用于透明光伏器件的金属配位光活性化合物制造技术

公开了光活性化合物。所公开的光活性化合物包括具有基于二吡咯亚甲基的配体的金属络合物，该金属络合物可以用各种不同的侧链或基团取代或者可以包括各种稠环构型，例如包括芳族或杂芳族基团。金属络合物可包括两个基于二吡咯亚甲基的配体，其可以相同或不同。该光活性化合物可用作有机光伏器件中的光活性材料，例如可见光透明或不透明的光伏器件。例如可见光透明或不透明的光伏器件。例如可见光透明或不透明的光伏器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于透明光伏器件的金属配位光活性化合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月22日提交的美国临时申请第63/140,733号的权益和优先权，其全部内容在此通过引用并入本文。


[0003]本申请一般性地涉及光学活性材料和器件领域，更具体地，涉及用于有机光伏器件的光活性材料、光伏器件、以及制造光伏器件的方法。

技术介绍

[0004]利用太阳能所必需的表面积仍然是抵消相当一部分不可再生能源消耗的障碍。出于这个原因，可以集成到家庭、摩天大楼和汽车的窗玻璃上的低成本透明有机光伏(OPV)器件是理想的。例如，汽车和建筑中使用的窗玻璃对可见光谱(例如，波长为约450至650纳米(nm)的光)的透射率通常分别为70
–
80％和55
–
90％。有限的机械灵活性，高模块成本，更重要的是无机半导体的带状吸收，限制了它们在透明太阳能电池中的潜在应用。
[0005]相比之下，有机半导体和分子半导体的光学特征导致吸收光谱高度结构化，具有吸收最小值和最大值，这与其无机对应物的带状吸收截然不同。然而，虽然存在各种各样的有机半导体和分子半导体，但是其中许多在可见光谱中表现出强吸收，因此不是用于基于窗玻璃的光伏技术的最佳选择。

技术实现思路

[0006]本文描述了与有机光伏器件相关的材料、方法和系统，其在某些情况下特别适用于可见光透明的有机光伏器件以及部分透明的有机光伏器件和不透明的有机光伏器件。更具体地，本说明书提供了光活性化合物，所述光活性化合物例如可用作受体分子或供体分子，并提供了包含所公开的化合物的方法和系统，其中所公开的化合物用作光伏器件的光活性材料。
[0007]所公开的光活性化合物包括包含金属螯合的二吡咯亚甲基的化合物。金属螯合的二吡咯亚甲基的示例包括具有稳定+2氧化态的金属与两个二吡咯亚甲基配体(例如以双齿结构)形成的金属络合物。在一些情况下，配体彼此相同，从而形成均配物结构。在一些情况下，配体彼此不同，从而形成杂配物结构。示例性二吡咯亚甲基配体包括其中X是N或C
‑
R。示例金属包括Zn、Co、Cu、Ni、Fe、Pb、Mg、Pd、Pt或Sn。
[0008]二吡咯亚甲基配体可以包括各种各样的取代基R。示例R取代基包括但不限于H、F、Cl、Br、I、CF3、CN、取代的甲硅烷基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环，取代或未取代的六元杂环，或取代或未取代的五
‑
六元稠环(例如，
其中两个R取代基形成环)。
[0009]在一些示例中，二吡咯亚甲基配体的环可以在α位或β位稠合，分别具有结构在一些示例中，二吡咯亚甲基配体的环可以在α位或β位稠合，分别具有结构其中每个A独立地是五元环、六元环或稠环基团，包括但不限于芳族和杂芳族部分。示例R取代基包括但不限于H、F、Cl、Br、I、CF3、CN、取代的甲硅烷基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环、或取代或未取代的稠环。
[0010]在一些示例中，二吡咯亚甲基配体的两个R取代基可以形成环，例如五元环、六元环或稠环基团。在一些示例中，二吡咯亚甲基配体可具有以下结构：环或稠环基团。在一些示例中，二吡咯亚甲基配体可具有以下结构：其中每个Y独立地为C
‑
R、O、N、烷基取代的N、烷基取代的Si、S、Se或Te，并且每个Z独立地为C
‑
R或N。在一些示例中，R可以是H、F、Cl、Br、I、CF3、CN、取代的甲硅烷基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环、或取代或未取代的五
‑
六元稠环。
[0011]光活性化合物可适用于使用真空沉积技术如热蒸发进行沉积。在某些情况下，光活性化合物的分子量可能会影响化合物的挥发性，因为具有非常高分子量的化合物可能会在升华之前最终发生热分解。在一些示例中，光活性化合物的分子量上限可以为约1500原子质量单位(amu)。
[0012]本文还描述了包含所述光活性化合物的光伏器件、制造所述光活性化合物的方法和制造并入包含所述光活性化合物的光伏器件的方法。
[0013]结合下文和附图更详细地描述了本专利技术的这些和其他示例、实施方式和方面连同许多其优点和特征。
附图说明
[0014]图1提供了根据一些示例的光活性化合物的示意图。
[0015]图2提供了根据一些示例的另一种光活性化合物的示意图。
[0016]图3A是示出根据一些示例的可见光透明光伏器件的简化示意图。
[0017]图3B提供了根据一些示例的可见光透明光伏器件中的光活性层的各种配置的概览。
[0018]图4是说明太阳光谱、人眼灵敏度和示例性透明光伏器件吸收随波长变化的简化
图。
[0019]图5是根据一些示例的可见光透明光伏器件的简化能级图。
[0020]图6A、图6B、图6C和图6D提供了示出不同电子受体和电子供体配置(其可包括光活性层)的示例性吸收分布的图。
[0021]图7提供了根据一些示例的制造可见光透明光伏器件的方法的概述。
[0022]图8提供了用于制备第一示例金属配位化合物的合成方案。
[0023]图9提供了用于制备第二示例金属配位化合物的合成方案。
[0024]图10提供了用于制备第三示例金属配位化合物的合成方案。
[0025]图11提供了用于制备第四示例金属配位化合物的合成方案。
[0026]图12提供了用于制备第五示例金属配位化合物的合成方案。
[0027]图13提供了用于制备第六示例金属配位化合物的合成方案。
[0028]图14提供了用于制备第七示例金属配位化合物的合成方案。
[0029]图15A和图15B提供了示例金属配位化合物在二氯甲烷溶剂中的溶液吸收光谱。
[0030]图16提供了示例金属配位化合物的固相膜吸收光谱。
[0031]图17A提供了包含金属配位化合物的示例光伏器件的器件堆叠配置的示意图。图17B提供了包含不同金属配位化合物的四种光伏器件的电流
‑
电压(J
‑
V)曲线。图17C提供了包含不同金属配位化合物的四种光伏器件的外部量子效率(EQE)谱。图17D提供了包含不同金属配位化合物的四种光伏器件的透射光谱。
具体实施方式
[0032]本公开涉及可用作电子受体化合物或电子供体化合物的光活性化合物，包含所公开的光活性化合物(其用作光活性材料)的光伏器件，以及制造和使用光伏器件的方法。所公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光活性化合物，其具有下式：其中X是N或C
‑
R，其中M是具有稳定+2氧化态的金属原子，其中每个R独立地为H、F、Cl、Br、I、CF3、CN、取代的甲硅烷基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环、或取代或未取代的稠环。2.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，具有250原子质量单位至1500原子质量单位的分子量。3.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，升华纯化收率按质量计为20％或更高。4.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，具有200℃至500℃的热分解温度。5.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，表现出0.5eV至4.0eV的带隙。6.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，在0.2Torr至10
‑7Torr的压力下表现出150℃至450℃的升华温度。7.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，M是Zn、Co、Cu、Ni、Fe、Pb、Mg、Mn、Pd、Pt或Sn。8.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，R和R一起形成具有一个或多个R取代基的五元环、六元环或稠环基团。9.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，每个R独立地为H、F、Cl、Br、I、CH3、CF3、C(CH3)3、CH(CH3)2、OCH3、Si(CH3)3、其中Y1为NH、烷基取代的N、烷基取代的Si、O或S，并且其中R1为H、F、Cl、Br、I、CH3、CF3、C(CH3)3、CH(CH3)2、OCH3或Si(CH3)3。10.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，具有下式：
其中每个A环独立地包括包含非芳族环、芳族环和/或杂芳族环部分的五元环、六元环或稠环基团。11.根据权利要求1所述的光活性化合物，其特征在于，具有下式：
其中X是N或C
‑
R，其中每个Y独立地为C
‑
R、O、N、烷基取代的N、烷基取代的Si、S、Se或Te，并且其中每个Z独立地为C<...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：无处不在能量公司，
类型：发明
国别省市：