包含富勒烯及其衍生物的有機光伏器件制造技術

包含活性層的光伏電池，該活性層包括作為p-型材料的共軛聚合物如聚噻吩和立體規則性聚噻吩，及作為n-型材料的至少一種富勒烯衍生物。該富勒烯衍生物可以為C60、C70或C84。該富勒烯也能用茚基團官能化。能夠獲得改進的效率。

【技術實現步驟摘要】
包含富勒烯及其衍生物的有機光伏器件本申請是中國專利申請200780030157.7的分案申請，原申請200780030157.7的申請日為2007年5月2日，其名稱為“包含富勒烯及其衍生物的有機光伏器件”。_2] 相關申請的交叉引用本申請要求Laird等人于2006年6月13日提交的美國臨時申請流水號60/812,961的優先權，將其以其全部內容在此引入以作參考。
技術介紹
存在提供用于有機光伏(OPV)器件的更好材料和方法的需求。這是部分由目前高燃料價格和不穩定的燃料供給所驅使的。OPV器件能提供相對于較老的硅器件的改進。參見例如 Perlin, John, “The Silicon Solar Cell Turns50” NREL2004 ;還參見 Dennler等人，“Flexible Conjugated polymer-Based Plastic Solar Cells:From Basics toApplications, Proceedings of the IEEE,第 93 卷,第 8 期，2005 年 8 月，1429-1439。全球氣候變化也是促進因素。盡管已知能夠將導電聚合物或共軛聚合物(包括例如聚噻吩)與C60富勒烯結合以提供OPV器件中有用的活性材料，但還存在改進器件效率和其它重要的PV參數的需求 。特別地,立體規則性(regioregular)聚噻吩尤其重要,這是由于它們的納米級形態，該納米級形態能應用到用于太陽能電池應用的新穎形態。
技術實現思路
尤其，本文提供的是組合物、器件、制造方法和使用方法。例如，本文提供的是包含混合物的組合物，該混合物包含:(i)至少一種P-型材料，( )至少一種η-型材料,其中該η-型材料包含由F*-(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶劑合物、鹽和混合物，其中η至少為I，F*包含具有包括六元和五元環的表面的富勒烯；和R包含至少一種可任選取代的不飽和或飽和碳環或雜環的第一環，其中該第一環直接鍵合于該富勒烯。另一實施方案提供包含混合物的組合物，該混合物包含:(i)至少一種P-型材料，至少一種η-型材料,其中該η-型材料包括至少一種富勒烯衍生物,該富勒烯衍生物包含至少一個[6，6]富勒烯鍵合位，其中該[6，6]鍵合位的兩個碳原子全部共價鍵合于基團R0 另一實施方案提供包含混合物的組合物，該混合物包含:(i)至少一種P-型材料，(11)至少一種η-型材料,其中該η-型材料包含富勒烯衍生物,該富勒烯衍生物包含至少一種通過[4+2]環加成而共價鍵合至至少一個衍生部分(derivative moiety)的富勒烯。另一實施方案提供光伏器件，其包括至少一陽極、至少一陰極和至少一活性層，其中活性層包括包含混合物的組合物，該混合物包括:(i)至少一種P-型材料，(ii)至少一種η-型材料，其中該η-型材料包含由F*-(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶劑合物、鹽和混合物，其中η至少為I，F*包含具有包括六元和五元環的表面的富勒烯；和R包含至少一種任選取代的不飽和或飽和碳環或雜環的第一環，其中該第一環直接鍵合于該富勒烯。另一實施方案包含制造包含混合物的組合物的方法，該方法包括:( )提供至少一種p-型材料，(ii)提供至少一種η-型材料,其中該η-型材料包含由？*-(1 )11表示的富勒烯衍生物及其溶劑合物、鹽和混合物，其中η至少為I，F*包含具有包括TK兀和五兀環的表面的富勒稀；和R包含至少一種任選取代的不飽和或飽和碳環或雜環的第一環，其中該第一環直接鍵合于該富勒烯，(iii)組合P-型和η-型材料以形成混合物，其中該混合物進一步包含至少一種溶劑。優點包括基本上更好的光伏效率，具有多種能夠調節至特殊用途的活性層體系的多樣性、改進的器件壽命和改進的材料和器件的可加工性。附圖說明圖1示出典型的導電 聚合物光伏(太陽能)電池。圖2示出關于C70P CBM相對于C60PCBM的改進性能。圖3提供關于在二氯苯中制備的C60PCBM:P3HT相對于C70PCBM:P3HT的AFM圖像。圓圈指在C60PCBM體系中的相分離一這些區域在C70PCBM活性層中不存在。圖4提供與對照比較的關于包含茚衍生物的器件的光伏數據。具體實施例方式介紹和定義“任選取代的”基團指可由其他官能團取代或不取代的官能團。當基團未被其他基團取代時，可將其稱為基團名稱，例如烷基或芳基。當基團用其他官能團取代時，可更一般地將其稱為取代烷基或取代芳基。“碳環”指形成環的碳原子的環狀排列，所述環包括例如苯或環己烷。碳環包括環烷基和芳基兩種。術語“環烷基”指具有單個或多個稠合環狀環的3至20個碳原子的環狀烷基，該稠合環可以是或可以不是芳族的，條件是連接點不在芳族碳原子上。“芳基”指具有單個環(例如苯基)或多個稠環(例如萘基或蒽基)的6至20個碳原子的芳族碳環基團，該稠合環可以是或可以不是芳族的，條件是連接點在芳族碳原子上。優選芳基包括苯基和蔡基等。“雜環(Heterocyclic)”指具有單個環或多個稠環的在該環內的I至20個碳原子和I至4個雜原子的飽和的、不飽和的或雜芳族基團，所述雜原子選自氮、氧、硫、一S(O) —和一S(O)2-。該雜環基團能具有單環(如吡啶基或呋喃基)或多個稠環(如中氮茚基(indolizinyl)或苯并噻吩基)，其中該稠環可以是或可以不是芳族的和/或包含雜原子，條件是連接點通過芳族雜芳基的原子。雜環基基團可以為例如吡啶、或噻吩、或呋喃或四氫呋喃、吡咯、四氫吡咯和吡喃等。術語雜環基包括雜芳基基團，其中“雜芳基”指在該環內的I至20個碳原子和I至4個雜原子的芳族基團，所述雜原子選自氧、氮、硫、--S (O)—和一S (O) 2—組成的組中。雜芳基包括吡啶基、吡咯基、吲哚基、噻吩基和呋喃基。“烷基”指具有I至20個碳原子，或I至15個碳原子，或I至10、或I至5、或I至3個碳原子的直鏈和支化烷基基團。該術語通過例如以下基團示例:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、叔丁基、正戍基、乙基己基、十_.燒基和異戍基等。“取代烷基”指具有I至3個，優選I至2個選自由以下組成的組的取代基的烷基基團:烷氧基、取代烷氧基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、取代氨基、氨酰基、芳基、取代芳基、芳氧基、取代芳氧基、氰基、鹵素、輕基、硝基、羧基、羧酸酯(carboxyl esters)、環燒基、取代環烷基、雜芳基、取代雜芳基、雜環基和取代雜環基。術語“取代碳環基”、“取代芳基”、“取代環烷基”、“取代雜環基”和“取代雜芳基”指具有I至5個取代基、或任選I至3個取代基、或任選I至2個取代基的碳環基、芳基、環烷基、雜環基或雜芳基，所述取代基選自由以下組成的組:烷氧基、取代烷氧基、酰基、酰氨基、酰氧基、氨基、取代氨基、氨酰基、芳基、取代芳基、芳氧基、取代芳氧基、氰基、齒素、羥基、硝基、竣基、竣酸酷、環燒基、取代環燒基、雜芳基、取代雜芳基、雜環基和取代雜環基。“烷氧基”指基團“烷基-0-”，其示例性包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、叔丁氧 基、正戊氧基、1-乙基己-1-基氧基、十二烷氧基和異戊氧基等。“取代烷氧基”指基團“取代烷基-O-”。“鏈烯基”指優選具有2至6個碳原子和更優選2至4個碳原子及具有至少I個和優選I至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種n?型材料，其中所述n?型材料包含由F*?(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶劑合物、鹽和混合物，其中n至少為2，F*包含具有包括六元和五元環的表面的富勒烯；和R包含至少一種任選取代的不飽和或飽和的碳環或雜環第一環，其中所述第一環直接鍵合于所述富勒烯。

【技術特征摘要】
2006.06.13 US 60/812,9611.一種η-型材料，其中所述η-型材料包含由F*-(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶劑合物、鹽和混合物， 其中η至少為2， F*包含具有·包括六元和五元環的表面的富勒烯；和 R包含至少一種任選取代的不飽和或飽和的碳環或雜環第一環，其中所述第一環直接鍵合于所述富勒烯。2.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環是取代的。3.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環是未取代的。4.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為不飽和環。5.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為飽和環。6.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為碳環環。7.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為雜環環。8.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為任選取代的四元、五元或六元環。9.根據權利要求1所述的η-型材料，其中所述第一環為任選取代的五元環。10.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R進一步包含與所述第一環鍵合或稠合的第二環。11.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R進一步包含稠合至所述第一環的任選取代的第二環。12.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R進一步包含任選取代的第二環，所述任選取代的第二環為芳基且稠合至所述第一環。13.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為任選取代的茚、任選取代的萘基、任選取代的苯基、任選取代的吡啶基、任選取代的喹啉基、任選取代的環己基或任選取代的環戊基。14.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為茚、萘基、苯基、吡啶基、喹啉基、環己基或環戊基。15.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為任選取代的茚。16.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為茚。17.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為任選取代的鄰喹諾二甲烷。18.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R為鄰喹諾二甲烷。19.根據權利要求1所述的η-型材料，其中將所述第一環任選地用選自由以下組成的組的至少一種取代基取代:羥基、酰基、酰氨基、酰氧基、烷基、取代烷基、烷氧基、取代烷氧基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、取代炔基、氨基、取代氨基、氨酰基、芳基、取代芳基、芳氧基、取代芳氧基、環燒氧基、取代環燒氧基、竣基、竣酸酷、氰!基、疏基、硫代燒基、取代硫代燒基、硫代芳基、取代硫代芳基、硫代雜芳基、取代硫代雜芳基、硫代環燒基、取代硫代環燒基、硫代雜環基、取代硫代雜環基、環烷基、取代環烷基、齒素、硝基、雜芳基、取代雜芳基、雜環基、取代雜環基、雜芳氧基、取代雜芳氧基、雜環氧基或取代雜環氧基，或其組合。20.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R通過[4+2]環加成共價鍵合至所述富勒烯。21.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R通過一個或兩個共價鍵共價鍵合至所述富勒烯。22.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R通過兩個鍵共價鍵合至所述富勒烯。23.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R通過兩個碳-碳鍵共價鍵合至所述富勒烯。24.根據權利要求1所述的η-型材料，其中R通過在富勒烯[6，6]位的兩個碳-碳鍵共價鍵合至所述富勒烯。25.根據權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·達林·萊爾德，瑞扎·史泰格馬特，亨寧·瑞查特，維克托·維金斯，拉里·斯科特，托馬斯·A·拉達，
申請(專利權)人：普雷克托尼克斯公司，NANOC公司，
類型：發明
國別省市：