CN113348566A - 光电转换元件、装置和电源模块 - Google Patents
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Abstract
一种光电转换元件，其包含基体和设置在所述基体上或上方的光电转换层，其中所述光电转换层包含：由通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大；以及受电子材料(C)，其中质量比(A+B):C为1.0:1.0到3.0:1.0，其中在通式(1)中，R1各自独立地为具有2到8个碳原子的烷基；n各自独立地为1到2的整数；X1和X2各自独立地为氢原子或卤素原子；并且A由通式(2)、通式(3)或通式(4)表示，并且R2到R4各自独立地为具有8到22个碳原子的烷基。
Description
技术领域
本公开涉及光电转换元件、装置和电源模块。
背景技术
近年来，驱动电路的电力变得极低。为即将到来的IoT社会做准备，各种电子部件(如传感器)已经能够以非常低的电力(微瓦特级)驱动。作为传感器的利用，传感器对于能量收集元件的应用被预期作为能够原位产生和消耗电力的自给自足的能量供应。在能量收集元件中，光电转换元件已经引起了关注作为只要有光就能够在任何位置发电的元件。作为能量收集元件，特别需要能够利用室内光(如荧光灯光和LED灯光)有效地发电的光电转换元件，并且已经进行了具有适于荧光灯和LED灯的发射波长的吸收的材料的开发(NPL1)。
随着对能量收集元件的需求增加，已经考虑了其室外以及室内的应用。因此，期望在光源以及室内光和室外光照明下具有优越效率的用于能量收集元件的材料和装置。
此外，作为具有高耐热性的光电转换元件，PTL 1公开了一种光电转换元件，其包含光电转换层，该光电转换层包含在其主链中具有噻吩骨架和苯并二噻吩骨架的具体第一材料和具有富勒烯骨架的第二材料。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未审查专利申请公开第2017-139437号
非专利文献
NPL 1：Applied Physics letters 108,253301(2016)
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是提供光电转换元件，其作为能量收集元件，在光源以及室内光和室外光照明下具有高度发电。
问题解决方案
本公开的光电转换元件如下所述。
(1)光电转换元件，其包含基体和设置在所述基体上或上方的光电转换层。所述光电转换层包含：由以下通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大；以及受电子材料(C)。所述有机材料(A)、所述供电子材料(B)和所述受电子材料(C)的质量比(A+B):C为1.0:1.0到3.0:1.0。
[化学1]
在通式(1)中，R1各自独立地为具有2到8个碳原子的烷基；n各自独立地为1到2的整数；X1和X2各自独立地为氢原子或卤素原子；并且A由以下通式(2)、通式(3)或通式(4)表示，并且R2到R4各自独立地为具有8到22个碳原子的烷基。
[化学2]
发明的有益效果
本公开可以提供呈现优越光电转换性能的光电转换元件，也就是说，可以利用室内光源和室外光源获得高效率。
附图说明
[图1]图1是示例根据本公开的光电转换元件的实施方式的结构的示意性横截面图。
[图2]图2是示例安装有光电转换元件的装置的基本结构的实例的示意图。
[图3]图3是示例包含用于安装有光电转换元件的装置的电源IC的结构的示意图。
[图4]图4是示例在安装有光电转换元件的装置的电源IC与装置电路之间安装电力储存装置的另一个结构的示意图。
[图5]图5是示例装置的结构的示意图。该装置与用于常规装置的商用电源联接并且通过供应直流电至该装置的电路而被驱动。
[图6]图6是示例常规装置的结构的示意图，其中安装有电池单元并且装置被该电池单元的电力驱动。
[图7]图7是示例电源模块的实例的示意图，其中光电转换元件和用于该光电转换元件的电源IC被连接。
[图8]图8是示例电源模块的实例的示意图，其中光电转换元件、用于该光电转换元件的电源IC和电力储存装置被连接。
[图9]图9是示例示意性实例的视图，其中光电转换元件、电源IC和电力储存装置被组合并且连接到鼠标的控制电路的电源。
[图10]图10是示例光电转换元件被安装在鼠标中的图像的视图。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本公开的光电转换元件。
注意，本公开不限于以下描述的实施方式，并且其它实施方式、对实施方式进行的添加以及从实施方式进行的删除也被包括在本公开的范围内，只要上述改变是在本领域技术人员能够容易地实现并且任何实施方式都可以呈现本公开的功能和效果的范围内做出的。
在本公开中，术语“光电转换元件”意指将光能转换成电能的元件，或者将电能转换成光能的元件。光电转换元件的具体实例包括太阳能电池和光电二极管。
下面将详细描述光电转换元件。
本公开涉及以下(1)的光电转换元件，但也包括以下(2)到(8)作为其实施方式。
(1)光电转换元件，其包含：
基体；以及
光电转换层，所述光电转换层被设置在所述基体上或上方，
其中所述光电转换层包含：由以下通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大；以及受电子材料(C)，
其中所述有机材料(A)、所述供电子材料(B)和所述受电子材料(C)的质量比(A+B):C为1.0:1.0到3.0:1.0，
[化学3]
其中，在通式(1)中，R1各自独立地为具有2到8个碳原子的烷基；n各自独立地为1到2的整数；X1和X2各自独立地为氢原子或卤素原子；并且A由以下通式(2)、通式(3)或通式(4)表示，并且R2到R4各自独立地为具有8到22个碳原子的烷基，
[化学4]
(2)根据(1)所述的光电转换元件，
其中所述受电子材料(C)是富勒烯衍生物。
(3)根据(1)或(2)所述的光电转换元件，
其中所述光电转换元件是包含设置在所述基体上或上方的第一电极、电子传输层、所述光电转换层、空穴传输层和第二电极的光电转换元件。
(4)根据(3)所述的光电转换元件，
其中所述电子传输层包含选自氧化锌、氧化钛和氧化锡的至少一种金属氧化物。
(5)根据(3)或(4)所述的光电转换元件，
其中所述空穴传输层包含选自氧化钼、氧化钨和氧化钒的至少一种金属氧化物。
(6)根据(3)到(5)中任一项所述的光电转换元件，
其中所述电子传输层包含第一层和第二层，所述第一层包含选自氧化锌、氧化钛和氧化锡的至少一种金属氧化物，所述第二层被设置在所述第一层与所述光电转换层之间，其中所述第二层包含由以下通式(5)表示的胺化合物，
[化学5]
其中，在通式(5)中，R5和R6各自独立地为具有1到4个碳原子的烷基；X为具有6到14个碳原子的二价芳香族基团或具有1到4个碳原子的亚烷基；R5和R6能够键合以形成环；并且A由以下取代基中的一种表示，
[化学6]
--COOH
---P(＝O)(OH)2
--Si(OH)3。
(7)装置，其包含：
根据(1)到(6)中任一项所述的光电转换元件，
其中所述装置由所述光电转换元件产生的电力驱动。
(8)电源模块，其包含：
根据(1)到(6)中任一项所述的光电转换元件。
<<有机材料(A)>>
本公开的光电转换元件的光电转换层中包含的有机材料(A)由以下通式(1)表示。
[化学7]
在通式(1)中，R1各自独立地为具有2到8个碳原子的烷基；n各自独立地为1到2的整数；X1和X2各自独立地为氢原子或卤素原子；并且A由以下通式(2)、通式(3)或通式(4)表示，并且R2到R4各自独立地为具有8到22个碳原子的烷基。
[化学8]
R1为具有2到8个碳原子的烷基。烷基的实例包含正丁基、正己基和正辛基。在上文列出的实例中，正己基是优选的。R2、R3和R4各自为具有8到22个碳原子的烷基。烷基可以是支链的，并且优选地是支链烷基。其实例包括2-乙基己基、2-丁基辛基和2-辛基十二烷基。R2优选地为2-乙基己基和2-丁基辛基。R3和R4各自优选地为2-辛基十二烷基。
n为1到2的整数，并且优选地为2。
X1和X2各自为氢原子或卤素原子，并且优选地为氢原子或碘原子。
在上述通式(1)中，有多个R1、n、X1和X2。多个R1、n、X1和X2可以彼此不同，但优选相同。
关于取代位置，由于合成的限制，难以控制以下通式(1')中的2和3取代位置。因此，在X1和X2不是相同原子的情况下，有机材料是2位取代化合物和3位取代化合物的混合物。
[化学9]
由以上通式(1)表示的有机材料的具体实例包括由以下结构式表示的化合物。然而，用于本公开的有机材料不限于以下列出的化合物。
[表1-1]
[表1-2]
[表1-3]
[表1-4]
在上表中，Et为乙基；Bu为正丁基；Hex是正己基；Oct为正辛基；并且癸基为正癸基。
在上表中，R1、n、X1和X2各自独立地为两个R1两者均是，两个n两者均是，两个X1两者均是，和两个X2两者均是。
(受电子材料(C))
受电子材料(C)的实例包括N型半导体材料(例如，富勒烯和富勒烯衍生物)。在上文列出的实例中，从电荷分离和电荷传输来看，富勒烯衍生物优选地是富勒烯衍生物。
富勒烯衍生物意指具有富勒烯骨架的化合物。
富勒烯衍生物可以被适当地合成以供使用或可以选自商品。其商品的实例包含苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)、苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)和富勒烯茚2-加合物(fullereneindene 2-adduct)。
除了N型半导体材料之外，还可以使用无机化合物，如氧化锌和氧化钛。
受电子材料(C)的量优选地为，相对于光电转换层溶液总量，0.5质量％到10质量％。
<<供电子材料(B)>>
供电子材料(B)没有具体限制，只要供电子材料(B)是具有重复单元结构的缀合聚合物材料，并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大。最高占据分子轨道(HOMO)的能级优选地为5.0eV到5.6eV。其实例包括基于2,1,3-苯并噻唑的共聚物、基于喹喔啉-噻吩的共聚物、基于噻吩-苯并二噻吩的共聚物和基于聚芴的聚合物。
基于2,1,3-苯并噻唑的共聚物是在其主链中具有2,1,3-苯并噻唑骨架的缀合共聚物。基于2,1,3-苯并噻唑的共聚物的具体实例包括以下结构。在下式中，n为1到1,000的整数。
[化学10]
基于喹喔啉-噻吩的共聚物是在其主链中具有噻吩骨架和喹喔啉骨架的缀合共聚物。基于喹喔啉-噻吩的共聚物的具体实例包含以下结构。在下式中，n为1到1,000的整数。
[化学11]
基于噻吩-苯并二噻吩的聚合物是在其主链中具有噻吩骨架和苯并二噻吩骨架的缀合共聚物。基于噻吩-苯并二噻吩的共聚物的具体实例包括以下结构。在下式中，n为1到1,000的整数。
[化学12]
<光电转换层>
所述光电转换层包含：由上述通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大；以及受电子材料(C)。光电转换层可以根据需要进一步包含其它组分。
供电子材料(B)的最高占据分子轨道可以通过光电子产额光谱法(photoelectronyield spectroscopy)或循环伏安法来测量。其具体实例包括由诸如Rikenkeiki AC-3的装置进行的测量。
光电转换层的平均厚度优选地为50nm到400nm，更优选地100nm到300nm。当平均厚度为50nm或更大时，光电转换层充分吸收光，并且充分产生载体。当平均厚度为400nm或更小时，通过光吸收产生的载体的传输效率不被降低。
在本公开中，可以顺序地形成有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)以形成平坦接合界面(flat junction interface)。然而，为了增加各接合界面的面积，优选地形成体异质结，其中上述材料被三维地混合。
当使用溶解性高的材料时，将材料溶解在溶剂中以形成有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)以分子状态混合的溶液，并且将该溶液施加，然后干燥除去溶剂，从而形成体异质结。此外，可以进行加热处理以优化各半导体的聚集状态。
当使用溶解性差的材料时，将材料分散在溶剂中，其中用于本公开的有机材料被溶解以制备溶液，并且施加该溶液以形成混合层。在这种情况下，可以进一步进行加热处理以优化各半导体的聚集状态。
在通过混合有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)而形成光电转换层的情况下，将有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)以期望的质量比加入到溶剂中，并且利用诸如加热、搅拌和超声波照射的方法使混合物溶解，以制备溶液，并且将该溶液施加到电极上。在这种情况下，光伏元件的光电转换效率通过混合两种或更多种溶剂来提高。至于比率，有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)的质量比(A+B):C为1.0:1.0到3.0:1.0，并且优选地1.2:1.0到2.0:1.0。此外，相对于有机材料(A)，供电子材料(B)优选地为20质量％或更少，并且更优选地10质量％或更少。
有机溶剂没有具体限定并且可以根据预期目的适当选择。有机溶剂的实例包括甲醇、乙醇、丁醇、甲苯、二甲苯、邻氯苯酚、丙酮、乙酸乙酯、乙二醇、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、氯苯、二氯苯、三氯苯、氯萘、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮和γ-丁内酯。上文列出的实例可以单独使用或组合使用。在上文列出的实例中，氯苯、氯仿和邻二氯苯是优选的。
上文提及的其它组分没有具体限定并且可以根据预期目的适当选择。上文提及的其它组分的实例包括各种添加剂，如1,8-二碘辛烷、1,8-辛二硫醇和1-氯萘。
光电转换层的形成方法的实例包括旋涂、刮涂、狭缝模头涂覆、丝网印刷涂覆、刮棒涂布机涂覆、模具涂覆、印刷转印、浸涂、喷墨印刷、喷涂和真空蒸镀。在上文列出的实例中，可以根据待产生的有机材料薄膜的性质(如厚度控制和取向控制)适当地选择形成方法。
例如，有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)的浓度(有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)的质量相对于包含有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)以及溶剂的溶液的体积)优选地为10mg/mL到100mg/mL。通过上文提及的浓度，可以容易地产生均匀的光电转换层。
为了除去有机溶剂，可以在减压或惰性气氛(氮气或氩气气氛)下对产生的光电转换层进行退火处理。退火处理的温度优选地为40摄氏度到300摄氏度，并且更优选地为50摄氏度到150摄氏度。此外，由于进行退火处理，堆叠的层在界面处彼此穿透，从而增加接触有效面积。因此，可增加短路电流。注意，退火处理可以在形成电极之后进行。
(光电转换元件)
本公开的光电转换元件包含在基体上或上方的光电转换层。光电转换元件优选地包含在基体上或上方的第一电极、电子传输层、光电转换层、空穴传输层和第二电极。光电转换元件优选地是其中第一电极、电子传输层、光电转换层、空穴传输层和第二电极被顺序地设置在基体上或上方的光电转换元件，或其中第一电极、空穴传输层、光电转换层、电子传输层和第二电极被顺序地设置在基体上或上方的光电转换元件。光电转换层包含有机材料(A)、供电子材料(B)和受电子材料(C)。
将参考附图描述本公开的光电转换元件。
图1示例了第一电极2、电子传输层3、光电转换层4、空穴传输层5和第二电极6被顺序地设置在基体1上或上方的结构。此外，光电转换元件可以具有吸电荷方向与上述相反的结构(第一电极2、空穴传输层5、光电转换层4、电子传输层3和第二电极6被顺序地设置在基体1上或上方的结构)。
<基体>
用于本公开的基体没有具体限制，并且本领域已知的任何基体都可以用作基体。基体1优选地是由透明材料形成的基体。基体的实例包括玻璃、透明塑料板、透明塑料膜和无机透明晶体。
<电极>
作为电极，使用对可见光透明的第一电极2和第二电极6中的任一者或两者，并且另一个电极可以是透明的或不透明的。
对可见光透明的电极没有具体限制，并且可以使用光电转换元件或液晶面板中一般使用的任何电极。透明电极的实例包括导电金属氧化物，如掺锡氧化铟(下文中称为“ITO”)、掺氟氧化锡(下文中称为“FTO”)、掺锑氧化锡(下文中称为“ATO”)和掺铝或掺镓氧化锌(下文中分别称为“AZO”和“GZO”)。
对可见光透明的电极的平均厚度优选地为5nm到10微米，并且更优选地50nm到1微米。
为了保持一定的硬度，对可见光透明的电极优选地被设置在由对可见光透明的材料形成的基体上。还可以使用电极和基体集成的产品。集成产品的实例包括FTO涂覆的玻璃、ITO涂覆的玻璃、氧化锌-铝涂覆的玻璃、FTO涂覆的透明塑料膜和ITO涂覆的透明塑料膜。
对可见光透明的电极可以是包含基体(例如，玻璃基体)的电极，在所述基体上设置有具有光可以穿过的结构(例如，网图案化结构或条纹图案化结构)的金属电极。可选地，对可见光透明的电极可以是碳纳米管或石墨烯以确保透明的方式层压在基体上的电极。上文列出的实例可以单独使用，或组合使用，或在层压体状态下使用。
此外，为了降低基体电阻，可以使用金属引线。金属引线的材料实例包括金属，如铝、铜、银、金、铂和镍。金属引线被设置在基体上，例如通过蒸镀、溅射或压接，随后将ITO或FTO设置在金属上。
在不透明电极用于第一电极或第二电极的情况下，其材料实例包括金属(例如，铂、金、银、铜和Al)和石墨。在不透明电极的情况下，电极的厚度没有具体限制，并且电极可以具有一种或两种或更多种材料的层压体结构。
<电子传输层(第一层)>
用于形成电子传输层的材料可以根据预期目的适当选择。例如，通过溶胶-凝胶法或溅射来施加受电子有机材料[例如，苝四羧酸酐、苝四羧酸二酰亚胺、
唑衍生物、三唑衍生物、菲咯啉衍生物、氧化膦衍生物、富勒烯化合物、CNT和CN-PPV]或无机材料(例如，氧化锌、氧化钛、氟化锂和钙金属)，而形成电子传输层。在上文列出的实例中，金属氧化物，如氧化锌、氧化钛和氧化锡是优选的。上文列出的金属氧化物可以掺有其它金属。电子传输层的平均厚度没有具体限制并且可以根据预期目的适当选择。电子传输层优选地尽可能薄地覆盖整个表面，并且更优选地具有10nm到100nm的平均厚度。
<电子传输层(第二层)>
例如，电子传输层包含第一层和第二层，所述第一层包含金属氧化物，如氧化锌、氧化钛和氧化锡，所述第二层被设置在第一层与光电转换层之间。第二层优选地包含由以下通式(5)表示的胺化合物。
[化学13]
在通式(5)中，R5和R6各自独立地为具有1到4个碳原子的烷基；X为具有6到14个碳原子的二价芳香族基团或具有1到4个碳原子的亚烷基；R5和R6能够键合以形成环；并且A由以下取代基中的一种表示。
[化学14]
--COOH
---P(＝O)(OH)2
--Si(OH)3
通式(5)中的A优选地为-COOH，并且可以在电子传输层上形成碱性羧酸膜。碱性羧酸的具体实例包括4-(N,N-二甲基氨基)-苯甲酸、4-(N,N-二乙基氨基)-苯甲酸和4-(N,N-二苄基氨基)-苯甲酸。
<空穴传输层>
空穴传输层被设置以提高空穴的收集效率。具体地，通过旋涂、溶胶-凝胶法、溅射或真空蒸镀来沉积空穴传输有机化合物如导电聚合物[例如，PEDOT:PSS(聚乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)]和芳香族胺衍生物或具有空穴传输性质的无机化合物如氧化钼、氧化钨、氧化钒和氧化镍，而形成空穴传输层。在本公开中，优选地设置氧化钼。
空穴传输层的平均厚度没有具体限制并且可以根据预期目的适当选择。空穴传输层优选地尽可能薄地覆盖整个表面，并且空穴传输层的平均厚度更优选地为1nm到50nm。
<其它构件>
上文提及的其它构件没有具体限制并且可以根据预期目的适当选择。构件的实例包括气体阻隔层、保护层和钝化层。
气体阻隔层、保护层和钝化层的材料实例包括无机材料，如硝酸硅、氧化硅和氧化铝。
本公开的光电转换元件可以具有通过经由一个或多个中间电极堆叠两个或更多个光电转换层(串联制成)而形成的一系列接合。
层压体结构的实例包括包含基体/第一电极/空穴传输层/第一光电转换层/中间电极/第二光电转换层/电子传输层/第二电极的层压体结构。该层压体的应用可以提高开路电压。
在上述层压体结构的情况下，光电转换层中的至少一个包含：由通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且其最高占据分子轨道(HOMO)的能级为5.0eV或更大；以及受电子材料(C)，并且另一个光电转换层优选地包含另一种有机材料，所述另一种有机材料的吸收波长不同于由通式(1)表示的有机化合物(A)的吸收波长，以防止短路电流降低。
吸收波长不同于由通式(1)表示的有机化合物(A)的另一种有机材料的实例包括：聚合物材料，如聚噻吩化合物、聚亚苯基亚乙烯基化合物、聚芴化合物和聚亚苯基化合物；以及低分子量材料，如各种卟啉和酞菁。
<<用途>>
最近，需要能够利用弱光有效地产生电力的光电转换元件，尤其是作为能量收集元件。弱光的一般实例包括LED光和荧光灯光。上述光一般在室内使用，并且称为室内光。室内光的照明度为约20勒克司到约1,000勒克司，并且与直射阳光(约100,000勒克司)相比，室内光是非常弱的光。
本公开的光电转换元件在弱光(如上述室内光)或强光(如太阳光)下呈现高转换效率，并且可以通过与能够控制产生的电流的电路板结合使用而应用于电源。
图2中示例安装在光电转换元件中的装置的基本结构。图2中示例的光电转换元件10在所述光电转换元件接收光时发电。装置电路11可以通过接收电力而被驱动。
此外，光电转换元件10的输出总体上根据周围照明度而变化。为了向装置电路11侧供应稳定电压，用于光电转换元件的电源IC 12总体上被设置在光电转换元件10与装置电路11之间。图3中示例了上述结构。
以备光未被施加到光电转换元件10以及无法发电的情况，电力储存装置13如电容器被设置在电源IC 12与装置电路11之间，并且因此电力储存装置13可以被来自光电转换元件10的过量电力充电。在光未被施加到光电转换元件10的情况下，可以通过向装置电路11供应储存在电力储存装置13中的电力来驱动装置。图4中示例了上述结构。
图5和6示例了本领域已知的装置的结构。
本领域中已知的装置与商用电源20联接并且通过AC-DC转换器22将交流电转换成直流电力供应并供应到装置电路21来驱动(图5)。可选地，电池单元23被设置在装置内部，并且装置电路21由电池单元的电力来驱动(图6)。
然而，本领域已知的装置无法被驱动——除非该装置被连接到商用电源。由电池单元驱动的装置需要在电池单元耗尽时更换电池单元。
图2到4的装置可以在没有商用电源的环境中被驱动，并且可以在不更换电池单元的情况下被持续驱动。
图7和8示例了本公开的电源模块的示意性实例。
光电转换元件10与用于该光电转换元件的电源IC12联接(图7)。以此方式，可以构建直流电源模块，其可以以恒定的电压水平用电源IC 12供应通过在光电转换元件10中接收光而产生的电力。此外，由于将电力储存装置13被加入电源IC 12的输出(端)(图8)，由光电转换元件10产生的电力被储存在电力储存装置13中。以此方式，可以构建甚至在没有施加光的状态下也能够供电的电源模块。
与本领域已知的主要电池单元不同，图7和8的电源模块可以作为电源模块持续使用，而不更换电池单元。
利用电源的装置的实例包括计算器和手表。除上文列出的实例之外，包含本公开的光电转换元件的电源可用于移动电话、电子记事本(electric organizers)和电子书。此外，包含本公开的光电转换元件的电源也可以用作辅助电力以延长可充电电器或电池驱动电器的持续使用。此外，本公开的光电转换元件还可以作为图像传感器应用。此外，电子装置已经被制成可穿戴式，并且需要电源装置的灵活性(柔性，flexibility)。刚刚提到的也适用于能量收集元件。本公开可以充分地用作期望灵活性的电子装置的电源和补充电源。然而，本公开还可以用作不期望灵活性的电子装置的电源和补充电源。
实施例
<比较例1>
(制备光电转换层涂覆液)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg P3HT(聚(3-己基噻吩)，可从Aldrich获得，Mn＝54,000，HOMO 4.8eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
(透明电极)
其上形成有厚度为150nm的ITO膜的玻璃基体从GEOMATEC Co.,Ltd.获得。
(制备太阳能电池单元)
1.(电子传输层的形成)
在已经预先形成有ITO膜的玻璃(15欧姆/平方)上，通过3,000rpm的旋涂施加氧化锌纳米颗粒(可从Aldrich获得，平均粒径：12nm)，然后在80摄氏度下干燥10分钟，从而形成膜厚为约30nm的电子传输层。
2.光电转换层的形成
在所得物上，通过1,000rpm的旋涂施加光电转换层涂覆液，从而形成厚度为约150nm的光电转换层。
3.空穴传输层的形成和上部电极的形成
在光电转换层上，通过真空蒸镀，顺序地形成膜厚为10nm的氧化钼(可从KOJUNDOCHEMICAL LABORATORY CO.,LTD获得)和膜厚为100nm的银，从而制备太阳能电池单元元件。
(太阳能电池单元的性质评价)
测量所获得的元件在LED照射(0.07mW/cm2)下的转换效率和在AM 1.5(100mW/cm2)下的转换效率。
测量通过以下进行：利用可从Cosmotechno Co.,Ltd获得的台灯CDS-90α作为白色LED，利用可从Bunkoukeiki Co.,Ltd获得的模拟阳光照射装置作为AM 1.5，以及利用可从NF Corporation获得的太阳能电池评价系统As-510-PV03作为评价装置。通过可从SEKONICCORPORATION获得的色度计C-7000，测量LED光源的输出。结果呈现在表2中。
<比较例2>
在比较例1中，通过将二甲氨基苯甲酸溶解于乙醇中以得到1mg/mL的浓度而获得的液体通过3,000rpm的旋涂施加到电子传输层上，以形成膜。除此之外，以与比较例1中相同的方式进行评价。结果呈现在表2中。
<实施例1>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下A替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液A)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例2>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下B替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液B)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg F8BT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.9eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例3>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下C替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液C)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg PBDTTPD(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例4>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下D替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液D)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg PTB7(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.1eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例5>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下E替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液E)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物2、1mg PCE-10(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.2eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例6>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下F替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液F)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物1、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例7>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下G替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液G)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物4、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例8>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下H替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液H)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物6、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例9>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下I替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液I)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物14、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例10>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下J替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液J)
在1mL氯仿中，溶解19mg示例的化合物16、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例11>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下K替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液K)
在1mL氯仿中，溶解18mg示例的化合物2、2mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例12>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下L替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液L)
在0.8mL氯仿中，溶解14mg示例的化合物2、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例13>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下M替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液M)
在1.2mL氯仿中，溶解24mg示例的化合物2、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例14>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下N替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液N)
在1.3mL氯仿中，溶解29mg示例的化合物2、1mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<实施例15>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下O替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液O)
在1mL氯仿中，溶解17mg示例的化合物2、3mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例3>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下P替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液P)
在1.7mL氯仿中，溶解36mg示例的化合物2、4mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例4>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆用以下Q替代液。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液Q)
在0.6mL氯仿中，溶解8mg示例的化合物2、0.8mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得，HOMO：5.4eV)和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例5>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下R替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液R)
在1mL氯仿中，溶解20mg示例的化合物2和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例6>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下S替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液S)
在1mL氯仿中，溶解20mg示例的化合物4和10mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例7>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下U替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液U)
在1mL包含3体积％的1,8-二碘辛烷的氯苯中，溶解12mg PTB7(可从Ossila Ltd.获得)和18mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例8>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下V替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液V)
在1mL氯仿中，溶解12mg PCDTBT(可从Ossila Ltd.获得)和18mg PC61BM(可从Aldrich获得)。
<比较例9>
评价以与比较例2中相同的方式进行，除了光电转换层涂覆液用以下W替代。结果呈现在表2中。
(制备光电转换层涂覆液W)
在0.67mL氯苯中，溶解15mg P3HT(可从Ossila Ltd.获得)和10mg PC61BM(可从Aldrich公司获得)。
[表2]
在表2中，NA是“不可用”的缩写词。
注意，P3HT的结构如下。
[化学15]
其中n为1或更大的整数。
PC61BM为苯基-C61-丁酸甲酯。
(实施例20)
在实施例2的光电转换元件的结构中，光电转换元件10、电源IC 12和电力储存装置13组合，并且从其组合供应的电力被连接到鼠标的鼠标控制电路14的电源(图9)。当不使用鼠标的时候，鼠标被充电，并且鼠标可以由充电的电力驱动。因此，可以避免更换电池单元的需要。图10示例了在鼠标15中安装光电转换元件的图像。光电转换元件、电源IC和电力储存装置被安装在鼠标内部，但光电转换元件的上部被透明覆盖物覆盖，以允许光到达光电转换元件。
如上所述，发现与对比光电转换元件相比，以本公开的结构制备的光电转换元件在低照明度LED和模拟阳光AM 1.5的照射下具有高转换效率。
参考符号列表
1：基体
2：第一电极
3：电子传输层
4：光电转换层
5：空穴传输层
6：第二电极
10：光电转换元件
11：装置电路
12：电源IC
13：电力储存装置
14：鼠标控制电路
15：鼠标
20：商用电源
21：装置电路
22：AC-DC转换器
23：电池单元
Claims (8)
1.一种光电转换元件，其包括：
基体；以及
光电转换层，所述光电转换层被设置在所述基体上或上方，
其中所述光电转换层包含：由以下通式(1)表示的有机材料(A)；供电子材料(B)，所述供电子材料(B)具有重复单元结构并且具有5.0eV或更大最高占据分子轨道(HOMO)的能级；以及受电子材料(C)，
其中所述有机材料(A)、所述供电子材料(B)和所述受电子材料(C)的质量比(A+B):C为1.0:1.0到3.0:1.0，
[化学1]
其中，在通式(1)中，R1各自独立地为具有2到8个碳原子的烷基；n各自独立地为1到2的整数；X1和X2各自独立地为氢原子或卤素原子；并且A由以下通式(2)、通式(3)或通式(4)表示，并且R2到R4各自独立地为具有8到22个碳原子的烷基，
[化学2]
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，
其中所述受电子材料(C)是富勒烯衍生物。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，
其中所述光电转换元件是包含设置在所述基体上或上方的第一电极、电子传输层、所述光电转换层、空穴传输层和第二电极的光电转换元件。
4.根据权利要求3所述的光电转换元件，
其中所述电子传输层包含选自氧化锌、氧化钛和氧化锡的至少一种金属氧化物。
5.根据权利要求3或4所述的光电转换元件，
其中所述空穴传输层包含选自氧化钼、氧化钨和氧化钒的至少一种金属氧化物。
6.根据权利要求3到5中任一项所述的光电转换元件，
其中所述电子传输层包含第一层和第二层，所述第一层包含选自氧化锌、氧化钛和氧化锡的至少一种金属氧化物，所述第二层被设置在所述第一层与所述光电转换层之间，其中所述第二层包含由以下通式(5)表示的胺化合物，
[化学3]
其中，在通式(5)中，R5和R6各自独立地为具有1到4个碳原子的烷基；X为具有6到14个碳原子的二价芳香族基团或具有1到4个碳原子的亚烷基；R5和R6能够键合以形成环；并且A由以下取代基中的一种表示，
[化学4]
--COOH
---P(＝O)(OH)2
--Si(OH)3。
7.一种装置，其包括：
根据权利要求1到6中任一项所述的光电转换元件，
其中所述装置由所述光电转换元件产生的电力驱动。
8.一种电源模块，其包括：
根据权利要求1到6中任一项所述的光电转换元件。
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