KR20170137933A - 고전압 유기 투명 태양전지용 유기 염 - Google Patents
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Abstract
기재, 제1 전극, 태양 스펙트럼의 근적외선 또는 적외선 영역으로부터의 광을 선택적으로(selectively) 또는 주로(predominantly) 수확하는 유기 염 또는 염 혼합물을 포함하는 활성층, 및 제2 전극을 포함하는 광활성 장치. 이 장치는 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성이며, 단일접합 또는 다중접합 장치에 사용될 수 있다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2015년 4월 27일자로 출원된 미국 임시특허출원 제 62/153,299 호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 전체 개시 내용은 본 명세서에 인용에 의해 통합된다.
본 개시는 효율적인 유기 투명 다중접합 광전 및 광검출 장치를 위한, 연장된 근적외선을 수확할 수 있는 유기 소형 분자 염에 관한 것이다.
이 섹션은 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공하는데, 이것이 반드시 선행 기술인 것은 아니다.
유기 광전 장치(Organic Photovoltaics: OPV)는, 저비용 고생산량의 제조 및 독특한 용도(예를 들어, 유연하고 투명한 태양전지)에 대한 이들의 잠재력으로 인해, 상업적 실행가능성에 빠르게 접근하고 있다. 그러나, 종래의 무기 셀과 비교하여, OPV는 전형적으로 태양과의 스펙트럼 중첩에 의해 제한된다. 900 nm 이상에서 효율적인 광변환을 보이는 것으로 실증된 분자는 거의 없으며, 그에 따라, 태양 광속의 거의 절반이 활용되지 못하게 된다. 이 영역에서 흡수 능력을 갖는 분자는 종종, 낮은 개방 회로 전압(open-circuit voltage: VOC)을 겪는다. 예를 들어, 950 nm 및 1000 nm 근처에서 흡수 차단(absorption cut-off)을 갖는 SnPc 및 PbPc는 각각 0.42 V 및 0.47 V의 VOC를 보이는데, 이는, 현실적인 엑시톤 전압 한계(excitonic voltage limit)의 거의 절반에 불과하다. 이러한 전압 한계 및 제한된 스펙트럼 범위로 인해, 높은 투명도를 갖는 투명 유기 광전 장치(Transparent Organic Photovoltaics: TPV)의 현재의 실증(demonstration)은 2 ~ 4%로 제한되고 있다. 효율적인 NIR 분자 목록의 확대는, 전색성 직렬식 셀(panchromatic tandem cell), 및 단일접합 및 다중접합 투명 광전 장치의 성능을 향상시키는 데 도움이 될 것이다.
폴리메틴(polymethines)은 NIR-수확 화합물 및 가시적으로 투명한 NIR-수확 화합물의 필요성을 충족시킬 수 있는 분자의 가장 유망한 종류들 중 하나이다. 폴리메틴은, 이들의 조정가능한 흡수능력(tunable absorption), 높은 흡광계수(extinction coefficient), 및 높은 용해도로 인해, 광전 응용 분야에서 주목 받고 있는 이온성 유기 염의 한 종류이다. 최근에, 근적외선에서 최대 흡수를 갖는 폴리메틴이 OPV 장치(불투명 장치의 경우 1.5-2.8%의 효율을 보였고, 반투명 장치의 경우 0.9-2.2%의 효율을 보였음) 및 투명 발광 태양집광기(transparent luminescent solar concentrator)에 사용된 바 있다.
시아닌 광전 장치를 개선하기 위한 최근의 노력은, 양이온 화학 및 더 큰 갭 분자의 상대이온이 장치 성능, 광학 특성 및 고체 상태 패킹(solid state packing)에 미치는 영향을 연구하는데 초점을 맞추고 있다. 예를 들어, PF6 -는 이중층 장치에서 ClO4 -보다 더 높은 충전률(fill factor)을 나타낸다. 또한, PF6 -를 Δ-TRISPHAT(플루오르화 페닐기를 갖는 부피가 큰 키랄성 음이온)으로 바꾸면, Voc 및 Jsc가 큰 갭 시스템에서 거의 50% 향상될 수 있다. 적합한 상대이온으로서 Δ-TRISPHAT를 선택하는 것은 광물리 및 구조 연구에 기초하여 이루어졌는데, 이 연구에서는, Δ-TRISPHAT 상대이온이 고체 상태에서 시아닌 양이온의 분극을 감소시키고, 거의 제로의 결합 길이 교번(bond length alternation: BLA)을 보이는 것으로 밝혀졌다. Br-, I- 및 PF6 -와 같은 더 단단한 상대이온은 2 ~ 6 pm의 BLA를 나타냈다. 그럼에도 불구하고, 효율적인 유기 투명 다중접합 광전 장치 및 광검출기를 위한, 연장된 근적외선을 수확할 수 있는 새로운 유기 소형 분자 염의 개발이 여전히 요구되고 있다.
이 섹션은 본 개시의 전반적인 요약을 제공하는 것일 뿐, 이 섹션에서, 본 개시의 전체 범위 또는 모든 특징이 포괄적으로 개시되는 것은 아니다.
본 기술은 다음을 포함하는 광활성 장치(photo-active device)를 제공한다: 기재; 상기 기재 내에 또는 상기 기재의 적어도 하나의 표면 상에 침착된 제1 전극; 유기 염 및, 선택적으로(optionally), 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는 활성층; 및 제2 전극. 상기 유기 염은 태양 스펙트럼의 근적외선 또는 적외선 영역의 빛을 선택적으로(selectively) 흡수한다. 다양한 구현예에서, 상기 유기 염은 폴리메틴 유래 유기 양이온(polymethine derivative organic cation)을 포함한다.
본 기술은 또한, 유기 염을 갖는 활성층을 갖는 광활성 장치를 제공한다. 상기 유기 염은 상대이온을 포함하는데, 상기 상대이온은 다음으로부터 선택된다: 할라이드, 아릴 보레이트, 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1-비스나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT), 플루오로안티모네이트; 플루오로포스페이트, 플루오로보레이트, 이들의 유도체, 및 이들의 조합. 상기 유기 염은 또한, 폴리메틴 양이온 또는 시아닌 양이온과 같은 양이온을 포함한다.
또한, 본 기술은 폴리메틴 염을 갖는 활성층을 포함하는 광활성 장치를 제공한다. 상기 폴리메틴 염은 양이온 및 상대이온을 포함한다. 다양한 구현예에서, 상기 광활성 장치는 가시적으로 투명하거나 가시적으로 불투명한 광전 장치, 또는 가시적으로 투명하거나 가시적으로 불투명한 광검출기이다.
또한, 본 기술은 광활성 장치의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은, 적어도 2개의 유기 염을 함께 블렌딩하여 음이온 알로이(anion alloy)를 생성하는 단계로서, 상기 유기 염은 동일한 양이온을 갖되 상이한 음이온을 갖는 단계; 및 상기 음이온 알로이-양이온 쌍을 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치하는 단계;를 포함한다. 다양한 구현예에서, 상기 적어도 둘의 유기 염은 다음으로 이루어진 군으로부터 개별적으로 선택된 상이한 음이온들을 갖는다: F-, Cl-, I- 및 Br-; 아릴 보레이트(예를 들어, 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트); 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT); 플루오로안티모네이트(예를 들어, 헥사플루오로안티모네이트); 플루오로포스페이트(예를 들어, 헥사플루오로포스페이트); 플루오로보레이트(예를 들어, 테트라플루오로보레이트(BF4 -)); 및 이들의 유도체.
적용 가능성의 다른 영역은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 요약의 설명 및 구체적인 예들은 오로지 설명의 목적인 것으로 의도되었으며, 본 개시의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다.
여기에 기술된 도면들은 오로지 선택된 구현예들을 설명하기 위한 것일 뿐, 모든 가능한 구현예들을 설명하기 위한 것이 아니며, 본 개시의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다.
도 1a는 본 기술에 따른 제1 장치의 개략적 설명도이다.
도 1b는 본 기술에 따른 제2 장치의 개략적 설명도이다.
도 2a는 폴리메틴 양이온(Cy+)의 분자구조를 나타내며, 여기서, 청색 원자는 질소이고, 녹색 원자는 염소이다.
도 2b는 본 기술에 따른 다음 상대이온의 분자 구조를 보여준다: (1) I-, (2) PF6 -, (3) SbF6 -, (4) Δ-TRISPHAT(TRIS), 및 (5) 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB).
도 2c는 투명 또는 불투명 태양전지의 예시적인 구조의 설명도이다.
도 3a는 1 태양 조명(1 sun illumination) 하에서 도 1b에 도시된 각각의 상대이온에 대한 대표적인 장치에 대한 J-V 곡선을 보여주며, 여기서, 각각의 상대이온에 대해 최적화된 불투명 장치 구조는 ITO(120 nm)/MoO3(10 nm)/CyX(8-12nm)/C60(40 nm)/BCP(7.5 nm)/Ag(100 nm)였다.
도 3b는 암흑 조건 하에서 도 1b에 도시된 각각의 상대이온에 대한 대표적인 장치에 대한 JV 곡선을 보여주며, 여기서, 각각의 상대이온에 대한 최적화된 불투명 장치 구조는 ITO(120 nm)/MoO3(10 nm)/CyX(8-12 nm)/C60(40 nm)/BCP(7.5 nm)/Ag(100 nm)였다.
도 4a는 다양한 Cy+ 염의 정규화된 흡광계수를 나타내는 그래프이다
도 4b는 도 4a에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한, 부분적으로 최적화된 장치 구조의 외부 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 도 2a 및 도 2b의 Cy(4) 및 Cy(5)에 대한 완전 투명 장치의 투과 스캔(transmission scan)을 도시한다.
도 5b는 미시간 주립 대학의 스파르타 헬멧 로고 위에 배치된 본 기술에 따른 투명 태양전지 장치의 사진이다.
도 6a는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한 응답성 대 강도의 그래프이며, 여기서, 응답성은 일정 범위의 상대이온들에 걸쳐 비교될 수 있다.
도 6b는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염의 개방 회로 전압(VOCs) 대 강도의 그래프이며, 여기서, 각각의 염에 대한 VOC가 극적으로 상이하다.
도 6c는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한 전력 변환 효율(power conversion efficiency: PCE) 대 강도의 그래프이다.
도 6d는 각각의 Cy+ 염에 대한 충전률(fill factor: FF) 대 강도의 그래프이며, 여기서, FF는 CyI의 경우 상당히 낮지만, 낮은 강도에서는 회복된다.
도 7a는 CyTRIS에 대한 외부 양자 효율(external quantum efficiency: EQE)의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7b는 CyTPFB에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7c는 CyPF6에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7d는 CyI에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 다양한 상대이온을 갖는 Cy+에 대한 근적외선에서의 피크 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이며, 여기서, Cy+TRIS- 및 Cy+TPFB-는 다른 상대이온보다 약간 더 높은 두께 및 더 높은 효율에서 피크를 나타낸다.
도 9a는, 근적외선(NIR)에서 더 깊은 광학 활성(optical activity)을 갖는 4개의 유기 염 필름에 대한 정규화된 투과 스펙트럼(transmission spectra)을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 도 9a의 장치에서, 더 깊은 NIR 활성을 갖는 유기 염들의 각각에 대한 EQE 스펙트럼 그래프이다.
도 10은 근적외선 유기 염을 사용하여 고전압을 달성하기에 적합한 상대이온 쌍으로 확인된 추가적인 예시적 음이온의 분자구조를 도시한다.
도 11은 장치 및 투명 셀에 적합한 것으로 확인된 예시적인 선택적 수확성 NIR 유기 양이온(selectively harvesting NIR organic cation)의 다양한 예들을 도시한다.
도 12a는 다중접합 혼입(multijunction incorporation)을 위한 상보적 흡수를 갖는 3개의 셀에 대한 흡수 스펙트럼을 도시한다.
도 12b는 향상된 성능 및 효율을 위해 각각의 서브-셀 내에 상보적 근적외선 흡수제를 갖는 다중접합 불투명 또는 투명 셀의 개략적 설명도이다.
도 13은 VOC 대 엑시톤 밴드갭을 나타내는 그래프이다.
도 14a는, 2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨 (Cy) 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB) 및 Cy 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB)를 갖는 장치에 대한 J-V 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 CyTPFB 및 CyTFMPB를 갖는 장치에 대한 EQE 데이터를 보여주는 그래프이다.
도 15a는 CyPF6와의 블렌드에서의 CyTPFB의 mol%의 함수로서 VOC를 나타낸 그래프이다.
도 15b는 CyTPFB와 C60 사이의 향상된 에너지 준위 정렬(energy level alignment)의 개략적 설명도이고, 뿐만 아니라, CyPF6 및 CyTPFB의 혼합물을 통한 계면 갭의 조율성(tunability)의 개략적 표시이며, 여기서, 삽입 도면은 프론티어 에너지 준위 및 향상된 VOC에서의 이동에 대해 평균화된 상태 밀도(density of states: DOS)의 메카니즘을 도시한다.
도 16a는 헵타메틴 염 양이온 (1-(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨) 및 2-(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨), 그리고 음이온(BF4 - 및 테트라페닐플루오로보레이트, TPFB-)의 구조를 보여준다.
도 16b는 도 14a에 도시된 구조에 의해 제공된 염의 정규화된 박막 흡수(1-투과(1-Transmission))을 나타내는 그래프이다.
도 16c는 도 16a에 도시된 양이온 및 음이온에 대한 고분해능 질량 분광분석 m/z 스펙트럼의 요약이며, 여기서, 다수의 피크들 및 이들의 상대적인 높이는 화합물의 구성 원소의 동위 원소 존재량을 나타낸다.
도 17a는 광전 장치 및 광 검출기 구조에 사용되는 장치 구조의 설명도이다.
도 17b는 전류밀도-전압(J-V) 그래프이다.
도 17c는 12 nm의 두께를 갖는 염을 갖는 장치에 대한 외부 양자 효율(EQE) 곡선을 도시한다(삽입도는 NIR EQE를 강조함).
도 18a는 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital: LUMO) 준위의 심화를 보여주고, 또한, 작은 음이온인 BF4 -로부터, 부피가 크고 약하게 배위하는 음이온인 TPFB-로의 상대이온 교환 후의 계면 갭(IG)의 증가를 보여주는 에너지 개략도이다.
도 18b는 공여체 두께(tD)의 함수로서의 개략적인 D-A 밴드 구조이다.
도 19a는, tD = 6 nm에서, 1-BF4와 1-TPFB의 블렌드(흑색) 및 2-BF4와 2-TPFB의 블렌드(청색)에 대한 TPFB 몰 분율의 함수로서 VOC(좌측 축) 및 EQE(우측 축)를 도시하는 그래프이다.
도 19b는 삽입도에 나타난 EQE의 파장을 보여주는 그래프이다(1-BF4 및 1-TPFB의 경우 1200 nm, 그리고 2-BF4 및 2-TPFB의 경우 1350 nm).
도 20은 각각의 염 공여체에 대한 비검출률(specific detectivity) D* 스펙트럼을 보여준다.
대응하는 지시번호는 여러 개의 도면에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1a는 본 기술에 따른 제1 장치의 개략적 설명도이다.
도 1b는 본 기술에 따른 제2 장치의 개략적 설명도이다.
도 2a는 폴리메틴 양이온(Cy+)의 분자구조를 나타내며, 여기서, 청색 원자는 질소이고, 녹색 원자는 염소이다.
도 2b는 본 기술에 따른 다음 상대이온의 분자 구조를 보여준다: (1) I-, (2) PF6 -, (3) SbF6 -, (4) Δ-TRISPHAT(TRIS), 및 (5) 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB).
도 2c는 투명 또는 불투명 태양전지의 예시적인 구조의 설명도이다.
도 3a는 1 태양 조명(1 sun illumination) 하에서 도 1b에 도시된 각각의 상대이온에 대한 대표적인 장치에 대한 J-V 곡선을 보여주며, 여기서, 각각의 상대이온에 대해 최적화된 불투명 장치 구조는 ITO(120 nm)/MoO3(10 nm)/CyX(8-12nm)/C60(40 nm)/BCP(7.5 nm)/Ag(100 nm)였다.
도 3b는 암흑 조건 하에서 도 1b에 도시된 각각의 상대이온에 대한 대표적인 장치에 대한 JV 곡선을 보여주며, 여기서, 각각의 상대이온에 대한 최적화된 불투명 장치 구조는 ITO(120 nm)/MoO3(10 nm)/CyX(8-12 nm)/C60(40 nm)/BCP(7.5 nm)/Ag(100 nm)였다.
도 4a는 다양한 Cy+ 염의 정규화된 흡광계수를 나타내는 그래프이다
도 4b는 도 4a에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한, 부분적으로 최적화된 장치 구조의 외부 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 도 2a 및 도 2b의 Cy(4) 및 Cy(5)에 대한 완전 투명 장치의 투과 스캔(transmission scan)을 도시한다.
도 5b는 미시간 주립 대학의 스파르타 헬멧 로고 위에 배치된 본 기술에 따른 투명 태양전지 장치의 사진이다.
도 6a는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한 응답성 대 강도의 그래프이며, 여기서, 응답성은 일정 범위의 상대이온들에 걸쳐 비교될 수 있다.
도 6b는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염의 개방 회로 전압(VOCs) 대 강도의 그래프이며, 여기서, 각각의 염에 대한 VOC가 극적으로 상이하다.
도 6c는 도 6d에 도시된 각각의 Cy+ 염에 대한 전력 변환 효율(power conversion efficiency: PCE) 대 강도의 그래프이다.
도 6d는 각각의 Cy+ 염에 대한 충전률(fill factor: FF) 대 강도의 그래프이며, 여기서, FF는 CyI의 경우 상당히 낮지만, 낮은 강도에서는 회복된다.
도 7a는 CyTRIS에 대한 외부 양자 효율(external quantum efficiency: EQE)의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7b는 CyTPFB에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7c는 CyPF6에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7d는 CyI에 대한 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 다양한 상대이온을 갖는 Cy+에 대한 근적외선에서의 피크 EQE의 두께 의존성을 나타내는 그래프이며, 여기서, Cy+TRIS- 및 Cy+TPFB-는 다른 상대이온보다 약간 더 높은 두께 및 더 높은 효율에서 피크를 나타낸다.
도 9a는, 근적외선(NIR)에서 더 깊은 광학 활성(optical activity)을 갖는 4개의 유기 염 필름에 대한 정규화된 투과 스펙트럼(transmission spectra)을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 도 9a의 장치에서, 더 깊은 NIR 활성을 갖는 유기 염들의 각각에 대한 EQE 스펙트럼 그래프이다.
도 10은 근적외선 유기 염을 사용하여 고전압을 달성하기에 적합한 상대이온 쌍으로 확인된 추가적인 예시적 음이온의 분자구조를 도시한다.
도 11은 장치 및 투명 셀에 적합한 것으로 확인된 예시적인 선택적 수확성 NIR 유기 양이온(selectively harvesting NIR organic cation)의 다양한 예들을 도시한다.
도 12a는 다중접합 혼입(multijunction incorporation)을 위한 상보적 흡수를 갖는 3개의 셀에 대한 흡수 스펙트럼을 도시한다.
도 12b는 향상된 성능 및 효율을 위해 각각의 서브-셀 내에 상보적 근적외선 흡수제를 갖는 다중접합 불투명 또는 투명 셀의 개략적 설명도이다.
도 13은 VOC 대 엑시톤 밴드갭을 나타내는 그래프이다.
도 14a는, 2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨 (Cy) 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB) 및 Cy 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB)를 갖는 장치에 대한 J-V 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 CyTPFB 및 CyTFMPB를 갖는 장치에 대한 EQE 데이터를 보여주는 그래프이다.
도 15a는 CyPF6와의 블렌드에서의 CyTPFB의 mol%의 함수로서 VOC를 나타낸 그래프이다.
도 15b는 CyTPFB와 C60 사이의 향상된 에너지 준위 정렬(energy level alignment)의 개략적 설명도이고, 뿐만 아니라, CyPF6 및 CyTPFB의 혼합물을 통한 계면 갭의 조율성(tunability)의 개략적 표시이며, 여기서, 삽입 도면은 프론티어 에너지 준위 및 향상된 VOC에서의 이동에 대해 평균화된 상태 밀도(density of states: DOS)의 메카니즘을 도시한다.
도 16a는 헵타메틴 염 양이온 (1-(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨) 및 2-(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨), 그리고 음이온(BF4 - 및 테트라페닐플루오로보레이트, TPFB-)의 구조를 보여준다.
도 16b는 도 14a에 도시된 구조에 의해 제공된 염의 정규화된 박막 흡수(1-투과(1-Transmission))을 나타내는 그래프이다.
도 16c는 도 16a에 도시된 양이온 및 음이온에 대한 고분해능 질량 분광분석 m/z 스펙트럼의 요약이며, 여기서, 다수의 피크들 및 이들의 상대적인 높이는 화합물의 구성 원소의 동위 원소 존재량을 나타낸다.
도 17a는 광전 장치 및 광 검출기 구조에 사용되는 장치 구조의 설명도이다.
도 17b는 전류밀도-전압(J-V) 그래프이다.
도 17c는 12 nm의 두께를 갖는 염을 갖는 장치에 대한 외부 양자 효율(EQE) 곡선을 도시한다(삽입도는 NIR EQE를 강조함).
도 18a는 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital: LUMO) 준위의 심화를 보여주고, 또한, 작은 음이온인 BF4 -로부터, 부피가 크고 약하게 배위하는 음이온인 TPFB-로의 상대이온 교환 후의 계면 갭(IG)의 증가를 보여주는 에너지 개략도이다.
도 18b는 공여체 두께(tD)의 함수로서의 개략적인 D-A 밴드 구조이다.
도 19a는, tD = 6 nm에서, 1-BF4와 1-TPFB의 블렌드(흑색) 및 2-BF4와 2-TPFB의 블렌드(청색)에 대한 TPFB 몰 분율의 함수로서 VOC(좌측 축) 및 EQE(우측 축)를 도시하는 그래프이다.
도 19b는 삽입도에 나타난 EQE의 파장을 보여주는 그래프이다(1-BF4 및 1-TPFB의 경우 1200 nm, 그리고 2-BF4 및 2-TPFB의 경우 1350 nm).
도 20은 각각의 염 공여체에 대한 비검출률(specific detectivity) D* 스펙트럼을 보여준다.
대응하는 지시번호는 여러 개의 도면에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
이하에서는, 예시적 구현예들이 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 예시적 구현예를 설명하기 위한 것이며, 이를 제한하고자 의도된 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수 형태 용어는, 문맥상 명백하게 다르게 표시하지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어 "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "갖는(having)"은 포괄적이며, 따라서, 서술된 특징, 요소, 조성, 단계, 정수(integer), 조작(operation) 및/또는 성분의 존재를 명시하며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 조작, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 개방형 용어 "포함하는(comprising)"은 본 명세서에 기재된 다양한 구현예를 설명하고 청구하기 위해 사용된 비제한적 용어로서 이해되어야 하지만, 특정 측면에서는, 대안적으로, 이 용어는, 그 대신에, "로 이루어진(consisting of)" 또는 "로 본질적으로 이루어진(consisting essentially of)"과 같은 더 제한적이고 한정적인 용어로서 이해될 수 있다. 따라서, 조성물, 재료, 성분, 요소, 특징, 정수, 조작 및/또는 공정 단계를 기술한 임의의 주어진 구현예에 있어서, 본 개시는 또한, 그러한 열거된 조성물, 재료, 성분, 요소, 특징, 정수, 조작 및/또는 공정 단계로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어진, 구현예를 명시적으로 포함한다. "로 이루어진(consisting of)"의 경우, 대안적인 구현예는 임의의 추가의 조성물, 재료, 성분, 요소, 특징, 정수, 조작 및/또는 공정 단계를 배제한다. "로 본질적으로 이루어진(consisting essentially of)"의 경우에는, 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 주는 임의의 추가의 조성물, 재료, 성분, 요소, 특징, 정수, 조작 및/또는 공정 단계는 그 구현예로부터 배제되지만, 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 임의의 조성물, 재료, 성분, 요소, 특징, 정수, 조작 및/또는 공정 단계는 그 구현예에 포함될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 단계, 요소, 성분, 영역, 층, 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 달리 표시되지 않는 한, 이러한 단계들, 요소들, 성분들, 영역들, 층들, 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안된다. 이들 용어는 하나의 단계, 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션을 다른 단계, 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "제1", "제2", 및 기타 숫자 용어와 같은 용어는, 문맥에 의해 명백하게 표시되지 않는 한, 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 단계, 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션은, 예시적 구현예들의 가르침을 벗어나지 않은 채, 제2 단계, 요소, 성분, 영역, 층, 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
본 개시의 전체에 걸쳐서, 숫자 값은, 주어진 값으로부터의 사소한 편차를 포함하는 근사적 측정치 또는 범위의 한계를 나타내고, 또한, 언급된 값 근처의 값을 갖는 구현예를 나타내며, 뿐만 아니라, 정확하게 그 언급된 값을 갖는 구현예를 나타낸다. 본 상세한 설명의 말미에 제공되는 실제수행 실시예와는 달리, 본 명세서(첨부된 청구범위를 포함)에서 파라미터(예를 들어, 양 또는 조건)의 모든 숫자 값은, 그 숫자 값 앞에 "약"이 실제로 나타나 있는지 아닌지를 불문하고, 모든 경우에서 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. "약"은 명시된 숫자 값이 약간의 부정확성(그 값의 정확성에 대해 어느 정도 근사한; 그 값에 대략 비슷하거나 합리적으로 비슷한; 거의)을 허용한다는 것을 나타낸다. 이와 달리, "약"에 의해 제공되는 부정확성이 이러한 통상적인 의미로 당해 기술 분야에서 이해되지 않는 경우에는, 본 명세서에서 사용되는 "약"은 적어도, 그러한 파라미터를 측정하고 사용하는 통상적인 방법으로부터 발생할 수 있는 차이(variation)를 나타낸다.
본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 범위는, 달리 명시되지 않는 한, 종점을 포함하며, 그 전체 범위 내의 모든 개별 값 및 추가적으로 분할된 범위들의 개시를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "A 내지 B" 또는 "약 A 내지 약 B"의 범위는 A 및 B를 포함한다. 특정 파라미터(예를 들어, 온도, 분자량, 중량 백분율, 등)에 대한 값의 개시 및 값의 범위의 개시는, 본 명세서에서 유용한 다른 값 및 값의 범위를 배척하지 않는다. 착안되는 바와 같이, 주어진 파라미터에 대한 둘 이상의 특정 예시 값은, 그 파라미터에 대해 청구될 수 있는 값의 범위에 대한 종점을 정의할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서, 파라미터 X가 값 A를 갖도록 예시되고, 또한, 값 Z를 갖는 것으로 예시되는 경우, 착안되는 바와 같이, 파라미터 X는 약 A 내지 약 Z의 값 범위를 가질 수 있다. 유사하게, 착안되는 바와 같이, 파라미터에 대한 둘 이상의 값 범위의 개시(그러한 범위들이 내포되는지, 중첩되는지, 별개인지를 불문함)는 개시된 범위들의 종점들을 사용하여 청구될 수 있는 값의 범위의 가능한 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에서, 파라미터 X가 1 내지 10, 또는 2 내지 9, 또는 3 내지 8의 범위의 값을 갖는 것으로 예시되는 경우, 착안되는 바와 같이, 파라미터 X는, 예를 들어, 1 내지 9, 1 내지 8, 1 내지 3, 1 내지 2, 2 내지 10, 2 내지 8, 2 내지 3, 3 내지 10, 및 3 내지 9와 같은 다른 범위의 값들을 가질 수도 있다고 가정된다.
본 기술은 광전 장치 및 광검출기와 같은 광활성 장치 및 광 수확 시스템에 관한 장치 및 방법을 제공한다. 광활성 장치 및 광 수확 시스템은 불투명, 투명, 이종접합 셀(heterojunction cell) 또는 다중접합 셀일 수 있다. 상기 장치 및 시스템은 태양 스펙트럼의 적외선(IR) 영역의, 태양 스펙트럼의 근적외선(NIR) 영역의, 또는 태양 스펙트럼의 적외선 영역 및 근적외선 영역 둘 다의 파장을 갖는 광을 선택적으로(selectively) 또는 주로(predominately) 수확하는 유기 염을 포함한다.
도 1a를 참조하면, 본 기술은 광활성 장치(10)를 제공한다. 광활성 장치(10)는 기재(12), 제1 전극(14), 유기 염 및 선택적으로(optionally) 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는 활성층(16), 및 제2 전극(18)을 포함한다. 활성층(16)이 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하지 않는 구현예에서, 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체는 별개의 층(미도시)에 제공될 수 있다. 다양한 구현예에서, 광활성 장치(10)는 적어도 하나의 또는 복수의 활성층(16)을 포함하거나, 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는 하나 이상의 또는 복수의 상보적 층을 포함하거나, 또는, 활성층(16) 및 상보적 층 둘 다의 적어도 한 세트 또는 복수의 세트를 포함한다. 활성층(16) 및 임의의 상보적 층은 약 1 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 3 nm 내지 약 100 nm의 두께를 갖는다. 도시되지는 않았지만, 일부 구현예에서, 광활성 장치(10)는 또한 임의의 층들 및 전극들(12, 14, 16, 18) 사이에 배치된 버퍼층을 포함하는데, 이는 엑시톤을 차단하거나, 일 함수 또는 수집 장벽을 변경하거나, 규칙성(ordering) 또는 템플레이팅(templating)을 유도하거나, 또는 광학 스페이서로서 작용할 수 있다. 광활성 장치(10)는 엑시톤 한계의 약 30% 또는 약 20% 이내의 개방 회로 전압을 갖는다(상기 엑시톤 한계는 『Lunt et al., "Practical Roadmap and Limits to Nanostructured Photovoltaics" (Perspective) Adv. Mat. 23, 5712-5727, 2011』에 정의되어 있으며, 이 문헌은 인용에 의해 본 명세서에 통합됨). 간단히 말해서, 1 태양(1 Sun) 하에서의 엑시톤 제한 개방 회로 전압(즉, 엑시톤 한계)에 대한 형태는, 밴드 갭들 중 가장 작은 것에 의해 제한되는 이론적 쇼클리-퀘이저 열역학적 제한 개방 회로 전압(Shockley-Queisser thermodynamically limited open circuit voltage)(도 13 참조)의 대략 80%를 따른다. 엑시톤 한계에서 80%의 인자는 엑시톤을 분리시키는데 필요한 최소한의 에너지 구동력에 해당한다. 대안적으로, 광활성 장치(10)는 열역학적 한계의 약 50% 또는 약 35% 이내의 개방 회로 전압을 갖는다.
광활성 장치(10)의 기재(12)는 당해 기술분야에 공지된 임의의 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성 재료(12)일 수 있다. 투명 기재의 비제한적인 예는 다음을 포함한다: 유리, 저철분 유리, 플라스틱, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(에틸 메타크릴레이트)(PEMA), (폴리)-부틸 메타크릴레이트-co-메틸 메타크릴레이트(PBMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 및 폴리이미드(예를 들어, Kapton® 폴리이미드 필름(DuPont, Wilmington, DE)). 불투명 기재의 비제한적인 예는 비정질 실리콘, 결정질 실리콘, 할라이드 페로브스카이트, 스테인레스강, 금속, 금속 박막, 및 갈륨 비소화물을 포함한다.
기재(12)는 제1 전극(14)을 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(14)은 기재(12)의 제1 표면 상에, 예를 들어 박막 형태로, 배치되거나 침착되는데, 이때, 비제한적인 예를 들면, 용액 침착, 드롭 캐스팅, 스핀-코팅, 닥터 블레이딩, 진공 증착, 플라즈마 스퍼터링, 또는 e-빔 증착이 사용될 수 있으며, 그 두께는, 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성 활성층 필름을 가능하게 하는 두께이다. 그러나, 다양한 구현예에서, 기재의 제1 표면 상에 그리고 기재의 제2 대향 표면(미도시) 상에 제1 전극을 갖는 장치의 경우에서와 같이, 다수의 전극(14)이 존재할 수 있다. 도 1b와 같이 도시된 다른 구현예에서, 광활성 장치(10')는 도 1a의 광활성 장치(10)와 동일한 구성요소(기재(12), 전극(14) 및 활성층(16), 및 선택적으로(optionally) 버퍼층)를 갖는다; 그러나, 제1 전극(14)이 기재(12) 내에 배치된다. 따라서, 기재(12)는 전극(14)으로서 작용하는 재료를 포함할 수 있으며, 그에 따라, 기재(12) 및 전극(14)은 시각적으로 구별될 수 없다. 임의의 구현예에서, 제1 전극(14)은 당해 기술분야에 공지된 임의의 재료로 구성될 수 있다. 전극 재료의 비제한적인 예는 다음을 포함한다: 인듐 주석 옥사이드(ITO), 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO), 인듐 아연 옥사이드, 산화 아연, 및 갈륨 아연 옥사이드(GZO), Ag, Au 및 Al과 같은 초박막 금속, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 술포네이트(PEDOT:PSS), 및 이들의 조합. 다양한 구현예에서, 제1 전극(14)은 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 15 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 500 nm 이하의 두께를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 이해되는 바와 같이, 제1 전극(14)의 두께를 변화시킴으로써, 광활성 장치(10)의 다수의 층들(12, 14, 16)과 관련된 복잡한 간섭의 변조를 통해, 광활성 장치(10)의 가시광선 투명도를 변경시킬 수 있다.
활성층(16)은 광활성 장치(10)의 전극(14)의 표면에 위치되거나 배치되는데, 이때, 비제한적인 예를 들면, 용액 침착, 드롭 캐스팅, 스핀-코팅, 닥터 블레이딩, 또는 진공 증착이 사용될 수 있으며, 그 두께는, 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성 필름을 가능하게 하는 두께이다. 따라서, 광활성 장치(10)는 제1 전극(14)을 포함하는데, 이는 기재(12)와 접촉하는 제1 표면, 및 활성층(16)과 직접 접촉하는 제2 표면을 갖는다. 그러나, 일부 구현예에서, 버퍼층은 기재(12)와 제1 전극(14) 사이에 배치되며, 및/또는, 버퍼층은 제1 전극(14)과 활성층(16) 사이에 배치된다. 또한, 제2 전극(18)은 활성층(16)과 직접 접촉할 수 있으며, 또는 버퍼층은 제2 전극(18)과 활성층(16) 사이에 배치될 수 있다. 도 1b의 광활성 장치(10')와 같은 일부 구현예에서, 제1 전극(14)은 기재(12) 내에 배치된다. 그러한 구현예에서, 활성층(16)은 기재(12)의 제1 표면 상에 배치되고, 기재(12)의 제1 표면과 직접 접촉한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 활성층(16)은 유기 염 및 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함한다. 광활성 유기 염은, 비제한적인 예로서, 도 10에 도시된 양이온 및 도 11에 도시된 음이온의 임의의 조합으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은, 선택된 흡수 프로파일을 가질 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 양이온 또는 음이온의 임의의 조합이 광활성 장치(10)에 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 다양한 구현예에서, 유기 염은 전자 공여체로서 작용하고, 활성층(16)에서 C60과 같은 전자 수용체와 쌍을 이룬다. 다른 구현예에서, 유기 염은 전자 수용체로서 작용하고, 전자 공여체 또는 다른 유기 분자 또는 염과 쌍을 이룬다. 여기서, 유기 염은 태양 스펙트럼의 근적외선 또는 적외선 영역의, 또는 근적외선 및 적외선 영역 둘 다의 파장을 갖는 빛을 수확한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "VIS" 광은 약 400 nm 내지 약 675 nm의 파장을 가지며, "NIR" 광은 약 675 nm 내지 약 1500 nm의 파장을 가지며, "IR" 광은 약 1500 nm 내지 약 1 mm의 파장을 갖는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "투명성(transparent)" 또는 "가시광선 투명성(visibly transparent)"은, 선택 투과(specular transmission)의 경우, 눈의 포토픽 반응(photopic response)에 의해 가중된 평균 가시광선 투명도가 약 50% 이상인 장치를 지칭한다. 용어 "불투명성(opaque)" 또는 "가시광선 불투명성(visibly opaque)"은, 선택 투과(specular transmission)의 경우, 눈의 포토픽 반응(photopic response)에 의해 가중된 평균 가시광선 투명도가 약 10% 이하인 장치를 지칭한다. 선택 투과의 경우, 눈의 포토픽 반응에 의해 가중된 평균 가시광선 투명도가 10% 내지 50% 사이인 장치는 "반투명(semitransparent)"이다. 당해 기술분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 유기 염은 양이온 및 상대이온(즉, 음이온)을 포함한다. 다양한 구현예에서, 유기 염은, 도 11에 도시된 예시적인 구조와 같은, NIR 및/또는 IR 광을 선택적으로(selectively) 또는 주로(predominately) 수확하는 폴리메틴 염 또는 시아닌 염이다. 상대이온의 존재하에 유기 염을 형성하는 적합한 유기 양이온(이들은, 이들의 유도체와 대비할 때, "기초 양이온(base cation)"임)의 비제한적인 예는 다음을 포함한다: 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨(1024 nm에서 피크 흡광도), 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨(1014 nm에서 피크 흡광도), 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨(997 nm에서 피크 흡광도), 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐 아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨(996 nm에서 피크 흡광도), 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨(973 nm에서 피크 흡광도), 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일)-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨("Cy+"; 820 nm에서의 피크 흡광도), N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄(1065 nm에서 피크 흡광도), 4-[2-[2-클로로-3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-2,6-디페닐티오피릴륨, 1-부틸-2-[2-[3-[(1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-5-메틸-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[2-[3-[1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 디메틸{4-[1,7,7-트리스(4-디메틸아미노페닐)-2,4,6-헵타트리에닐리덴]-2,5-사이클로헥사디엔-1-일리덴}암모늄, 5,5'-디클로로-11-디페닐아미노-3,3'-디에틸-10,12-에틸렌티아트리카르보시아닌, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,1,3-트리메틸-2H-벤조[e]-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-1,1,3-트리메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로펜텐-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 2-[2-[3-[(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-프로필-2H-인돌-2-일리덴)에틸리덴]-2-(페닐티오)-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-프로필인돌륨, 1,1',3,3,3',3'-4,4',5,5'-디-벤조-2,2'-인도트리카르보시아닌 퍼클로레이트, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 3,3'-디에틸티아트리카르보시아닌, 2-[[2-[2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐]-6-메틸-4H-피란-4-일리덴]메틸]-3-에틸, 2-[7-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-1,3,5-헵타트리에닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 유기 양이온의 "유도체"는, 기초 유기 양이온과 유사하지만 사소한 변화, 변형 또는 치환을 함유하는 유기 양이온을 지칭하거나 또는 이를 포함하는데, 그러한 사소한 변화, 변형 또는 치환은, 예를 들어, 다양한 알킬 사슬 길이를 갖는 가용화 기(solubilizing groups)(예를 들어, 도 11의 R, R', R", S, S', S")에서 이루어질 수 있으며, 또는 다른 가용화 기에 의한 치환일 수도 있으며, 이때, 그러한 사소한 변화, 변형 또는 치환은, 도 10에 도시된 바와 같이, 밴드갭 또는 전자 특성을 실질적으로 변화시키지 않으며, 뿐만아니라, 그러한 사소한 변화, 변형 또는 치환은, 중심 메탄 위치(X, Y)에서의 다양한 할라이드 또는 리간드에 의한 치환일 수도 있다. 상대이온(이들은, 이들의 유도체와 비교할 때, "기초 상대이온"임)의 비제한적인 예, 또는 유기 양이온과 염을 형성하는 음이온의 비제한적인 예는 다음을 포함한다: 할라이드(예를 들어, F-, Cl-, I- 및 Br-); 아릴 보레이트(예를 들어, 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스 [3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트); 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT); 플루오로안티모네이트(예를 들어, 헥사플루오로안티모네이트(SbF6 -)); 플루오로포스페이트(예를 들어, 헥사플루오로포스페이트(PF6 -)); 플루오로보레이트(예를 들어, 테트라플루오로보레이트(BF4)); 이들의 유도체; 및 이들의 조합. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상대이온의 "유도체"는, 기초 상대이온과 유사하지만 사소한 변화, 변형 또는 치환을 함유하는 상대이온 또는 음이온을 지칭하거나, 또는 이를 포함하는데, 이때, 그러한 사소한 변화, 변형 또는 치환은, 상대이온이 유기 양이온과 염을 형성하는 능력을 실질적으로 변화시키지 않는다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 제2 전극(18)은 활성층(16)의 표면 상에, 예를 들어 박막의 형태로, 배치되거나 침착된다. 제2 전극(18)은, 비제한적인 예를 들어, 용액 침착, 드롭 캐스팅, 스핀코팅, 닥터 블레이딩, 진공 증착, 플라즈마 스퍼터링 또는 전자빔 증착에 의해, 활성층(16)의 표면 상에 배치되거나 침착되며, 이때, 그 두께는, 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성 활성층 필름을 가능하게 하는 두께이다. 따라서, 제2 전극(18)은, 제1 전극(14)과 접촉하는 활성층의 표면에 대향하는 활성층(16)의 표면과 접촉한다. 제2 전극(18)은 당해 기술분야에 공지된 임의의 재료로 구성될 수 있다. 전극 재료의 비제한적인 예는 다음을 포함한다: 인듐 주석 옥사이드(ITO), 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO), 산화 아연, 및 갈륨 아연 옥사이드(GZO), Ag, Au 및 Al과 같은 초박막 금속, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트(PEDOT:PSS), 및 이들의 조합. 다양한 구현예에서, 제2 전극(18)은 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 15 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 500 nm 이하의 두께를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 이해되는 바와 같이, 제2 전극(18)의 두께를 변화시키는 것은, 광활성 장치(10)의 다수의 층들(12, 14, 16)과 관련된 복잡한 광학 간섭 및 흡수의 변조를 통해, 광활성 장치의 가시적 투명도를 변경시킬 수 있다
제1 전극(14) 및 제2 전극(18)과 관련하여, 장치가 가시광선 불투명성인 구현예에서, 전극들(14, 18) 중 적어도 하나는 가시광선 투명성이다. 장치가 가시광선 투명성인 구현예에서, 제1 전극(14)과 제2 전극(18) 둘 다 가시광선 투명성이며, 이때, 이들의 두께는 활성층(16)에서 가시광선 투명도를 최적화하도록 맞춤된다.
도 1a 또는 도 1b에는 나타나 있지 않지만, 다양한 구현예에서, 광활성 장치(10, 10')는 추가 활성층(예를 들어, 전자 공여체 및/또는 전자 수용체 층, 전극 층, 또는 이들의 조합)을 더 포함한다. 예를 들어, 추가 활성층은 산화몰리브덴(MoO3), 바토쿠프로인(bathocuproine)(BCP), C60 또는 ITO를 포함할 수 있다. 추가 전극은 Ag, Au, Pt, Al 또는 Cu의 층으로 구성될 수 있다. 전자 수용체의 추가적인 비제한적인 예는 C70, C84, [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르, TiO2, 금속 산화물, 페로브스카이트, 기타 유기 염, 유기 분자 또는 폴리머를 포함한다. 활성층은 공여체-수용체 쌍들의 순수(neat) 평면 층들, 블렌딩된 공여체-수용체 쌍들의 혼합된 층들, 또는 블렌딩된 공여체-수용체 쌍들의 경사층(graded layer)들로 구성될 수 있다. 다양한 구현예에서, 광활성 장치(10, 10')는 서브셀(subcell)의 형태로 다중접합 장치 구조 내에 통합되며, 이때, 상기 다중접합 장치는 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성이다. 앞에서 기술된 바와 같이, 광활성 장치(photo-active device)는 광전 장치(photovoltaic) 또는 광검출기(photodetector)일 수 있다.
약 700 nm 내지 약 1600 nm의 선택적 근적외선 피크들(selective-near-infrared peaks)의 범위를 갖는 근적외선(도 12a)에서 더 깊은 선택적(selective) 수확 특성을 갖는 유기 염은 추가적으로, 효율적이고 저비용인 다중접합 장치의 개발을 가능하게 하는데, 이때, 이 장치는 불투명 및 투명 둘 다 가능하고, 태양 스펙트럼에 걸쳐서 상보적 반응을 갖는다(도 12b). 이 유기 염은 또한, 음이온 알로이화(alloying)(즉, 둘 이상의 음이온을 함께 블렌딩하는 것)를 통해 프론티어 오비탈 준위(frontier orbital level) 및 이종접합 계면 갭(heterojunction interface gap)을 정밀하게 조정할 수 있으며, 그 결과, 광전류와 광전압의 곱을 최적화하기 위한 독립적인 조정 파라미터를 제공할 수 있는 열역학적 한계 근처의 전압이 발생된다(도 13).
따라서, 본 기술은 또한, 광활성 장치에서 물질의 프론티어 에너지 준위 또는 최고 점유 분자 오비탈(HOMO) 위치를 조정하는 방법을 제공한다. 이 방법은 두 개 이상의 유기 염을 함께 블렌딩하는 것을 포함하며, 여기서 상기 유기 염은 동일한 양이온을 갖지만 상이한 음이온을 갖는다. 유기 염들을 함께 블렌딩하면, 음이온 알로이(즉, 균일한 양이온 및 복수의 음이온들을 포함하는 조성물)가 생성된다. 예를 들어, 공통 양이온을 갖는 2개의 상이한 유기 염으로부터 생성된 음이온 알로이는 2 음이온 1 양이온 혼합물이다. 음이온 알로이는 박막 형태일 수 있다. 상기 방법은 또한, 음이온 알로이를 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치하는 단계를 포함한다. 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나는 기재 상에 직접 또는 간접적으로 배치된다. 음이온 및 양이온은 본 명세서에 기재된 임의의 음이온 및 양이온일 수 있다. 함께 블렌딩된 상이한 유기 염들은 등몰량 또는 비등몰량으로 함께 블렌딩될 수 있다. 에너지 준위 위치를 조정함으로써, 맞춤형 광활성 장치를 제조할 수 있다. 다양한 구현예에서, 상기 방법은 또한, 앞에서 논의된 바와 같이, 광활성 장치에 추가의 층을 배치하는 단계를 포함한다.
본 기술의 구현예들이 다음의 비제한적인 실시예를 통해 추가적으로 설명된다.
실시예
1
실험
재료 및 합성 : 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨 요오다이드(CyI)를 "American Dye Source(캐나다, 퀘벡)"로부터 구입하였고, 사용하기 전에 5:1 DCM:MeOH 용매 혼합물로 실리카 플러그를 통해 여과하였다. 리튬 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 에틸 에테레이트, NaPF6(98 %) 및 AgSbF6(98 %)는 "Sigma Aldrich(미주리주 세인트루이스)"로부터 구입하여 수령한 그 상태대로 사용했다. Δ-TRISPHAT 테트라부틸암모늄 염(98.5 %)은 "Santa Cruz Biotechnology (Dallas, TX)"로부터 구입하였고, C60(99.9 %)는 "MER(Materials and Electrochemical Research Corp. Tucson, AZ)"로부터 구입하였고, 바토쿠프로인(bathocuproine)(BCP)은 "Luminescence(Hsin Chu, Taiwan)"로부터, MoO3(99.9995 %)는 "Alfa Aesar(Ward Hill, MA)"로부터 구입했다. 모든 교환은 당해 기술분야에 공지된 절차를 따랐으며, 다만, 예외적으로, CySbF6는 디클로로메탄(DCM) 중의 AgSbF6와의 침전 반응을 통해 교환되었다. 용리액으로 DCM이 포함된 실리카 플러그를 통해 모든 교환 생성물을 여과함으로써, 더 많은 극성 잔류 CyI가 쉽게 제거되도록 하였다.
장치 제작 및 테스트: ITO 1200Å로 사전 패터닝된 유리 기판을 비누, 탈이온수, 및 아세톤으로 각각 4 분 동안 순차적으로 초음파 처리한 후, 이소프로판올에서 5 분간 끓이고 5 분 동안 산소 플라즈마 처리하여 세척하였다. 모든 장치는 4.9 mm2의 활성 면적으로 제작되었다. 도 2a 및 도 2b의 화합물 (1) 내지 (4)를 600 rpm에서 5 초 동안 스핀 코팅한 후, 다양한 농도의 클로로벤젠 용액으로부터 2000 rpm에서 20 초 동안 스핀 코팅하였다. 도 2a 및 2b의 화합물 (5)는 3:1 CB:DCM 용액에 CB에 제한된 용해도로 용해되었다. 다른 모든 층은 3·10- 6 torr 이하의 압력으로 진공 열 증발을 통해 1 Å/s로 증착되었다. 불투명한 장치의 장치 구조는 MoO3(100 Å) / CyX(x Å) / C60(400Å) / BCP(75 Å) / Ag(800 Å)였다. 투명한 장치의 장치 구조는: MoO3 (100 Å) / CyX (x Å) / C60 (400 Å) / BCP (75 Å) / Ag (20 Å) / MoO3 (1000 Å) / ITO (1000 Å)이었고, 도 2c에 도시된 바와 같다. 필름 두께 및 광학 상수는 엘립소메트리(ellipsometry)를 사용하여 측정하였다. 암흑 조건에서 전압(V)의 함수로서 전류 밀도(J)를 측정하였고, AM1.5G 태양 시뮬레이션(크세논 아크 램프)을 사용하였으며, 여기서 강도는 KG5 필터를 갖는 NREL-보정된 Si 기준 셀을 사용하여 측정되었다. J-V 특성은 3 개의 독립적인 장치 세트로 제조된 적어도 24 개의 장치에 대해 평균되었다. 외부 양자 효율(EQE) 측정은 뉴포트 보정 Si 검출기(Newport calibrated Si detector)를 사용하여 보정되었다.
광학적 특성분석: 기준 샘플을 사용하지 않고 전송 모드에서 이중-광선 Lambda 800 UV/VIS 분광기를 사용하여 필름 및 장치 스택의 선택 투과율(Specular transmittance)을 측정하였다.
광학 모델링: 엑시톤 확산 길이는 전달 매트릭스 광학 모델링(transfer matrix optical modelling)을 사용한 EQE 데이터와 잘 맞았다. 이 모델링은 불투명 및 투명 장치 모두의 광학 층 두께 구조를 식별하는 데에도 사용되었다.
결과 및 토론
800 nm 이상 내지 최대 1600 nm까지의 반응(response)을 갖는 일련의 유기 염의 합성, 특성분석, 및 광전 장치 성능이 실현되었다. 중요한 코어 NIR 활성 헵타메틴 양이온(Cy+)을 다양한 상대이온(counterion) 치환의 영향을 조사하기 위한 예시적인 유기 염으로서 사용하였다 (도 2a 및 2b 참조). 상대이온들 사이의 비교의 정확성을 향상시키기 위해, 각각의 염은 CyI의 단일 배치로부터 일단계 용액-기반의 상대이온 교환에 의해 준비되었다. 이들 상대이온은 고체 상태의 광물리 특성 및 장치 성능에 대한 상대이온 크기, 전기음성도, 및 분자 구조의 영향을 설명하기 위해 선택되었다.
도 3a는 하나의 태양 조명하에서 각각의 상대이온에 대한 가장 대표적인 장치의 J-V 특성을 도시하고, 도 3b는 암흑 조건에서의 J-V 특성을 도시한다. 상대이온이 J-V 성능에서 극적인 역할을 한다는 것은 즉각적으로 명백하다. CyI 및 CyBF4는 낮은 충전률(fill factor)(0.3 - 0.4)을 나타내지만, CyPF6, CySbF6, CyTRIS 및 CyTPFB는 0.64만큼 높은 충전률(fill factors)을 나타낸다. BF4 - 및 I-는 또한 가장 작고, 가장 이동성이 큰 상대이온이다. 표 1은 각각의 상대이온에 대한 J-V 특성을 제공한다.
표 1: 각각의 상대이온에 대한 J-V 특성
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각각의 염의 정규화된 흡광 계수는 도 4a에 도시되고, 장치의 외부 양자 효율(EQEs)은 도 4b에 도시된다. 투명 장치의 투과 스캔은 도 5a에 표시되어 있으며 도 5b는 투명성을 설명하기 위해 미시간 주립 대학의 스파르타 헬멧 로고 위에 놓인 투명 장치를 보여준다. CyTFMPB에 대한 장치 데이터는 도 15a 및 도 15b에 도시된다.
각각의 상대이온에 대한 강도 의존성 J-V 파라미터를 도 6a 내지 6d에 나타내었다. 도 6b에 도시된 바와 같이, CySbF6는 CyPF6보다 약 ~0.03V의 최소의 Voc 향상을 나타내었고, CyI와 비교할 만한 Voc를 나타내었다. 그러나, Δ-TRISPHAT 및 TPFB 음이온에서 훨씬 더 실질적인 Voc 증가(각각 CyPF6의 Voc보다 0.2V 및 0.3V 큰)가 관찰되었다.
암흑 곡선에서 관찰된 가장 흥미로운 특징은 순방향 바이어스다. 더 높은 Voc를 보여주는 상대이온은 이상 계수(ideality factor)의 증가를 보여준다. CyTPFB 소자에 대한 Voc의 극적인 증가에도 불구하고, 역전 포화 암전류 Js의 상당한 감소는 없다. Voc 향상은 감소된 누설 전류에 의해 일반적으로 이해되지만, 이 메커니즘은 이 경우에 중요하지 않은 것처럼 보인다.
엑시톤 확산 길이를 특성화하기 위해, EQE는 각각의 상대이온에 대하여 두께의 함수로서 측정되었다. 그 결과는 도 7a 내지 7d에 제공된다. CyTPFB 및 CyTRIS는 두께가 증가함에 따라 EQE 롤오프(roll-off)가 현저히 감소하여 엑시톤 확산 길이, 전하 수집 길이 또는 양자 모두의 향상을 확인한다. 이 경향은 도 8에서도 볼 수 있는데, 여기서 피크 EQE가 각각의 음이온에 대한 두께의 함수로 그려지고 핏팅된(fitted) LD 향상 추세를 따른다. 실제로, 전하 수집 효율, ηCC은 더 큰 두께에서 감소할 수 있어, 확산 길이가 더 낮은 추정치일 수 있음을 시사한다.
이 장치들에서 이동 이온 분기(mobile ion shunting)와 공간 전하 영역(space charge region)이 중요한지 알아보기 위해, -1 V에서 30 분 동안 장치에 바이어스를 가하여(biasing) 폴링(poling) 실험을 수행했다. Voc 및 FF는 CyPF6 또는 CyTPFB 장치에서 상당히 증가하지는 않았다.
단결정을 연구할 때, TPFB는 단결정에서 양이온을 둘러싼 더 높은 대칭 환경을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 본 장치에 통합된 필름은 결정성을 나타내지 않고 완전히 비정질(amorphous)이다.
도 4a는 엘립소메트리에 의해 측정된 각각의 상대이온에 대한 정규화된 흡광 계수(normalized extinction coefficients)를 도시한다. CyTPFB와 CyTRIS는 다른 상대이온과 비교하여 약간 더 좁은 흡수 폭을 보이는데, 각각 약 650 내지 930 nm 및 670 내지 930 nm의 흡수 범위를 가지며, CyI, CyPF6 및 CySbF6의 경우의 620 내지 950 nm와 비교되었다. 이 효과는 Cy 양이온 사이의 증가된 분리(및 이에 상응하는 감소된 응집 및 상호 작용) 및 이들 염의 결정성 고체에서 보이는 Cy 양이온의 감소된 분극(polarization)의 조합에 기인할 수 있다. 이 두 가지 효과는 흡수를 위해 이용가능한 상태의 감소된 분포를 가져올 것이다. 피크의 협소화는 ~ 0.03 eV의 광학 갭의 약간의 감소와 일치하지만, 이는 Voc의 0.3 V 증가를 설명하는데 명백히 불충분하다.
피크의 협소화는 투명한 광전 장치의 평균 가시광선 투과율 및 연색 지수(color rendering index)를 높일 수 있다는 장점이 있다. 포토픽 반응(photopic response)의 장파장 차단은 ~ 675 nm에서 일어나며, 도 4a에서 볼 수 있듯이, CyTPFB와 CyTRIS는 다른 음이온인 Cy(1) 내지 (4)보다 포토픽 반응 곡선과 상당히 덜 겹친다. 협소화(Narrowing)는 성능 향상을 위해 다중접합(multijunction)의 투명한 광전지에서 CIAIPc 또는 다른 근적외선(NIR) 공여체(donor)와의 경쟁적인 흡수를 감소시키는 이점을 또한 가질 수 있다.
이 연구는 음이온 알로이 또는 블렌딩을 통해 유기 염 기반의 광전 장치에서 에너지 준위 정렬(energy level alignment) 및 개방회로 전압을 쉽게 조정할 수 있는 분자 설계 전략을 제시한다. CyPF6-CyTPFB 혼합물 내의 CyTPFB 함량이 증가함에 따라, Voc의 일정한 선형 증가(도 15a 및 15b 참조) 및 J0의 현저한 감소가 관찰되었으며, 이는 계면 갭 변조(interface gap modulation) 및 HOMO 준위 시프트(HOMO level shift)에 대한 예상된 거동을 따른다. CySbF6 및 CyTRIS과의 혼합 뿐만 아니라 다른 양이온/음이온 조합의 혼합에 대한 유사한 선형 거동이 또한 관찰된다. 따라서, 이것은 전압 향상에 대한 주요 메커니즘을 확인하고 그러한 시스템에서의 에너지 준위 정렬(energy level alignment) 설명을 뒷받침하는 첫 번째 확실한 증거이다. 이 메커니즘은 계면 재조합 역학으로 전하 전달 효율을 통해 전하 발생을 균형잡기 위해 최고 점유 분자 오비탈(the highest occupied molecular orbital)(HOMO) 위치를 최적화하기 위한 강력한 새로운 조정 파라미터를 제공한다.
결과
800 nm 초과 1600 nm까지의 광전류 발생을 가진 유기 광전 장치에서의 상대이온 교환을 통한 0.40 V에서 0.72 V까지의 개방 회로 전압 향상이 실증되었다. 이 분자의 광학 엑시톤 갭(optical excitonic gap)에 상대적으로, 이것은 시아닌(cyanine)-기반의 광전 장치에 대한 보고된 VOC 중 가장 높은 것으로, 엑시톤의 한계에 근접한다. 중간-갭 결함 상태 및 이온 이동성의 제거에 대한 이러한 증가는 방향족 상대이온의 입체 장애(steric hindrance)에 기인한다. 또한, 이 새로운 분자들은 선택적 근적외선 수확(harvesting)을 통해 투명한 광전 장치의 탁월한 잠재력을 보여준다. 이 연구는 고전압 근적외선을 흡수하는 유기 광전 장치 및 고효율의 투명한 광전 장치를 구현하는 방법을 실증한다.
실시예 2
도입
소수의 유기 광전 장치(OPVs) 및 유기 광검출기(OPD)는 900 nm 초과의 광응답 특성을 보여 주었는데, 이것은 직렬형 태양전지, 투명 태양전지 및 적외선 광검출기에 대해서 이전에 충분히 활용되지 못했던 스펙트럼 영역이다. 여기에서 선택적 깊은 근적외선(NIR) 광응답을 갖는 헵타메틴 염은 λ= 1400 nm 또는 1600 nm에서 외부 양자 효율(EQEs) 차단으로 실증된다. 음이온 교환은 흡수 특성의 변화를 최소화하면서 프론티어 오비탈(frontier orbital) 준위를 깊게 하여 암전류(dark current)의 감소, 개방회로 전압(엑시톤 한계에 근접함) 증가, 및 비검출률(specific detectivity)의 증가로 이어진다. 엑시톤 결합 에너지와 전하 전달 효율의 균형을 유지하는 것이 매우 작은 밴드 갭 근적외선 흡수 장치의 성능을 향상시키기 위해서 중요함을 보여준다. 이 유기 염들은 저렴한 적외선 태양전지 및 검출기로 가는 경로를 나타내며 투명 및 다중접합 태양전지의 기존 공여체 재료 목록을 확대한다.
근적외선, 즉 λ > 800 nm에서 흡수하는 유기 반도체는 광대역 및 투명 태양전지의 응용 분야에 유망하다. 근적외선 광전지 반응을 갖는 유기 화합물은 시아닌, 탄소 나노튜브, 및 폴리머를 포함하여 실증되었다. 그러나, 이 연구에서 EQE는 SnNcCl2의 경우 1100 nm까지, 탄소 나노튜브의 경우 1450 nm까지만 확장되었다. 유기 분자의 적외선 흡수를 적색 편이(redshifting)하기 위한 설계 전략은 결합을 증가시키고 응집체, 결정 구조, 및 분자간 근접성에 영향을 미치기 위해 리간드 구조를 변형시키는 것을 포함한다. 그러나 일단 분자가 광전 장치에 설계되고 집적되면, 그것들의 성능은 전형적으로 제멋대로인(arbitrary) 에너지 준위 정렬로 인해, 이상적인 것보다 낮은 개방 회로 전압, 낮은 캐리어 이동도 및 확산 길이, 1000 nm 초과의 제한된 흡광도를 야기한다. 음이온 전기음성도를 변화시킴으로써 조정될 수 있는 최고 점유 분자 오비탈(HOMO) 준위를 갖는 새로운 일련의 헵타메틴 염이 이제 제공된다. 이 유기 염들은 깊은 근적외선 파장에서의 광응답 및 엑시톤 한계(excitonic limit)에 가까운 개방 회로 전압을 실증하기 위해 광전 장치 및 광검출기 셀에 사용된다. 광학 모델링 및 개방 회로 전압 튜닝을 사용하여, 성능 제한 요인 및 성능 향상 전략을 확인한다.
상대이온 테트라플루오로보레이트(BF4 -) 및 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB-)로 배위된 헵타메틴 염 1(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, λmax = 996 nm) 및 2(1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴)]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, λmax = 1024 nm)가 도 16a에 도시된다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 이들 분자는 양이온 1 및 2에 대해 각각 1400 nm 및 1600 nm까지 확장되는 흡수 범위를 갖는다. 도 16c는 양이온 및 음이온 질량에 대한 m/z 합성 검증의 요약을 도시한다.
실험
1-TPFB 및 2-TPFB의 합성: 등몰량의 칼륨 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(K-TPFB) 및 1- 또는 2-BF4를 메탄올:디클로로메탄(MeOH:DCM) 5:1에 10 mg/ml로 용해시키고 반응에 앞서 실온에서 질소하에 1 시간 동안 교반하였다. 모든 화학 물질(Boulder Scientific Company, Few)은 수령한 상태 그대로 사용하였고, 용매(Sigma Aldrich)는 HPLC 등급이었다. 진공 여과 및 MeOH 세척을 사용하여 고체 생성물을 수집하고, 최소 DCM(~ 10 mg/ml)에 재용해시키고, 용리액으로서 DCM을 사용하여 실리카 플러그를 통해 부어서 불순물 및 미반응 1- 또는 2-BF4를 제거하였다. 1- 또는 2-BF4와 유사한 색상을 가진 제1 분획을 수집하고, 과량의 DCM을 회전 증발기에서 55 ℃에서 20 분 동안 대기압에서 제거하였다.
1-TPFB 및 2-TPFB 및 이온 순도 평가의 검증: "Waters Acquity" 초고압 LC 시스템에 연결된 "Waters Xevo G2-XS QToF" 질량분석기를 사용하여 양이온, 음이온, 및 제품 순도를 검증했다. 양이온은 양이온 모드 전자분무 이온화(ESI)에서 분석되었고 음이온은 음이온 모드 ESI에서 분석되었다. 용액을 아세토니트릴에서 제조하였고 물:아세토니트릴이 50:50인 용리액을 사용하여 2 분 동안 직접 주입하였다. 질량 스펙트럼은 약 20,000의 질량 분해능(M/ΔM, 반치전폭)을 갖는, m/z 50 내지 1,500 이상의 동적 범위 확장을 사용하여 획득되었다. 다른 파라미터에는 2 kV의 모세관 전압, 350 ℃의 탈용매화 온도, 100 ℃의 원천(source) 온도, 0 Lh-1의 콘 가스(cone gas) (N2) 및 400 Lh-1의 탈용매화 가스(N2)가 포함된다. 양이온 1 [C51H48N3]+에 대한 계산된 m/z는 702.3848이고, 측정된 m/z는 702.3641이다. TPFB- 음이온 [C24BF20]-에 대해 계산된 m/z는 678.9774이고, 측정된 m/z는 678.9788이다. 양이온 2[C45H43N2]+에 대해 계산된 m/z는 611.3426이고, 측정된 m/z는 611.3421이다. TPFB- 음이온 [C24BF20]-에 대해 계산된 m/z는 678.9774이고, 측정된 m/z는 678.9789이다.
이온 순도 평가를 위해, 교환 전구체 및 생성물의 용액을 10 nM 내지 500 nM의 다양한 농도로 아세토니트릴에서 제조하고 전술한 바와 같이 질량 분석법(mass spectrometry)으로 분석하였다. 농도에 대한 전구체 K-TPFB, 1-BF4 및 2-BF4에 대한 적분된 이온 검출 강도의 보정 곡선을 계산하여 교환 생성물 1-TPFB 및 2-TPFB에서 BF4 - 및 TPFB-이온 농도를 측정하였다. 이온 순도는 1-TPFB 및 2-TPFB 모두에서 > 95 % TPFB가 되도록 측정되었다.
태양 전지 장치 제조 및 테스트: 패턴화된 ITO 기판(Xin Yan, 100 nm, 20 Ω/sq)을 순차적으로 비누, 탈이온수(DI water), 아세톤 및 끓는 이소프로판올로 각각 3 분 동안 세정하였다. 그런 후 기판을 3 분 동안 산소 플라즈마 처리하고, MoO3(99.9995 %, Alfa Aesar)를 3x10-6 torr에서 0.1 nm/s로 열 증발시켰다. 헵타메틴 염은 공기 중에서 덩어리로 만들어지고, 질소 분위기하에 디메틸 포름아미드에 용해되고, 적어도 30 분 동안 초음파 처리되었다. 용액을 여과없이 사용하였고 글로브박스에서 30 초 동안 3000 rpm으로 스핀 코팅하였다. C60(99.9 %, MER Corp.)의 후속 층들, 바토쿠프로인(BCP, Luminescience Technology, Inc.) 및 은을 각각 0.1, 0.05 및 0.2 nm/s에서 열 증발시켰다. 층 두께는 Si 기판 상에서 가변각 분광 엘립소메트리(J.A. Woollam)를 사용하여 측정되었다. 장치 영역(평균값: 5.7 mm2)은 애노드와 캐소드 사이의 중첩 영역으로 정의되고 광학 현미경을 사용하여 측정되었다. 전류 밀도(J)는 KG5 필터가 있는 NREL-보정된 Si 기준 셀을 사용하여 AM1.5G (100 mW/mm2) 강도로 보정된 크세논 아크 램프 조명 하에서 Labview-제어 소스미터를 사용하여 전압의 함수로 측정되었다. 외부 양자 효율(EQE) 측정은 200 Hz에서 재단된(chopped) 텅스텐 할로겐 램프로부터의 단색광, 피코암미터(picoammeter) 및 락-인 증폭기(lock-in amplifier)를 사용하여 수행되었다. IR-파이버의 말단에서의 광 강도는 뉴포트 보정 Si 다이오드를 사용하여 350 내지 800 nm에 대해 측정하였고 뉴포트 보정 Ge 다이오드를 사용하여 800 내지 1600nm에 대해 측정하였다. 단락 회로(V = 0)에서의 측정에 기초하여 비검출률 D*(cm Hz1 /2W- 1)를 계산하였다. D*는 다음과 같이 구한다.
여기서 R은 A/W 단위의 응답도(responsivity)이고, A는 cm2 단위의 장치 면적이며, SN -1은 A Hz-1/2 단위의 전류 스펙트럼 노이즈 밀도이다. 실온 및 0V에서, 노이즈는 열(thermal) (Johnson-Nyquist) 노이즈 ST(A Hz-1/2)에 의해 좌우되며, 이는 다음과 같이 추산된다:
여기서 KB는 볼츠만 상수(J K-1), T는 온도(K), RD는 제로 바이어스에서 암흑에서 태양 전지의 미분 저항이다.
자외선 광전자 스펙트로스코피 데이터는 MoO3/ITO 상의 ~ 10 nm 두께의 염 필름 상에서 21.2 eV(He I 조사)로 방출되는 He 램프로 기록되었다. 샘플을 공기에 노출시키지 않고 적재하였다. LUMO 전송 준위는 광학 밴드갭(1-BF4 및 1-TPFB에 대해 0.85 eV 및 2-BF4 및 2-TPFB에 대해 0.80 eV) 및 계산된 엑시톤 결합 에너지(1-BF4 및 1-TPFB의 경우 0.55 eV 및 2-BF4 및 2-TPFB의 경우 0.40 eV)를 HOMO 준위에 넣음으로써, 추산되었다.
결과 및 토의
도 17a에 도시된 바와 같이, 두께의 함수로서 네 개의 염을 사용하여 인듐 주석 산화물(ITO)/10 nm MoO3/t nm 염/40 nm C60/7.5 nm 바토쿠프로인(BCP)/80 nm Ag 구조의 태양 전지 장치를 제조하였다. N,N-디메틸포름아미드(DMF)로부터 각각의 유기 염의 공여체 층을 질소하에 스핀코팅하였고, 다른 층들은 진공하에 열 증착시켰다. 각각의 염의 두께는 용액 농도를 변화시킴으로써 제어하였다. 비교를 위해, 유사한 염 두께(12±1 nm)를 갖는 장치에 대한 J-V 및 EQE가 도 17b 및 17c에 그려져 있고 평균 성능 메트릭스(metrics)는 표 2에 나와 있다. BF4을 TPFB로의 교환은 VOC를 양이온 1에 대해 0.13 내지 0.33 V 및 양이온 2에 대해 0.17 내지 0.25 V로 거의 2 배 증가시킨다. 이러한 전압의 향상은 도 18a에 도시된 바와 같이 프론티어 에너지 준위의 시프트(shift) 및 증가된 계면 갭으로 인한 것이다. 그러나, 이 교환은 공여체-수용체(donor-acceptor) 최저 비점유 분자 오비탈 준위 오프셋(ΔLUMO)의 실질적인 감소로 인해 NIR EQE 피크를 50 % 이상 감소시킨다. EQE에서 계면 갭의 점진적인 시프트의 효과를 이해하기 위해, 다양한 몰비의 1 또는 2-TPFB를 가진 1- 또는 2-BF4의 알로이 블렌드를 제조했다. TPFB 몰 분율의 함수로서의 VOC 및 EQE 경향을 도 19a에 도시하였다.
표 2: 각각의 염에 대한 장치 파라미터 및 분자 특성.
| 염 |
J SC (mA cm-2) |
V OC (V) |
FF | 흡수 에지(Abs. Edge) (nm) |
NIR EQE 피크 (%) |
D* 피크 (Jones) | J 0 (μA/cm2) |
| 1-BF4 | 3.4 ± 0.3 | 0.13 ± 0.01 | 0.34 ± 0.01 | 1440 | 2.1 | 3.7 x 109 | 48 |
| 1-TPFB | 1.9 ± 0.2 | 0.33 ± 0.01 | 0.49 ± 0.01 | 1460 | 1.1 | 5.3 x 1010 | 0.014 |
| 2-BF4 | 3.4 ± 0.3 | 0.15 ± 0.01 | 0.42 ± 0.05 | 1590 | 1.4 | 7.0 x 109 | 7.0 |
| 2-TPFB | 1.7 ± 0.2 | 0.25 ± 0.01 | 0.42 ± 0.04 | 1500 | 0.8 | 1.7 x 1010 | 1.1 |
순수한 염의 두께 경향은 도 19b에 도시되는데, 여기서 VOC는 증가하는 두께에 따라 평탄하게 유지(1-BF4 및 2-BF4)되거나 또는 감소(1-TPFB 및 2-TPFB)하며 EQE는 단조롭게 증가한다. 일반적으로, VOC는 5 내지 15 nm 범위의 공여체 염 두께에 독립적인 것으로 밝혀졌다. 일부 경우에 있어서, OPV의 개방회로 전압은 두께가 증가함에 따라 증가하며, 병렬 분기 경로(parallel shunting pathways)는 더 완벽한 필름을 형성함으로써 제거된다. 그러나, 1-TPFB와 2-TPFB의 경우, VOC는 4 내지 15 nm의 두께 범위에서 20 %의 완만한 감소를 나타낸다. 증가하는 두께에 따른 VOC의 감소는 (1) 무질서-유도된 갭 테일 상태의 존재로 인한 증가된 재조합, (2) 전기장 프로파일 확대로 인한 재결합 증가 및 (3) 밴드 벤딩으로 인한 계면 갭의 시프트에 기인한다(도 18b에 도시된 바와 같이). 전압 강하가 발생하는 작은 두께 범위(1nm)로 인해 메커니즘 (1) 및 (2)는 발생할 것 같지 않다; 따라서, VOC 감소는 대부분 두께의 함수로서 1-TPFB 및 2-TPFB 장치에서의 불완전한 밴드 벤딩에 기인한 것 같다. 대조적으로, 1-BF4 및 2-BF4를 갖는 장치는 두께 의존 광전압을 가지지 않기 때문에 더 큰 캐리어 밀도 또는 더 작은 유전 상수 중 어느 하나로부터 기인하는 더 작은 결핍 폭(depletion width)을 가질 수 있다.
1000 nm를 넘는 양자 효율은 많은 양자점 시스템(quantum dot systems)에서도 15 % 미만으로 크기가 제한되었다. 현재 근적외선 EQE의 제한 요소를 확인하기 위해, 성분 효율성을 조사했다. EQE는 내부 효율: ηA(흡수), ηED(엑시톤 확산), ηCT(전하 전달), ηCD(전하 해리) 및 ηCC(전하 수집)의 곱으로 표현될 수 있다. 엑시톤 확산 및 광학 간섭 모델링을 통해, EQE 곡선은 효과적인 엑시톤 확산 길이에 잘 맞았으며(fit), 이것은 100 % 전하 전달, 전하 해리, 및 전하 수집 효율을 가정하여 계산되었다. 이 분석으로부터, 이들 네 가지 염에서의 효과적인 확산 길이는 적당한 EQE로 인해 모두 약 0.5 nm 내지 약 1 nm인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 흡수 프로파일(absorption profiles)은 겨우 25 nm 두께의 2-TPFB 필름의 피크 파장에서도 이미 70 %에 이르렀으며, 이는 이러한 장치들이 흡수에 제한받지 않는다는 것을 시사한다. 추출된 확산 길이로, 광학 간섭 모델은 엑시톤이 해리성 계면(dissociating interface)으로 확산할 수 없기 때문에 두께가 증가함에 따라 모든 테스트된 염에 대해 EQE가 감소해야 한다고 예측한다. EQE 감소의 예측된 경향은 실제로 다른 더 큰 갭 시아닌 염 장치에서 실험적으로 나타난다. 그러나, 이 거동은 여기의 실험 경향과는 대조적인 것으로, 이것은 EQE가 25 nm 초과의 공여체 층 두께에 대해 단조롭게 증가함을 보여준다. 이것은 고유 확산 길이가 실제로 0.5 내지 1 nm보다 길고, 대신에 이러한 염들의 EQE가 전하 전달, 전하 해리, 또는 전하 수집 효율에 의해 제한된다는 것을 시사하며, 이 중 적어도 하나는 100 %로 모델링되어서는 안된다.
이러한 모든 성분 효율(전하 전달, 해리, 및 수집)을 직접 구별하는 명확한 방법은 없지만, 다른 측정으로부터 전하 수집에 대한 통찰력을 유추할 수 있다. 예를 들어, 실험의 C60 EQE 피크(λ = 430 nm)는 염의 두께가 증가함에 따라 감소하지 않고 더 큰 밴드갭을 갖는 다른 염 기반의 OPV와 크기가 유사하기 때문에, 이것은 C60에서 유래하는 엑시톤(이는 여전히 공여체 염을 관통하여 전달되어야 한다)으로부터의 정공 수집이 제한 요소가 아니라는 것을 의미한다. 따라서, 장치는 공여체 및 수용체의 최소 비점유 분자 오비탈과 엑시톤 결합 에너지 사이의 균형의 결과로서 전하 전달 또는 해리 효율에 의해 제한될 가능성이 가장 높다.
엑시톤 결합 에너지를 평가하기 위해, 음이온 혼합 실험이 수행되었고 EQE에서의 급격한 차단(cut off)의 출현(도 19a)이 요구되었다. 실제로, 계면 갭 재조합의 단조로운 변조(monotonic modulation)에 기인하는 VOC의 선형적인 변화가 있지만, 10 % TPFB의 몰 분율에서 날카로운 EQE 차단이 있으며, 이는 엑시톤 결합 에너지를 효율적으로 극복하기 위해서는 그 농도에서 이용가능한 충분한 에너지(ΔLUMO)가 있음을 시사한다. 이 농도를 초과하는 잔류 양자 효율은 전계(field) 및 온도에 의한 해리의 결합에 기인한 것 같다. 엑시톤 해리에 이용가능한 에너지는 광학 밴드갭으로부터 계면 갭(VOC로부터 계산된)을 빼서 추산되었으며, 1에 대해 약 0.55 eV 및 2에 대해 약 0.40 eV의 엑시톤 결합 에너지를 산출하였고, 이것은 유기 분자에서 다른 보고된 값(0.2 내지 1.4 eV)에 가깝다. 이러한 엑시톤 결합 에너지는 광학 밴드갭(약 0.8 eV)의 약 50 %를 구성하며, 높은 VOC를 달성할 수 있는 능력에도 불구하고, 계면 갭(따라서 VOC)을 효율적인 엑시톤 해리가 여전히 일어날 수 있는 적절한 값으로 제한한다. 앞으로는, 엑시톤 결합 에너지를 줄이기 위한 몇 가지 전략을 연구할 수 있다. 예를 들어, 분자 개질이, 예를 들어, 중심의 메틴 치환을 통해, 엑시톤 반경을 증가시키기 위해 전자/정공 궤도의 비편재화를 향상시키도록 설계될 수 있다. 또 다른 설계 전략은 유전체 상수를 증가시키기 위해 고밀도 패킹을 허용하는 더 작은 가용화 기(solubilizing groups) 또는 음이온의 커플링을 포함한다. 따라서, 이것은 매우 작은 밴드갭 유기 광활성 장치의 미래 최적화에 대한 흥미로운 설계 과제를 제시한다.
광전 장치 응용에서 이들 재료 세트의 궁극적인 잠재력을 이해하기 위해, 100 nm의 엑시톤 확산 길이를 갖는 100nm 두께의 2-TPFB 층, 20 nm 두께의 C60 층, 및 100 %에 접근하는 전하 전달 및 전하 수집 효율을 갖는 장치의 EQE가 모델링되었다. 이러한 장치는 25 mA/cm2 정도 크기의 JSC로 약 70 내지 80 %의 EQE를 가질 수 있으며, 벌크 이종접합 구조(bulk heterojunction architecture) 및 최적화된 에너지 준위 조절을 사용하여 실현될 수 있다. 계면 에너지 또는 용매 처리 조건의 수정을 최적화함으로써, FF 값을 약 0.3 내지 약 0.65(많은 유기 시스템에서 달성 가능)로 증가시킬 수 있다. Shockley-Queisser 엑시톤의 한계 근처에 있는, 0.55 V의 약간 개선된 VOC와 결합하면, 이상적인 장치는 높은 투명도로 10 %의 효율을 가지며 상보적인 흡수를 갖는 다중접합 셀에 매우 적합할 것이다.
이러한 염-기반의 장치는 근적외선 광검출기에도 또한 사용가능한 것으로 나타났다. 광검출기 장치는 위와 동일한 광전 장치 구조로 제작되었다. 각 염에 대한 비검출률(D*) 곡선을 도 20에 도시하였으며, 여기서 D*는 EQE에 비례하고, 제로 바이어스에서 미분 저항에 반비례한다. 계산된 D*는 다른 유기 시스템의 제한된 보고와 비교할 만하며 1- 및 2-염들에 대해서 각각 λ=1140 nm 에서 6.5 x 1010 Jones 및 λ = 1390 nm에서 1.7 x 1010 Jones의 값에 도달한다. 이러한 관찰은, 포르피린 테이프(λ = 1350 nm에서 2.3 x 1010 Jones)와 무기 탄소 나노튜브(λ = 1350 nm에서 8.8 x 1011 Jones)와 같은 유기 시스템의 매우 제한된 보고서와 잘 비교된다. 1-BF4에서 1-TPFB로 음이온을 교환하면 주로 TPFB 음이온이 있는 장치의 노이즈 전류가 낮기 때문에 검출률이 3.7 x 109에서 5.3 x 1010 Jones로 한 자릿수 증가한다. 다른 유기 시스템과 비교하여, 헵타메틴 염은 합성 및 제조가 용이하다는 것 외에도 상대이온 또는 리간드 교환을 통해 용이하게 조정가능한 성질을 갖는다. 또한, 이들은 더 넓은 파장-특유의 광반응성을 나타내며, 이것은 근적외선 및 가시광선 투명성 광검출기의 응용 분야에 유망하다.
요약하면, 1600 nm까지 확장되는 적외선 광반응성을 위한 비정상적으로 낮은 밴드갭(0.8 eV)을 갖는 간단한 유기 염이 실증되었다. 이 염들은 광전지 및 광검출기에서 모두 실증되며 표준 풀러렌 수용체로 5 %에 근접하는 피크 NIR EQE를 얻는다. 이 헵타메틴 염에서 상대이온 교환을 수행하는 것은, 적당한 엑시톤 결합 에너지(약 0.4 내지 약 0.55 eV)로 인하여 엑시톤 해리 및 양자 효율의 궁극적인 절충으로, VOC, 암흑 포화 전류(dark saturation current) 및 D *와 함께, 계면 갭을 증가시키는 것으로 나타났다. 그럼에도 불구하고, 음이온 교환 및 알로이화는 계면 갭을 용이하게 조정할 수 있게 해주며 이들 매우 작은 밴드갭 염의 결합 에너지에 대한 흥미로운 통찰을 제공한다. 이들 헵타메딘 염은 근적외선 광반응성 장치의 범위를 확장하는 새로운 접근법을 나타내며 저가의 적외선 검출기 및 고효율 다중접합 셀의 개발에 새로운 길을 열어줄 수 있다.
구현예들의 전술된 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 빠짐없는 것을 의도하거나 본 개시를 제한하기 위한 것이 아니다. 특정 구현예의 개개의 구성 요소 또는 특징은 일반적으로 그 특정 구현예로 제한되지 않지만, 적용 가능할 경우, 상호교환 가능하며, 구체적으로 도시 또는 기술되지 않더라도, 선택된 구현예에서 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 여러 면에서 변화할 수 있다. 그러한 변형은 본 개시로부터의 이탈로 간주되어서는 안되며, 그러한 모든 변형은 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (48)
- 광활성 장치(photo-active device)로서, 상기 광활성 장치는
기재;
상기 기재의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 제1 전극;
유기 염 및, 선택적으로(optionally), 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는 활성층; 및
제2 전극;을 포함하며,
상기 활성층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는,
광활성 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 유기 염은 유기 양이온 및 상대이온을 포함하는, 광활성 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 엑시톤 한계의 30% 이내인 개방 회로 전압을 갖는 광전 장치인, 광활성 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 엑시톤 한계의 20% 이내인 개방 회로 전압을 갖는, 광활성 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 유기 양이온은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치:
1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일)-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨(Cy+), N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄, 4-[2-[2-클로로-3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-2,6-디페닐티오피릴륨, 1-부틸-2-[2-[3-[(1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-5-메틸-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[2-[3-[1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 디메틸{4-[1,7,7-트리스(4-디메틸아미노페닐)-2,4,6-헵타트리에닐리덴]-2,5-사이클로헥사디엔-1-일리덴}암모늄, 5,5'-디클로로-11-디페닐아미노-3,3'-디에틸-10,12-에틸렌티아트리카르보시아닌, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,1,3-트리메틸-2H-벤조[e]-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-1,1,3-트리메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로펜텐-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 2-[2-[3-[(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-프로필-2H-인돌-2-일리덴)에틸리덴]-2-(페닐티오)-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-프로필인돌륨, 1,1',3,3,3',3'-4,4',5,5'-디-벤조-2,2'-인도트리카르보시아닌 퍼클로레이트, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 3,3'-디에틸티아트리카르보시아닌, 2-[[2-[2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐]-6-메틸-4H-피란-4-일리덴]메틸]-3-에틸, 2-[7-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-1,3,5-헵타트리에닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합. - 제 5 항에 있어서, 상기 상대이온은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치:
할라이드, 아릴 보레이트, 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1'-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT), 플루오로안티모네이트; 플루오로포스페이트, 플루오로보레이트, 및 이들의 조합. - 제 6 항에 있어서, 상기 할라이드는 F-, Cl-, I-, Br-, 또는 이들의 조합인, 광활성 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 아릴 보레이트는 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 이들의 조합인, 광활성 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 상대이온은 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), 카보란, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 또는 이들의 조합인, 광활성 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 상대이온은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB)이고, 상기 유기 양이온은 N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨, 3-부틸-2-(2-[3-[2-(3-부틸-1,1-디메틸-1,3-디하이드로-벤조[e]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-1,1-디메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 상대이온은 [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT)이고, 상기 유기 양이온은 N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨, 3-부틸-2-(2-[3-[2-(3-부틸-1,1-디메틸-1,3-디하이드로-벤조[e]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-1,1-디메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 가시광선 투명성인, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 가시광선 불투명성인, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기 염은 태양 스펙트럼의 근적외선 영역 또는 적외선 영역의 광을 선택적으로(selectively) 또는 주로(predominantly) 수확하거나, 또는 둘 다 수확하는, 광활성 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 약 50% 이상의 가시적 투명도를 갖는, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 개별적으로, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 박막, 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO), 인듐 아연 옥사이드, 산화아연, 및 갈륨 아연 옥사이드(GZO), Ag, Au 및 Al과 같은 초박막 금속, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 술포네이트(PEDOT:PSS), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 16 항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 개별적으로, 약 1 nm 내지 약 500 nm의 두께를 갖는, 광활성 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 개별적으로, 약 10 nm 내지 약 200 nm의 두께를 갖는, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 유리, 저철분 유리, 플라스틱, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(에틸 메타크릴레이트)(PEMA), (폴리)-부틸 메타크릴레이트-코-메틸 메타크릴레이트(PBMMA), 폴리이미드, 실리콘(silicone), 할라이드 페로브스카이트, 스테인레스강, 금속, 금속 박막, 또는 갈륨 비소화물인, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 서브셀(subcell)로서 다중접합 장치 구조(multijunction device architecture) 내로 통합되고, 상기 광활성 장치는 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성인, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은 상보적 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하지 않고, 상기 광활성 장치는 전자 공여체 또는 전자 수용체를 포함하는 상보적 층을 더 포함하는, 광활성 장치.
- 제 22 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 복수의 활성층 및 복수의 상보적 층을 포함하는 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은 약 1 nm 내지 약 300 nm의 두께를 갖는, 광활성 장치.
- 제 24 항에 있어서, 상기 활성층은 약 3 nm 내지 약 100 nm의 두께를 갖는, 광활성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 광전 장치 또는 광검출기인, 광활성 장치.
- 제 26 항에 있어서, 상기 광전 장치 또는 광검출기는 불투명하거나 또는 투명한, 광활성 장치.
- 할라이드, 아릴 보레이트, 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1'-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT), 플루오로안티모네이트; 플루오로포스페이트, 플루오로보레이트, 이들의 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상대이온을 포함하는 유기 염을 포함하는 활성층을 포함하는 광활성 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 유기 염은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 포함하는, 광활성 장치:
1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일)-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨(Cy+), N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄, 4-[2-[2-클로로-3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-2,6-디페닐티오피릴륨, 1-부틸-2-[2-[3-[(1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-5-메틸-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[2-[3-[1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 디메틸{4-[1,7,7-트리스(4-디메틸아미노페닐)-2,4,6-헵타트리에닐리덴]-2,5-사이클로헥사디엔-1-일리덴}암모늄, 5,5'-디클로로-11-디페닐아미노-3,3'-디에틸-10,12-에틸렌티아트리카르보시아닌, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,1,3-트리메틸-2H-벤조[e]-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-1,1,3-트리메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로펜텐-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 2-[2-[3-[(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-프로필-2H-인돌-2-일리덴)에틸리덴]-2-(페닐티오)-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-프로필인돌륨, 1,1',3,3,3',3'-4,4',5,5'-디-벤조-2,2'-인도트리카르보시아닌 퍼클로레이트, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 3,3'-디에틸티아트리카르보시아닌, 2-[[2-[2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐]-6-메틸-4H-피란-4-일리덴]메틸]-3-에틸, 2-[7-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-1,3,5-헵타트리에닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합. - 제 28 항에 있어서, 상기 할라이드가 F-, Cl-, I-, Br-, 또는 이들의 조합인, 광활성 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 아릴 보레이트는 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 이들의 조합인, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 광학적으로 불투명하거나 또는 광학적으로 가시광선 투명성인, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 광전 장치 또는 광검출기인, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨 요오다이드(CyI); 및 I-, PF6 -, SbF6 -, TRIS, TPFB, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상대이온;을 포함하는, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨; 및 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB-), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상대이온;을 포함하는, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨; 및 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB-), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상대이온;을 포함하는, 광활성 장치.
- 제 28 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성 장치는
기재;
상기 기재의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 제1 전극; 및
제2 전극;을 더 포함하며,
상기 활성층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된,
광활성 장치. - 양이온 및 상대이온을 포함하는 폴리메틴 염을 포함하는 활성층을 포함하는 광활성 장치.
- 제 38 항에 있어서, 상기 양이온은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치:
1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-클로로-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로헥스-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[7-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-헵타-1,3,5-트리에닐]-벤조[cd]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일)-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨(Cy+), N,N,N',N'-테트라키스-(p-디-n-부틸아미노페닐)-p-벤조키논-비스-임모늄, 4-[2-[2-클로로-3-[(2,6-디페닐-4H-티오피란-4-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-2,6-디페닐티오피릴륨, 1-부틸-2-[2-[3-[(1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-5-메틸-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 1-부틸-2-[2-[3-[1-부틸-6-클로로벤즈[cd]인돌-2(1H)-일리덴)에틸리덴]-2-클로로-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-6-클로로벤즈[cd]인돌륨, 디메틸{4-[1,7,7-트리스(4-디메틸아미노페닐)-2,4,6-헵타트리에닐리덴]-2,5-사이클로헥사디엔-1-일리덴}암모늄, 5,5'-디클로로-11-디페닐아미노-3,3'-디에틸-10,12-에틸렌티아트리카르보시아닌, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,1,3-트리메틸-2H-벤조[e]-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-1,1,3-트리메틸-1H-벤조[e]인돌륨, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로펜텐-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 2-[2-[3-[(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-프로필-2H-인돌-2-일리덴)에틸리덴]-2-(페닐티오)-1-사이클로헥센-1-일]에테닐]-3,3-디메틸-1-프로필인돌륨, 1,1',3,3,3',3'-4,4',5,5'-디-벤조-2,2'-인도트리카르보시아닌 퍼클로레이트, 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 3,3'-디에틸티아트리카르보시아닌, 2-[[2-[2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐]-6-메틸-4H-피란-4-일리덴]메틸]-3-에틸, 2-[7-(1,3-디하이드로-1,3,3-트리메틸-2H-인돌-2-일리덴)-1,3,5-헵타트리에닐]-1,3,3-트리메틸-3H-인돌륨, 이들의 유도체, 및 이들의 조합. - 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 상기 상대이온은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치:
F-, Cl-, I- 및 Br-와 같은 할라이드; 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트와 같은 아릴 보레이트; 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1'-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT); 헥사플루오로안티모네이트와 같은 플루오로안티모네이트; 헥사플루오로포스페이트와 같은 플루오로포스페이트; 테트라플루오로보레이트(BF4)와 같은 플루오로보레이트; 이들의 유도체; 및 이들의 조합. - 제 38 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대이온은 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트, [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온은 2-[2-[2-클로로-3-[2-(1,3-디하이드로-3,3-디메틸-1-에틸-2H-벤즈[e]인돌-2-일리덴)에틸리덴]-1-사이클로헥센-1-일]-에테닐]-3,3-디메틸-1-에틸-1H-벤즈[e]인돌륨 요오다이드이고, 상기 상대이온은 I-, PF6 -, SbF6 -, TRIS, TPFB, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온은 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-디페닐아미노-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨이고, 상기 상대이온은 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB-), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양이온은 1-부틸-2-(2-[3-[2-(1-부틸-1H-벤조[cd]인돌-2-일리덴)-에틸리덴]-2-페닐-사이클로펜트-1-에닐]-비닐)-벤조[cd]인돌륨이고, 상기 상대이온은 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB-), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 광전 장치 또는 광검출기인, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광활성 장치는 가시광선 투명성 또는 가시광선 불투명성인, 광활성 장치.
- 제 38 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 따른 광활성 장치의 제조 방법으로서,
적어도 둘의 유기 염을 함께 블렌딩하여 음이온 알로이를 생성하는 단계로서, 상기 유기 염들은 동일한 양이온을 갖지만 상이한 음이온을 갖는, 단계; 및
상기 음이온 알로이-양이온 쌍을 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치하는 단계;를 포함하는 제조 방법. - 제 47 항에 있어서, 상기 적어도 둘의 유기 염은 다음으로 이루어진 군으로부터 개별적으로 선택된 상이한 음이온을 갖는, 제조 방법:
F-, Cl-, I- 및 Br-와 같은 할라이드; 테트라페닐보레이트, 테트라(p-톨릴)보레이트, 테트라키스(4-비페닐일)보레이트, 테트라키스(1-이미다졸릴)보레이트, 테트라키스(2-티에닐)보레이트, 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트, 테트라키스(4-플루오로페닐)보레이트, 테트라키스(4-tert-부틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(TPFB), 테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트(TFMPB), [4-[비스(2,4,6-트리메틸페닐)포스피노]-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트, [4-디-tert-부틸포스피노-2,3,5,6-테트라플루오로페닐]하이드로비스(2,3,4,5,6-펜타플루오로페닐)보레이트와 같은 아릴 보레이트; 카보란(carboranes), (Λ,R)-(1,1'-비나프탈렌-2,2'-디올라토)(비스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V))(BINPHAT), [Δ-트리스(테트라클로로-1,2-벤젠디올라토)포스페이트(V)](TRISPHAT); 헥사플루오로안티모네이트와 같은 플루오로안티모네이트; 헥사플루오로포스페이트와 같은 플루오로포스페이트; 테트라플루오로보레이트(BF4 -)와 같은 플루오로보레이트; 및 이들의 유도체.
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| JP2021150333A (ja) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光電変換素子、固体撮像素子および電子機器 |
| US20210359237A1 (en) * | 2020-05-15 | 2021-11-18 | Ubiquitous Energy, Inc. | Solar heat gain coefficient improvement by incorporating nir absorbers |
| CN113594369B (zh) * | 2021-07-08 | 2023-06-20 | 华侨大学 | 一种用硼Lewis酸掺杂的有机太阳能电池活性层及其制备方法和应用 |
| WO2024106293A1 (ja) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 株式会社日本触媒 | シアニン化合物、樹脂組成物、および光学部材 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6673334B1 (en) | 2000-10-16 | 2004-01-06 | Mallinkcrodt, Inc. | Light sensitive compounds for instant determination of organ function |
| WO2003106419A1 (ja) | 2002-06-01 | 2003-12-24 | ダイキン工業株式会社 | 常温溶融塩、その製造方法及びその用途 |
| WO2004084272A2 (en) * | 2003-03-13 | 2004-09-30 | Eneco, Inc. | Solid state energy converter |
| JP4420645B2 (ja) | 2003-10-08 | 2010-02-24 | リンテック株式会社 | 低温型有機溶融塩、光電変換素子及び光電池 |
| US20060112983A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-06-01 | Nanosys, Inc. | Photoactive devices and components with enhanced efficiency |
| DE602006018707D1 (de) | 2005-02-04 | 2011-01-20 | Nippon Catalytic Chem Ind | Borat und material, das strahlung im nahen infrarotbereich absorbiert |
| CN101107258A (zh) * | 2005-02-04 | 2008-01-16 | 株式会社日本触媒 | 硼酸盐和近红外线吸收材料 |
| JP2008091381A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 有機光電変換素子及びその製造方法 |
| JP5462998B2 (ja) * | 2007-08-10 | 2014-04-02 | 住友化学株式会社 | 組成物及び有機光電変換素子 |
| US20090235988A1 (en) | 2008-03-21 | 2009-09-24 | Washington, University Of | Solar cells based on polymer nanowires |
| KR20110119710A (ko) * | 2009-01-12 | 2011-11-02 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간 | 전자/정공 차단 층 및 엑시톤 차단 층을 사용하는 유기 광기전력 전지 개방 회로 전압의 강화 |
| JP2013506278A (ja) | 2009-09-24 | 2013-02-21 | エーエムペーアー | 多層有機薄膜太陽電池 |
| US20110086302A1 (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-14 | Xerox Corporation | Toner compositions and processes |
| JP5669508B2 (ja) * | 2010-10-06 | 2015-02-12 | 株式会社Adeka | 光電変換素子及び光電変換素子用色素、並びに、化合物 |
| GB201017546D0 (en) * | 2010-10-18 | 2010-12-01 | Univ Leiden | Light inducing drug release |
| WO2012063964A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | 株式会社林原生物化学研究所 | 近赤外線吸収シアニン色素とその用途 |
| KR20190086040A (ko) | 2011-01-26 | 2019-07-19 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | 투명 태양광 전지 |
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| JPWO2013102985A1 (ja) | 2012-01-06 | 2015-05-11 | 出光興産株式会社 | 有機光電変換素子及び有機薄膜太陽電池モジュール |
| WO2013167224A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Merck Patent Gmbh | Formulation comprising ionic organic compounds for use in electron transport layers |
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| CN103606633B (zh) * | 2013-11-28 | 2016-03-02 | 电子科技大学 | 一种有机电致发光与光伏一体化器件及制备方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Roland Hany et al., PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS: RESEARCH AND APPLICATIONS, Prog. Photovolt: Res. Appl. 19, (2011), 851(2010.11.18.)* * |
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