官能化纳米结构和包括光伏器件的器件的制作方法

技术特征：

1.一种器件，包括：

组合物，所述组合物包含含有经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的碳纳米结构；和

与所述组合物电化学连通的至少一个电极。

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述碳纳米结构包含芳香族环的稠合网状结构，所述稠合网状结构任选地包含所述稠合网状结构终止处的边界，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基通过所述网状结构的至少一个环原子附接至所述网状结构。

3.根据权利要求2所述的器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的环原子与所述芳香族环的网状结构的环原子形成共价键。

4.根据权利要求2所述的器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的两个环原子与所述芳香族环的网状结构的两个环原子形成共价键。

5.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构包含两个经取代的异苯并富烯基或两个经取代的茚满基。

6.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构包含经环氧化物环取代的茚满基。

7.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构为富勒烯、纳米管、石墨烯或石墨。

8.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构为单壁纳米管或多壁纳米管。

9.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构为富勒烯。

10.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基被供电子基团取代。

11.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基被吸电子基团取代。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构包括以下结构，

其中：

A包含所述碳纳米结构的芳香族环的所述稠合网状结构；并且

R¹至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

13.根据权利要求12所述的器件，其中R¹至R⁸相同或不同，并且为氢、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

14.根据权利要求12所述的器件，其中R¹和R²各自独立地为烷基。

15.根据权利要求12所述的器件，其中R⁵至R⁸各自为氢。

16.根据权利要求12所述的器件，其中所述碳纳米结构具有如式(I)的结构，其中R¹和R²各自为甲基并且R⁵至R⁸各自为氢。

17.根据权利要求12所述的器件，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹、R²和R⁵至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，并且R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环。

18.根据权利要求12所述的器件，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹和R²各自为甲基，R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环，并且R⁵至R⁸各自为氢。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的器件，其中所述碳纳米结构为富勒烯。

20.根据权利要求19所述的器件，其中所述富勒烯为C₃₆、C₅₀、C₆₀、C₆₁、C₇₀、C₇₆、C₈₄、其金属衍生物、其经取代的衍生物或其混合物。

21.根据前述权利要求中任一项所述的器件，还包括与所述组合物接触的聚合物。

22.根据权利要求21所述的器件，其中所述聚合物是导电聚合物。

23.根据权利要求22所述的器件，其中所述聚合物是半导电聚合物。

24.根据权利要求22所述的器件，其中所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚亚苯基、聚亚芳基、聚(双噻吩亚苯基)、梯形聚合物、聚(亚芳基亚乙烯基)、聚(亚芳基亚乙炔基)、其金属衍生物或其经取代的衍生物。

25.根据权利要求21所述的器件，其中所述聚合物是低带隙聚合物。

26.根据权利要求25所述的器件，其中所述低带隙聚合物包含杂芳基。

27.根据权利要求26所述的器件，其中所述低带隙聚合物包含含氮杂芳基。

28.根据权利要求26所述的器件，其中所述低带隙聚合物包含三唑、咔唑、吡咯、噻二唑、苯并三唑、苯并噻二唑、苯并二噻吩或咪唑。

29.根据权利要求26所述的器件，其中所述低带隙聚合物包含三唑。

30.根据权利要求21所述的器件，其中所述聚合物为聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2,1-B；3,4-B’]二噻吩)-交替-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、或聚{[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2-基)-2’,1’,3’-苯并噻二唑-6,7’-二基]-共聚-[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2-基)-(1-辛基壬基)-苯并三唑-6,7’-二基]}。

31.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述器件为蓄电池、电容器、晶体管、催化剂体系、太阳能电池、或者化学或生物传感器。

32.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中所述器件具有倒置结构。

33.一种光伏器件，包括：

电子供体材料；和

与所述电子供体材料接触的电子受体材料，所述电子受体材料包含经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基。

34.根据权利要求33所述的光伏器件，其中所述电子受体材料包含碳纳米结构，所述碳纳米结构包含芳香族环的稠合网状结构，所述稠合网状结构任选地包含所述稠合网状结构终止处的边界，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基通过所述网状结构的至少一个环原子附接至所述网状结构。

35.根据权利要求34所述的光伏器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的环原子与所述芳香族环的网状结构的环原子形成共价键。

36.根据权利要求34所述的光伏器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的两个环原子与所述芳香族环的网状结构的两个环原子形成共价键。

37.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构包含两个经取代的异苯并富烯基或两个经取代的茚满基。

38.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构包含经环氧化物环取代的茚满基。

39.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构为富勒烯、纳米管、石墨烯或石墨。

40.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构为单壁纳米管或多壁纳米管。

41.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构为富勒烯。

42.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基被供电子基团取代。

43.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基被吸电子基团取代。

44.根据权利要求35至43中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构包括以下结构，

其中：

A包含所述碳纳米结构的芳香族环的所述稠合网状结构；并且

R¹至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

45.根据权利要求44所述的光伏器件，其中R¹至R⁸相同或不同，并且为氢、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

46.根据权利要求44所述的光伏器件，其中R¹和R²各自独立地为烷基。

47.根据权利要求44所述的光伏器件，其中R⁵至R⁸各自为氢。

48.根据权利要求44所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构具有如式(I)的结构，其中R¹和R²各自为甲基并且R⁵至R⁸各自为氢。

49.根据权利要求44所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹、R²和R⁵至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，并且R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环。

50.根据权利要求44所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹和R²各自为甲基，R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环，并且R⁵至R⁸各自为氢。

51.根据权利要求44至50中任一项所述的光伏器件，其中所述碳纳米结构是富勒烯。

52.根据权利要求51所述的光伏器件，其中所述富勒烯为C₃₆、C₅₀、C₆₀、C₆₁、C₇₀、C₇₆、C₈₄、其金属衍生物、其经取代的衍生物或其混合物。

53.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述电子供体材料包括聚合物。

54.根据权利要求53所述的光伏器件，其中所述聚合物是导电聚合物。

55.根据权利要求54所述的光伏器件，其中所述聚合物是半导电聚合物。

56.根据权利要求54所述的光伏器件，其中所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚亚苯基、聚亚芳基、聚(双噻吩亚苯基)、梯形聚合物、聚(亚芳基亚乙烯基)、聚(亚芳基亚乙炔基)、其金属衍生物或其经取代的衍生物。

57.根据权利要求53所述的光伏器件，其中所述聚合物是低带隙聚合物。

58.根据权利要求57所述的光伏器件，其中所述低带隙聚合物包含杂芳基。

59.根据权利要求58所述的光伏器件，其中所述低带隙聚合物包含含氮杂芳基。

60.根据权利要求58所述的光伏器件，其中所述低带隙聚合物包含三唑、咔唑、吡咯、噻二唑、苯并三唑、苯并噻二唑、苯并二噻吩或咪唑。

61.根据权利要求58所述的光伏器件，其中所述低带隙聚合物包含三唑。

62.根据权利要求53所述的光伏器件，其中所述聚合物为聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2,1-B；3,4-B’]二噻吩)-交替-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、或聚{[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2-基)-2’,1’,3’-苯并噻二唑-6,7’-二基]-共聚-[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2-基)-(1-辛基壬基)-苯并三唑-6,7’-二基]}。

63.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述器件为蓄电池、电容器、晶体管、催化剂体系、太阳能电池、或者化学或生物传感器。

64.根据前述权利要求中任一项所述的光伏器件，其中所述器件具有倒置结构。

65.根据前述权利要求中任一项所述的器件或光伏器件，其中在基本相同的条件下，与缺少所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的基本相同的器件或光伏器件的开路电势相比，所述器件或所述光伏器件表现出高出约1％、约3％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％或约100％的开路电势。

66.一种用于制造器件的方法，包括：

使碳纳米结构与异苯并富烯基前体反应以产生包含经取代的异苯并富烯基的官能化碳纳米结构；以及

将所述官能化碳纳米结构布置成与电极电化学连通。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述异苯并富烯基前体是原位制备的和/或具有以下结构，

其中R¹、R²和R⁵至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹、R²和R⁵至R⁸中的至少一者不为氢。

68.根据权利要求66或67所述的方法，其中所述碳纳米结构包含芳香族环的稠合网状结构，所述稠合网状结构任选地包含所述稠合网状结构终止处的边界，其中所述经取代的异苯并富烯基通过所述网状结构的至少一个环原子附接至所述网状结构。

69.根据权利要求68所述的方法，其中所述经取代的异苯并富烯基的环原子与所述芳香族环的网状结构的环原子形成共价键。

70.根据权利要求68所述的方法，其中所述经取代的异苯并富烯基的两个环原子与所述芳香族环的网状结构的两个环原子形成共价键。

71.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米结构包含两个经取代的异苯并富烯基。

72.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：在致使所述经取代的异苯并富烯基转化为经取代的茚满基的条件下使所述官能化碳纳米结构反应。

73.根据权利要求72所述的方法，其中将所述官能化碳纳米结构暴露于含过氧化物的试剂，导致所述经取代的异苯并富烯基的环氧化。

74.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米结构为富勒烯、纳米管、石墨烯或石墨。

75.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米结构为单壁纳米管或多壁纳米管。

76.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米结构为富勒烯。

77.根据权利要求76所述的方法，其中所述富勒烯为C₃₆、C₅₀、C₆₀、C₆₁、C₇₀、C₇₆、C₈₄、其金属衍生物、其经取代的衍生物或其混合物。

78.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

将电子供体材料布置成与所述官能化碳纳米结构电化学连通。

79.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电子供体材料包括聚合物。

80.根据权利要求79所述的方法，其中所述聚合物是导电聚合物。

81.根据权利要求80所述的方法，其中所述聚合物是半导电聚合物。

82.根据权利要求80所述的方法，其中所述导电聚合物为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚亚苯基、聚亚芳基、聚(双噻吩亚苯基)、梯形聚合物、聚(亚芳基亚乙烯基)、聚(亚芳基亚乙炔基)、其金属衍生物或其经取代的衍生物。

83.根据权利要求79所述的方法，其中所述聚合物是低带隙聚合物。

84.根据权利要求83所述的方法，其中所述低带隙聚合物包含杂芳基。

85.根据权利要求84所述的方法，其中所述低带隙聚合物包含含氮杂芳基。

86.根据权利要求84所述的方法，其中所述低带隙聚合物包含三唑、咔唑、吡咯、噻二唑、苯并三唑、苯并噻二唑、苯并二噻吩或咪唑。

87.根据权利要求84所述的方法，其中所述低带隙聚合物包含三唑。

88.根据权利要求79所述的方法，其中所述聚合物为聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2,1-B；3,4-B’]二噻吩)-交替-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、或聚{[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2-基)-2’,1’,3’-苯并噻二唑-6,7’-二基]-共聚-[4’-(4,8-二(2-乙基己基氧基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2-基)-(1-辛基壬基)-苯并三唑-6,7’-二基]}。

89.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述官能化碳纳米结构布置在选自以下的器件中：蓄电池、电容器、晶体管、催化剂体系、太阳能电池、化学传感器和生物传感器。

90.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在基本相同的条件下，与缺少所述经取代的异苯并富烯基或经取代的茚满基的基本相同的器件或光伏器件的开路电势相比，所述器件表现出高出约1％、约3％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％或约100％的开路电势。

91.一种组合物，包含：

含有芳香族环的稠合网状结构的碳纳米结构，所述稠合网状结构任选地包含所述稠合网状结构终止处的边界，其中所述碳纳米结构包括以下结构，

其中：

A包含所述碳纳米结构的芳香族环的所述稠合网状结构；并且

R¹至R⁸能够相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

92.根据权利要求91所述的组合物，其中R¹至R⁸相同或不同，并且为氢、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，前提条件是R¹至R⁸中的至少一者不为氢；或者，R³和R⁴连接在一起形成任选地经取代的环。

93.根据权利要求91所述的组合物，其中R¹和R²各自独立地为烷基。

94.根据权利要求91所述的组合物，其中R⁵至R⁸各自为氢。

95.根据权利要求91所述的组合物，其中所述碳纳米结构具有如式(I)的结构，其中R¹和R²各自为甲基并且R⁵至R⁸各自为氢。

96.根据权利要求91所述的组合物，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹、R²和R⁵至R⁸可以相同或不同，并且为氢、羟基、卤素、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、芳基、杂芳基或杂环基，其中任一者任选地被取代，并且R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环。

97.根据权利要求91所述的组合物，其中所述碳纳米结构具有如式(II)的结构，其中R¹和R²各自为甲基，R³和R⁴连接在一起形成环氧化物环，并且R⁵至R⁸各自为氢。

98.根据权利要求91至97中任一项所述的组合物，其中所述碳纳米结构是富勒烯。

99.根据权利要求98所述的组合物，其中所述富勒烯为C₃₆、C₅₀、C₆₀、C₆₁、C₇₀、C₇₆、C₈₄、其金属衍生物、其经取代的衍生物或其混合物。