CN1734792A - 分子光电系统、其制造方法以及由它们制得的制品 - Google Patents

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Abstract

公开了光电池，所述光电池包括：能够吸收电磁辐射的吸收剂；包括第一导电表面的第一基底；包括第二导电表面的第二基底，第二导电表面和第一导电表面相对，并且面对着第一基底的第一导电表面；电子传送剂，它和第二基底的第二导电表面进行电传递，但是和第一基底是电绝缘的；空穴传送剂，它和第一基底的第一导电表面进行电传递，但是和第二基底是电绝缘的；其中空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到电绝缘壳层上，并且空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到吸收剂上。

Description

分子光电系统、其制造方法以及由它们制得的制品
发明的背景
本公开涉及分子光电系统、其制造方法以及由它们制得的制品。
光电系统包括将光转化为电的各种应用，公知的光电系统是“太阳能电池”，其名称就是指它能够将太阳光转化为电，光电系统产生的电能与其它的发电系统相比有许多优点，所述的优点是低的操作成本、高的可靠性、模件性、低的建设成本和环境利益。
太阳能电池通过利用存在于半导体结中的光电效应将光转化为电，因此太阳能电池通常包括产生电流的半导体层，半导体层吸收进来的光产生激发电子，除了半导体层以外，太阳能电池通常包括玻璃罩或其它密封剂、抗反射层、允许电子进入回路的前接触基底以及当由于暴露于光激发的电子射入半导体层时使电子完成回路的后接触基底。
近年来在开发有机和无机-有机混合太阳能电池方面有很大进步，这种类型的太阳能电池的优点是制造成本相对低，一种低成本的太阳能电池是染料敏化的太阳能电池。染料敏化的太阳能电池通常使用有机染料吸收进来的光线产生激发电子，染料敏化的太阳能电池通常包括以夹层结构排列的两个平面的导电基底，涂覆了染料的半导体膜分开两个基底，半导体膜是多孔的，具有足够的表面积，因此能够使足够的染料在其表面贴附形成分子单层，有利于有效地吸收光线。半导体膜(其作用像海绵)中基底和孔度之间的其余空间用含有氧化/还原对如三碘化物/碘化物的有机电解质溶液填充。
但是染料敏化的膜存在某些技术缺陷，其一是大的迁移距离产生电子的实质性的重新结合或逆反应，这是由于光产生的电子必须以“随机走动”的方式通过半导体膜迁移，通过膜的临近颗粒达到一个基底。当射入空穴传送剂的空穴接触已经射入空穴传送剂的电子时会发生逆反应，当已经从染料射出的电子和氧化的吸收剂再结合时会发生再结合反应。
而且通过射出电子形成的氧化的染料通常通过来自光电池的还原物种的电子转移被还原，还原物种通常存在于电解质中，又会转变为电解质中的氧化物种(在放弃电子以后)。氧化物种必须通过相同长且曲折的扩散路径迁移到对面的基底，氧化物种通过接收来自基底的电子被还原，由此完成电流回路。
在电子向基底随机走动期间，电子可能移动很长的距离，而且由于和电解质溶液的成分结合电子会损失，这被称为“再结合”。在阳光照射的情况下，半导体中的电子密度可能会很高，以至上述损失严重地降低了最高电压，因此降低了太阳能电池的效率。减少电子迁移距离的一个技术措施是减少半导体膜的厚度，因此可以减少电子移动达到基底的距离，但不利的是减少半导体膜的厚度会由于减少染料的涂覆量而减少光的吸收，因此降低了太阳能电池的效率。
目前的染料敏化的太阳能电池的另一技术缺陷是由随机掺入的纳米颗粒组成的TiO2膜的低的导电性，TiO2膜通常在太阳能电池中作为电子传送剂，另外在太阳能电池(光电电池)中很难将TiO2电子传送剂的内表面面积最大化，以便大量涂覆染料。
通过缩短电子迁移路径和由此减少电子扩散到基底的时间，同时在同样时间减少空穴到另一基底的转移距离来减少再结合或逆反应是有利的，因此希望开发减少电荷转移距离和降低或防止再结合或逆反应的太阳能电池或光电池，并且希望能够容易地大量生产。
发明概述
本发明公开的光电池包括：能够吸收电磁辐射吸收剂；包括第一导电表面的第一基底；包括第二导电表面的第二基底，第二导电表面和第一导电表面相对，并且面对着第一基底的第一导电表面；电子传送剂，它和第二基底的第二导电表面进行电传递，但是和第一基底是电绝缘的；空穴传送剂，它和第一基底的第一导电表面进行电传递，但是和第二基底是绝缘的，其中空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到电绝缘壳层上，并且空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到吸收剂上。
本发明公开的光电池包括：包括第一模型化的导电表面的第一基底；包括第二模型化的导电表面的第二基底，第二导电表面和第一导电表面相对，并且面对着第一基底的第一导电表面；电子传送剂，它和第二基底的第二导电表面进行电传递，但是和第一基底是电绝缘的；空穴传送剂，它和第一基底的第一导电表面进行电传递，但是和第二基底是绝缘的；以及位于电子传送剂和空穴传送剂之间的吸收剂，其中的吸收剂能够吸收电磁辐射。
本发明公开的光电池包括：包括能够将电子传送到第二基底的第一固有导电聚合物的圆柱体；能够将导电空穴传送到第一基底的基体，其中基体是光学透明的，并且围绕着圆柱体，但是不和它电连通；位于圆柱体和基体之间并且与圆柱体和基体紧密接触的壳层，其中壳层包括电绝缘分子，并且至少为单层厚；化学键合到第一固有导电聚合物上的吸收剂，并且以能够和圆柱体电连通的方式处于圆柱体和基体之间，但是对基体是电绝缘的；并且其中吸收剂能够吸收波长约300到约1100波长的电磁辐射，以及其中的第一基底和第二基底彼此之间电连通的。
本发明公开的光电组合物包括：非强制地与电绝缘分子键合的电子传送分子、非强制地与电绝缘分子键合的空穴传送分子、能够吸收电磁辐射的吸收剂，其中吸收剂化学键合到电子传送分子和空穴传送分子。
本发明还公开了制造光电池的方法，包括：混合含有能够吸收电磁辐射的吸收剂、电子传送剂和/或空穴传送剂以及电绝缘分子的组合物，并且在基底上沉积所述的组合物。
附图的简要说明
图1是光电池的一个实施方案的图解描述，其中电磁能入射到结合到电子传送剂和空穴传送剂的吸收分子上，转变为电能。
图2是光电池的一个实施方案的图解描述，其中电子传送剂和空穴传送剂形成互相贯通的结构。
图3是光电池的一个实施方案的图解描述，其中自装配的方法促进了电子传送剂和空穴传送剂的相分离，分离为至少具有一个分子数量级尺寸的多个相。
图4是光电池的一个实施方案的图解描述，其中电子传送聚合物的端基基团被设计成结合每个基底，并且其中的电子传送聚合物被包封为纤维形式。
发明的详细说明
应该注意本发明使用的术语“第一”，“第二”等不是指任何顺序或并不重要，而是用于元件之间彼此区别；术语“一”和“一个”不是限制数量，而宁愿指示至少一个相关元件的存在，而且本发明公开的所有范围包括边界点并且是可独立结合的。
参照图1中的示例性的实施方案，光电池10至少包括一对叉指式指状物12和14，它们分别包括空穴传送剂和电子传送剂，电绝缘壳层16和空穴传送指状物12及电子传送指状物14彼此绝缘。吸收剂18化学键合到电子传送指状物和空穴传送指状物，两个基底和任何一个叉指式指状物进行电传递，每个基底至少有一个和叉指式指状进行电传递的导电表面，基底的导电表面作为电极。第一基底20包括和空穴传送指状物12进行电传递的第一表面，而第二基底22包括和电子传送指状物14进行电传递的第二表面，每个基底的第一和第二表面彼此相对并且面对面，空穴传送指状物12及电子传送指状物14，电绝缘壳层16和吸收分子18处于第一基底20的第一表面和第二基底22的第二表面之间。
在一个实施方案中，空穴传送指状物12、电子传送指状物14和/或电绝缘壳层16至少有分子大小的一个尺寸。通过使用分子尺寸的电绝缘壳层及空穴传送剂和电子传送指状物，电子的重新结合和逆反应可以降低，因此提高了光电池的效率。另外通过自装配制造的光电池是随机或有序的纳米结构，自装配提供了高的内表面及最小的电荷传递距离以及最小的结合或逆反应。
在一个实施方案中，光电池通过自装配光电池组合物而形成。光电池组合物包括电子传送剂、空穴传送剂和吸收剂，它们全都彼此化学键合。在另一实施方案中，光电池组合物包括电子传送剂、空穴传送剂、绝缘分子和吸收剂，它们全都彼此化学键合。光电池组合物自装配成叉指式指状物，然后形成光电池。
叉指式指状物12和14包括：包括电子传送剂或空穴传送剂交替的相，包括电子传送剂的相通过电绝缘壳层16与包括空穴传送剂的相分离。两个叉指式指状物都有第一端点和第二端点，仅仅任何叉指式指状物的一个端点(第一端点或第二端点)在任何给定时间与基底的导电表面进行电传递。例如当包括电子传送剂的叉指式指状物的第一端点和第二基底进行电传递时，第二端点和第一基底是电绝缘的。类似地在同一时间，当包括空穴传送剂的叉指式指状物的第一端点和第一基底进行电传递时，第二端点和第二基底是电绝缘的。在一个实施方案中，叉指式指状物能够化学键合到基底上，在另一实施方案中，叉指式指状物处于基底上，没有和它们化学键合。
叉指式指状物可以形成有序的或随机的结构，随机结构的实例包括互相贯通的结构，例如互相贯通的网、双连续的结构等，或包括至少一个上述结构的组合；随机结构的实例包括薄片结构、层结构、封闭的填充结构等，或包括至少一个上述结构的组合。
图2表示包括电子传送剂和空穴传送剂形成互相贯通结构的叉指式指状物。在图2中电子传送指状物14和第二基底22进行电传递，而空穴传送指状物12和第一基底20进行电传递；电子传送指状物14不和第一基底20进行电传递，而空穴传送指状物12不和第二基底22进行电传递。电子传送指状物14和/或空穴传送指状物12和壳层16是电绝缘的。吸收剂18化学键合到电子传送指状物14和/或空穴传送指状物12，吸收剂通常化学键合到电子传送剂和空穴传送剂。
再参照图1的光电池10，当光冲击吸收剂分子18时，它吸收短波或长波红外辐射，并且射出电子。如图1所示，电子射入到电子传送指状物14，并且迁移到第二基底22；同时空穴射入到空穴传送指状物12，并且迁移到第一基底20。然后电子通过外电路24迁移，并且和空穴再结合产生电流。外电路24与和基底进行电传递的元件有关，但是所述元件不和光电池的内部成分进行电传递，这些成分例如是吸收剂分子、电子和空穴传送剂、绝缘分子、电荷分离剂或掺杂物。
在图3的光电池10的另一实施方案中，叉指式指状物(例如空穴传送指状物12或电子传送指状物14)的第一端点和第一基底20和/或第二基底22接触，而第二端点(它对着第一端点)通过自装配单层阻止与基底进行电传递。如图3所示，空穴传送指状物12有处在绝缘自装配单层28(SAM)的第一端点26，自装配单层28排列在二基底22的第二表面上，并且和它紧密接触，空穴传送指状物12的第二端点30处于第一端点26的对面，第二端点30排列在第一基底20的第一表面上，并且和它进行电传递。
以类似的方式，电子传送指状物14具有和第二基底22的第二表面进行电传递的第一端点32，第一端点34有自装配单层36，防止电子传送指状物14和第一基底20进行电传递，自装配单层26和36通常是电绝缘的，第一基底20和/或第二基底22的导电表面可以从导电纳米金属线制造。在另一实施方案中，自装配单层可以在第一基底20和第二基底22上化学键合到纳米金属线。在另一实施方案中，第一基底和第二基底的第一和第二导电表面可以从导电金属、半导体或固有的导电聚合物制造。
在如图4的另一实施方案中，光电池10包括至少一个互相贯通的纤维形式的相，如图4所示，电子传送指状物14由纤维形成，纤维包括活性基团38，它以共价键结合到第二基底22上，化学基团38促进了将指状物14定位在第二基底22上。光电池的这些基底因为第一基底20或第二基底22，或者它们两者是被模型化而存在，以便仅仅能够接触化学键合到电子传送剂或空穴传送剂上的化学基团38。作为这种模型化的结果，第一批选择反应出现在电子传送剂和第二基底之间，而第二批选择反应可能出现在空穴传送剂和第一基底之间。这些选择反应允许纤维上所需的位点和一个基底上所需的位点之间接触，而阻止纤维的其余位点和对面的基底上的位点接触。
如上所述光电池有利地通过光电组合物的自装配形成。光电组合物有利地包括利用过程的分子，包括自装配-自装配到具有几何形状的层中，并且其厚度有效地足以吸收光线，同时将激发子传递的距离缩短到小于或等于约100纳米(nm)，并且促进了电荷转移。自装配过程产生相分离，产生至少一个叉指式指状物。叉指式指状物有大于或等于约1的形状比例，并且沿着其表面的任何点和另一指状物直接或间接地有实实在在的接触。直接的接触是其中一个叉指式指状物沿着其表面的任何点实实在在地接触另一叉指式指状物。例如电子传送指状物可以在空穴传送指状物表面上的任何点直接接触空穴传送指状物；间接接触是其中一个叉指式指状物接触另一物质或层，其中物质或层和另一叉指式指状物接触，例如电子传送指状物可以通过电绝缘壳层间接地接触空穴传送指状物。
在一个实施方案中，叉指式指状物包括交替的相，后者包括电子传送剂或空穴传送剂。叉指式指状物通常有大于其它尺寸的长度，叉指式指状物可以有具有任何几何形状的横截面的面积。在一个实施方案中，叉指式指状物有具有长方形和/或方形的横截面的面积，并且指状物以层的形式被排列。这种层通常是所谓的薄片。在另一实施方案中，至少一个叉指式指状物有园形的截面。在这种情况下自装配过程可以产生包括封闭填充的圆柱体的排列，圆柱体的叉指式指状物被基体围绕。假如圆柱体指状物包括电子传送剂，则基体包括空穴传送剂，或者相反。叉指式指状物的一个合适的截面的几何形状是三角形、多边形、管形(同轴回路)等，或者至少是上述之一的组合。
如上所述，叉指式指状物至少有一个分子尺寸，通过减少相对于分子尺寸的相的大小，提高了光电池的效率，减少了电子与外回路24外的空穴的再结合或逆反应，对于空穴传送指状物或电子传送指状物来说，希望有至少有一个大于或等于约2纳米的尺寸。在一个实施方案中，对于空穴传送指状物或电子传送指状物来说，希望有至少一个大于或等于约3纳米的尺寸。在另一实施方案中，对于空穴传送指状物或电子传送指状物，希望有至少一个大于或等于约5纳米的尺寸。对于空穴传送指状物或电子传送指状物，通常希望有至少一个小于或等于约100纳米的尺寸。在一个实施方案中，对于空穴传送指状物或电子传送剂指状物，通常希望有至少一个小于或等于约75纳米的尺寸。在另一实施方案中，对于空穴传送指状物或电子传送剂指状物，通常希望有至少一个小于或等于约50纳米的尺寸。
光电池组合物包括吸收剂，后者化学键合到电子传送剂和/或空穴传送剂，吸收剂可以是极化的分子，即它能够从任何波长的电磁波谱中吸收电磁能，并且射出电子。射出的电子迁移到电子传送剂。化学键合可以是共价键结合、离子键结合、氢键结合或任何其它形式的结合。吸收剂包括吸收分子和电荷隔离剂。电荷隔离剂的作用是减少电子从电子传送剂到吸收剂返回的速度。
电荷隔离剂是键合到吸收剂的分子部分，有以下特征：电荷隔离剂是还原剂，在吸收剂射出电子进入到电子传送剂以后，它能够将电子提供给氧化的吸收剂，因此电荷隔离剂的最高占有轨道(HOMO)的能量比吸收剂的HOMO更高，高出约100毫电子伏特(meV)或更高。电荷隔离剂能够迅速传递电子，致使氧化的染料分子没有时间和电子传送剂中的电子再结合，在电子从电荷隔离剂转移到吸收剂以后，电荷隔离剂处于氧化状态，该氧化状态能够从空穴传送剂的还原剂中接受电子，其速度比可能发生的其它反应快。为了从空穴传送剂接收电子，电荷隔离剂的HOMO必须比空穴传送剂的HOMO能量低，换句话说，电荷隔离剂的还原潜能可能比空穴传送剂的更大，在某些情况下约为100meV或更大。
在一个实施方案中，吸收分子在吸收全部电磁辐射谱以后可以发射电子。在另一实施方案中，吸收分子包括化学键合于吸收长波红外的分子的低波长红外吸收分子，低波长红外吸收分子吸收波长约300纳米到约700纳米的辐射，而长波长吸收分子吸收约700到约1100波长的辐射。
吸收分子和电子传送剂及空穴传送剂在化学上不相容是理想的，这样从溶液铸出或从熔化状态冷却时，吸收分子从与电子传送剂及空穴传送剂相同的相被排除出来。对于自装配吸收分子处于包括电子传送剂或空穴传送剂的相的外表面是理想的，这样可以促进长波或短波波长的红外辐射的吸收，对于短波波长和长波波长的吸收分子彼此在化学上相容，使得它们能够共同存在于单一相中是理想的。
吸收分子由于吸收能量能够射出电子，理想的是吸收分子能够迅速地将电子和空穴射出，吸收分子应该能够防止或减少在外电路24外的再结合或逆反应。另外吸收电子应该能够减少任何副反应。
吸收分子可以是有机物、无机-有机物、金属有机物。在一个实施方案中，吸收分子可以是有机物、无机-有机物、金属有机物、无机纳米物(如光量子，由传统无机半导体得到的纳米颗粒，例如硅氧烷、钙碲化物(CdTe)、砷化镓(GaAs))等。有机吸收分子可以是染料或颜料。能够用于吸收红外辐射的合适的染料的实例是蒽酮及其衍生物，蒽醌及其衍生物，克酮酸(croconines)及其衍生物，单偶氮，二偶氮，三偶氮及其衍生物，例如有三苯基胺结构的偶氮颜料，有咔唑结构的偶氮颜料，有芴结构的偶氮颜料，有噁二唑结构的偶氮颜料，有双芪结构的偶氮颜料，有二苯并噻吩结构的偶氮颜料，有二苯乙烯基苯结构的偶氮颜料，有二苯乙烯基咔唑结构的偶氮颜料，有二苯乙烯基噁二唑结构的偶氮颜料，有芪结构的偶氮颜料，有咔唑结构的三偶氮颜料，有蒽酮结构的偶氮颜料，有二苯基多烯结构的二偶氮颜料；苯并咪唑酮及其衍生物；二酮吡咯及其衍生物，二噁嗪及其衍生物，二芳基化物及其衍生物，阴丹酮及其衍生物；异吲哚啉及其衍生物，异吲哚啉酮及其衍生物，萘酚及其衍生物，苝及其衍生物，苝酮及其衍生物如苝酸酐，苝酸酰亚胺；ansanthrones及其衍生物；二苯并芘醌酮及其衍生物，皮蒽酮染料及其衍生物，bioranthorones及其衍生物，异bioranthorones及其衍生物，二苯基甲烷和三苯基甲烷类型的颜料，花箐和二氮甲碱类型的颜料，靛篮类型的颜料，二苯并咪唑类型的颜料，奥盐(azulenium)，吡喃鎓盐，硫杂吡喃鎓盐，苯并吡喃鎓盐，酞箐及其衍生物，pryanthorones及其衍生物，喹吖啶酮及其衍生物，quinophthalones及其衍生物，squaraines及其衍生物，squarilyiums及其衍生物等，或至少上述一种染料的结合。
能够吸收红外辐射的合适的有机金属络合物的实例是结晶钛氧基酞箐，铜酞箐，铝酞箐，锌酞箐，α型，β型或Y型氧钛酞箐，镍酞箐，铅酞箐，钯酞箐，钴酞箐，羟基镓酞箐，铬酞箐，铬铟酞箐等，或至少一种上述络合物的结合。
理想的是上述吸收分子具有官能团，通过官能团它能够反应和结合到电子传送剂或空穴传送剂，吸收分子在吸收分子和空穴传送剂之间有隔离剂是理想的。因为射出的电子能够直接迁移到氧化的吸收分子(它表示为电子传送剂表面的一个空穴)，理想的是吸收分子有化学键合到吸收分子上的电荷隔离剂，以便防止电子和氧化吸收剂直接再结合。吸收分子也可以化学键合到电绝缘分子上，以便减少不希望的电子转移，如和空穴传送剂直接反应。绝缘分子防止和/或减少电子和所需电路外的空穴的再结合，形成绝缘壳层16的绝缘分子防止电子和电路外的空穴的再结合。
如上所述，理想的是电荷隔离剂促进电子比出现电子和氧化吸收剂再结合更迅速地从空穴传送剂流动到吸收剂。电荷隔离剂可以包括电子给予体部分，合适的隔离剂的实例包括取代的酚噻嗪部分，取代的咔唑部分，取代的二苯并苯基烯丙酰苯(chalcophene)部分，取代的三芳基胺，噻吩等。
如上所述，电绝缘分子可以化学键合到吸收分子和/或电子传送剂和/或空穴传送剂，以便减少或防止电子和空穴再结合。这些电绝缘分子通常包括单体，二聚体，三聚体，齐聚物和/或没有共轭骨架的聚合物，因此它们没有固有的电导性能。在一个实施方案中，这些电绝缘分子可以是热塑性聚合物或热固性聚合物，热塑性聚合物包括树枝状的聚合物、离子聚合物、共聚物如嵌段共聚物、接枝共聚物、随机共聚物、星型嵌段共聚物等。单体和/或齐聚物对于作为绝缘分子是理想的，电绝缘分子形成电绝缘的壳层，它减少了空穴传送剂和电子传送剂之间的电传递。绝缘壳层包括部分单层、单层或多层体系。合适的电绝缘分子的实例是非导电无机化合物、无机化合物、非共轭单体、非导电齐聚物和聚合物等。或者至少上述一种电绝缘分子的组合。电绝缘分子可以形成纳米结构如纳米颗粒、纳米薄片、纳米棒等。
可以用作绝缘分子的合适的齐聚物和/或聚合物的实例是聚缩醛，聚脲烷，聚烯烃，聚丙烯酸，聚碳酸酯，聚烷(polyalkyds)，聚苯乙烯，聚酯，聚酰胺，聚芳酰胺，聚酰胺亚胺，聚芳基化合物，聚芳砜，聚醚砜，聚苯硫醚，聚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚醚酮，聚醚醚酮，聚醚酮酮，聚苯并噁唑，聚噁二唑，聚苯并噻唑噻嗪，聚苯并噻唑，聚哌嗪喹喔啉，聚苯四酸酰亚胺，聚喹喔啉，聚苯并咪唑，聚羟吲哚，聚氧异吲哚啉，聚二氧异吲哚啉，聚三嗪，聚哒嗪，聚哌嗪，聚吡啶，聚哌啶，聚三唑，聚吡唑，聚碳硼烷，聚氧杂双环壬烷，聚二苯并呋喃，聚酞，聚缩醛，聚酸酐，聚乙烯基醚，聚乙烯基硫醚，聚乙烯醇，聚乙烯酮，聚卤乙烯，聚乙烯基腈，聚乙烯基酯，聚磺酸酯，聚硫醚，聚硫酯，聚砜，聚砜酰胺，聚脲，聚磷腈，聚硅氮烷，或至少上述一种有机聚合物的结合。用于制备这些聚合物的单体也用于制备电绝缘壳层。电绝缘纳米颗粒也用于电绝缘壳层。
如上所述，用作制备上述聚合物的单体也可以用于绝缘分子。形成绝缘壳层16的绝缘分子在自装配期间和/或之后处于电子传送指状物14上通常是理想的。壳层紧密和电子传送剂16接触，并且防止或减少电子和外电路24外的空穴再结合，理想的是绝缘壳层厚度大于或等于约0.2纳米；在一个实施方案中，绝缘壳层厚度大于或等于约0.4纳米是理想的；在另一实施方案中，绝缘壳层厚度大于或等于约1.0纳米是理想的。
空穴传送指状物或空穴传送剂基体12包括提供高空穴迁移性的空穴传送剂。在一个实施方案中，理想的是填充空隙的透明的空穴传送剂作为液体是可加工的，但是在光电池操作条件下可以转化为固体状态。另外理想的是空穴传送剂是透明的，可以透过波长约300-1100纳米的光；在一个实施方案中，空穴传送剂对光的投射比大于或等于约10％；在另一实施方案中，空穴传送剂对光的投射比大于或等于约20％；在另一实施方案中，空穴传送剂对光的投射比大于或等于约40％。
理想的是空穴传送剂有最高占有分子轨道(HOMO)能量水平，它紧密地和吸收剂的HOMO匹配，以便促进吸收剂和空穴传送剂之间空穴的传递。
合适的空穴传送剂用以下结构(I)-(VIII)表示：
Figure A20051008797100161
其中R是氢或烷基，合适的烷基是甲基。
Figure A20051008797100171
Figure A20051008797100181
和
其中R是氢和/或烷基，合适的烷基是甲基。
合适的空穴传送剂的另一实例包括腙化合物，苯乙烯基化合物，二胺化合物，芳香叔胺化合物，丁二烯化合物，吲哚化合物，咔唑衍生物，三唑衍生物，咪唑衍生物，有氨基的噁唑衍生物等，或者是至少一种上述物质的结合。
合适的空穴传送剂的其它实例是三苯基甲烷，双(4-二乙基胺-2-甲基苯基)苯基甲烷，芪，腙，芳香胺，包括三(甲苯基)胺，芳基胺，烯胺，菲二胺，N，N’-双-(3，4-二甲基苯基)-4-联苯胺；N，N’-双-(4-甲基苯基)-N，N’-双(4-乙基苯基)-1，1’-3，3’-二甲基联苯基)-4，4’-二胺；4，4’-双(二乙基氨基)-2，2’-二甲基三苯基甲烷；N，N’-二苯基-N，N’-双-(3-甲基苯基)-[1，1’-联苯基]-4，4’二胺；N，N’-二苯基-N，N’-双-(4-甲基苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺；N，N’-二苯基-N，N’-双-(烷基苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺和N，N’-二苯基-N，N’-双-(氯苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺；1，1’-双(4-二-对-甲苯基氨基苯基)环己烷；1，1’-双(4-二-(对-甲苯基)氨基苯基)-4-苯基环己烷；4，4’-双(二苯基氨基)四联苯基；双(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷；N，N，N-三(对-甲苯基)胺；4-(二-(对-甲苯基)氨基)-4’-[4(二-(对-甲苯基)氨基)-苯乙烯基]芪；N，N，N’，N’-四-对-甲苯基-4，4’二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四苯基-4，4’-二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四-1-萘基-4，4’二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四-2-萘基-4，4’二氨基联苯基；N-苯基咔唑；4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)-氨基]联苯基；4，4”-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对-三联苯基；4，4’-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯基；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；4，4’-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4”-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]-对-三联苯基；4，4’-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-并四苯)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]联苯基；2，6-双(二-对-甲苯基氨基)萘；2，6-双[二(1-萘基)氨基]萘；2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘；N，N，N’N’-四(2-萘基)-4，4’-二氨基-对-三联苯基；4，4’-双{N-苯基-N-[4-(1-苯基)-苯基]氨基}联苯基；4，4’-双[N-苯基-N-(2-芘基)-氨基]联苯基；2，6-双[N，N-双(2-萘基)氨基]氟；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘等，或至少一个上述化合物的组合。
空穴传送剂可以是固有的导电的聚合物，合适的固有导电聚合物的实例是聚乙炔及其衍生物，聚噻吩及其衍生物，聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)和聚(3，4-亚乙基二硫基噻吩)及其衍生物，聚(异硫茚)，聚(吡啶并噻吩)，聚(吡嗪并噻吩)及其衍生物，聚(吡咯)及其衍生物，聚(3，4-亚乙基二氧基吡咯)及其衍生物，聚(苯胺)及其衍生物，聚(亚苯基亚乙烯)及其衍生物，聚(对-亚苯基)及其衍生物，聚(硫茚)，聚(苯并呋喃)，聚(吲哚)及其衍生物，聚(二苯并噻吩)，聚(二苯并呋喃)，聚(咔唑)及其衍生物，聚(联噻吩)，聚(联呋喃)，聚(联吡咯)及其衍生物，聚(噻吩并噻吩)，聚(噻吩并呋喃)，聚(噻吩并吡咯)，聚(呋喃并吡咯)，聚(呋喃并呋喃)，聚(吡咯并吡咯)及其衍生物，聚(三联噻吩)，聚(三联呋喃)，聚(三联吡咯)及其衍生物，聚(二噻吩并噻吩)，聚(二吡咯并呋喃)，聚(二吡咯并吡咯)及其衍生物，聚(苯乙炔)及其衍生物，聚(联吲哚)及其衍生物，聚(二噻吩亚乙烯基)，聚(二呋喃基亚乙烯基)，聚(二吡咯基亚乙烯基)及其衍生物，聚(1，2-反(3，4-亚乙基二氧基噻吩基)亚乙烯)，聚(1，2-反(3，4-亚乙基二氧基呋喃基)亚乙烯基)，聚(1，2-反(3，4-亚乙基二氧基吡咯基)亚乙烯基)及其衍生物，聚(双-噻吩基亚芳基)和聚(双吡咯基亚芳基)及其衍生物，聚(二噻吩基环戊烯酮)，聚(喹啉)，聚(噻唑)，聚(芴)，聚(薁)等，或者至少一种上述固有导电聚合物的结合。
空穴传送剂也可以是离子液体或电解质，能够用作空穴传送剂的离子液体的合适的实例是甲基丙基咪唑鎓三氟甲磺酸盐，甲基丙基咪唑鎓双三氟甲磺酸盐，甲基丙基咪唑鎓壬基甲磺酸盐(nanoflate)，甲基丙基咪唑鎓乙醚磺酸盐，甲基丙基咪唑鎓碘化物，甲基丙基咪唑鎓三碘化物，甲基丙基咪唑鎓拟卤化物(pseohallides)，和磷鎓阴离子形成的金属络合物等，或者至少一种上述空穴传送剂的组合。
电子传送剂通常和空穴传送剂有相同的一般性质，即能够容纳或转移电荷。理想的是电子传送剂有最低未占有分子轨道(LUMO)的能量水平，能够紧密地和吸收剂的LUMO匹配，因此能够促进电子在吸收剂和电子传送剂之间传送。
在一个实施方案中，电子传送剂包括纳米结构如纳米金属丝、纳米棒、纳米薄片，包括金属、半导体、固有导电聚合物，或至少一种上述物质的组合。电子传送剂的实例是氧化钛纳米金属丝，它含有吸收剂和/或化学键合到其外表面上的绝缘分子。在另一实施方案中，纳米金属丝可以调整为一束，以便形成电子传送指状物。
合适的电子传送剂的实例是络合物，如反-8-羟基喹啉铝(AlQ3)，氰基-多亚苯基亚乙烯基(CN-PPV)，齐聚物，聚合物和其它含有缺电子杂环部分的分子物种，如2，5-二芳基噁二唑，二芳基噻唑，二芳基三唑，三嗪，吡啶，喹啉，苯并噁唑，苯并噻唑等。其它电子传送剂的实例是特殊官能化的富勒烯(例如6，6-苯基C61丁基酸-甲酯)，二氟乙烯基-(杂)亚芳基，3-(1，1-二氟烷基)噻吩基团，并五苯，聚(3-己基噻吩)，α，ω-取代的六噻吩，正-十五氟庚基甲基萘-1，4，5，8-四羧酸二酰亚胺，二己基-五噻吩，聚(3-己基噻吩)，聚(3-烷基噻吩)，二己基六噻吩，二己基蒽二噻吩，酞腈，C60富勒烯等，或者至少一种上述电子传送剂的组合。
合适的电子传送剂的实例(不是空穴嵌段物)是以下结构(IX)-(XIII)：
Figure A20051008797100211
Figure A20051008797100221
理想的是电子传送指状物和/或空穴传送指状物有大于或等于约2平方米/克(m2/gm)的表面积；在一个实施方案中，电子传送指状物和/或空穴传送指状物有大于或等于约10平方米/克(m2/gm)的表面积；在另一实施方案中，电子传送指状物和/或空穴传送指状物有大于或等于约20平方米/克(m2/gm)的表面积；在另一实施方案中，电子传送指状物和/或空穴传送指状物有大于或等于约50平方米/克(m2/gm)的表面积；在另一实施方案中，电子传送指状物和/或空穴传送指状物有大于或等于约100平方米/克(m2/gm)的表面积。
光电池的第一和第二基底的导电表面可以包括导电材料，理想的是基底可以透过电磁波谱的光，理想的是可以透过约300-1100纳米波长的光。基底的导电表面通常能够被模型化，以便选择性地和电子传送剂或空穴传送剂化学键合。模型化通过使用模板、掩模、化学方法如疏水-亲水相互作用、电场、磁场方法完成。模型化通常允许基底与电子传送剂或空穴传送剂之一但不是两者化学键合。在一个实施方案中，电子传送剂包括仅仅允许和第二基底化学键合的活性基团；在另一实施方案中，空穴传送剂包括仅仅允许和第二基底化学键合的活性基团，如果需要，导电表面可以包括单层或多层。
可以用于基底的合适的导电材料是金属、半导体、固有导电聚合物等，或者至少一种上述材料的结合。金属的实例是白金、银、铜或金的薄膜，或者至少一种上述金属薄膜的结合。合适的半导体的实例是导电金属氧化物，如铟锡氧化物、涂铟的氧化锡等，或者至少一种上述半导体的结合。固有导电氧化物的实例已经在上述电子传送剂和空穴传送剂的实施方案中详细记载了。
能够用于基底表面的导电或半导体材料也可以是纳米结构形式的，例如纳米金属丝、纳米薄膜、纳米棒等。导电纳米薄膜可以沉积在基底上形成导电表面。沉积纳米薄膜使用的方法是扩展热等离子体(EYP)，离子电镀，等离子体增强化学蒸汽沉积(PECVD)，金属有机化学蒸汽沉积(MOCVD)(也称为有机金属化学蒸汽沉积，MOCVD))，金属有机相外延(MOVPE)，物理蒸汽沉积方法如喷镀，反应电子束(e-beam)沉积和等离子体喷雾。如上所述，模板，掩模等在上述过程中能够用于模型化的导电表面。
纳米金属丝是实心或中空的，并且能够用于制造导电表面。使用纳米金属丝作为导电表面可以促进由于颗粒边界引起的电阻降低。在一个实施方案中，纳米金属丝导电是理想的。在另一实施方案中，纳米金属丝是半导电的。纳米金属丝可以包括金属和导电金属氧化物，纳米金属丝在表面可以有活性分子，以便选择性地化学键合电子传送剂或空穴传送剂。在一个实施方案中，纳米金属丝直径为约2-200纳米；在另一实施方案中，纳米金属丝直径为约5-50纳米；在另一实施方案中，纳米金属丝直径为约10-30纳米。
在一个实施方案中，制造光电池的一个方法是将吸收分子和固有导电聚合物、电荷隔离剂化学键合，形成光电池组合物。在另一实施方案中，制造光电池的一个方法是将吸收分子和固有导电聚合物、绝缘分子及电荷隔离剂化学键合，形成光电池组合物。然后将组合物溶解在合适的溶剂中，从溶剂中铸型。另外可以将组合物熔融混合，然后进行挤压或滚磨，铸型或滚磨以后组合物开始自装配过程。自装配通过使用模板、掩模、电场、磁场、切变场、特定的化学相互作用如疏水-亲水相互作用的方法进行。
自装配方法促进电子传送剂和空穴传送剂进行相分离为具有几何形状和有效厚度的相，允许吸收剂有效地吸收光。理想的是，作为电子传送剂的相是圆柱体形式，并且以类似某些嵌段共聚物的方式被压紧。在一个实施方案中，圆柱体主要包括作为电子传送剂的固有聚合物，而基体基本上包括作为空穴传送剂的固有导电聚合物；在另一实施方案中，圆柱体包括作为空穴传送剂的导电聚合物，而基体包括作为电子传送剂的固有导电聚合物。
圆柱体有大于或等于约2的纵横比是理想的，在一个实施方案中，纵横比大于或等于约5，在另一实施方案中，纵横比大于或等于约10。当相是圆柱体时，圆柱体有大于或等于约1微米的长度是理想的，在一个实施方案中，圆柱体的长度大于或等于约10微米，在另一实施方案中，圆柱体的长度大于或等于约50微米。圆柱体的直径大于或等于约2纳米是理想的，在一个实施方案中，圆柱体的直径大于或等于约5纳米，在另一实施方案中，圆柱体的直径大于或等于约10纳米。
在一个实施方案中，自装配以后可以将用于提供电子传送剂和/空穴传送剂的材料交联，以便有利于电荷的传递。交联将在每一层或使圆柱体中的电子传送剂嵌段物熔合到单一的电子传送剂分子的路径中，因此能够改进传送，并且能够机械地稳定其完整性，提供牢固的结构。
在一个图3中的涉及光电池10的另一实施方案中，制造光电池的另一方法是自装配方法，包括将电子导电聚合物纳纤维束的自-聚集体移动到空穴传送剂中，为此使用两种类型的电子传送聚合物。第一种电子传送聚合物没有外壳层，第二种电子传送聚合物化学键合到吸收分子，并且有外壳层。吸收分子和在第二电子传送聚合物上的壳层不覆盖第二电子传送聚合物的整个表面，剩余的一部分聚合物是没有壳层的。假如需要，两种形式的没有壳层的表面可以彼此作用结合。例如这可以通过将两者的氢结合到所述电子传送剂聚合表面的给体和受体基团来完成。当两种形式在疏水离子液体中被加热时，它们会同时形成纳米直径的纤维，它在核心中含有无壳层的聚合物和在纤维的外部有壳层的聚合物。如上所述电子传送剂聚合物和空穴传送剂聚合物的端基基团被设计为结合到各自的基底上，通过交联溶解的空穴传送剂聚合物，离子液体在装配以后能够被固化。
在关于制造光电池的另一实施方案中，电子传送剂嵌段物由假核心-壳层结构组成，其中核心和壳层分别构成电子传送剂和电绝缘壳层材料。空穴传送嵌段物也由假核心-壳层结构组成，其中核心和壳层分别构成空穴传送剂和电绝缘壳层材料。核心-壳层嵌段共聚物和光吸收材料混合，其可以是来自溶液相或熔融相的纳米颗粒，然后混合物沉积在模型化(电极)的基底上，可以分别沉积在第一或第二基底上。沉积通过涉及旋转涂覆、溶液铸型等的方法进行。嵌段共聚物/光吸收剂混合物沉积以后，没有涂覆的预-模型化基底和沉积在另一基底上的嵌段共聚物表面紧密接触。
为了预-模型化电极基底，将自装配单层(SAM)或聚合物刷子首先用于至少一个基底，然后用例如电子束(e-beam)石版印刷、纳米印刷、超UV石版印刷或嵌段共聚物石版印刷等技术模型化。使用上述模型化方法，电极基底以化学方式和拓扑学方式地被模型化。使用具有不同化学性质的SAM(或聚合物刷子)将第一和第二基底模型化，更具体地说，模型化的电极之一的化学性质将仅仅和形成电的嵌段物匹配，和嵌段共聚物的形成空穴的嵌段物不匹配。同样，其它模型化的电极将仅仅和嵌段共聚物的形成空穴的嵌段物匹配。这些要求保证了嵌段共聚物的每一嵌段和相应的电极表面之间的适当的电接触，因此可以防止短路。
不同的SAM(聚合物刷子)可以用于每一电极基底，在另一实施方案中，同样的SAM(聚合物刷子)可以用于两个电极，随后通过将仅仅一个SAM-电极进行地毯式的在UV下曝光、或暴露于臭氧或加热处理而对它进行化学修饰。
自装配嵌段共聚物/光吸收剂混合物能够使用各种方法产生，例如在溶剂或蒸汽存在下或在外场存在下热处理或加压，外场例如是电场，磁场或切变场，或者上述方法的结合。在共聚物嵌段物的相分离中产生周期性的或很确定的区域。这些区域的面积和形态受分子量、体积分数和嵌段组分及光吸收材料的反应程度的控制。面积是几纳米到几百纳米数量级，形态是球形、圆柱形、薄片、双螺旋和其它穿插形的，对于所述的应用，优选的形态是薄片和圆柱形。
在一个实施方案中，根据自装配将光吸收物质(吸收剂)选择为分隔成形成空穴的嵌段物和形成假核心-壳层电子嵌段物之间的界面，光吸收物质的表面功能化对于本发明的目的是可有可无的。嵌段共聚物/光吸收混合物在预-模型化电极基底上的自组装提供了达到嵌段共聚物结构域(相)的垂直定向的手段，特别是对于圆柱体或薄片形成嵌段共聚物/光吸收剂混合物来说。
上述方法制造的光电池的优点是它们能够提供大于或等于约10％能量转化效率，在另一实施方案中，本发明的光电池够提供大于或等于约20％的能量转化效率，在另一实施方案中，本发明的光电池够提供大于或等于约30％的能量转化效率。另外所述方法制造的光电池是通用的和灵活的，重量轻，能够用多种方法如滚磨方法等制造。
虽然通过参照列举的实施方案描述了本发明，但是对于本领域的技术人员应该理解可以有各种变化，只要不脱离本发明的范围，允许作出等同替代。另外，只要不脱离本发明技术的基本内容，可以作出许多改进以适合特殊的情况或材料，因此本发明不限于作为完成本发明的最好模式的具体公开的实施方案，而且本发明还包括落入其后的权利要求书范围的所有实施方案。

Claims (22)

1.一种光电池，包括：
能够吸收电磁辐射的吸收剂；
包括第一导电表面的第一基底；
包括第二导电表面的第二基底，第二导电表面和第一导电表面相对，并且面对着第一基底的第一导电表面；
电子传送剂，它和第二基底的第二导电表面进行电传递，但是和第一基底是电绝缘的；
空穴传送剂，它和第一基底的第一导电表面进行电传递，但是和第二基底是电绝缘的；其中空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到电绝缘壳层上，并且其中空穴传送剂和/或电子传送剂化学键合到吸收剂上。
2.权利要求1的光电池，其中第一基底和/或第二基底能够透过波长约300-1100纳米的光。
3.权利要求1的光电池，其中第一基底的导电表面和第二基底的导电表面通过光电池的外部的电路进行电传递。
4.权利要求1的光电池，其中第一基底和/或第二基底的导电表面包括一个或多个导电物质层，后者可以包括金属、半导体、掺杂半导体、固有导电性聚合物，或者包含至少一种上述物质的组合。
5.权利要求1的光电池，其中所述的电子传送剂和空穴传送剂是叉指式指状物形式，具有大于或等于约2纳米的特征尺寸。
6.权利要求1的光电池，其中的空穴传送剂和电子传送剂包括固有导电性聚合物。
7.权利要求1的光电池，其中所述的空穴传送剂和/或电子传送剂包括腙化合物，苯乙烯基化合物，二胺化合物，芳香叔胺化合物，丁二烯化合物，吲哚化合物，咔唑衍生物，三唑衍生物，咪唑衍生物，带有氨基的噁唑衍生物，三苯基甲烷，双(4-二乙基胺-2-甲基苯基)苯基甲烷，芪，腙，芳香胺，包括三(甲苯基)胺，芳基胺，烯胺，菲二胺，N，N’-双-(3，4-二甲基苯基)-4-联苯胺；N，N’-双-(4-甲基苯基)-N，N’-双(4-乙基苯基)-1，1’-3，3’-二甲基联苯基)-4，4’-二胺；4，4’-双(二乙基氨基)-2，2’-二甲基三苯基甲烷；N，N’-二苯基-N，N’-双-(3-甲基苯基)-[1，1’-联苯基]-4，4’二胺；N，N’-二苯基-N，N’-双-(4-甲基苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺；N，N’-二苯基-N，N’-双-(烷基苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺和N，N’-二苯基-N，N’-双-(氯苯基)-1，1’-联苯基-4，4’二胺；1，1’-双(4-二-(对-甲苯基)氨基苯基)环己烷；1，1’-双(4-二-(对-甲苯基)氨基苯基)-4-苯基环己烷；4，4’-双(二苯基氨基)四联苯基；双(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷；N，N，N-三(对-甲苯基)胺；4-(二-对-甲苯基氨基)-4’-[4(二-(对-甲苯基)氨基)-苯乙烯基]芪；N，N，N’，N’-四-对-甲苯基-4，4’二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四苯基-4，4’-二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四-1-萘基-4，4’二氨基联苯基；N，N，N’，N’-四-2-萘基-4，4’二氨基联苯基；N-苯基咔唑；4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)-氨基]联苯基；4，4”-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对-三联苯基；4，4’-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯基；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘；4，4’-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4”-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]-对-三联苯基；4，4’-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-并四苯)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯基；4，4’-双[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]联苯基；2，6-双(二-(对-甲苯基)氨基)萘；2，6-双[二(1-萘基)氨基]萘；2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘；N，N，N’N’-四(2-萘基)-4，4’-二氨基-对-三联苯基；4，4’-双{N-苯基-N-[4-(1-苯基)-苯基]氨基}联苯基；4，4’-双[N-苯基-N-(2-芘基)-氨基]联苯基；2，6-双[N，N-双(2-萘基)氨基]氟；1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘，或者包含至少一种上述物质的组合。
8.权利要求6的光电池，其中固有导电性聚合物是聚乙炔及其衍生物，聚噻吩及其衍生物，聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)和聚(3，4-亚乙基二硫基噻吩)及其衍生物，聚(异硫茚)，聚(吡啶并噻吩)，聚(吡嗪并噻吩)及其衍生物，聚(吡咯)及其衍生物，聚(3，4-亚乙基二氧基吡咯)及其衍生物，聚(苯胺)及其衍生物，聚(亚苯基亚乙烯基)及其衍生物，聚(对-亚苯基)及其衍生物，聚(硫茚)，聚(苯并呋喃)，聚(吲哚)及其衍生物，聚(二苯并噻吩)，聚(二苯并呋喃)，聚(咔唑)及其衍生物，聚(联噻吩)，聚(联呋喃)，聚(联吡咯)及其衍生物，聚(噻吩并噻吩)，聚(噻吩并呋喃)，聚(噻吩并吡咯)，聚(呋喃并吡咯)，聚(呋喃并呋喃)，聚(吡咯并吡咯)及其衍生物，聚(三联噻吩)，聚(三联呋喃)，聚(三联吡咯)及其衍生物，聚(二噻吩并噻吩)，聚(二吡咯并呋喃)，聚(二吡咯并吡咯)及其衍生物，聚(苯乙炔)及其衍生物，聚(联吲哚)及其衍生物，聚(二噻吩亚乙烯基)，聚(二呋喃基亚乙烯基)，聚(二吡咯基亚乙烯基)及其衍生物，聚(1，2-反式(3，4-亚乙基二氧基噻吩基)亚乙烯基)，聚(1，2-反式(3，4-亚乙基二氧基呋喃基)亚乙烯基)，聚(1，2-反式(3，4-亚乙基二氧基吡咯基)亚乙烯基)及其衍生物，聚(双-噻吩基亚芳基)和聚(双吡咯基亚芳基)及其衍生物，聚(二噻吩基环戊烯酮)，聚(喹啉)，聚(噻唑)，聚(芴)，聚(薁)，或者包含至少一种上述固有导电性聚合物的组合。
9.权利要求1的光电池，其中电子传送剂是官能化的富勒烯(例如6，6-苯基-C61丁基酸-甲酯)，二氟乙烯基-(杂)亚芳基，3-(1，1-二氟烷基)噻吩基团，并五苯，聚(3-己基噻吩)，α，ω-取代的六噻吩，正-十五氟庚基甲基萘-1，4，5，8-四羧酸二酰亚胺，二己基-五噻吩，聚(3-己基噻吩)，聚(3-烷基噻吩)，二己基六噻吩，二己基蒽二噻吩，酞腈，C60富勒烯，或者包含至少一种上述电子传送剂的组合。
10.权利要求1的光电池，其中电绝缘壳层键合到电子传送剂和/或空穴传送剂并且防止电子和空穴再结合；其中的电绝缘壳层有大于或等于0.2纳米的特征尺寸。
11.权利要求10的光电池，其中电绝缘壳层包括部分单层或多层电绝缘物质。
12.权利要求1的光电池，其中吸收剂包括吸收分子和化学键合到吸收分子上的电荷隔离剂。
13.权利要求12的光电池，其中吸收分子包括至少一种能够吸收约700-1100纳米波长的电磁辐射的长波吸收分子和至少一种能够吸收约300-700纳米波长的电磁辐射的短波吸收分子，并且其中的短波吸收分子和长波吸收分子化学上相容，能够存在于单个相中。
14.权利要求12的光电池，其中电荷隔离剂是取代的酚噻嗪部分，取代的咔唑部分，取代的二苯并苯基烯丙酰苯部分，或至少一种上述电荷隔离剂的组合。
15.权利要求12的光电池，其中的电荷隔离剂包括电子给体部分和/或还原剂。
16.权利要求1的光电池，其中的吸收剂具有能够有效地将电子直接发射到电子传送剂的导电带中的LUMO能级，并且具有，能够有效地将空穴直接发射到空穴传送剂的导电带中的HOMO能级。
17.一种光电池组合物，包括：
非强制地结合到电绝缘分子上的电子传送剂，
非强制地结合到电绝缘分子上的空穴传送剂，
能够吸收电磁辐射的吸收剂，其中吸收剂化学键合到电子传送剂和空穴传送剂上。
18.权利要求17的光电池组合物，其中吸收剂包括吸收分子和一种或多种电荷隔离剂，其中电荷隔离剂化学键合于吸收分子，并且其中电荷隔离剂是取代的酚噻嗪部分，取代的咔唑部分，取代的二苯并苯基烯丙酰苯部分，或至少一种上述电荷隔离剂的组合。
19.权利要求18的光电池组合物，其中所述的吸收分子包括至少一种能够吸收约700-1100纳米波长的电磁辐射的长波吸收分子和至少一种能够吸收约300-700纳米波长的电磁辐射的短波吸收分子。
20.包括权利要求17的组合物的装置。
21.制造光电池的方法，包括：
混合包括能够吸收电磁辐射的吸收剂、电子传送剂和/或空穴传送剂和/或电绝缘分子的组合物，并且将该组合物沉积在基底上。
22.通过权利要求21的方法制造的光电池。
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