包含富勒烯及其衍生物的有机光伏器件制造技术

包含活性层的光伏电池，该活性层包括作为p-型材料的共轭聚合物如聚噻吩和立体规则性聚噻吩，及作为n-型材料的至少一种富勒烯衍生物。该富勒烯衍生物可以为C60、C70或C84。该富勒烯也能用茚基团官能化。能够获得改进的效率。

【技术实现步骤摘要】
包含富勒烯及其衍生物的有机光伏器件本申请是中国专利申请200780030157.7的分案申请，原申请200780030157.7的申请日为2007年5月2日，其名称为“包含富勒烯及其衍生物的有机光伏器件”。_2] 相关申请的交叉引用本申请要求Laird等人于2006年6月13日提交的美国临时申请流水号60/812,961的优先权，将其以其全部内容在此引入以作参考。
技术介绍
存在提供用于有机光伏(OPV)器件的更好材料和方法的需求。这是部分由目前高燃料价格和不稳定的燃料供给所驱使的。OPV器件能提供相对于较老的硅器件的改进。参见例如 Perlin, John, “The Silicon Solar Cell Turns50” NREL2004 ;还参见 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。全球气候变化也是促进因素。尽管已知能够将导电聚合物或共轭聚合物(包括例如聚噻吩)与C60富勒烯结合以提供OPV器件中有用的活性材料，但还存在改进器件效率和其它重要的PV参数的需求 。特别地,立体规则性(regioregular)聚噻吩尤其重要,这是由于它们的纳米级形态，该纳米级形态能应用到用于太阳能电池应用的新颖形态。
技术实现思路
尤其，本文提供的是组合物、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组合物，该混合物包含:(i)至少一种P-型材料，( )至少一种η-型材料,其中该η-型材料包含由F*-(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶剂合物、盐和混合物，其中η至少为I，F*包含具有包括六元和五元环的表面的富勒烯；和R包含至少一种可任选取代的不饱和或饱和碳环或杂环的第一环，其中该第一环直接键合于该富勒烯。另一实施方案提供包含混合物的组合物，该混合物包含:(i)至少一种P-型材料，至少一种η-型材料,其中该η-型材料包括至少一种富勒烯衍生物,该富勒烯衍生物包含至少一个[6，6]富勒烯键合位，其中该[6，6]键合位的两个碳原子全部共价键合于基团R0 另一实施方案提供包含混合物的组合物，该混合物包含:(i)至少一种P-型材料，(11)至少一种η-型材料,其中该η-型材料包含富勒烯衍生物,该富勒烯衍生物包含至少一种通过[4+2]环加成而共价键合至至少一个衍生部分(derivative moiety)的富勒烯。另一实施方案提供光伏器件，其包括至少一阳极、至少一阴极和至少一活性层，其中活性层包括包含混合物的组合物，该混合物包括:(i)至少一种P-型材料，(ii)至少一种η-型材料，其中该η-型材料包含由F*-(R)n表示的富勒烯衍生物及其溶剂合物、盐和混合物，其中η至少为I，F*包含具有包括六元和五元环的表面的富勒烯；和R包含至少一种任选取代的不饱和或饱和碳环或杂环的第一环，其中该第一环直接键合于该富勒烯。另一实施方案包含制造包含混合物的组合物的方法，该方法包括:( )提供至少一种p-型材料，(ii)提供至少一种η-型材料,其中该η-型材料包含由？*-(1 )11表示的富勒烯衍生物及其溶剂合物、盐和混合物，其中η至少为I，F*包含具有包括TK兀和五兀环的表面的富勒稀；和R包含至少一种任选取代的不饱和或饱和碳环或杂环的第一环，其中该第一环直接键合于该富勒烯，(iii)组合P-型和η-型材料以形成混合物，其中该混合物进一步包含至少一种溶剂。优点包括基本上更好的光伏效率，具有多种能够调节至特殊用途的活性层体系的多样性、改进的器件寿命和改进的材料和器件的可加工性。附图说明图1示出典型的导电 聚合物光伏(太阳能)电池。图2示出关于C70P CBM相对于C60PCBM的改进性能。图3提供关于在二氯苯中制备的C60PCBM:P3HT相对于C70PCBM:P3HT的AFM图像。圆圈指在C60PCBM体系中的相分离一这些区域在C70PCBM活性层中不存在。图4提供与对照比较的关于包含茚衍生物的器件的光伏数据。具体实施例方式介绍和定义“任选取代的”基团指可由其他官能团取代或不取代的官能团。当基团未被其他基团取代时，可将其称为基团名称，例如烷基或芳基。当基团用其他官能团取代时，可更一般地将其称为取代烷基或取代芳基。“碳环”指形成环的碳原子的环状排列，所述环包括例如苯或环己烷。碳环包括环烷基和芳基两种。术语“环烷基”指具有单个或多个稠合环状环的3至20个碳原子的环状烷基，该稠合环可以是或可以不是芳族的，条件是连接点不在芳族碳原子上。“芳基”指具有单个环(例如苯基)或多个稠环(例如萘基或蒽基)的6至20个碳原子的芳族碳环基团，该稠合环可以是或可以不是芳族的，条件是连接点在芳族碳原子上。优选芳基包括苯基和蔡基等。“杂环(Heterocyclic)”指具有单个环或多个稠环的在该环内的I至20个碳原子和I至4个杂原子的饱和的、不饱和的或杂芳族基团，所述杂原子选自氮、氧、硫、一S(O) —和一S(O)2-。该杂环基团能具有单环(如吡啶基或呋喃基)或多个稠环(如中氮茚基(indolizinyl)或苯并噻吩基)，其中该稠环可以是或可以不是芳族的和/或包含杂原子，条件是连接点通过芳族杂芳基的原子。杂环基基团可以为例如吡啶、或噻吩、或呋喃或四氢呋喃、吡咯、四氢吡咯和吡喃等。术语杂环基包括杂芳基基团，其中“杂芳基”指在该环内的I至20个碳原子和I至4个杂原子的芳族基团，所述杂原子选自氧、氮、硫、--S (O)—和一S (O) 2—组成的组中。杂芳基包括吡啶基、吡咯基、吲哚基、噻吩基和呋喃基。“烷基”指具有I至20个碳原子，或I至15个碳原子，或I至10、或I至5、或I至3个碳原子的直链和支化烷基基团。该术语通过例如以下基团示例:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、正戍基、乙基己基、十_.烧基和异戍基等。“取代烷基”指具有I至3个，优选I至2个选自由以下组成的组的取代基的烷基基团: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、卤素、轻基、硝基、羧基、羧酸酯(carboxyl esters)、环烧基、取代环烷基、杂芳基、取代杂芳基、杂环基和取代杂环基。术语“取代碳环基”、“取代芳基”、“取代环烷基”、“取代杂环基”和“取代杂芳基”指具有I至5个取代基、或任选I至3个取代基、或任选I至2个取代基的碳环基、芳基、环烷基、杂环基或杂芳基，所述取代基选自由以下组成的组: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、羟基、硝基、竣基、竣酸酷、环烧基、取代环烧基、杂芳基、取代杂芳基、杂环基和取代杂环基。“烷氧基”指基团“烷基-0-”，其示例性包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧 基、正戊氧基、1-乙基己-1-基氧基、十二烷氧基和异戊氧基等。“取代烷氧基”指基团“取代烷基-O-”。“链烯基”指优选具有2至6个碳原子和更优选2至4个碳原子及具有至少I个和优选I至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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剂合物、盐和混合物，其中n至少为2，F*包含具有包括六元和五元环的表面的富勒烯；和R包含至少一种任选取代的不饱和或饱和的碳环或杂环第一环，其中所述第一环直接键合于所述富勒烯。

【技术特征摘要】
2006.06.13 US 60/812,9611.一种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剂合物、盐和混合物， 其中η至少为2， F*包含具有·包括六元和五元环的表面的富勒烯；和 R包含至少一种任选取代的不饱和或饱和的碳环或杂环第一环，其中所述第一环直接键合于所述富勒烯。2.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环是取代的。3.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环是未取代的。4.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为不饱和环。5.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为饱和环。6.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为碳环环。7.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为杂环环。8.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为任选取代的四元、五元或六元环。9.根据权利要求1所述的η-型材料，其中所述第一环为任选取代的五元环。10.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R进一步包含与所述第一环键合或稠合的第二环。11.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R进一步包含稠合至所述第一环的任选取代的第二环。12.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R进一步包含任选取代的第二环，所述任选取代的第二环为芳基且稠合至所述第一环。13.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为任选取代的茚、任选取代的萘基、任选取代的苯基、任选取代的吡啶基、任选取代的喹啉基、任选取代的环己基或任选取代的环戊基。14.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为茚、萘基、苯基、吡啶基、喹啉基、环己基或环戊基。15.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为任选取代的茚。16.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为茚。17.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为任选取代的邻喹诺二甲烷。18.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R为邻喹诺二甲烷。19.根据权利要求1所述的η-型材料，其中将所述第一环任选地用选自由以下组成的组的至少一种取代基取代:羟基、酰基、酰氨基、酰氧基、烷基、取代烷基、烷氧基、取代烷氧基、链烯基、取代链烯基、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、环烧氧基、取代环烧氧基、竣基、竣酸酷、氰!基、疏基、硫代烧基、取代硫代烧基、硫代芳基、取代硫代芳基、硫代杂芳基、取代硫代杂芳基、硫代环烧基、取代硫代环烧基、硫代杂环基、取代硫代杂环基、环烷基、取代环烷基、齒素、硝基、杂芳基、取代杂芳基、杂环基、取代杂环基、杂芳氧基、取代杂芳氧基、杂环氧基或取代杂环氧基，或其组合。20.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R通过[4+2]环加成共价键合至所述富勒烯。21.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R通过一个或两个共价键共价键合至所述富勒烯。22.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R通过两个键共价键合至所述富勒烯。23.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R通过两个碳-碳键共价键合至所述富勒烯。24.根据权利要求1所述的η-型材料，其中R通过在富勒烯[6，6]位的两个碳-碳键共价键合至所述富勒烯。25.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·达林·莱尔德，瑞扎·史泰格马特，亨宁·瑞查特，维克托·维金斯，拉里·斯科特，托马斯·A·拉达，
申请(专利权)人：普雷克托尼克斯公司，NANOC公司，
类型：发明
国别省市：