。例如，取代可以包含苯环(例如，经烷基取代的、经卤素取代的、经烷氧基取代的等)、稠合的环结构。可以类似地添加其它侧环结构，如萘基、菲基、苊基等。

表12提供了二硫醇金属络合物以及速记标识符(ID)的非限制性实例。

表12

图35提供了表12中许多化合物的示例性归一化吸收光谱，所述归一化吸收光谱显示这些化合物在近红外谱带中表现出强吸光度，在紫外谱带中表现出一些吸光度，并且在可见谱带中表现出最小吸光度。

使用表12中的许多透明光敏化合物构造了样品光伏装置，并测试了光伏效率。测试中使用了通常如图1A所描绘的那样进行构造的两种装置配置，其中将透明的光敏化合物用作光敏层或缓冲层。在一种配置中，使用两个透明电极来产生完全透明的装置。在第二种配置中，使用一个透明电极(氧化铟锡)，并使用一个不透明电极。尽管由于不透明电极的存在，根据第二种配置构造的装置表现出不透明性，但是通过透明电极照亮所述装置来检查光伏行为。

作为一个实例，如下构造使用经识别为N-1的可见透明光敏化合物且具有不透明配置的的透明光伏装置。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阴极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积作为供体的约15nm厚的亚酞菁(SubPc)染料层。在供体层上沉积约30nm厚的作为受体的化合物N-1层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约80nm厚的不透明铝层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图36提供了N-10光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

使用二硫醇镍络合物作为不透明配置中的缓冲层构造了另一个实例透明光伏装置。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约10nm厚的包含化合物N-1的阴极缓冲层。作为光敏层，在缓冲层上沉积约60nm厚的包含C₆₀的层。在受体层上沉积约20nm厚的阳极缓冲层。最后，沉积约80nm厚的不透明铝层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图37提供了光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

金属二硫醇盐可以用作受体材料，并与许多有用的供体材料配对。例如，在一些实施例中，受体材料包含一种或多种金属二硫醇盐，并且供体材料包含硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。在一些实施例中，供体材料包含BODIPY化合物、酞菁、萘酞菁或其组合。在一些实施例中，供体材料包含DiCN、BT、BBT和或DPP-DPTA。

在某些情况下，受体材料含有金属二硫醇盐，并且供体材料也含有金属二硫醇盐。在这种情况下，可以用一个或多个供体基团(如上述强供体基团、中等供体基团和较弱供体基团)对供体金属二硫醇盐进行官能化。当与受体材料(如BODIPY、酞菁、萘酞菁、DiCN、BT、BBT或DPP-DPTA、萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)、双酰亚胺晕苯(CBI)、荧蒽、心环烯、富勒烯(例如，C60或C70)或其组合)进行配对时，以此方式官能化的金属二硫醇盐也可以用作施主材料。有用的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯的实例包含但不限于本文所述的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯。

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含UV受体分子，所述UV受体分子包含萘四甲酸二酰亚胺、双酰亚胺晕苯、荧蒽、心环烯及其衍生物。

萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)及其衍生物(包含但不限于4，5，9，10-四氨基-萘四甲酸二酰亚胺和咪唑萘四甲酸二酰亚胺)通常用作本文所述装置中的受体。然而，在某些实施例中，NTCDI和/或其衍生物可以用作所述装置中的供体。除其它优点外，NTCDI的特征在于良好的透明度、紫外中的吸收最大值和合成易加工性。除可见的透明光伏装置外，NTCDI在某些有机光装置件中也很有用。

萘二甲酰亚胺的二聚体可以通过桥接两个氮(即，每个NTCDI单体中的一个氮)的基团进行连接。可以容易地在氮位置处用各个基团(如脂肪族或芳香族基团)对两个组分的结构进行修饰。还可以在间隔位置处用各个基团(如卤化物、脂肪族或芳香族基团)对所述结构进行修饰。NTCDI单体之间的连接包含但不限于直接N-N连接和1，4-亚苯基二胺连接。NTCDI可以用作本文所述装置中的受体(在混合层或净层中)或传输层。

萘二甲酰亚胺在电磁光谱的紫外部分中进行吸收，这使其成为可见透明光伏电池的有吸引力的材料类别。在光敏层内，膜的形态极为重要。已经提出，富勒烯的三维形状使得其在装置内具有高性能。因此，令人期望的是，合成具有更高维度的分子以模仿这一特性。利用平面生色团的二聚体结构是获得期望维度的一种方式。

实例NTCDI化合物包含根据式VI的化合物：

及其衍生物。任选地，在式VI的化合物中，X₁、X₂、X₃、X₄独立地选自由以下组成的组：芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基。任选地，在式VI的化合物中，R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

实例NTCDI化合物进一步包含根据式VII的化合物：

及其衍生物。任选地，在式VII的化合物中，每个X独立地选自由F、Cl、Br、烷基、烷氧基和芳基组成的组。任选地，在式VII的化合物中，每个下标n独立地为O、1、2、3、4或5。任选地，在式VII的化合物中，每个Y独立地选自由以下组成的组：H、烷基、未经取代的芳基或经取代的芳基。任选地，在式VII的化合物中，每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基。

实例NTCDI化合物进一步包含根据式VIII的化合物：

及其衍生物。任选地，在式VIII的化合物中，每个X和每个Y独立地选自由F、Cl、Br、烷基、烷氧基和芳基组成的组。任选地，在式VIII的化合物中，下标n独立地为0、1、2、3、4或5。任选地，在式VIII的化合物中，每个下标m独立地为0、1或2。任选地，在式VIII的化合物中，每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基。

实例NTCDI化合物进一步包含根据式IXa：

式IXb：

的化合物，

及其衍生物。任选地，在式IXa和式IXb的化合物中，桥接基团(B)可以为直接共价键、亚芳基连接基、亚杂芳基连接基、亚烷基连接基或亚杂烷基连接基，任选地，在式IXa和式IXb的化合物中，X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆中的每一个独立地选自由以下组成的组：H，芳基，杂芳基，烷基，烯基，炔基，环烷基，杂环基和卤素。任选地，在式IXa和式IXb的化合物中，R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

在一些实施例中，受体材料含有NTCDI化合物或NTCDI衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。

图38提供了用于制备NTCDI化合物(包含根据式VI、式VII、式VIII、式IXa和式IXb的化合物)的实例合成方案。例如，1，4，5，8-萘四甲酸二酐(CAS编号81-30-1)可以与多个芳香族和脂肪族胺反应，以便任选地，在如吡啶、二异丙基乙胺等碱存在的情况下，提供各种NTCDI化合物。其它方法也可以用于NTCDI的制备，如例如以下文献所述：《有机化学杂志(J.Org.Chem.)》2007，72(21)，8070-8075。包含NDI-2OD-Br聚合物(CAS编号1100243-35-3)和NDI-2HD-2Br(CAS编号1459168-68-3)的许多NTCDI化合物可商购获得，并且可以在本文提供的装置中使用。

表13-14提供了NTCDI化合物以及速记标识符(ID)的非限制性实例。

表13

表14

表15

图39提供了NTCDI E-1的实例归一化吸收光谱，所述归一化吸收光谱显示所述化合物在紫外中强烈吸收，而在可见和近红外中的吸收有限。使用NTCDI化合物E-1作为受体或阴极缓冲层构建了实例光伏装置，并测试了光伏效率。在第一个实例中，将E-1用作受体，并将氯化铝酞菁(ClAlPc)用作供体。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阳极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积约15nm厚的作为供体的ClAlPc层。在供体层上沉积约10nm厚的包含NTCDI E-1作为受体的层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约50nm厚的透明氧化铟锡层作为顶部电极。照亮电池并监测性能。图40A提供了E-1光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

在第二个实例中，将E-1用于含有更完整供体的电池的阴极缓冲层中。在基板上沉积约5nm厚的含有NTCDI E-1的阴极缓冲层。在阴极缓冲层上沉积约60nm厚的作为供体的C60(25％：75％)层。在供体层上沉积约20nm厚的阳极缓冲层。最后，在阳极缓冲层的顶部制备约50nm厚的氧化铟锡阳极。照亮电池并监测性能。图40B提供了E-1光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

双酰亚胺晕苯(CBI)及其衍生物通常用作本文所述装置中的受体。然而，在某些实施例中，CBI和/或其衍生物可以用作所述装置中的供体。像NTCDI一样，CBI的特征在于紫外中的最大吸收。CBI先前尚未被用于光伏装置中。

实例CBI化合物包含根据式Xa：

和式Xb：

的化合物，

及其衍生物。任选地，在根据式Xa和式Xb的化合物中，每个R独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基和吸电子基团(例如，CN、卤素等)。

在一些实施例中，受体材料含有CBI化合物或CBI衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。

图41提供了用于制备CBI化合物(包含根据式Xa和式Xb的化合物)的实例合成方案。例如，可以使二萘嵌苯(CAS编号198-55-0)与经N-取代的马来酰亚胺(如N-甲基马来酰亚胺(CAS编号930-88-1))和氯醌(118-75-2)一起进行热退火，以提供经N-取代的CBI化合物。可以通过使用四甲酸二萘嵌苯或二萘嵌苯-3，4，9，10-四甲酸二酐(CAS编号128-69-8)并将羧基/酸酐基团转化为例如具有经各种取代的胺的相应酰胺来引入另外的官能度。其它方法也可以用于CBI制备，如例如以下文献所述：《欧洲化学杂志(Chem Eur J.)》2007，13(6)，1746-1753。CBI化合物的非限制性实例包含下文所示的CBI F-1和CBI F-2。

荧蒽及其衍生物通常用作本文所述装置中的受体。然而，在某些实施例中，荧蒽和/或其衍生物可以用作所述装置中的供体。荧蒽的特征在于紫外中的最大吸收、合成易加工性和可调节的能级。氟蒽已被用于某些有机光伏装置中，但先前尚未被用于透明光伏装置中。

实例荧蒽包含稠合的酰亚胺结构：

可以容易地在氮位置处用各种基团(如芳基、烷基和/或环烷基)对结构进行修饰。还可以在Ar位置处用卤基、芳基、烷基、环烷基等对所述结构进行修饰。还可以在X和Y位置处用各种基团(如卤基、芳基、烷基、环烷基等)对所述结构进行修饰。荧蒽稠合的酰亚胺可以用作本文所述的装置体系结构中的受体或供体(在混合层或净层中)或传输层。

在一些实施例中，荧蒽是根据式XI的化合物：

或其衍生物。任选地，在根据式XI的化合物中，R选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。任选地，在根据式XI的化合物中，X和Y独立地选自由H和吸电子基团(例如，CN、卤素等)组成的组。任选地，在根据式XI的化合物中，Z₁和Z₂独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

在一些实施例中，受体材料含有荧蒽或荧蒽衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。

图42A和42B提供了用于制备荧蒽化合物(包含根据式XI的化合物)的实例合成方案。例如，可以使1，3-二(噻吩-2-基)丙烷-2-酮与苊醌(例如，1，2-二氧代-1，2-二氢苊烯-5-甲腈)反应，然后与经N-取代的马来酰亚胺(例如，N-甲基马来酰亚胺)反应，以提供各种经N-取代的稠合的酰亚胺荧蒽。其它方法也可以用于荧蒽的制备，如例如以下文献所述：《有机快报(Org.Lett.)》2010，12(23)，5522-5525。荧蒽的非限制性实例包含下文所示的荧蒽G-1和荧蒽G-2。

使用荧蒽G-1作为受体并使用硼亚酞菁(B-SubPc)作为供体构建了实例光伏装置。在可见透明基板和氧化铟锡(ITO)透明导体上沉积约8nm厚的阳极缓冲层。在阳极缓冲层上沉积约20nm厚的作为供体的B-SubPc层。在供体层上沉积约10nm厚的包含荧蒽G-1作为受体的层。在受体层上沉积约5nm厚的阴极缓冲层。最后，沉积约50nm厚的透明氧化铟锡层作为阴极。照亮电池并监测性能。图43提供了G-1光伏电池的实例数据，所述数据示出了电流密度随电压的变化。

心环烯及其衍生物通常用作本文所述装置中的受体。然而，在某些实施例中，心环烯和/或其衍生物可以用作所述装置中的供体。心环烯的特征在于紫外中的最大吸收。心环烯已被用于某些有机光伏装置中，但先前尚未被用于透明光伏装置中。

实例心环烯包含根据式XIIa

和式VIIb：

的化合物，

及其衍生物。任选地，在根据式XIIa和式XIIb的化合物中，每个R独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基和吸电子基团(例如，CN、卤素等)。

在一些实施例中，受体材料含有心环烯或心环烯衍生物，并且供体材料包括硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的酞菁和萘酞菁的实例包含但不限于本文所述的酞菁和萘酞菁。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。

图44提供了用于制备心环烯(包含根据式XIIa和式XIIb的心环烯)的实例合成方案。例如，可以使苊醌(CAS编号82-86-0)与1，3-双(2-氯苯基)丙烷-2-酮反应，然后与降冰片二烯反应以形成7，10-双(2-氯苯基)荧蒽，然后可以使用钯催化剂将其转化为相应的心环烯。可替代地，在钯催化的心环烯形成步骤之前，可以使用多种经N-取代的马来酰亚胺代替降冰片二烯。其它方法也可以用于心环烯的制备，如例如以下文献所述：《美国化学学会欧米伽杂志(ACS Omega)》，2017，2，8，4964-4971。表16提供了心环烯以及速记标识符的非限制性实例。

表16

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含透明的四氰基醌型噻吩、四氰基引达省、咔唑硫杂卟啉或二噻吩方酸菁有机分子。在一些实例中，光敏化合物表现出比最大可见吸收强度更大的最大紫外吸收强度或最大近红外吸收强度，并且具有式

在实施例中，每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基。在实施例中，每个n为0、1、2、3、4、5、6或7。在实施例中，每个X独立地为O、N-R、S或Se。在实施例中，每个A独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团。任选地，两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

图45提供了用于制备可见透明的光敏化合物的实例合成方案，如具有式

的光敏化合物，其在本文中可以被称为四氰基醌型噻吩化合物。应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使噻吩3-位的甲基被除甲基以外的其它结构(如R基团)取代，使得反应物可以呈

的形式。另外或可替代地，可以用一个或多个R基团对反应物

进行官能化，如在噻吩环的3-或4-位上，使得反应物可以呈

的形式。例如，除其它基团之外，R基团还可以使用经取代或未经取代的烷基或经取代或未经取代的芳香族基团。以此方式，可以通过遵循图45中的反应方案来产生经各种不同取代的四氰基醌型噻吩化合物。表17提供了实例四氰基醌型噻吩化合物以及速记标识符(ID)。

表17

图46提供了表17中的化合物O-1的示例性归一化吸收光谱，所述归一化吸收光谱显示所述化合物在近红外谱带中表现出强吸光度，而在紫外和可见谱带中表现出有限的吸光度。

图47提供了用于制备可见透明的光敏化合物的实例合成方案，如具有式

的光敏化合物，其在本文中可以被称为四氰基引达省化合物。应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使噻吩3-或4-位的甲基被除甲基以外的其它结构(如R基团)取代，使得反应物可以呈

的形式。另外或可替代地，可以用一个或多个R基团对反应物

进行官能化，如在苯环的3-或4-位上，使得反应物可以呈

的形式。例如，除其它基团之外，R基团还可以使用经取代或未经取代的烷基或经取代或未经取代的芳香族基团。以此方式，可以通过遵循图47中的反应方案来产生经各种不同取代的四氰基引达省化合物。表18提供了实例四氰基引达省化合物以及速记标识符(ID)。

表18

图48提供了用于制备可见透明的光敏化合物的实例合成方案，如具有式

的光敏化合物，其在本文中可以被称为咔唑硫杂卟啉化合物。应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使苯环上的叔丁基被除叔丁基以外的其它结构(如R基团)取代，使得反应物可以呈

的形式。例如，除其它基团之外，R基团还可以使用经取代或未经取代的烷基或经取代或未经取代的芳香族基团。以此方式，可以通过遵循图48中的反应方案来产生经各种不同取代的咔唑硫杂卟啉化合物。表19提供了实例咔唑硫杂卟啉化合物以及速记标识符(ID)。

表19

图49提供了表19中的化合物L-1的示例性归一化吸收光谱，所述归一化吸收光谱显示所述化合物在近红外和紫外谱带中表现出强吸光度，而在可见谱带中表现出有限的吸光度。

图50提供了用于制备可见透明的光敏化合物的实例合成方案，如具有式

的光敏化合物，其在本文中可以被称为二噻吩方酸菁化合物。应当理解的是，可以对反应物

进行许多不同的取代，以使噻吩环被R基团取代，使得反应物可以呈

的形式。另外或可替代地，可以用一个或多个R基团对反应物

进行官能化，使得反应物可以呈

的形式。例如，除其它基团之外，R基团还可以使用经取代或未经取代的烷基或经取代或未经取代的芳香族基团。以此方式，可以通过遵循图50中的反应方案来产生经各种不同取代的二噻吩方酸菁化合物。表20提供了实例二噻吩方酸菁化合物以及速记标识符(ID)。

表20

如图50所示，二噻吩方酸菁可以被视为具有电子供体/电子受体/电子供体结构。

在一些实施例中，供体材料或受体材料包含一个或多个本文所述的四氰基醌型噻吩、四氰基引达省、咔唑硫杂卟啉或二噻吩方酸菁化合物，并且对等的材料包含二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)、萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)、双酰亚胺晕苯(CBI)、荧蒽、心环烯、酞菁、萘酞菁、BODIPY化合物或其组合。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。有用的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯的实例包含但不限于本文所述的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。

用作光敏材料、缓冲材料和/或光学层的可见透明的光敏化合物包含但不限于含Al酞菁、含Co酞菁、含Cu酞菁、含Fe酞菁、含Pb酞菁、含Mg酞菁、含Mn酞菁、含Ni酞菁、含Pd酞菁、含Pt酞菁、含Si酞菁、含Sn酞菁、含V酞菁、含Zn酞菁及其衍生物。

应当理解的是，材料的光学和电学特性可能对中心金属敏感。例如，中心金属可以为Cu、Co、Ni、Zn、Mg、ClAl、SnCl₂、Pb、Pt、Pd、V等。然而，其它金属也可以用于基于金属酞菁的材料，并且用另一种金属替代镍可能会导致吸收曲线和/或供体/受体行为发生变化。另外，氧和其它保护基团可以键合至中心金属。

已经显示，某些金属酞菁和萘酞菁显示“n型”(高电子迁移率)特性。可能有利的是，使此类分子的HOMO能级相对于供体偏移以允许激子离解，使得这些材料可以更好地充当分子光伏装置中的受体。在母体n型材料的HOMO能级不深于供体材料的HOMO能级的情况下，可以将负电性取代基添加至母体分子以改变其HOMO能级，从而产生期望的HOMO能级偏移。这些材料可以替代富勒烯(如C₆₀)，所述富勒烯是分子光伏装置中常用的受体材料。

适用于层的材料可以包含一个或多个式XIII：

的酞菁，

其中M选自由Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂组成的组，并且R₁到R₁₆中的每一个独立地选自由H、F、Cl和吸电子基团(例如，负电性有机配体或其它负电性取代基)组成的组。吸电子基团的实例包含但不限于磺酰基(例如，甲苯磺酰基、三氟甲磺酰基、甲磺酰基等)、卤代烷基(例如，三氟甲基、三氯甲基等)、氰基、磺酸盐、硝基和羧酸盐。

适用于层的材料可以包含一个或多个式XIV：

的萘酞菁，

其中M选自由Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂组成的组，并且R₁到R₂₄中的每一个独立地选自由H、F、Cl和吸电子基团组成的组。

式XIII和式XIV的化合物是金属酞菁和萘酞菁的非限制性实例，所述化合物可以作为本文的活性层中的材料被包含在内，并且在太阳光谱的UV/NIR部分具有吸收峰。可以通过添加其它取代基(例如，负电性取代基)来改变这些材料的能级。

式XIII或式XIV内的化合物的具体实例如下提供为式XV、XVI和XVII：

SnPc和SnNcCl₂已被用作OPV中的供体材料，而SnPcCl₂已显示出具有高电子迁移率。所有这三种材料均吸收太阳光谱的UV/NIR部分。参见图51。

这些新材料可以用于电反向装置结构(从上至下：顶部电极、缓冲层(MoO₃)、供体、受体、缓冲层(ZnO)、底部电极)或常规装置结构(从上至下：顶部电极、缓冲层(BCP)、供体、受体、缓冲层(MoO₃)、底部电极)。在反向装置结构中，电子(空穴)聚集在底部(顶部)电极处。相反，在常规装置结构中，电子(空穴)聚集在顶部(底部)电极处。提到的缓冲层是非限制性实例。如本领域技术人员将认识到的，在本领域中已知的缓冲层和除列出的缓冲层之外的缓冲层可以被包含在替代性实施例中。

使用这些新材料中的一些材料在反向装置结构中进行了实验。ZnO和MoO₃分别用作底部和顶部缓冲层。ITO和银分别用作底部和顶部电极。与ClAlPc相比，SnNcCl2的吸收光谱发生红移，并且适用于制造透明PV。从SnNcCl₂/C60电池中提取的VOC(～0.2V)低于其ClAlPc对等物的VOC(～0.8V)。因此，可以对用作本文的活性层中的材料的SnNcCl₂分子进行修饰，以允许更大的VOC，同时保留其吸收光谱。这可以通过将负电性取代基添加至SnNcCl₂来实现。参见图52-54。

金属酞菁(MPc)通常用作OPV中的供体材料。然而，已知MPc可以具有高的电子迁移率，并且具有在OPV中充当受体材料的潜力。这种材料的一个实例是SnPcCl₂。与C₆₀不同，SnPcCl₂仅吸收光谱的NIR部分。参见图55。因此，SnPcCl₂是用于本文的活性层的以及用于制造透明PV的合适受体材料。可以通过添加负电性取代基以调节受体特性来调整SnPcCl₂的能级。

已经构造了分别使用SnNcCl₂和SnPcCl₂作为供体和受体材料的透明PV。图56和57中描绘了这些装置的性能。

有关供体材料和n型材料的改性以及酞菁和萘酞菁的n型特性的信息可以在以下文献中找到：H.Peisert，M.Knupfer，T.Schwieger，G.G.Fuentes，D.Olligs，J.Fink和Th.Schmidt，《应用物理学杂志(J.Appl.Phys.)》2003，93，9683-9692；H.Brinkmann，C.Kelting，S.Makarov，O.Tsaryova，G.Schnurpfeil，D.

和D.Schlettwein，《固体物理A辑(Phys.stat.sol.(a))》2008，205，409-420；P.Sullivan，A.Duraud，1.Hancox，N.Beaumont，G.Mirri，J.H.R.Tucker，R.A.Hatton，M.Shipman和T.S.Jones，《先进能源材料(Adv.EnergyMater.)》2011，1，352-355；B.Verreet，B.P.Rand，D.Cheyns，A.Hadipour，T.Aernouts，P.Heremans，A.Medina，C.G.Claessens和T.Torres，《先进能源材料》2011，1，565-568；H.Gommans，T.Aernouts，B.Verreet，P.Heremans，A.Medina，C.G.Claessens和T.Torres，《先进功能材料(Adv.Funct.Mater.)》2009，19，3435-3439；以及D.Song，H.Wang，F.Zhu，J.Yang，H.Tian，Y.Geng和D.Yan，《先进材料》2008，20，2142-2144，B.Lim，G.Y.Margulis，J.-H.Yum，E.L.Unger，B.E.Hardin，M.

M.D.McGeheer和A.Sellinger，《有机快报》2013，15，784-787；A.N.Cammidge，V.H.M.Goddard，G.Will，D.P.Arnold和M.J.Cook，《四面体快报(Tetrahedron Lett.)》2009，50，3013-3016；P.Margaron，R.Langlois和J.E.van Liert，《光化学和光生物学B：生物学杂志(J.Photochem.Photobiol.B：Biol.)》1992，14，187-199；M.Hanack和M.Lang，《先进材料》1994，6，819-833；以及N.B.McKeown，《材料化学杂志(J.Mater.Chem.)》2000，10，1979-1995，所述文献全部如完全阐述般通过引用并入本文。

适用于本文的层的材料可以包含通过添加共轭取代基进行改性的吸收UV/NIR的有机半导体材料。可以通过将共轭取代基添加至通常用作有机半导体的供体或受体材料(如酞菁和萘酞菁)来合成这些新材料。共轭物的加入导致原始分子的吸收光谱发生红移。可以使用这些添加物来调整主要在UV/NIR中进行吸收并在可见区域中进行一些吸收的材料的吸收光谱以使所述材料在可见区域中完全透明。合适的材料的另外的实例包含式XVIII和XIX的材料：

其中M选自由Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂组成的组；R₁＝苯基；下标m＝1到5；下标n＝1到5；下标o＝1到5；并且下标p＝1到5。在一些实施例中，R₂、R₃和R₄也是甲基。同样，式XVIII的化合物和式XIX的化合物的组合是可能的。本文的任何两个或更多个化合物的组合是可能的。式XVIII和式XIX内的化合物的具体实例如下式XX、XXI、XXII、XXIII、XXIV和XXV所示：

酞菁任选地具有根据式XXXII的结构：

其中

M是金属，并且

A₁、A₂、A₃和A₄各自为经取代或未经取代的稠合芳香族环基，其中A₁包含与A₂、A₃或A₄中的至少一个数目不同的稠合环。以此方式，酞菁可以表现出非对称结构。式XXXII的非对称酞菁的实例包含式XXI、XXII、XXIII、XXIV和XXV的化合物。

酞菁合成的实例如下。

化学合成：将邻苯二甲腈、4，5-二氯邻苯二甲腈、4-氟邻苯二甲腈和四氟邻苯二甲腈升华以进行纯化。在无需进一步纯化的情况下使用以最高可用纯度购买的乙酸锌(II)、氟化钾、18冠醚-6和1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)。将用于制备(试剂等级)的溶剂干燥、蒸馏并在干燥条件下储存。所有合成均在高纯度和干燥氮气下进行。

将酞菁锌(II)(PcZn)DBU(0.76g，5mmol)添加到含升华的邻苯二甲腈(0.64g，5mmol)和干燥的乙酸锌(II)(0.23g，1.25mmol)的干燥的正戊醇混合液(20mL)中。将混合液在回流下加热36小时。加入甲醇(50mL)。用水和甲醇洗涤分离的产物，然后在Soxhlet装置中用甲醇处理过夜。产率0.54g(75％)。然后在10-7-10-6mbar和370℃下通过区域升华将干燥的PcZn纯化。

所用的碱的非限制性实例在下式XXVI(DBU)、XXVII(TBD)、XXVIII(DBN)和XXIX(BEMP)中给出：

可以如方案I所示进行Pc的合成：

方案I

可以如方案II所示进行Nc的合成：

方案II

如图58和图59所示，将如氯化钒(III)或氯化锌等金属源与1，2-二氰基苯一起包含提供了经金属取代的酞菁。另外，可以进一步取代氰基苯起始材料(例如，用硫代苯基或其它取代基)。表21提供了可通过此类方法制备的酞菁化合物的另外的非限制性实例。

表21

因此，在一些实施例中，酞菁是根据式XXXII的化合物：

或其衍生物。任选地，在式XXXII的化合物中，每个X和每个Y独立地选自由H、F、Cl、Br、烷氧基、烷基和芳基组成的组。任选地，在式XXXII的化合物中，Z选自由Cl、＝O和-OH组成的组。任选地，在式XX的化合物中，M是金属(例如，Cu、Fe、Co、Mn、Al或Sn)。

在一些实施例中，酞菁是根据式XXXIII：

式XXXIV：

式XXXV：

式XXXVI：

的化合物，

或其衍生物。任选地，在式XXXIII、式XXXIV、式XXXV和式XXXVI的化合物中，R₁-R₈中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基。任选地，在式XXXIII、式XXXIV、式XXXV和式XXXVI的化合物中，每个X选独立地自由O、S、Se和Te组成的组。任选地，在式XXXIII、式XXXIV、式XXXV和式XXXVI的化合物中，M是金属(例如，Cu、Co、Ni、Zn、Mg、ClAl、SnCl₂、Pb、Pt或Pd)。

图60A和60B和图61提供了酞菁J-14、J-1、J-2和J-3的示例性归一化吸收光谱。所示光谱表明，化合物在UV和近红外中表现出强吸收。

在一些实施方案中，供体材料包含酞菁、萘酞菁或其组合，并且受体材料包含硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)化合物、二硫醇镍(NDT)化合物、二氰基-茚满二酮(DiCN)、苯并噻二唑(BT)、苯并双噻二唑(BBT)、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺(DPP-DPTA)、萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)、双酰亚胺晕苯(CBI)、荧蒽、心环烯或其组合。有用的BODIPY化合物的实例包含但不限于本文所述的BODIPY化合物。有用的NDT化合物的实例包含但不限于本文所述的NDT化合物。有用的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA的实例包含但不限于本文所述的DiCN、BT、BBT和DPP-DPTA。有用的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯的实例包含但不限于本文所述的NTCDI、CBI、荧蒽和心环烯。

在一些实施例中，受体材料包含DiCN、BT、BBT、DPP-DPTA或其组合。在一些实施例中，受体材料包含NDT、NTCDI、荧蒽、富勒烯或其组合。在一些实施例中，供体材料包含BODIPY、CBI、心环烯或其组合。

在某些情况下，供体材料含有酞菁或萘酞菁，并且受体材料也含有酞菁或萘酞菁。在这种情况下，可以用本文所述的吸电子基团或受体基团对受体酞菁/萘酞菁进行官能化。当与供体材料(如BODIPY、NDT、DiCN、BT、BBT或DPP-DPTA)进行配对时，以此方式进行官能化的酞菁和萘酞菁也可以用作受体材料。

关于通过引用和变更并入的声明

贯穿本公开的所有参考文献，例如专利文件，包含已发布或已授予的专利或等同物；专利申请出版物；非专利文献文件或其它原始资料；在此通过引用整体并入本文，如同通过引用将其单独并入一样。

本公开所提及的所有专利和出版物指示本发明所属领域的技术人员的水平。本文引用的参考文献通过引用整体并入本文，以指示在某些情况下截至申请日的最新技术水平，并且如果需要，可以在本文中采用此信息以排除(例如，否认)现有技术中的具体实施例。例如，当要求保护化合物时，应当理解的是，并不旨在将现有技术中已知的化合物，包含本文公开的参考文献(特别是参考专利文献)中公开的某些化合物，包括在权利要求书中。

当本文公开一组取代基时，应当理解的是，分别公开所述组中的所有单独的成员以及可以使用取代基形成的所有亚组和类别。当在本文中使用马库什(Markush)基团或其它分组时，旨在将所述组中的所有单个成员以及所述组的所有可能的组合和亚组合单独地包含在本公开中。如本文所使用的，“和/或”是指列表中被“和/或”分隔的项目中的一个、全部或任何组合均包含在列表中；例如“1、2和/或3”相当于“‘1’或‘2’或‘3’或‘1和2’或‘1和3’或‘2和3’或‘1、2和3’”。

除非另外说明，否则所描述或例举的每种制剂或组分的组合均可用于实践本发明。材料的具体名称旨在是示例性的，因为众所周知，本领域技术人员可以不同地命名相同的材料。应当理解的是，除了具体例举的方法、装置元件、起始材料和合成方法之外，可以在不借助过度的实验的情况下，在本发明的实践中采用所述方法、装置元件、起始材料和合成方法。旨在将任何此类方法、装置元件、起始材料和合成方法的所有本领域已知的功能性等同物均包含在本发明中。每当在说明书中给定范围(例如，温度范围、时间范围或组成范围)时，旨在将所有中间范围和子范围以及包含在给定范围内的所有单个值均包含在本公开中。

如本文所使用的，“包括”与“包含”、“含有”或“由……表征”同义，并且是包容性的或开放性的，并且不排除另外的未列举的要素或方法步骤。如本文所使用的，“由……组成”不包括未在权利要求书中指定的任何要素、步骤或成分。如本文所使用的，“基本上由……组成”不排除对权利要求书的基本和新颖特征没有实质性影响的材料或步骤。本文中对术语“包括”的任何叙述(特别是在对组合物的组分的描述中或在对装置的元件的描述中)应理解为涵盖基本上由所列举的组分或元素组成以及由所列举的组分或元素组成的组合物和方法。本文适当地说明性地描述的本发明可以在不存在本文未具体公开的任何一个或多个元素、一个或多个限制的情况下实践。

已采用的术语和表达被用作描述性而非限制性的术语，并且不打算使用此类术语和表达来排除所示出和所描述的特征的任何等同物或其部分，但是应认识到，在所要求保护的本发明的范围内的各种修改是可能的。因此，应当理解的是，尽管已经通过优选的实施例和任选的特征具体公开了本发明，但是本领域技术人员可以对本文所公开的概念进行修改和变型，并且认为这些修改和变型在所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (119)

1.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明活性层包括受体材料，所述受体材料包括近红外吸收性光敏化合物，其中所述近红外吸收性光敏化合物表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大近红外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第二可见透明活性层，其中所述第二可见透明活性层包括供体材料，所述供体材料表现出近红外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

2.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述供体材料包括硼-二吡咯亚甲基化合物。

3.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述供体材料包括酞菁或萘酞菁。

4.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

5.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

6.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述受体材料的最大近红外吸收相对于所述供体材料的最大近红外吸收发生红移。

7.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述受体材料的最大近红外吸收相对于所述供体材料的最大近红外吸收发生蓝移。

8.根据权利要求1所述的可见透明的光伏装置，其中所述近红外吸收性光敏化合物包括近红外吸收性供体-受体(近IR DA)分子。

9.根据权利要求8所述的可见透明的光伏装置，其中所述近IR DA分子选自由以下组成的组：二氰基-茚满二酮、二氰基-茚满二酮衍生物、苯并双噻二唑、苯并双噻二唑衍生物、苯并噻二唑、苯并噻二唑衍生物、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺或二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺衍生物及其组合。

10.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述近IR DA分子的分子量介于200amu与1000amu之间、介于300amu与800amu之间或介于400amu与600amu之间。

11.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述二氰基-茚满二酮具有式：

或其衍生物，其中

Y选自由F、Cl、Br、烷氧基、烷基和芳基组成的组；

每个下标n独立地为0、1、2、3或4；

每个X独立地选自由C(CN)₂、O、S、C(O)和SO₂组成的组；

每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基，并且

所述稠合的π系统的桥接基团是未经取代的或经取代的(例如，经芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代)。

12.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述二氰基-茚满二酮具有式：

或其衍生物，其中

Z独立地为H或具有下式的基团：

其中波浪线表示与所述π系统的连接点，

Y选自由F、Cl、Br、烷氧基、烷基和芳基组成的组；

每个下标n独立地为0、1、2、3或4；

t为1或2；

每个X独立地选自由C(CN)₂、O、S、C(O)和SO₂组成的组；

每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基，并且

所述π系统的桥接基团是未经取代的或经取代的(例如，经芳基、烷基、杂芳基、卤基等取代)。

13.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述二氰基-茚满二酮选自由以下组成的组：

14.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述近IR DA分子是二氰基-茚满二酮或二氰基-茚满二酮衍生物，并且其中所述供体材料包括硼-二吡咯亚甲基化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍化合物、苯并双噻二唑、苯并噻二唑或其组合。

15.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述苯并双噻二唑具有式：

或其衍生物，其中：

R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基；

A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基；并且

X选自由O、S、Se和Te组成的组。

16.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述苯并噻二唑具有式：

或其衍生物，其中：

R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基；

A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基；并且

X选自由O、S、Se和Te组成的组。

17.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述近IR DA分子是苯并双噻二唑、苯并双噻二唑衍生物、苯并噻二唑或苯并噻二唑衍生物，并且其中所述供体材料包括硼-二吡咯亚甲基化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍化合物或其组合。

18.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺具有式：

或其衍生物，

其中R₁和R₂各自独立地选自由烷基、环烷基组成的组；并且

A₁和A₂独立地选自由以下组成的组：亚烷基、亚芳基、亚杂芳基、亚环烷基和亚杂环基。

19.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺衍生物是：

20.根据权利要求9所述的可见透明的光伏装置，其中所述近IR DA分子是二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺或二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺衍生物，并且其中所述供体材料包括硼-二吡咯亚甲基化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍化合物、苯并双噻二唑、苯并噻二唑或其组合。

21.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明光敏层包括基于硼-二吡咯亚甲基的化合物，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物是光敏化合物并且表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大近红外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度的第二可见透明光敏层，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

22.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括第二基于硼-二吡咯亚甲基的化合物。

23.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括萘四甲酸二酰亚胺(NTCDI)化合物。

24.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子受体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子供体材料。

25.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子供体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子受体材料。

26.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层独立地具有1nm到300nm的厚度。

27.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

28.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是可见透明的。

29.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

30.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

其中

所述光敏化合物表现出所述第一最大近红外吸收强度和所述第一最大可见吸收强度，

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基，并且

其中每个X独立地为S、N或C-R。

31.根据权利要求30所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

32.根据权利要求31所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

33.根据权利要求30所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

34.根据权利要求33所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

35.根据权利要求30所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

36.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

其中

所述光敏化合物表现出所述第一最大近红外吸收强度和所述第一最大可见吸收强度，

每个L基团独立地为单键或选自经取代或未经取代的亚烷基、经取代或未经取代的亚芳基或经取代或未经取代的亚杂芳基的二价连接基团，

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基，并且

每个X独立地为S、N或C-R。

37.根据权利要求36所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

38.根据权利要求21所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

其中

所述光敏化合物表现出所述第一最大近红外吸收强度和所述第一最大可见吸收强度，

A1是包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，

每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

39.根据权利要求38所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

其中：

所述光敏化合物表现出所述第一最大近红外吸收强度和所述第一最大可见吸收强度，

A1是包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，

每个A2独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

40.根据权利要求39所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于硼-二吡咯亚甲基的化合物具有式：

41.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明光敏层上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明光敏层包括具有下式的光敏化合物：

其中

所述光敏化合物表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大近红外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度，

M是金属，并且

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度的第二可见透明光敏层，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

42.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括基于硼-二吡咯亚甲基的化合物。

43.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括酞菁或萘酞菁。

44.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子受体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子供体材料。

45.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子供体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子受体材料。

46.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层独立地具有1nm到300nm的厚度。

47.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

48.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是可见透明的。

49.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

50.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中M为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd或Pt。

51.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中一个或多个R基团各自独立地为甲氧基、二甲基氨基、氰基、噻唑基、苯基、马来酰亚胺基、萘基或菲基。

52.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

53.根据权利要求52所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

54.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

55.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

其中每个A独立地为具有一个或多个R基取代基的稠合多环基团。

56.根据权利要求55所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

57.根据权利要求56所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

58.根据权利要求41所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

59.根据权利要求58所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

60.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明光敏层包括具有下式的光敏化合物：

其中

所述光敏化合物表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大近红外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度，

M是金属，并且

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度的第二可见透明光敏层，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

61.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明活性层包括受体材料，所述受体材料包括紫外电子受体(UV受体)分子，其中基于所述UV受体的材料是光敏化合物并且表现出第一最大紫外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大紫外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第二可见透明活性层，其中所述第二可见透明活性层包括供体材料，所述供体材料表现出近红外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

62.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一最大可见吸收强度介于所述最大紫外吸收强度的0.1％与10％之间。

63.根据权利要求62所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一最大可见吸收强度介于所述最大紫外吸收强度的0.1％与5％之间。

64.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层独立地具有1nm到300nm的厚度。

65.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

66.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述受体材料是可见透明的。

67.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

68.根据权利要求61所述的可见透明的光伏装置，其中所述UV受体分子选自由以下组成的组：萘四甲酸二酰亚胺、萘四甲酸二酰亚胺衍生物、双酰亚胺晕苯、双酰亚胺晕苯衍生物、荧蒽、荧蒽衍生物、心环烯、心环烯衍生物及其组合。

69.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘四甲酸二酰亚胺具有式：

或其衍生物，其中

X₁、X₂、X₃、X₄独立地选自由以下组成的组：芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基；并且

R₁和R₂独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

70.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘四甲酸二酰亚胺具有式：

或其衍生物，其中：

每个X独立地选自由F、Cl、Br、烷基、烷氧基和芳基组成的组；

每个下标n独立地为0、1、2、3、4或5；

每个Y独立地选自由以下组成的组：H、烷基、未经取代的芳基或经取代的芳基；

每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基。

71.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘四甲酸二酰亚胺具有式：

或其衍生物，其中：

每个X和每个Y独立地选自由F、Cl、Br、烷基、烷氧基和芳基组成的组；

下标n独立地为0、1、2、3、4或5；

每个下标m独立地为0、1或2；并且

每个标记为“Ar”的环是独立选择的芳基。

72.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘四甲酸二酰亚胺具有式：

或其衍生物，其中：

桥接基团(B)为直接共价键、亚芳基连接基、亚杂芳基连接基、亚烷基连接基或亚杂烷基连接基，

X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆中的每一个独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基和卤素，

R₁、R₂、R₃和R₄中的每一个独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

73.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘四甲酸二酰亚胺选自由以下组成的组：

74.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述双酰亚胺晕苯具有式：

或其衍生物，其中：

每个R独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基和吸电子基团(例如，CN、卤素等)。

75.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述荧蒽具有式：

或其衍生物，其中：

R选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基；

X和Y独立地选自由H和吸电子基团(例如，CN、卤素等)组成的组；并且

Z₁和Z₂独立地选自由以下组成的组：H、芳基、杂芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基和杂环基。

76.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述荧蒽选自由以下组成的组：

77.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述心环烯具有式：

或其衍生物，其中：

每个R独立地选自由H和吸电子基团(例如，CN、卤素等)组成的组。

78.根据权利要求68所述的可见透明的光伏装置，其中所述供体材料包括硼-二吡咯亚甲基化合物、酞菁、萘酞菁、二硫醇镍化合物、二氰基-茚满二酮、苯并噻二唑、苯并双噻二唑、二酮基吡咯并吡咯二苯基噻吩胺或其组合。

79.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明光敏层包括表现出第一最大近红外或紫外吸收强度和第一最大可见吸收强度的光敏化合物，其中所述第一最大近红外或紫外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度，其中所述光敏化合物为四氰基醌型噻吩化合物、四氰基引达省化合物、咔唑硫杂卟啉或二噻吩方酸菁化合物；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度的第二可见透明光敏层，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

80.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括基于硼-二吡咯亚甲基的化合物。

81.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括紫外受体分子。

82.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子受体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子供体材料。

83.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物充当电子供体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子受体材料。

84.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层独立地具有1nm到300nm的厚度。

85.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

86.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是可见透明的。

87.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

88.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是四氰基醌型噻吩化合物。

89.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是具有下式的四氰基醌型噻吩化合物：

其中

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基，

n为0、1、2、3、4、5、6或7，并且

每个X独立地为O、N-R、S或Se。

90.根据权利要求89所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

其中

m为0、1、2、3、4或5。

91.根据权利要求90所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

92.根据权利要求91所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

93.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是四氰基引达省化合物。

94.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是具有下式的四氰基引达省化合物：

其中

每个A独立地为包含一个或多个R基取代基的稠合或未稠合的芳香族或杂芳香族基团，并且

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

95.根据权利要求94所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物具有式：

96.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是具有下式的咔唑硫杂卟啉化合物：

其中

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

97.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是二噻吩方酸菁化合物。

98.根据权利要求79所述的可见透明的光伏装置，其中所述光敏化合物是具有下式的二噻吩方酸菁化合物：

其中：

每个R基团独立地为氢、卤素、氰基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的芳香族基团、经取代或未经取代的稠合芳香族基团、经取代或未经取代的杂芳香族基团、经取代或未经取代的稠合杂芳香族基团、经取代或未经取代的胺基或经取代或未经取代的烷氧基，或者其中两个或更多个R基团形成经取代或未经取代的环基或经取代或未经取代的稠合环基。

99.一种可见透明的光伏装置，其包括：

可见透明基板；

联接至所述可见透明基板的第一可见透明电极；

位于所述第一可见透明电极上方的第二可见透明电极；

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间的第一可见透明活性层，其中所述第一可见透明活性层包括基于酞菁的材料，其中所述基于酞菁的材料是光敏化合物并且表现出第一最大近红外吸收强度和第一最大可见吸收强度，其中所述第一最大近红外吸收强度大于所述第一最大可见吸收强度；以及

介于所述第一可见透明电极与所述第二可见透明电极之间并且表现出近红外或紫外中的第二最大吸收强度以及第二最大可见吸收强度的第二可见透明活性层，其中所述第二最大吸收强度大于所述第二最大可见吸收强度。

100.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括第二基于酞菁的材料。

101.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述第二可见透明光敏层包括基于硼-二吡咯亚甲基的化合物。

102.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料充当电子受体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子供体材料。

103.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料充当电子供体材料，并且其中所述第二可见透明光敏层包含电子受体材料。

104.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第一可见透明电极，或者其中所述第一可见透明光敏层联接至所述第二可见透明电极。

105.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述第一可见透明光敏层和所述第二可见透明光敏层对应于单独的、混合的或部分混合的层。

106.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料是可见透明的。

107.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料包括酞菁。

108.根据权利要求107所述的可见透明的光伏装置，其中所述酞菁具有式：

或其衍生物，其中

M选自由Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂组成的组，并且

R₁到R₁₆中的每一个独立地选自由H、F、Cl和吸电子基团组成的组。

109.根据权利要求107所述的可见透明的光伏装置，其中所述酞菁具有式：

或其衍生物，其中：

每个X和每个Y独立地选自由H、F、Cl、Br、烷氧基、烷基和芳基组成的组；

M是金属；并且

Z选自由Cl、＝O和-OH组成的组。

110.根据权利要求109所述的可见透明的光伏装置，其中M选自由Cu、Fe、Co、Mn、Al和Sn组成的组。

111.根据权利要求107所述的可见透明的光伏装置，其中所述酞菁具有式：

或其衍生物，其中：

R₁-R₈中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基；

每个X独立地选自由O、S、Se和Te组成的组；并且

M是金属。

112.根据权利要求111所述的可见透明的光伏装置，其中M选自由Cu、Co、Ni、Zn、Mg、ClAl、SnCl₂、Pb、Pt和Pd组成的组。

113.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料包括萘酞菁。

114.根据权利要求113所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘酞菁具有式：

或其衍生物，其中

M选自由Sn、SnCl₂、SnO、Pb、Mg、Mn、AlCl、AlOH、GaCl、MnCl、SiCl₂、Si(OH)₂、PbCl₂、VO、Co、Fe、FeCl、Ni、TiO和TiCl₂组成的组，并且

R₁到R₂₄中的每一个独立地选自由H、F、Cl和吸电子基团组成的组。

115.根据权利要求113所述的可见透明的光伏装置，其中所述萘酞菁具有式：

或其衍生物，其中：

R₁-R₆中的每一个独立地选自由以下组成的组：烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基和杂环基；

每个X独立地选自由O、S、Se和Te组成的组；并且

M是金属。

116.根据权利要求115所述的可见透明的光伏装置，其中M选自由Cu、Co、Ni、Zn、Mg、ClAl、SnCl₂、Pb、Pt和Pd组成的组。

117.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述酞菁具有式：

其中

M是金属，并且

A₁、A₂、A₃和A₄各自为经取代或未经取代的稠合芳香族环基，其中A₁包含与A₂、A₃或A₄中的至少一个数目不同的稠合环。

118.根据权利要求117所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料包括一个或多个选自由以下组成的组的化合物：

119.根据权利要求99所述的可见透明的光伏装置，其中所述基于酞菁的材料包括一个或多个选自由以下组成的组的化合物：

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