专利名称：二苯并四苯基二茚并(1,2,3-cd:1’，2’，3’-lm)苝在有机太阳能电池中的用途的制作方法
二苯并四苯基二茚并(1，2，3-CD :1，，2，，3，-LM)茈在有机
太阳能电池中的用途
背景技术：
本发明涉及二苯并四苯基二茚并(1,2,3-CD:1，，2，，3，-LM)茈(dibenzotetraph enylperiflanthene)在有机太阳能电池中作为电子供体材料的用途。二苯并四苯基二茚并(1，2，3_CD :1，，2，，3，-LM)的合成由 J. D. Debad， J. C. Morris, V. Lynch, P. Magnus 禾口 A. J. Bard 描述于 J. Am. Chem. Soc. 1996，118，第 2374-2379 页中。由于日益减少的化石原料和在这些原料燃烧中形成并作为温室气体的CO2,由太阳光直接产生能量起到越来越大的作用。“光生伏打”应理解为意指辐射能，原则上是太阳能直接转化成电能。在太阳能电池中，如在任何电压源中，在开路中，即当电流为零时电压最高。采用的电流越多，电压越低，且在短路中值为0。在开路或在短路中太阳能电池都不释放任何功率。在开路与短路之间存在释放功率最大的太阳能电池特征(电流作为电压的函数)点(mpp，最大功率点)。太阳能电池通常借助三个参数表征开路电压Vtj。、短路电流工^和填充因数？？尔？=“，‘/^^)。另外有意义的是内和外量子效率。内量子效率为触点上抽取的电荷载体数与吸收的光子数之比。外量子效率为触点上抽取的电荷载体数与入射光子数之比。太阳能电池的效率(η)由最大光生伏打产生的功率与对应入射光功率(ΡΛ)之比计算n = (VmppImpp/P 光)=FFVocIscA^Tang 等人在 I986 年(CW. Tang 等人，Appl. Phys. Lett. 48，I83 (I986))阐述的具有百分数范围的效率的第一种有机太阳能电池为密集型进一步发展的起点。有机太阳能电池由一系列薄层组成，所述薄层的厚度通常为Inm-I μ m且至少部分由有机材料组成，其优选通过在降低的压力下气相沉积施加或由溶液施加。电触点连接通常借助金属层和/或透明导电氧化物(TCO)实现。与无机太阳能电池相反，在有机太阳能电池中，光不直接产生自由电荷载体，而是首先形成激子，即电子_空穴对形式的电中性激发态。这些激子仅可通过非常高的电场或在合适的界面上分离。在有机太阳能电池中，足够高的场是得不到的，所以所有现有关于有机太阳能电池的概念都基于在光敏界面(有机供体-受体界面或与无机半导体的界面)上的激子分离。为此，需要已在有机材料体积中产生的激子可以扩散至该光敏界面。激子扩散至活性界面因此在有机太阳能电池中起决定性作用。为了有助于光电流，良好有机太阳能电池中的激子扩散长度必须至少为大约光的典型穿透深度大小，以便可利用光的主要部分。在结构方面和化学纯度方面完美的有机晶体或薄层的确满足该标准。然而，对于大面积应用，高纯度单晶有机材料的使用是不可能的，并且具有足够结构完美性的多层的制备目前仍然非常困难。不缺乏改进有机太阳能电池效率的尝试。实现或改进有机太阳能 电池性能的一些路线在下面列出-所用接触金属中一种具有大功函，另一种具有小功函，使得肖特基势垒通过有机层形成。- 一层包含两类或更多类具有不同光谱特征的有机颜料。
-各种掺杂剂尤其用于改进传输性能。-多个单个太阳能电池排列以形成所谓的串叠型电池(tandemcell)，这可例如通过使用具有大带隙的掺杂传输层的p-i-n结构改进。代替提高激子扩散长度，或者也可以降低距下一个界面的平均距离。为此，可使用由供体和受体组成的混合层，其形成互渗透网络，其中内部供体-受体异质结是可能的。具有本体异质结形式的光敏供体-受体过渡(donor-acceptor transition)的有机太阳能电池例如由 G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl，A. J. Heeger 描述于 Science，第 270 卷，1995 年12月，第1789-1791页中。这种混合层的优点是产生的激子在到达它们被分离的畴壁之前仅必须覆盖非常短的距离。由于该材料在混合层中任何地方相互接触，就这点而言，具有决定性的是分离的电荷在具体材料上具有长寿命且两种电荷载体至具体触点的连续渗透路径在每个位置上存在。可用该路线实现至多2. 5%的效率(S. E. Shaheen等人Appl. Phys. Lett.，第78卷， No. 6，第 841-843 页)。不管上述优点，本体异质结(BHJ)的临界因素是找到导致具有电子和空穴至它们具体触点的连续传输路径的混合层的合适材料和生产方法。由于各个材料各自仅构成一部分混合层，另外在许多情况下电荷载体的传输性能与纯层相比显著劣化。另外，存在令人惊讶地完全不适用于BHJ电池的物质类别，例如特殊的低聚噻吩。一个可能的原因可能是这些分子与用于产生混合层的第二种半导体材料太好地混合，因此不形成任何渗透路径。然而，目前仍不存在说明性解释。因此，基本不可预见具体电子或空穴传导材料是否完全合适，以及不确定它是否适用于具有本体异质结形式的光敏供体_受体过渡的有机太阳能电池中。JP 2008-135540描述了以下通式的二萘嵌苯衍生物作为电子供体材料生产有机太阳能电池的用途
权利要求
1.下式二苯并四苯基二茚并(1，2，3_⑶1’，2’，3’-LM)茈在具有本体异质结形式的光敏供体-受体过渡的有机太阳能电池中作为电子供体材料的用途
2.根据权利要求1的用途，其中所用电子受体材料为至少一种富勒烯或富勒烯衍生物。
3 根据权利要求1或2的用途，其为单电池形式或串叠型电池形式。
4.根据前述权利要求中任一项的用途，其中本体异质结形式的光敏供体-受体过渡使用气相沉积法得到。
5.一种包含至少一种本体异质结形式的光敏供体-受体过渡的有机太阳能电池，其中二苯并四苯基二茚并(1，2，3_⑶1’，2’，3’-LM)茈用作电子供体材料。
6.根据权利要求5的太阳能电池，其为单电池形式或串叠型电池形式。
全文摘要
本发明涉及式(I)二苯并四苯基二茚并(1，2，3-CD1’，2’，3’-LM)苝在包含本体异质结形式的光敏供体-受体过渡的有机太阳能电池中作为电子供体材料的用途。
文档编号H01L51/00GK102160207SQ200980136887
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月19日
发明者C·多尔, G·麦特恩, J·H·黄, M·科内曼, P·埃尔克 申请人:巴斯夫欧洲公司