含有四氮杂卟啉的有机光敏光电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施方案提供了含有至少一种本文公开的式（Ｉ）的四氮杂卟啉化合物的有机光敏光电子装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
总的来说，本专利技术涉及含有至少一种四氮杂卟啉化合物的有机光敏光电子装置
技术介绍
光电子装置依靠材料的光和电子性质来通过电子方法产生或检测电磁辐射或从 环境电磁辐射产生电力。光敏光电子装置将电磁辐射转变成电信号或电力。太阳能电池，也被称为光伏 (“PV”)装置，是一种类型的光敏光电子装置，特异性用于产生电能。光导电池是一种类型 的光敏光电子装置，其与信号检测电路联合使用，用于监测装置的电阻，以检测由于吸收光 而产生的变化。可以接收施加的偏电压的光检测器，是一种类型的光敏光电子装置，其与电 流检测线路一起使用，用于测量当光检测器暴露于电磁辐射时产生的电流。这三种类型的光敏光电子装置，可以根据是否存在整流结，也可以根据装置是否 通过也被称为偏压或偏电压的外部施加电压来运行，来进行区分。光导电池不具有整流结， 一般使用偏压来运行。PV装置具有至少一个整流结，不使用偏压来运行。光检测器具有至 少一个整流结，通常但不总是使用偏压来运行。本文中使用的术语“整流”，尤其是指界面具有不对称传导性质，即界面支持优选 一个方向的电荷传输。术语“半导体”，是指当通过热或电磁激发诱导电荷载流子时可以传 导电的材料。术语“光电导”一般涉及其中电磁辐射能被吸收，由此转变成电荷载流子的激 发能，使得载流子可以在材料中传导(即传输)电荷的过程。术语“光电导材料”是指半导 体材料，利用它们吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质。当适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子可以被吸收，以产生激 发分子态。在有机光电导材料中，一般相信产生的分子态是“激子激子”，即束缚状态的电 子-空穴对，其作为准粒子传输。激子在成对重结合(“淬灭”)之前可以具有可估计的寿 命，这种成对重结合是指原来的电子和空穴的彼此重结合(与同来自其他对的空穴或电子 重结合相反)。为了产生光电流，形成激子的电子-空穴典型地在整流结处分离。在光敏装置的情况中，整流结被称为光伏异质结。有机光伏异质结的类型包括在 供体材料和受体材料的界面处形成的供体-受体异质结，以及在光电导材料和金属的界面 处形成的肖特基势垒(Schottky-barrier)异质结。附图说明图1是显示了示例性供体-受体异质结的能级图。在有机材料的情况下，术语“供 体”和“受体”是指两种接触但不相同的有机材料的最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低 未占据分子轨道(“LUM0”)能级的相对位置。如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO 能级较低，那么该材料是受体。否则的话它是供体。在不存在外部偏压的情况下，供体-受 体节处的电子移动到受体材料中是能量上有利的。在本文中使用时，如果第一种能级更接近真空能级10，那么第一种HOMO或LUMO能 级“大于”或“高于”第二种HOMO或LUMO能级。较高的HOMO能级所对应的电离势(“IP”) 具有相对于真空能级较小的绝对能量。同样地，较高的LUMO能级所对应的电子亲和势 (“EA”)具有相对于真空能级较小的绝对能量。在常规能级图上，真空能级在顶部，材料的 LUMO能级高于同样材料的HOMO能级。在受体152中吸收了光子6或受体154产生了激子8后，激子8在整流界面处解 离。供体152传输空穴(空心圆圈)，受体154传输电子(实心圆圈)。有机半导体的重要性质是载流子迁移率。迁移率度量了电荷载流子可以对电场作 出响应移动通过导电材料的容易性。在有机光敏装置的情况下，由于高的电子迁移率而优 先通过电子导电的材料，可以被称为电子传输材料。由于高的空穴迁移率而优先通过空穴 导电的材料，可以被称为空穴传输材料。由于迁移率和/或在装置中的位置而优先通过电 子导电的层，可以被称为电子传输层(“ETL”)。由于迁移率和/或在装置中的位置而优先 通过空穴导电的层，可以被称为空穴传输层(“HTL”)。优选但不是必需的，受体材料是电 子传输材料，而供体材料是空穴传输材料。如何根据载流子迁移率和相对HOMO和LUMO能级，对在光伏异质结中用作供体和 受体的两种有机光电导材料进行配对，在本
中是众所周知的，在此不进行阐述。本体(bulk)半导体以及绝缘体的一个共同特征是“能带间隙”。能带间隙是填充 有电子的最高能级与空的最低能级之间的能差。在无机半导体或无机绝缘体中，这种能差 是价带边缘(价带的顶部)与传导带边缘(传导带底部)之间的差。在有机半导体或有机 绝缘体中，这种能差是HOMO和LUMO之间的差。纯质材料的能带间隙没有可以存在电子和 空穴的能态。唯一可用于导电的载流子是具有足够的能量被激发穿过能带间隙的电子和空 穴。一般来说，半导体与绝缘体相比，具有相对小的能带间隙。根据有机半导体的能带模型，只有在能带间隙的LUMO —侧的电子是电荷载流子， 只有在能带间隙的HOMO —侧的空穴是电荷载流子。其他关于有机光敏装置的现有技术的背景解释和描述，包括它们的一般结构、 特征、材料和特点，可以在Forrest等的美国专利No. 6，657，378，Forrest等的美国专利 No. 6，580，027以及Bulovic等的美国专利No. 6，352，777中发现，其公开内容在此引为参考。小分子太阳能电池的性能，通过研究它们在暗条件下和光照下的特征性IV响应 来确定。功率转换效率np，依赖于开路电压(VJ，短路电流密度(Jsc)和填充因数(FF)， 通过下式确定1 其中Ptj是入射光功率。这里，FF依赖于串联电阻，对于高性能小分子量有机光伏 材料来说，典型地在0. 5到0. 65之间。最大Jsc由有机物质的吸收之间的重叠，太阳光光 谱，吸收层的消光系数和厚度，和其他因素决定。但是，光电流高度依赖于材料的电荷传输 性质，因为对电荷流动的电阻率代表了对电池性能的重要挑战2。当涉及电池性能时，另一 个需要考虑的非常重要的参数是激子扩散长度。材料的激子扩散长度代表激子在重结合之 前可以行进的距离。因此，为了相对于通过吸收光子产生的激子数量获得高百分率的电荷 载流子，激子优选在异质结的大约Ld内形成。激子扩散长度Ld通过表述式Ld= ‘I.与激 子扩散系数D和激子寿命τ相关联。对于有机半导体来说，激子扩散长度通常短于光吸收 长度La，因此由于激子到达供体-受体界面处进行电荷分离的相对低的能力，限制了所使用 的有机层的厚度。这种影响不仅限制了吸收材料的量，而且也产生了对分离的电荷的电阻 途径，不利于有效光转化工。有机太阳能电池中Vre的起源没有被很好了解3’4。一些人建议，它主要依赖于双层 电池中异质界面处(被称为界面间隙Ig)受体样材料的最低未占据分子轨道(LUMO)与供 体样材料的最高占据分子轨道(HOMO)之间的能差5。但是，其他人还没有观察到该Ig与观 察到的Vre之间的明显的关联，并提出这种电压受依赖于载流子迁移率的化学电势梯度的 控制6。此外，已经清楚，Vrc不反映所吸收的光子的总能量，并且能量在功率转换过程中一 定损失了。这些损失到目前为止还不能解释，在评估开路电压的基础时必须多加小心。专利技术简述本专利技术提供了含有至少一种式I的四氮杂卟啉化合物的有机光敏光电子装置，该 化合物具有键合到四氮杂卟啉核的中心处的三价或四价金属原子M，其中M是(a)如式II 中所示连接的具有单阴离本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机光敏光电子装置，其含有至少一种式Ⅰ的四氮杂卟啉化合物，该化合物具有键合到四氮杂卟啉核的中心处的三价或四价金属原子Ｍ，其中Ｍ是（ａ）如式Ⅱ中所示连接的具有单阴离子配位体Ｘ的三价金属原子，（ｂ）如式Ⅲ中所示连接的具有两个单阴离子配位体Ｘ′和Ｘ″的四价金属原子，或（ｃ）如式Ⅳ中所示连接的具有两个单阴离子配位体Ｘ′和Ｘ″的四价金属原子：　　＊＊＊　　其中　　Ｘ是单阴离子配位体；　　Ｘ′和Ｘ″独立地是相同或不同的两个单阴离子配位体；并且　　Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］、Ｒ↓［７］和Ｒ↓［８］独立地选自Ｃｌ原子、Ｂｒ原子、Ｉ原子、Ａｔ原子，以及含有与四氮杂卟啉核的吡咯或二氢吡咯环的β碳原子相连的价原子的化学基团，其中价原子选自Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｂｉ和Ｐｏ，或者，与同一吡咯或二氢吡咯环的两个β碳原子相连的两个相邻Ｒ↓［１］－Ｒ↓［８］基团，与两个β碳原子一起形成了碳环基团或杂环基团，其中碳环或杂环基团是单环或多环，前提条件是式Ⅰ的四氮杂卟啉化合物不是酞菁氯化铝（ＡｌＣｌＰｃ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克E汤普森，史蒂芬R福里斯特，伊丽莎白梅奥，克里斯蒂娜L穆托洛马丁尼兹，朗达F贝雷萨尔兹曼，
申请(专利权)人：南加利福尼亚大学，密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]