TW201535819A - 光伏打電池 - Google Patents

光伏打電池 Download PDF

Info

Publication number
TW201535819A
TW201535819A TW103145577A TW103145577A TW201535819A TW 201535819 A TW201535819 A TW 201535819A TW 103145577 A TW103145577 A TW 103145577A TW 103145577 A TW103145577 A TW 103145577A TW 201535819 A TW201535819 A TW 201535819A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
group
aryl
photovoltaic cell
occurrence
heterocycloalkyl
Prior art date
Application number
TW103145577A
Other languages
English (en)
Inventor
Jeffrey Hamilton Peet
Christoph Lungenschmied
Original Assignee
Merck Patent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent Gmbh filed Critical Merck Patent Gmbh
Publication of TW201535819A publication Critical patent/TW201535819A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/12—Copolymers
    • C08G2261/124—Copolymers alternating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/141—Side-chains having aliphatic units
    • C08G2261/1412—Saturated aliphatic units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/142—Side-chains containing oxygen
    • C08G2261/1426—Side-chains containing oxygen containing carboxy groups (COOH) and/or -C(=O)O-moieties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/14—Side-groups
    • C08G2261/146—Side-chains containing halogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/31—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/312—Non-condensed aromatic systems, e.g. benzene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3223—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3246—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing nitrogen and sulfur as heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3247—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing combinations of different heteroatoms other than nitrogen and oxygen or nitrogen and sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/33—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating non-aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/334—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating non-aromatic structural elements in the main chain containing heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/34—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/344—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain containing heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90—Applications
    • C08G2261/91—Photovoltaic applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H10K30/353—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising blocking layers, e.g. exciton blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H10K30/83—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes comprising arrangements for extracting the current from the cell, e.g. metal finger grid systems to reduce the serial resistance of transparent electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

本發明係關於包含第一電極、第二電極及介於該第一電極與該第二電極之間之光活性層的光伏打電池及其製備。本發明進一步係關於至少兩種特定供體材料在光伏打電池中之使用。

Description

光伏打電池
本發明係關於包含第一電極、第二電極及介於該第一電極與該第二電極之間之光活性層的光伏打電池及其製備。本發明進一步係關於至少兩種特定供體材料在光伏打電池中之使用。
光伏打電池常用於將光形式之能量轉變成電。典型光活性電池包含第一電極、第二電極及介於該第一電極與該第二電極之間之光活性層。通常，電極中之一者允許光穿過達光活性層。此透明電極可(例如)由半傳導性材料(例如氧化銦錫)之膜製得。
光伏打電池構形已闡述於(例如)US7781673B、US8058550B、US8455606B、US8008424B、US2007/0020526A、US77724285B、US8008421B、US2010/0224252A、WO2011/085004A及WO2012/030942A中。
然而，存在期望改良之以下問題中之一或多者，如下文所列舉。
1.光電轉化效率仍不夠高且應進行改良。
2.光伏打電池之填充因子仍需改良。
3.光活性層之厚度增加通常導致填充因子減小。期望在增加光活性層之厚度時減少填充因子之相應損失，以便改良光伏打電池之性能。
4.仍需改良熱穩定性。
100‧‧‧光伏打電池
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極
130‧‧‧電洞阻擋層
140‧‧‧光活性層
150‧‧‧電洞載體層
160‧‧‧電極
170‧‧‧鈍化層
200‧‧‧串接光伏打電池
202‧‧‧半電池
204‧‧‧半電池
220‧‧‧電極
230‧‧‧電洞阻擋層
240‧‧‧第一光活性層
242‧‧‧重組層
244‧‧‧第二光活性層
250‧‧‧電洞載體層
260‧‧‧電極
300‧‧‧光伏打系統
310‧‧‧模組
320‧‧‧光伏打電池
330‧‧‧負荷
400‧‧‧光伏打系統
410‧‧‧模組
420‧‧‧光伏打電池
430‧‧‧負荷
圖1：顯示光伏打電池之實施例之側面剖視圖。
圖2：顯示串接光伏打電池之實施例之側面剖視圖。
圖3：顯示含有多個串聯電連接之光伏打電池之系統之示意圖。
圖4：顯示含有多個並聯電連接之光伏打電池之系統之示意圖。
圖5-a、b：顯示KP179/KP252/PCBM電池之電池性能。
圖6-a、b：顯示KP252/PCBM電池之電池性能。
圖7-a、b：顯示KP179/PCBM細胞之電池性能。
圖8-a、b：顯示KP179/JA19B/PCBM電池之電池性能。
圖9-a、b：顯示KP179/PDPPTPT/PCBM電池之電池性能。
圖10-a、b：顯示KP143/KP155/PCBM電池之電池性能。
圖11-a、b：顯示KP143/PCBM電池之電池性能。
圖12-a、b：顯示KP155/PCBM電池之電池性能。
圖13-a、b：顯示KP143/JA19B/PCBM電池之電池性能。
圖14-a、b：顯示KP179/KP184/PCBM電池之電池性能。
圖15-a、b：顯示KP179/PCBM電池之電池性能。
圖16-a、b：顯示KP266/PCBM電池之電池性能。
本發明者旨在解決上文所提及之問題中之一或多者。
令人驚訝的是，本發明者已發現本發明之光伏打電池(100)，其包含‧第一電極(120)；‧第二電極(160)；及‧介於第一電極(120)與第二電極(160)之間之光活性層(140)，其中光活性層(140)包含第一供體材料、第二供體材料及受體材 料；第一供體材料及第二供體材料彼此不同且供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
較佳地，其解決問題1至4中之一或多者。自以下詳細說明將明瞭本發明之其他優點。
在本發明之較佳實施例中，共通性建構組元構成供體材料之供電子單元。
較佳地，本發明之光伏打電池、供體材料之共通性共軛稠合環部分在每次出現時皆係選自由下式(A1)至(A106)組成之群，
其中以下適用於所用符號：R1在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R1較佳係H、C1-C40烷基或COOR9； R2在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R2較佳係H、C1-C40烷基、或COOR9；R3在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R3較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R4在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R4較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R5在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R5較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R6在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R6較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R7在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R7較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R8在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40 雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)，其中R8較佳係H、C1-C40烷基或COOR9；R9在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
R10在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
更佳地，本發明之光伏打電池、供體材料之共通性共軛稠合環部分在每次出現時係選自由以下組成之群：式(A10)、(A12)、(A13)、(A19)、(A20)、(A21)、(A22)及(A23)。
甚至更佳地，供體材料之共通性共軛稠合環部分在每次出現時係由式(A10)或(A21)代表。
較佳地，本發明之光伏打電池係其中至少一種供體材料包含拉電子建構組元者。
更佳地，本發明之光伏打電池係其中至少兩種供體材料包含拉電子建構組元，且一種供體材料之拉電子建構組元的拉電子能力大於其餘供體材料之拉電子建構組元者。
較佳地，本發明之光伏打電池係其中第一供體材料之拉電子建構組元係選自由下式(B1)至(B93)組成之群者，
其中以下適用於所用符號：R11在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R12在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R13在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R14在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3- C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R15在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R16在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R17在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
R18在每次出現時相同或不同地係H、C1-C240烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
且第二供體材料之拉電子建構組元係選自由下式(C1)至(C91)組成之群，
其中以下適用於所用符號：R19在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R20在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R21在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R22在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3- C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R23在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R24在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R25在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
R26在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
在本發明之尤佳實施例中，第一供體材料之拉電子建構組元係由式(B15)、(B16)、(B45)、(B46)、(B47)及(B48)中之任一者代表；第二供體材料之拉電子建構組元係由式(C64)代表。
更佳地，第一供體材料之拉電子建構組元係由式(B15)、(B16)及(B45)中之任一者代表；第二供體材料之拉電子建構組元係由式(C64)代表。
在本發明之較佳實施例中，至少一種供體材料係聚合物或寡聚物。
更佳地，至少一種供體材料包含由下式(1)代表之苯基部分，
其中R9、R10、R11及R12在每次出現時相同或不同地係H、鹵素(例如，氟、氯或溴)或C1-C4三鹵烷基(例如，三氟甲基)，前提係 R9、R10、R11及R12中之至少二者係鹵素或C1-C4三鹵烷基。較佳地，R9、R10、R11及R12係鹵素。最佳地，R9、R10、R11及R12係氟。
甚至更佳地，至少兩種供體材料在每次出現時彼此獨立地選自由以下組成之群：KP179、KP252及KP184或KP143及KP155。
其中在上文提及之化學結構中，指數「n」意指數量平均聚合度。
上述供體材料可如(例如)US7781673B、US8058550B、US8455606B、US8008424B、US2007/0020526A、US77724285B、US8008421B、US2010/0224252A、WO2011/085004A及WO2012/030942A中所述獲得。或供體材料可藉由業內已知之方法製備。舉例而言，共聚物可藉由在過渡金屬觸媒存在下一或多個含有兩個有機金屬基團(例如，烷基錫烷基、格氏(Grignard)基團或烷基鋅基團)之單體與一或多個含有兩個鹵基(例如，Cl、Br或I)之單體之間之交叉偶合反應製得。可用於製備上述共聚物之其他方法包括Suzuki偶合反應、Negishi偶合反應、Kumada偶合反應及Stille偶合反應。
下文實例1-4提供如何製備其他實例及比較實例中所用之供體材 料的說明。
適於製備上述供體材料之單體可藉由本文所述方法或藉由業內已知之方法(例如彼等闡述於Macromolecules 2003,36,2705-2711,Kurt等人，J.Heterocycl.Chem.1970,6,629，Chen等人，J.Am.Chem.Soc.,(2006)128(34),10992-10993，Hou等人，Macromolecules(2004),37,6299-6305及Bijleveld等人，Adv.Funct.Mater.,(2009),19,3262-3270中者)製得。
較佳地，受體材料包含選自由以下組成之群之化合物：富勒烯、富勒烯衍生物、苝二醯亞胺衍生物、苯并噻唑衍生物、二酮基-吡咯并-吡咯衍生物、二-亞茀基衍生物、稠五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、螢蒽醯亞胺衍生物、硼-二吡咯亞甲基衍生物、噁二唑、金屬酞青素及亞酞青素、無機奈米粒子、盤狀液晶、碳奈米棒、無機奈米棒、含有CN基團之聚合物、含有CF3基團之聚合物或該等中任一者之組合。
更佳地，受體材料包含經取代之富勒烯。
甚至更佳地，經取代之富勒烯係選自由以下組成之群：PC60BM、PC61BM、PC70BM及該等中任一者之組合。
在本發明之較佳實施例中，光活性層進一步包含摻雜劑。
更佳地，摻雜劑係選自由以下組成之群：二碘辛烷、十八烷硫醇、苯基萘及該等中任一者之組合。
本發明進一步係關於供體材料在光伏打電池中之使用；其中光伏打電池(100)包含：‧第一電極(120)；‧第二電極(160)；及‧介於第一電極(120)與第二電極(160)之間之光活性層(140)，其中光活性層(140)包含第一供體材料、第二供體材料及受體材 料；第一供體材料及第二供體材料彼此不同且供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
一般而言，製備光活性層(140)之方法可根據需要而變。
在一些實施例中，光活性層(140)較佳地可藉由使用基於液體之塗覆製程來製備。
術語「基於液體之塗覆製程」意指使用基於液體之塗覆組合物之製程。
此處術語「基於液體之塗覆組合物」涵蓋溶液、分散液及懸浮液。
更特定而言，基於液體之塗覆製程可藉由使用以下製程中之至少一者來實施：溶液塗覆、噴墨印刷、旋轉塗覆、浸塗、刮刀塗覆、棒塗、噴塗、輥塗、狹縫塗覆、凹版塗覆、柔版印刷、平版印刷、凸版印刷、凹版印刷或絲網印刷。
一般而言，供體材料及受體材料可一起溶解於溶劑中，在該情況下，供體材料及受體材料可首先混合在一起且隨後溶解於溶劑中。或其可單獨溶解於相同溶劑或不同溶劑中以獲得單獨溶液，隨後將其混合。混合後，藉由本文所定義之液體塗覆製程將所得溶液塗覆於下方之層上。
在一個態樣中，因此，本發明進一步係關於製備本發明之光伏打電池之方法，製備本發明之光伏打電池之該方法包含以下步驟：(a)至少將第一供體材料、第二供體材料及受體材料一起溶解於溶劑中，(b)隨後將來自步驟(a)之所得溶液塗覆於下方之層上，其中第一供體材料及第二供體材料彼此不同且供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含 共軛稠合環部分。
在另一態樣中，本發明亦係關於製備本發明之光伏打電池之方法，該方法包含以下步驟：(a‘)至少將第一供體材料、第二供體材料及受體材料各自單獨地溶解於相同類型或不同類型之溶劑中以獲得不同溶液；(b‘)混合來自步驟(a‘)之所得溶液以獲得含有第一供體材料、第二供體材料及受體材料之溶液；(c‘)隨後將來自步驟(b‘)之所得溶液塗覆於下方之層上，其中第一供體材料及第二供體材料彼此不同且供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
較佳地，溶劑係選自有機溶劑。
更佳地，該溶劑係選自由脂肪族烴、氯化烴、芳香族烴、酮、醚及其混合物組成之群。可使用之其他溶劑包括1,2,4-三甲基苯、1,2,3,4-四甲基苯、戊基苯、均三甲苯、異丙苯、異丙甲苯、環己基苯、二乙基苯、四氫萘、十氫萘、2,6-二甲吡啶、2-氟-間-二甲苯、3-氟-鄰-二甲苯、2-氯三氟甲苯、N,N-二甲基甲醯胺、2-氯-6-氟甲苯、2-氟苯甲醚、苯甲醚、2,3-二甲基吡嗪、4-氟苯甲醚、3-氟苯甲醚、3-三氟-甲基苯甲醚、2-甲基苯甲醚、苯乙醚、4-甲基苯甲醚、3-甲基苯甲醚、4-氟-3-甲基苯甲醚、2-氟苯甲腈、4-氟黎蘆素(4-fluoroveratrol)、2,6-二甲基苯甲醚、3-氟苯甲腈、2,5-二甲基苯甲醚、2,4-二甲基苯甲醚、苯甲腈、3,5-二甲基-苯甲醚、N,N-二甲基苯胺、苯甲酸乙酯、1-氟-3,5-二甲氧基-苯、1-甲基萘、N-甲基吡咯啶酮、3-氟三氟甲苯、三氟甲苯、二噁烷、三氟甲氧基-苯、4-氟三氟甲苯、3-氟吡啶、甲苯、2-氟-甲苯、2-氟三氟甲苯、3-氟甲苯、4-異丙基聯苯、苯基醚、吡啶、4-氟甲苯、2,5-二氟甲苯、1-氯-2,4-二氟 苯、2-氟吡啶、3-氯氟-苯、1-氯-2,5-二氟苯、4-氯氟苯、氯-苯、鄰-二氯苯、2-氯氟苯、對-二甲苯、間-二甲苯、鄰-二甲苯或鄰-、間-及對-異構物之混合物或該等中之任一者之組合。
轉向本發明之光伏打電池之其他組份，電極(120)通常係由導電材料形成。導電材料之類型並無具體限制。舉例而言，適宜導電材料包括導電金屬、導電合金、導電聚合物或導電金屬氧化物或該等中任一者之組合。
實例性導電金屬可包括金、銀、銅、鋁、鎳、鈀、鉑、鈦或該等中任一者之組合。實例性導電合金包括不銹鋼(例如，332不銹鋼、316不銹鋼)、金之合金、銀之合金、銅之合金、鋁之合金、鎳之合金、鈀之合金、鉑之合金、鈦之合金、碳、石墨烯、碳奈米管或該等中任一者之組合。
實例性導電聚合物可包括聚噻吩(例如，經摻雜之聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)(經摻雜之PEDOT))、聚苯胺(例如，經摻雜之聚苯胺)、聚吡咯(例如，經摻雜之聚吡咯)或該等中任一者之組合。
實例性導電金屬氧化物可包括氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氟摻雜之氧化錫(FTO)、氧化錫。
電極(120)可由兩個或更多個堆疊層組成。不希望受限於理論，據信該電極可引起電極(120)之增加之導電性及/或環境穩定性。
在一些實施例中，電極(120)可為網狀電極以增強光伏打電池(100)之撓性及/或透明性。網狀電極之實例闡述於美國專利申請公開案第2004-0187911號及第2006-0090791號中。
較佳地，本發明之光伏打電池可包括基板(110)。
基板(110)之材料並無具體限制。可根據需要使用透明或不透明材料。
一般而言，基板(110)可為撓性、半剛性或剛性。
適宜實例係金屬基板、碳基板、合金基板、玻璃基板、堆疊於聚合物膜上之薄玻璃基板、聚合物基板、陶瓷或該等中任一者之組合。
較佳地，光伏打電池中可使用透明基板(例如透明聚合物基板、玻璃基板、堆疊於透明聚合物膜上之薄玻璃基板、透明金屬氧化物(例如、聚矽氧氧化物、氧化鋁、氧化鈦)。
在另一態樣中，為增加其光轉化效率，可以此方式使用反射基板。例如，在基板表面之頂部上之金屬基板、具有反射層(例如，Al、Ti或反射多層)之基板。
在另一態樣中，可較佳以此方式使用金屬基板以降低用於光伏打電池之其熱損害。
透明聚合物基板可自聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醇、聚乙烯基丁醛、耐綸、聚醚醚酮、聚碸、聚醚碸、四氟乙烯-氟烷基乙烯基醚共聚物、聚氟乙烯、四氟乙烯乙烯共聚物、四氟乙烯六氟聚合物共聚物或該等中任一者之組合製得。
視情況，本發明之光伏打電池可包括介於電極(120)與光活性層(140)之間之電洞阻擋層(130)。電洞阻擋層(130)可由兩個或更多個堆疊層組成。不希望受限於理論，據信該電洞阻擋層可允許控制或調節電洞阻擋層(130)之電子傳輸及/或電洞阻擋能力。
通常，電洞阻擋層(130)係由於光伏打電池(100)中所用之厚度下將電子傳輸至電極(120)且實質上阻擋電洞傳輸至電極(120)的材料形成。
舉例而言，電洞阻擋層(130)可由LiF、金屬氧化物(例如，氧化鋅或氧化鈦)、可具有電子傳輸及實質上電洞阻擋能力之有機材料形成。
作為有機材料之實例，甘油二縮水甘油醚(DEG)、WO 2012/154557A中揭示之聚乙烯亞胺(PEI)、美國專利申請公開案第2008-0264488號(現美國專利第8,242,356號)中所揭示、尤其下文所提及之具有胺基之聚乙烯亞胺可以單一組份或該等中之任一者之組合形式使用，較佳地：
不希望受限於理論，據信，在光伏打電池(100)包括由胺製得之電洞阻擋層(130)時，電洞阻擋層可有助於在光活性層(140)與電極(120)之間形成歐姆接觸而不曝露於UV光，藉此降低由該UV曝露對光伏打電池(100)所造成之損害。
電洞阻擋層(130)之厚度可根據需要而變。
在一些實施例中，電洞阻擋層(130)可具有至少1nm及/或至多 500nm之厚度。
較佳地，電洞阻擋層(130)之厚度係至少2nm及/或至多100nm。
視情況，本發明之光伏打電池可包括介於光活性層(140)與電極(160)之間之電洞載體層(150)。較佳地，電洞載體層(150)可具有兩個或更多個堆疊層以控制及/或調節電洞載體層(150)之電洞傳輸/電子阻擋能力。
通常，電洞載體層(150)係由於光伏打電池(100)中所用之厚度下將電洞傳輸至電極(160)及實質上阻擋電子傳輸至電極(160)的材料形成。
電洞載體層(150)通常係由電洞傳輸材料形成。電洞傳輸材料之類型並無具體限制。
舉例而言，聚噻吩(例如，PEDOT)、聚苯胺、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚伸苯基、聚苯基伸乙烯基、聚矽烷、聚伸噻吩基伸乙烯基、聚異硫茚、其共聚物及該等中任一者之組合。
在一些實施例中，可使用金屬氧化物(例如MoO3)或具有電洞傳輸能力之有機材料(例如噻吩、苯胺、咔唑、伸苯基、胺基衍生物)以形成電洞載體層(150)。
在一些實施例中，電洞載體層(150)可包括與上文所提及之電洞傳輸材料中之一或多者組合使用之摻雜劑。
對於摻雜劑之實例，聚(苯乙烯-磺酸酯)、聚合磺酸、氟化聚合物(例如，氟化離子交換聚合物)、TCNQ(例如，F4-TCNQ)及EP 1476881、EP1596445、PCT/US2013/035409中揭示之具有電子接受性之材料或該等中任一者之組合。
電洞載體層(150)之厚度可根據需要而變。厚度可(例如)取決於光伏打電池(100)中相鄰層之功函數。
在一些實施例中，電洞載體層(150)可具有至少1nm及/或至多 500nm之厚度。
電極(160)通常係由導電材料(例如上文關於電極(120)闡述之導電材料中之一或多者)形成。在一些實施例中，電極(160)可由上文關於電極(120)闡述之網狀電極形成。
視情況，光伏打電池(100)可具有鈍化層(170)以保護下伏層(120)、(130)、(140)、(150)及/或(160)。已發現該等鈍化層可用於保護光活性層(140)。
上文關於基板(110)闡述之透明基板可用於鈍化層(170)。
在一些實施例中，透明金屬氧化物(例如氧化鋁、聚矽氧氧化物、氧化鈦、水玻璃(矽酸鈉水溶液)或透明聚合物)可用於形成鈍化層(170)。
在一些實施例中，本發明之光伏打電池可在電極(160)之頂部上或在鈍化層(170)之頂部上進一步包括波長轉化層及/或抗反射層以增強光轉化效率。
在一些實施例中，鈍化層(170)可為波長轉化層或抗反射層。
一般而言，製備光伏打電池(100)中之層(120)、(130)、(150)、(160)及(170)中每一者之方法可根據需要而變且選自眾所周知之技術。
在一些實施例中，層(120)、(130)、(150)、(160)或(170)可藉由基於氣相之塗覆製程(例如化學氣相沈積、氣相沈積、閃蒸)或基於液體之塗覆製程製得。
在一些實施例中，光伏打電池(100)可在連續製造製程(例如輥對輥製程)中製備，藉此顯著降低製造成本。輥對輥製程之實例已闡述於(例如)美國專利第7,476,278號及第8,129,616號中。
在一些實施例中，光伏打電池(100)可以相反順序包括圖1中所顯示之層。換言之，光伏打電池(100)可自底部至頂部以如下順序包括 該等層：可選基板(110)、電極(160)、光活性層(140)、電極(120)及視情況鈍化層(170)。
反向之光伏打電池(100)可包含介於電極(160)與光活性層(140)之間之可選電洞載體層(150)及/或介於光活性層(140)與電極(120)之間之電洞阻擋層(130)。
在一些實施例中，基板(110)可為透明的。
在一些實施例中，上述光活性層(140)可用於兩個光伏打電池共享共有電極之系統。此一系統亦稱為串聯光伏打電池。實例性串聯光伏打電池已闡述於(例如)美國申請公開案第2009-02116333號、第2007-0181179號、第2007-0246094號及第2007-0272296號中。
圖2顯示具有兩個半電池(202)及(204)之串接光伏打電池(200)之示意性代表圖。半電池(202)包括電極(220)、視情況電洞阻擋層(230)、第一光活性層(240)、重組層(242)。半電池(204)包括重組層(242)、第二光活性層(244)、視情況電洞載體層(250)及電極(260)。外部負荷可經由電極(220)及(260)連接至光伏打電池(200)。視情況，串接光伏打電池(200)可包括如上文關於光伏打電池(100)闡述之基板及/或鈍化層。
端視製造製程及期望裝置架構而定，可藉由改變某一層之電子/電洞傳導性(例如，將電洞阻擋層(230)變為電洞載體層(250))逆轉半電池中之電流流動。
重組層(242)係指串接電池中之層，其中自第一半電池生成之電子與自第二半電池生成之電洞重組。
重組層(242)通常包括p型半導體材料及n型半導體材料。一般而言，n型半導體材料選擇性傳輸電子且p型半導體材料選擇性傳輸電洞。
因此，自第一半電池生成之電子與自第二半電池生成之電洞在 重組層(242)中之n型及p型半導體材料之界面處重組。
在一些實施例中，p型半導體材料包括聚合物及/或金屬氧化物。p型半導體聚合物之實例包括含有苯并二噻吩之聚合物、聚噻吩(例如，聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)(PEDOT))、聚苯胺、聚乙烯基咔唑、聚伸苯基、聚伸苯基伸乙烯基、聚矽烷、聚伸噻吩基伸乙烯基、聚異硫茚、聚環戊二噻吩、聚矽環戊二噻吩、聚環戊二噻唑、聚噻唑、聚苯并噻二唑、聚(噻吩氧化物)、聚(環戊二噻吩氧化物)、聚噻二唑并喹喏啉、聚苯并異噻唑、聚苯并噻唑、聚噻吩并噻吩、聚(噻吩并噻吩氧化物)、聚二噻吩并噻吩、聚(二噻吩并噻吩氧化物)、聚四氫異吲哚及其共聚物。金屬氧化物可為固有p型半導體(例如，銅氧化物、鍶銅氧化物或鍶鈦氧化物)或在與摻雜劑(例如，p摻雜之氧化鋅或p摻雜之氧化鈦)摻雜後形成p型半導體之金屬氧化物。摻雜劑之實例包括氟化物、氯化物、溴化物及碘化物之鹽或酸。在一些實施例中，金屬氧化物可以奈米粒子形式使用。
在一些實施例中，n型半導體材料(固有或經摻雜之n型半導體材料)包括金屬氧化物，例如氧化鈦、氧化鋅、氧化鎢、氧化鉬及該等中之任一者之組合。金屬氧化物可以奈米粒子形式使用。在其他實施例中，n型半導體材料包括選自由以下組成之群之材料：富勒烯(例如上述彼等)、無機奈米粒子、噁二唑、盤狀液晶、碳奈米棒、無機奈米棒、含有CN基團之聚合物、含有CF3基團之聚合物及該等中任一者之組合。
在一些實施例中，將p型及n型半導體材料摻和至一個層中。在某些實施例中，重組層(242)包括兩個層，一個層包括p型半導體材料且另一層包括n型半導體材料。在該等實施例中，重組層(242)可在兩個層之界面處進一步包括導電層(例如，金屬層或混合n型及p型半導體材料)。
在一些實施例中，重組層(242)包括至少30wt%(例如，至少40wt%或至少50wt%)及/或至多70wt%(例如，至多60wt%或至多50wt%)之p型半導體材料。在一些實施例中，重組層(242)包括至少30wt%(例如，至少40wt%或至少50wt%)及/或至多70wt%(例如，至多60wt%或至多50wt%)之n型半導體材料。
重組層(242)通常具有足夠厚度，以便保護下方層免受施加至重組層(242)上之任何溶劑影響。在一些實施例中，重組層(242)可具有至少10nm(例如，至少20nm、至少50nm或較佳地至少100nm)及/或至多500nm(例如，至多200nm、至多150nm及較佳地100nm)之厚度。
一般而言，重組層(242)係實質上透明的。舉例而言，於串接光伏打電池(200)中所用之厚度下，在光伏打電池操作期間使用之波長或波長範圍(例如，350nm至1,000nm)下，重組層(242)可透射至少70%(例如，至少75%、至少80%、至少85%或至少90%)之入射光。
重組層(242)通常具有足夠低之表面電阻。在一些實施例中，重組層(242)具有至多約1×106歐姆/平方(例如，至多5×105歐姆/平方、至多2×105歐姆/平方或至多1×105歐姆/平方)之表面電阻。
不希望受限於理論，據信可將重組層(242)視為光伏打電池(200)中介於兩個半電池(例如，一個包括電極(220)、視情況電洞阻擋層(230)、光活性層(240)及重組層(242)，且另一者包括重組層(242)、光活性層(244)、視情況電洞載體層(250)及電極(260))之間之共有電極。在一些實施例中，重組層(242)可包括導電柵格(例如，網狀)材料，例如彼等上文所述者。導電柵格材料可提供與半電池之相同極性(p型或n型)之選擇性接觸且提供高度導電但透明層以將電子傳輸至負荷。
在一些實施例中，一層重組層(242)可藉由將n型半導體材料與p型半導體材料之摻合物施加於光活性層上製得。舉例而言，可將n型 半導體及p型半導體可首先一起分散及/或溶解於溶劑中以形成分散液或溶液，隨後可將其塗覆於光活性層上以形成重組層。
在一些實施例中，兩層重組層可藉由單獨施加n型半導體材料層及p型半導體材料層製得。舉例而言，在使用氧化鈦奈米粒子作為n型半導體材料時，氧化鈦奈米粒子層可藉由以下形成：(1)將前體(例如，鈦鹽)分散於溶劑(例如，無水醇)中以形成分散液，(2)將分散液塗覆於光活性層上，(3)水解分散液以形成氧化鈦層，及(4)乾燥氧化鈦層。作為另一實例，在使用聚合物(例如，PEDOT)作為p型半導體時，聚合物層可藉由以下形成：首先將聚合物溶解於溶劑(例如，無水醇)中以形成溶液且隨後將溶液塗覆於光活性層上。
串接電池(200)中之其他組件、視情況包括基板及/或鈍化層可由相同材料形成，或具有相同特性，如上述光伏打電池(100)中之彼等。
在一些實施例中，多個光伏打電池可經電連接以形成光伏打系統。作為實例，圖3係具有含有複數個光伏打電池(320)之模組(310)之光伏打系統(300)的示意圖。光伏打電池(320)經串聯電連接，且系統(300)電連接至負荷(330)。作為另一實例，圖4係具有含有複數個光伏打電池(420)之模組(410)之光伏打系統(400)的示意圖。光伏打電池(420)經並聯電連接，且系統(400)電連接至負荷(430)。在一些實施例中，光伏打系統中之一些光伏打電池可佈置於一個或一些共有基板上。較佳地，在某些實施例中，光伏打系統中之一些光伏打電池經串聯電連接，且光伏打系統中之一些光伏打電池經並聯電連接。
本發明之光伏打電池可與一或多個另一類型之光伏打電池組合使用。該等光伏打電池之實例包括染料敏化光伏打電池、鈣鈦礦光活性電池、無機光活性電池，其具有由非晶形矽、結晶矽、多晶矽、微晶矽、硒化鎘、碲化鎘、硒化銦及/或硒化銅銦鎵形成之光活性材 料。
術語之定義
術語「透明」意指於光伏打電池中所用之厚度下及於在光伏打電池操作期間使用之波長或波長範圍下至少約60%之入射光透射。較佳地，其超過70%，更佳地超過75%，最佳地其超過80%。
根據本發明，術語「寡聚物」具有數量平均聚合度為至少2且至多100之材料的含義。
術語「聚合物」意指數量平均聚合度n為至少101或更大之材料。
數量平均聚合度(Pn)可自藉由凝膠滲透層析(GPC)量測之數目平均分子量(Mn)及單體之分子量測定。
根據本發明，術語「拉電子能力」意指降低系統中之電子密度之能力。
術語「光學密度」定義為吸光度。
且吸光度可由下式定義：Aλ=-log10(I/I0)
其中Aλ代表吸光度且I係於指定波長λ下穿過試樣(光伏打電池)之光強度，I0係在光進入試樣之前之強度。
術語「峰光學密度」意指在施加具有400nm至1100nm波長範圍之光至光伏打電池時光伏打電池之峰光學密度值。
術語「最大光學密度」定義為在施加具有400nm至1100nm波長範圍之光至光伏打電池時光伏打電池之最大光學密度值。
除非另有說明，否則本說明書中所揭示每一特徵均可由用於相同、等效或類似目的之替代特徵替代。因此，除非另有說明，否則每一所揭示特徵僅係一類等效或類似特徵中之一個實例。
參照以下實例更詳細地闡述本發明，其僅具闡釋性且並不限制 本發明之範疇。
實例 實例1：1,4-雙(2-溴-4,4’雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’,3’-d]矽咯)-2,3,5,6-四氟苯之合成
將4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’,3’-d]矽咯(1.68g,4.0mmol)溶解於50ml無水THF(四氫呋喃)中。在溶液冷卻至-78℃後，向溶液中添加正丁基鋰(BuLi)(1.40ml,4.0mmol)。在將反應混合物於-78℃下攪拌30分鐘後，藉由注射器向反應燒瓶中添加SnMe3Cl(4.0ml,4.0mmol)。隨後將反應混合物升溫至室溫。將1,4-二溴-2,3,5,6-四氟苯(0.61g,2.0mmol)及雙(三苯基膦)氯化鈀(II)(0.14g,0.20mmol)溶解於5ml THF中。隨後藉由注射器將所得溶液添加至上述溶液中。隨後將反應混合物回流過夜。在冷卻反應物後，將其藉由水驟冷，並藉由二氯甲烷萃取。將粗產物藉由旋轉蒸發濃縮，並藉由管柱層析純化，以產生黃色油狀1,4-雙(4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’3’-d]矽酮)-2,3,5,6-四氟苯(1.4g,72%)。
將上文獲得之1,4-雙(2-溴-4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’3’-d]矽酮)-2,3,5,6-四氟苯(0.98g,1.0mmol)及N-溴琥珀醯亞胺(NBS)(0.36g,2.0mmol)溶解於30ml氯仿中。將溶液回流1小時。在將反應混合物冷卻至室溫後，添加水以驟冷反應物。藉由氯仿萃取有機層以得到粗產物。藉由管柱層析純化粗產物，以產生黃色固體狀 1,4-雙(2-溴-4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’3’-d]矽酮)-2,3,5,6-四氟苯(1.08g,95%)。
實例2：2,5-雙(5-三甲基錫烷基-3-十四烷基-2-噻吩基)-噻唑并[5,4-d]噻唑之合成
將100ml Schlenk燒瓶抽真空並用Ar重填三次。向燒瓶中添加35ml無水THF。隨後將燒瓶冷卻至-78℃。隨後向上述溶液中逐滴添加正丁基鋰(0.64mmol)。在將溶液於-78℃下攪拌1小時後，向反應混合物中注射0.7ml 1.0M三甲基氯化錫溶液。在將溶液升溫至室溫後，向溶液中添加100ml二乙醚。將溶液用100ml水洗滌三次且隨後將有機層經無水MgSO4乾燥。在真空中移除溶劑後，以定量產率分離2,5-雙(5-三甲基錫烷基-3-十四烷基-2-噻吩基)-噻唑并[5,4-d]噻唑。
實例3：KP179之合成
將2,5-雙(5-三甲基錫烷基-3-十四烷基-2-噻吩基)-噻唑并[5,4-d]噻唑轉移至100ml三頸圓底燒瓶。隨後向三頸燒瓶中添加以下試劑：7mg(7μmol)Pd2(dba)3、18mg(59μmol)三-鄰甲苯基-膦、332mg(0.29mmol)1,4-雙(2-溴-4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’,3’-d]矽咯)-2,3,5,6-四氟苯及20ml無水甲苯。將此反應混合物回流2天且隨後 冷卻至80℃。向燒瓶中注射二乙基二硫基胺基甲酸鈉三水合物(1.5g，於20ml水中)之水溶液且將混合物於80℃下一起攪拌12小時。在將混合物冷卻至室溫後，自水層分離有機相。將有機層倒入甲醇(200ml)中以形成聚合物沈澱。隨後收集聚合物沈澱並藉由soxhlet萃取純化。最終萃取產生123mg(Mn=31kDa)聚[1,4-雙(4,4’-雙(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b：2’,3’-d]矽咯)-2,3,5,6-四氟苯-alt-2,5-雙(3-十四烷基-2-噻吩基)-噻唑并[5,4-d]噻唑]。
實例4：KP252、KP184、KP143及KP155之合成
KP252、KP184、KP143及KP155係以類似於實例1至3中所述之方式之方式使用相應單體製得。
實例5：KP266之合成
KP266係以類似於實例1至3中所述之方式之方式使用相應單體製得。
實例6：利用KP179、KP252及混合PCBM之光伏打電池之製作
光伏打電池係如下製得：藉由分別在丙酮及異丙醇中超音波處理清潔ITO塗覆之玻璃基板。隨後用UV/臭氧處理基板。
使用0.5wt%聚乙烯亞胺(PEI)及0.5wt%甘油二縮水甘油醚(DEG)(1：1重量比，於丁醇中)在清潔基板上形成薄電洞阻擋層。電洞阻擋層之厚度係20nm。將由此形成之基板於100℃下退火2分鐘。隨後，藉由刮塗技術將KP179、KP252、PC60BM及PC70BM(4：3：13.1：4.4重量比，於鄰-二氯苯(ODCB)中)溶解於ODCB中並將所得溶液塗覆至電洞阻擋層上以形成光活性層且控制其厚度以達成光伏打電池之0.553之峰光學密度。在加熱及冷卻後，藉由沈積在光活性層上形成2.5nm厚之由MoO3組成之電洞載體層。隨後藉由在電洞載體層上蒸發銀層(80nm)製備第一光伏打電池作為頂部電極。
三個其他光伏打電池係以與前一段中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層之層厚度除外。藉由改變光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.679、0.751或0.877之峰光學密度，製作三個額外光伏打電池。
此外，以除光活性層外與上述光伏打電池相同之方式製作四個額外光伏打電池。
將KP179、KP252、PC60BM、PC70BM(4：2：11.2：3.8重量比，於鄰-二氯苯(ODCB)中)及所得ODCB溶液倒入電洞阻擋層中以形成光活性層且控制其厚度以達成光伏打電池之0.512、0.574、0.773及0.792之峰光學密度。
使用Keithley 2400 SMU量測光伏打電池之電流-電壓特性，而在Oriel Xenon太陽能模擬器(100mW/cm2)上在AM 1.5G輻照下照明光伏打電池。
圖5-a、b顯示工作實例6中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例1：利用KP252及PC60BM之光伏打電池之製作
作為比較實例1之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有1：2重量比之KP252及PC60BM且各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.22、0.252及0.308之光學密度。
且具有光活性層之光伏打電池含有1：2重量比之KP252及PC60BM且作為摻雜劑之1wt% 1-8-二碘辛烷(DIO)係以與實例1中所揭示相同之方式製作。控制光伏打電池中之每一者之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.23、0.28、0.289及0.32之最大光學密度。
圖6-a、b顯示比較實例1中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例2：利用KP179及PCBM之光伏打電池之製作
作為比較實例2之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有KP179及PCBM且各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.609、0.862、1.161及1.384之峰吸收值。
圖7-a、b顯示比較實例2中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例3：利用KP179、JA19B及PC60BM之光伏打電池之製作
作為比較實例3之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有4：2：15重量比之KP179、JA19B(Konarka)及PCBM且各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.421、0.482、0.588、0.69、0.767及0.83之峰光學密度。
圖8-a、b顯示比較實例3中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例4：利用KP179、PDPPTPT及PC61BM之光伏打電池之製作
作為比較實例4之光伏打電池以與實例1中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有4：2：12重量比之KP179、PDPPTPT(來自Konarka)及PC61BM且各自獨立地控制光伏打電池之 光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.679、0.54、0.888及1.193之最大光學密度。
圖9-a、b顯示比較實例4中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
實例7：利用KP143、KP155及PC60BM之光伏打電池之製作
作為實例7之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有4：2：15重量比之KP143、KP155及PC60BM且各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.625、0.629、0.749、0.796、0.882、0.949及0.986之峰光學密度。
圖10-a、b顯示實例7中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例5：利用KP143及PCBM之光伏打電池之製作
作為比較實例5之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有1：2重量比之KP143及PCBM且各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之介於0.6-0.7、0.6-0.67、0.6-0.8、0.7-0.75及0.85-0.95範圍內之光學密度。
圖11-a、b顯示比較實例5中製作之光伏打電池之電池性能(填充 因子及光轉化效率)。
比較實例6：利用KP155、PC70BM與摻雜劑之光伏打電池之製作
作為比較實例6之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有KP155、PC70BM及1wt% DIO、1wt% ODT或1w%苯基萘作為摻雜劑。在光活性層含有KP155、PC70BM及1wt% DIO之情形下，各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.282、0.303及0.369之最大光學密度。在光活性層含有KP155、PC70BM及1wt% ODT之情形下，各自獨立地控制光活性電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.468、0.204及0.279之最大光學密度。關於光活性層含有KP155、PC70BM及1w%苯基萘之情形，各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.281、0.295及0.305之最大光學密度。
圖12-a、b顯示比較實例6中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例7：利用KP143、JA19B及PC60BM之光伏打電池之製作
作為比較實例7之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有(4：2：15)重量比之KP143、JA19B及PC60BM且各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.428、0.445、0.482、0.507、0.614、0.754及0.823之峰光學密度。
圖13-a、b顯示比較實例7中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
實例8：利用KP179、KP184及PCBM之光伏打電池之製作
作為實例8之光伏打電池係以與實例6中所述之第一光伏打電池相同之方式製得，只是光活性層含有4：2：12重量比之KP179、KP184及 PCBM且各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.713、0.796、0.862及0.907之峰光學密度及光伏打電池之0.9、0.68及0.54之最大光學密度。
圖14-a、b顯示實例8中製作之光活性電池之熱測試結果與電池性能(填充因子及光轉化效率)。且在圖14-a中，以自左至右之次序開始，提及未經退火之光伏打電池之電池性能、於85℃下退火168小時之光伏打電池之電池性能、於85℃下退火288小時之光伏打電池之電池性能。
比較實例8：利用KP179及PC60BM之光伏打電池之製作
作為比較實例8之光伏打電池亦係以相同方式製得，只是光活性層含有1：2重量比之KP179及PC60BM且各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.761、1.274、1.486之峰光學密度及光伏打電池之2.6、1.1、0.88之最大光學密度。
圖15-a、b顯示比較實例7中製作之光活性電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
比較實例9：利用KP266及PC60BM之光伏打電池之製作
作為比較實例9之光伏打電池亦係以相同方式製得，只是光活性層含有1：2重量比之KP266及PC60BM且各自獨立地控制光伏打電池之光活性層之層厚度以達成光伏打電池之0.448、0.56、0.749及0.799之最大光學密度。
圖16-a、b顯示比較實例9中製作之光伏打電池之電池性能(填充因子及光轉化效率)。
此處，以與實例6中所述相同之方式量測上文所提及實例及比較實例中製作之光伏打電池的電流-電壓特性。
100‧‧‧光伏打電池
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極
130‧‧‧電洞阻擋層
140‧‧‧光活性層
150‧‧‧電洞載體層
160‧‧‧電極
170‧‧‧鈍化層

Claims (22)

  1. 一種光伏打電池，其包含：第一電極(120)；第二電極(160)；及介於該第一電極(120)與該第二電極(160)之間之光活性層(140)，其中該光活性層(140)包含第一供體材料、第二供體材料及受體材料；該第一供體材料及該第二供體材料彼此不同且該等供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
  2. 如請求項1之光伏打電池，其中該共通性建構組元構成該等供體材料之供電子單元。
  3. 如請求項1或2之光伏打電池，其中該共通性建構組元在每次出現時皆選自由下式(A1)至(A106)組成之群： 其中以下適用於所用符號：R1在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)； R2在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R3在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R4在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R5在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R6在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R7在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R8在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷 基、C3-C40雜環烷基、CN、OR9、COR9、COOR9及CON(R9R10)；R9在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基；R10在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
  4. 如請求項3之光伏打電池，其中該共通性建構組元在每次出現時皆選自由以下組成之群：式(A10)、(A12)、(A13)、(A19)、(A20)、(A21)、(A22)及(A23)。
  5. 如請求項3或4之光伏打電池，其中該等供體材料之該等共通性共軛稠合環部分在每次出現時皆係由式(A10)或(A21)代表。
  6. 如請求項1至5中任一項之光伏打電池，其中該等供體材料中之至少一者包含拉電子建構組元。
  7. 如請求項1至6中任一項之光伏打電池，其中該第一供體材料及該第二供體材料各自包含拉電子建構組元，且該第一供體材料之該拉電子建構組元的拉電子能力大於該第二供體材料之該拉電子建構組元。
  8. 如請求項1至7中任一項之光伏打電池，其中該第一供體材料包含選自由下式(B1)至(B92)組成之群之拉電子建構組元 其中以下適用於所用符號：R11在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R12在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R13在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)； R14在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R15在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R16在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR17、COR17、COOR17及CON(R17R18)；R17在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基；R18在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基；且該第二供體材料包含選自由下式(C1)至(C92)組成之群之拉電子建構組元 其中以下適用於所用符號：R19在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R20在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R21在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及 CON(R25R26)；R22在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R23在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R24在每次出現時相同或不同地選自由以下組成之群：氫、鹵素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基、C3-C40雜環烷基、CN、OR25、COR25、COOR25及CON(R25R26)；R25在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基；R26在每次出現時相同或不同地係H、C1-C40烷基、芳基、雜芳基、C3-C40環烷基或C3-C40雜環烷基。
  9. 如請求項1至8中任一項之光伏打電池，其中該第一供體材料包含選自由式(B15)、(B16)、(B45)、(B46)、(B47)及(B48)組成之群之拉電子建構組元；且該第二供體材料包含由式(C64)代表之拉電子建構組元。
  10. 如請求項1至9中任一項之光伏打電池，其中該第一供體材料包含選自由式(B15)、(B16)及(B45)組成之群之拉電子建構組元；且該第二供體材料包含由式(C64)代表之拉電子建構組元。
  11. 如請求項1至10中任一項之光伏打電池，其中該等供體材料中之至少一者係聚合物或寡聚物。
  12. 如請求項1至11中任一項之光伏打電池，其中該等供體材料中之至少二者在每次出現時彼此獨立地選自由以下組成之群：KP179、KP252及KP184或KP143及KP155
  13. 如請求項1至12中任一項之光伏打電池，其中該受體材料包含選自由以下組成之群之化合物：富勒烯、富勒烯衍生物、苝二醯亞胺衍生物、苯并噻唑衍生物、二酮基-吡咯并-吡咯衍生物、二-亞茀基衍生物、稠五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、螢蒽醯亞胺衍生物、硼-二吡咯亞甲基衍生物、噁二唑、金屬酞青素及亞酞青素、無機奈米粒子、盤狀液晶、碳奈米棒、無機奈米棒、含有CN基團之聚合物、含有CF3基團之聚合物或該等中任一者之組合。
  14. 如請求項1至13中任一項之光伏打電池，其中該受體材料包含經取代之富勒烯。
  15. 如請求項14之光伏打電池，其中該經取代之富勒烯係選自由以下組成之群：PC60BM、PC61BM、PC70BM及該等中任一者之組合。
  16. 如請求項1至15中任一項之光伏打電池，其中該光活性層(140)進一步包含摻雜劑。
  17. 如請求項16之光伏打電池，其中該摻雜劑係選自由以下組成之群：二碘辛烷、十八烷硫醇、苯基萘及該等中任一者之組合。
  18. 一種供體材料在光伏打電池中之用途：其中該光伏打電池(100)包含，第一電極(120)；第二電極(160)；及介於該第一電極與該第二電極之間之光活性層(140)，其中該光活性層(140)包含第一供體材料、第二供體材料及受體材料；該第一供體材料及該第二供體材料彼此不同且該等供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
  19. 一種製備如請求項1至17中任一項之光伏打電池之方法，其中製備本發明之光伏打電池之該方法包含以下步驟：(a)將至少第一供體材料、第二供體材料及受體材料一起溶解於溶劑中；及(b)隨後將來自步驟(a)之所得溶液塗覆於下方之層上，其中該第一供體材料及該第二供體材料彼此不同且該等供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共通性建構組元包含共軛稠合環部分。
  20. 一種製備如請求項1至17中任一項之光伏打電池之方法，其中該方法包含以下步驟：(a‘)將至少第一供體材料、第二供體材料及受體材料各自單獨地溶解於相同類型或不同類型之溶劑中以獲得不同溶液；(b‘)混合來自步驟(a‘)之所得溶液以獲得含有該第一供體材料、該第二供體材料及該受體材料之溶液；及(c‘)隨後將來自步驟(b‘)之所得溶液塗覆於下方之層上，其中該第一供體材料及該第二供體材料彼此不同且該等供體材料中之每一者皆包含相同化學結構之共通性建構組元，該共 通性建構組元包含共軛稠合環部分。
  21. 如請求項19至20中任一項之方法，其中該溶劑係選自有機溶劑。
  22. 如請求項19至21中任一項之方法，其中該溶劑係選自由以下組成之群：脂肪族烴、氯化烴、芳香族烴、酮、醚及其混合物，可使用之其他溶劑包括1,2,4-三甲基苯、1,2,3,4-四甲基苯、戊基苯、均三甲苯、異丙苯、異丙甲苯、環己基苯、二乙基苯、四氫萘、十氫萘、2,6-二甲吡啶、2-氟-間-二甲苯、3-氟-鄰-二甲苯、2-氯三氟甲苯、N,N-二甲基甲醯胺、2-氯-6-氟甲苯、2-氟苯甲醚、苯甲醚、2,3-二甲基吡嗪、4-氟苯甲醚、3-氟苯甲醚、3-三氟-甲基苯甲醚、2-甲基苯甲醚、苯乙醚、4-甲基苯甲醚、3-甲基苯甲醚、4-氟-3-甲基苯甲醚、2-氟苯甲腈、4-氟黎蘆素(4-fluoroveratrol)、2,6-二甲基苯甲醚、3-氟苯甲腈、2,5-二甲基苯甲醚、2,4-二甲基苯甲醚、苯甲腈、3,5-二甲基-苯甲醚、N,N-二甲基苯胺、苯甲酸乙酯、1-氟-3,5-二甲氧基-苯、1-甲基萘、N-甲基吡咯啶酮、3-氟三氟甲苯、三氟甲苯、二噁烷、三氟甲氧基-苯、4-氟三氟甲苯、3-氟吡啶、甲苯、2-氟-甲苯、2-氟三氟甲苯、3-氟甲苯、4-異丙基聯苯、苯基醚、吡啶、4-氟甲苯、2,5-二氟甲苯、1-氯-2,4-二氟苯、2-氟吡啶、3-氯氟-苯、1-氯-2,5-二氟苯、4-氯氟苯、氯-苯、鄰-二氯苯、2-氯氟苯、對-二甲苯、間-二甲苯、鄰-二甲苯或鄰-、間-及對-異構物之混合物及該等中任一者之組合。
TW103145577A 2013-12-26 2014-12-25 光伏打電池 TW201535819A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361920930P 2013-12-26 2013-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201535819A true TW201535819A (zh) 2015-09-16

Family

ID=52014007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103145577A TW201535819A (zh) 2013-12-26 2014-12-25 光伏打電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20160329510A1 (zh)
EP (1) EP3087156A1 (zh)
JP (1) JP2017503348A (zh)
KR (1) KR20160102534A (zh)
CN (1) CN105849931A (zh)
TW (1) TW201535819A (zh)
WO (1) WO2015096886A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180126451A (ko) 2016-01-20 2018-11-27 더 홍콩 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지 유기 반도체 제형 및 이의 용도
GB2560934A (en) 2017-03-28 2018-10-03 Sumitomo Chemical Co Solvent systems for the preparation of photosensitive organic electronic devices
US11778896B2 (en) 2017-06-16 2023-10-03 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing metal-complex photovoltaic devices
CA3066092A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing and ultraviolet-absorbing photovoltaic devices
US11545635B2 (en) 2017-06-16 2023-01-03 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing boron-containing photovoltaic devices
CN108840876A (zh) * 2018-07-11 2018-11-20 上海交通大学 一种卤代稠环苝酰亚胺类电子传输材料的合成及其应用
CN109244242B (zh) * 2018-08-31 2020-06-16 华南师范大学 一种有机太阳电池及其制备方法
FI130068B (en) * 2018-12-31 2023-01-31 Aalto Univ Foundation Sr Double-sided solar cell unit
WO2020225169A1 (en) * 2019-05-06 2020-11-12 Merck Patent Gmbh Photoactive composition
CN110739400B (zh) * 2019-10-24 2020-08-11 山东大学 一种基于盘状液晶柱的有机太阳能电池结构及其制备方法
CN115181252B (zh) * 2022-08-17 2024-01-19 中国科学院长春应用化学研究所 一种基于五元芳杂环稠并bodipy的高分子材料及其制备方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004086462A2 (en) * 2003-03-24 2004-10-07 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell with mesh electrode
US20070131270A1 (en) * 2005-07-14 2007-06-14 Russell Gaudiana Window with photovoltaic cell
US8158881B2 (en) * 2005-07-14 2012-04-17 Konarka Technologies, Inc. Tandem photovoltaic cells
US20070181179A1 (en) * 2005-12-21 2007-08-09 Konarka Technologies, Inc. Tandem photovoltaic cells
US8008421B2 (en) * 2006-10-11 2011-08-30 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell with silole-containing polymer
WO2008122027A2 (en) * 2007-04-02 2008-10-09 Konarka Technologies, Inc. Novel electrode
EP2143144B1 (en) * 2007-04-27 2018-11-28 Merck Patent GmbH Organic photovoltaic cells
US8455606B2 (en) * 2008-08-07 2013-06-04 Merck Patent Gmbh Photoactive polymers
US20100224252A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-09 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic Cell Having Multiple Electron Donors
WO2010135701A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Polyera Corporation Conjugated polymers and their use in optoelectronic devices
EP3134458B1 (en) * 2010-01-05 2023-11-01 Raynergy Tek Inc. Photovoltaic cell with benzodithiophene-containing polymer
JP5847800B2 (ja) * 2010-04-19 2016-01-27 メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ ベンゾジチオフェンのポリマーおよび有機半導体としてのそれらの使用
US8895693B2 (en) * 2010-06-25 2014-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Electron-donating polymers and organic solar cells including the same
CN103025788B (zh) * 2010-07-09 2015-08-12 默克专利股份有限公司 半导体聚合物
EP2611880B1 (en) * 2010-09-02 2018-04-25 Merck Patent GmbH Novel photoactive polymer and photovoltaic cell containing the same
US8598450B2 (en) * 2010-11-24 2013-12-03 Polyera Corporation Conjugated polymers and their use in optoelectronic devices
JP6051206B2 (ja) * 2011-04-28 2016-12-27 メルク パテント ゲーエムベーハー 新規な光活性ポリマー
BR112014020228A2 (pt) * 2012-02-15 2017-07-04 Merck Patent Ges Mit Beschraenkter Haftung polímeros conjugados
KR20140135747A (ko) * 2012-02-15 2014-11-26 메르크 파텐트 게엠베하 공액 중합체
US20130263925A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Merck Patent Gmbh Hole Carrier Layer For Organic Photovoltaic Device
JP2013219190A (ja) * 2012-04-09 2013-10-24 Kuraray Co Ltd 有機光電変換素子

Also Published As

Publication number Publication date
EP3087156A1 (en) 2016-11-02
US20160329510A1 (en) 2016-11-10
WO2015096886A1 (en) 2015-07-02
JP2017503348A (ja) 2017-01-26
KR20160102534A (ko) 2016-08-30
CN105849931A (zh) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201535819A (zh) 光伏打電池
CN109790176B (zh) 有机半导体化合物
CN109804481B (zh) 有机光检测器
Lin et al. Regio-specific selenium substitution in non-fullerene acceptors for efficient organic solar cells
Bao et al. High extinction coefficient thieno [3, 4-b] thiophene-based copolymer for efficient fullerene-free solar cells with large current density
Hendriks et al. Small-bandgap semiconducting polymers with high near-infrared photoresponse
US9035015B1 (en) Photovoltaic cell containing novel photoactive polymer
Li et al. Development of large band-gap conjugated copolymers for efficient regular single and tandem organic solar cells
US9425420B2 (en) Active materials for electro-optic devices and electro-optic devices
CN109891616B (zh) 有机半导体化合物
Chen et al. Donor–acceptor random copolymers based on a ladder-type nonacyclic unit: synthesis, characterization, and photovoltaic applications
WO2018036914A1 (en) Organic semiconducting compounds
Yang et al. The integrated adjustment of chlorine substitution and two-dimensional side chain of low band gap polymers in organic solar cells
Liu et al. A rational design and synthesis of cross-conjugated small molecule acceptors approaching high-performance fullerene-free polymer solar cells
JP6904252B2 (ja) コポリマー、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュール
TWI797185B (zh) 有機半導性化合物
Jiang et al. Alkyloxime-substituted thiophene-based wide-band-gap polymer donor achieving a high short circuit current density of 30 mA cm–2 in organic solar cells
CN112368316A (zh) 有机半导体聚合物
KR102291239B1 (ko) N-형 유기 반도체 화합물, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 유기 태양전지
CN113544186B (zh) 有机半导体组合物
EP3323871A2 (en) Organic hole transporting compound using p-doped conjugated polymer electrolyte, organic electronic device using same, and manufacturing method therefor
KR20230112349A (ko) 삼원계 광활성층 조성물 및 이를 포함하는 유기태양전지
Kaixiang Research progress and design strategy of hole transport materials for perovskite solar cells