用于电光器件的活性材料和电光器件制造技术

公开了串联电光器件和用于电光器件的活性材料。串联器件包括活性层之间的p-型层和n-型层，其被掺杂以实现载体隧穿。还公开了低带隙共轭聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电光器件的活性材料和电光器件本申请要求2011年3月29日提交的美国临时申请第61/468，904号和2011年6月24日提交的美国临时申请第61/500，832号的优先权。这两篇申请的内容均通过引用全文并入本文。本专利技术是在美国国家科学基金会授予的批准号0822573 ;美国海军研究局授予的批准号N00014-04-1-0434 ;美国空军科学研究局授予的批准号FA9550-09-1-0610的政府支持下进行的。在本专利技术中，政府孚有一定权利。背景
本专利技术的实施方案涉及用于电光器件的活性材料及使用所述材料的电光器件；并且更具体地，涉及作为用于电光器件的活性层材料的共轭聚合物和具有共轭聚合物活性层的电光器件。
技术介绍
本文所引用的所有參考文件的内容，包括文章、公开的专利申请和专利，通过引用并入本文。有机光伏(OPV)器件对于低成本、易弯曲、轻重量、大面积的能量生成应用来说是非常有前景的。(Cheng等人，Chem.Rev.,第109卷，第5868页，2009;Coakley等人,Chem.Mater.,第 16 卷，第 4533 页,2004; Brabec 等人,Adv.Fund.Mater.,第 11 卷，第15页，2001)。关于设计新的材料(Boudreault等人，Chem.Mater.，第23卷，第456页，2011)、器件结构(Yu等人，Science,第270卷，第1789页，1995)和加工技术(Padinger等人,Adv.Fund.Mater.,第 13 卷，第 85 页，2003; Li 等人,Nat.Mater.,第 4 卷，第 864页，2005;Peet等人，Nat.Mater.，第6卷，第497页，2007)已经进行了大量工作以改进OPV器件的功率转换效率(PCE)。迄今为止，基干与作为电子受体材料的[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)混合的作为电子供体材料的共轭化合物的聚合物太阳能电池(PSC)使用本体异质结(BHJ)器件结构已经实现超过7%的PCE (Chen等人，Nat.Photon.,第3卷，第649页，2009; Liang等人，Adv.Mater.，第22卷，第E135页，2010)。但是,大部分材料因缺少宽吸收范围，其限制整个太阳光谱的利用，(Chen等人，Acc.Chem.Res.，第42卷，第1709页，2009)或相对低的载流子迁移率，其为了有效的电荷抽取需要更薄的膜，的固有缺陷而受损。这减少了外量子效率(EQE)并且降低了光电流(Clarke等人，Chem.Rev.第110卷，第6763页，2010)。为了更有效地利用太阳辐射，ー个可能的方案是将具有互补吸收的多个光活性层连续堆叠以制成串联PSC (Kim等人，Science,第317卷，第222页，2007)。通常，这样的串联结构具有采用高带隙材料的前电池、互联层(ICL)和采用低带隙(LBG)材料的后电池。而且，这样的结构能够减少光子至电子转化过程中的势能损失并且合并了单个BHJ电池的电势(Kim等人，Science,第317卷，第222页，2007)。串联太阳能电池通过将具有不同吸收的两个或更多个太阳能电池组合在一起为捕集更宽谱带的太阳辐射提供了有效方法。然而，对于聚合物太阳能电池(PSC)，串联器件的性能落后于单层太阳能电池，归因于缺少低和高带隙材料的正确组合。迄今为止，对串联PSC的大部分研究都集中于改进ICL并且仅有少数实例显示了高效率(Kim等人，Science,第 317 卷,第 222 页，2007; Gi lot 等人，Adv.Mater.，第 22 卷，第 E67 页，2010; Sista等人,Adv.Mater.,第 22 卷，第 380 页，2010; Chou 等人,Adv.Mater.,第 23 卷，第 1282页，2011)共轭聚合物为含有沿主链的电子共轭单元的聚合物并且可用作某些类型光电器件例如聚合物发光器件、聚合物太阳能电池、聚合物场效应晶体管等的活性层材料。作为聚合物太阳能电池材料，共轭聚合物应当具有ー些特性，例如高迁移率、良好的太阳光捕集、良好的可加工性和适当的分子能级。已证实ー些共轭聚合物是良好的太阳能电池材料。例如，聚(对苯撑こ烯)的ー些衍生物诸如MEH-PPV和MDM0-PPV、聚(3-烷基噻吩)的ー些衍生物如P3HT和P30T和ー些具有杂环芳香环的共轭聚合物诸如聚[2，6- (4，4-双-(2-こ基己基)-4H-环戊并[2，1-b; 3，4-b’ ] - ニ噻吩)-交替-4，7- (2，I, 3-苯并噻ニ唑)](P(PDTBT)和聚[4，8-双-取代的-苯并[1，2-b:4, 5-b’ ] ニ噻吩-2，6- ニ基-交替-4-取代的-噻吩并[3，4-b]噻吩-2，6-ニ基](PBDTTT)已成功用作光活性层材料。尽管基于这些聚合物的太阳能电池器件的能量转化效率达到了?7%，但是这比无机半导体太阳能电池的能量转化效率要低得多。因此，本领域相应地需要具有良好光伏效应的共轭聚合物。如上文所提及的，用于聚合物太阳能电池的理想的共轭聚合物材料应当具有高迁移率，因此共轭聚合物的主链应当具有面状结构，其可有助于形成堆积结构并且促进两个邻近主链之间的电荷转移；它们应当具有低带隙以提供良好的阳光捕集；它们还应当具有与聚合物太阳能电池器件中电极和电子受体材料相配的适当的分子能级。提供具有如上文提及的特性的共轭聚合物作为光伏材料应当是可以期望的。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方案包括具有空穴抽取电极和与所述空穴抽取电极间隔开的电子抽取电极的反向串联聚合物光伏器件。所述反向器件还包括第一本体异质结聚合物半导体层和与所述第一本体异质结聚合物半导体层间隔开的第二本体异质结聚合物半导体层。在所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层之间，所述器件包含与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的ー个物理连接的P-型层和与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的另ー个物理连接的n-型层，其中所述P-型层和所述n-型层中的至少一个以载流子隧穿所述P-型和/或n-型层的程度掺杂。本专利技术的一些实施方案包括具有重复单元的聚合物，所述重复単元具有式(I)的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向串联聚合物光伏器件，其包括：空穴抽取电极；与所述空穴抽取电极间隔开的电子抽取电极；第一本体异质结聚合物半导体层；与所述第一本体异质结聚合物半导体层间隔开的第二本体异质结聚合物半导体层；和在所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层之间，与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的一个物理连接的p?型层和与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的另一个物理连接的n?型层；其中所述p?型层和所述n?型层中的至少一个以电荷隧穿所述p?型和/或n?型层的程度掺杂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.29 US 61/468,904;2011.06.24 US 61/500,8321.一种反向串联聚合物光伏器件，其包括: 空穴抽取电极； 与所述空穴抽取电极间隔开的电子抽取电极； 第一本体异质结聚合物半导体层； 与所述第一本体异质结聚合物半导体层间隔开的第二本体异质结聚合物半导体层；和 在所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层之间，与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的一个物理连接的P-型层和与所述第一和第二本体异质结聚合物半导体层中的另一个物理连接的n-型层； 其中所述P-型层和所述n-型层中的至少一个以电荷隧穿所述P-型和/或n-型层的程度掺杂。2.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述电子抽取电极是透明的。3.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层比所述n-型层更接近所述电子抽取电极。4.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层与所述n-型层物理接触。5.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层以空穴隧穿所掺杂的P-型层的程度掺杂。6.如权利要求5所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层用聚(苯乙烯磺酸)、FeCl3、I2*H202 掺杂。7.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述n-型层以电子隧穿所述n-型层的程度掺杂。8.如权利要求7所述的串联聚合物光伏器件，其中所述n-型层用低功函金属，Na、L1、Al，低功函氟化物，LiF, CsF,低功函盐或Cs2CO3掺杂9.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层和所述n-型层都以载流子隧穿所掺杂的两个层的程度掺杂。10.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述n-型层包括n型金属氧化物。11.如权利要求8所述的串联聚合物光伏器件，其中所述n-型金属氧化物选自由ZnO、ZnOx、Ti02、TiOx及其组合组成的组。12.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型包括P-型金属氧化物。13.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述p型金属氧化物选自由Mo03、MoOx> V2O5> VOx> W03、WOx、NiO、NiOx、氧化石墨烯及其组合组成的组。14.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层是p型聚合物层。15.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述P-型层是用聚(苯乙烯磺酸)掺杂的PEDOT。16.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述n-型层是Zn0.17.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其还包括在所述电子抽取电极和所述第一本体异质结聚合物半导体层或所述第二本体异质结聚合物半导体层之间的电子传输层18.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其还包括在所述空穴抽取电极和所述第一本体异质结聚合物半导体层或所述第二本体异质结聚合物半导体层之间的空穴传输层。19.如权利要求1所述的串联聚合物光伏器件，其中所述第一本体异质结聚合物半导体层比所述第二本体异质结聚合物半导体层更接近所述透明电极。20.如权利要求19所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，窦乐天，尤京璧，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：
国别省市：