光伏电池的制作方法

光伏电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及包含第一电极、第二电极和在第一电极与第二电极之间的光活性层的光伏电池及其制备。本发明还涉及至少两种特定给体材料在光伏电池中的用途。
【专利说明】光伏电池 发明领域
[0001]本发明设及包含第一电极、第二电极和在第一电极与第二电极之间的光活性层的 光伏电池及其制备。本发明还设及至少两种特定给体材料在光伏电池中的用途。
[醒]背景和现有技术
[0003] 光伏电池常用于将光形式的能量转换成电力。典型光敏电池包含第一电极、第二 电极、在第一电极与第二电极之间的光活性层。通常，电极之一允许光穿透到光活性层。运 种透明电极可W例如由半导体材料(例如氧化铜锡)的薄膜制成。
[0004] 例如在 US7781673B、US8058550B、US8455606B、US8008424B、US2007/0020526A、 115777242858、1]580084218、1]52010/02242524、胖02011/0850044和胖02012/0309424中已描述 了光伏电池配置。
[0005] 但是，如下所列，仍有一个或多个需要改进的下列问题。
[0006] 1.光电转换效率仍然不够高并应该改进。
[0007] 2.光伏电池的填充因子仍需改进。
[000引3.光活性层的厚度提高通常导致降低的填充因子。希望在提高光活性层的厚度时 降低填充因子的相应损失W改进光伏电池的性能。
[0009] 4.仍然需要改进热稳定性。
[0010] 发明详述
[0011] 本发明人旨在解决一个或多个上述问题。
[0012] 令人惊讶地，本发明人已经发现本发明的光伏电池(100)，其包含
[001；3] ?第一电极（120);
[0014] ?第二电极(160);和
[0015] ?在第一电极(120)与第二电极(160)之间的光活性层(140)，
[0016] 其中光活性层(140)包含第一给体材料、第二给体材料和受体材料;第一给体材料 和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同结构单元，所述共同结构 单元包含共辆稠环结构部分。
[0017] 优选地，其解决问题1至4中的一个或多个。由下列详述显而易见本发明的其它优 点。
[0018] 在本发明的一个优选实施方案中，所述共同结构单元构成给体材料的给电子单 J L O
[0019] 优选地，在本发明的光伏电池中，给体材料的共同共辆稠环结构部分在每次出现 时选自下式(Al)至(A106)，
[002(
[00巧
[0029] 其中W下适用于所用符号：
[0030] Ri在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 Ri优选是H、Ci-C4〇 烷基或coor9;
[0031] R2在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R2优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0032] R3在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R3优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0033] R4在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R4优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0034] R5在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R5优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0035] R6在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R6优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0036] R7在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R7优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[0037] R8在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9和CON(R 9RW)，其中 R8优选是H、Ci-Cw 烷基或C00R9;
[003引 R9在每次出现时相同或不同地为H、C广C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-站)杂环烷基；
[0039] RW在每次出现时相同或不同地为H、C广C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-站)杂环烷基。
[0040] 更优选地，在本发明的光伏电池中，给体材料的共同共辆稠环结构部分在每次出 现时选自式(A10)、（A12)、（A13)、（A19)、（A20)、（A21)、（A22)和(A23)。
[0041] 甚至更优选地，给体材料的共同共辆稠环结构部分在每次出现时由式(AlO)或 (A21)表示。
[0042] 本发明的光伏电池优选如下:其中至少一种给体材料包含吸电子结构单元。
[0043] 本发明的光伏电池更优选如下:其中至少两种给体材料包含吸电子结构单元且给 体材料之一的吸电子结构单元具有比其余给体材料的吸电子结构单元高的吸电子能力。
[0044] 本发明的光伏电池优选如下:其中第一给体材料的吸电子结构单元选自下式(BI) 至(B93)
[0045
[0化1;
[0052] 其中W下适用于所用符号：
[0053] Rii在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[0054] Ri嘴每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[00对 RU在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[0056] Ri4在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[0057] Ris在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[005引 Ri嘴每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40环烷基、C3-C40杂环烷基、CN、OR"、C0R"、COOR"和C0N(R"R");
[0059] Ri7在每次出现时相同或不同地为H、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-站)杂环烷基；
[0060] R"在每次出现时相同或不同地为H、Ci-C240烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂环烷基，
[0061] 且第二给体材料的吸电子结构单元选自下式(Cl)至(C91)，
[0化
[0069] 其中W下适用于所用符号：
[0070] Ri嘴每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[0071] R2嘴每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[0072] RU在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[0073] R2嘴每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[0074] R23在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[00对 R24在每次出现时相同或不同地选自氨、面素、C1-C4偏基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C4Q环烷基、C3-C4Q杂环烷基、CN、0R25、COR25、C00R25和C0N(R25r26).
[0076] R2咱每次出现时相同或不同地为H、Ci-C4〇烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-站)杂环烷基；
[0077] R26在每次出现时相同或不同地为H、Ci-C4〇烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-0：〇杂环柄基。
[0078] 在本发明的一个特别优选的实施方案中，第一给体材料的吸电子结构单元由式 (B15)、（BI6)、（B45)、(B46)、（B47)和(B48)的任一项表示;第二给体材料的吸电子结构单元 由式(C64)表示。
[0079] 更特别优选地，第一给体材料的吸电子结构单元由式(B15)、（B16)和(B45)的任一 项表示;第二给体材料的吸电子结构单元由式(C64)表示。
[0080] 在本发明的一个优选实施方案中，至少一种给体材料是聚合物或低聚物。
[0081] 更优选地，至少一种给体材料包含下式(1)所示的苯基结构部分
[0082]
[00削其中R9、Rio、Rii和Ri姐每次出现时相同或不同地为H、面素(例如氣、氯或漠)或Cl-〔4;面代烷基（例如S氣甲基），条件是R9、Rio、Rii和Ri冲的至少两个是面素或Ci-CaS面代 烷基。优选地，R9、Rio、Rii和Ri2是面素。最优选地，R9、Rio、化谢Ri2是氣。
[0084]甚至更优选地，至少两种给体材料在每次出现时彼此独立地选自KP179、KP252和 KP184,或KP143和KP155。
[0086]
[0087] 其中在上文提到的化学结构中，指数V'是指数均聚合度。
[0088] 上述给体材料可 W 如例如 US7781673B、US8058550B、US8455606B、US8008424B、 1152007/00205264、1]5777242858、1]580084218、1]52010/02242524、胖02011/085004八和 W02012/030942A中所述获得。或该给体材料可通过本领域中已知的方法制备。例如，可通过 一种或多种含有两个有机金属基团（例如烷基甲锡烷基、格氏基团或烷基锋基团）的单体和 一种或多种含有两个面基(例如CUBr或I)的单体之间在过渡金属催化剂存在下的交叉偶 联反应制备共聚物。可用于制备上述共聚物的其它方法包括Suzuki偶联反应、Negishi偶联 反应、Kumada偶联反应和Sti lie偶联反应。
[0089] 下列实施例1-4提供如何制备其它实施例和对比例中所用的给体材料的描述。
[0090] 适用于制备上述给体材料的单体可通过本文中描述的方法或通过本领域中已知 的方法，如Macromolecules 2003,36,2705-2711 ,Ku;rt等，J.胎terocycl.化em. 1970,6, 629,畑en等，J.Am.Chem.Soc(2006)128(34),10992-10993,Hou等，Macromolecules (2004) ,37,6299-6305和Bi jleveld等，Adv.Rmct.Mater.，（2009)，19,3262-3270中描述的 方法制备。
[0091] 该受体材料优选包含选自富勒締、富勒締衍生物、巧二酷亚胺衍生物、苯并嚷挫衍 生物、二酬基化咯并化咯衍生物、联亚巧衍生物、并五苯衍生物、哇叮晚酬衍生物、巧蔥酷亚 胺衍生物、棚-二化咯亚甲基衍生物、嗯二挫、金属献菁和亚献菁、无机纳米粒子、盘状液晶、 碳纳米棒、无机纳米棒、含CN基团的聚合物、含CF3基团的聚合物或任何运些的组合的化合 物。
[0092] 该受体材料更优选包含取代富勒締。
[0093] 该取代富勒締更优选选自PC60BM、PC61BM、P口 OBM和任何运些的组合。
[0094] 在本发明的一个优选实施方案中，该光活性层进一步包含渗杂剂。
[00M]渗杂剂甚至更优选选自二舰辛烧、十八硫醇、苯基糞和任何运些的组合。
[0096] 本发明还设及给体材料在光伏电池中的用途；
[0097] 其中光伏电池(100)包含：
[009引 ?第一电极（120);
[0099] .第二电极(160);和
[0100] ?在第一电极(120)与第二电极(160)之间的光活性层(140)，
[0101] 其中光活性层(140)包含第一给体材料、第二给体材料和受体材料;第一给体材料 和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同结构单元，所述共同结构 单元包含共辆稠环结构部分。
[0102] -般而言，制备光活性层(140)的方法可按需要改变。
[0103] 在一些实施方案中，光活性层(140)可优选通过使用液体基涂覆法制备。
[0104] 术语"液体基涂覆法"是指使用液体基涂料组合物的方法。
[0105] 在此，术语"液体基涂料组合物"包括溶液、分散体和悬浮液。
[0106] 更具体地，该液体基涂覆法可W使用至少一种下列方法进行：溶液涂覆、喷墨印 巧Ij、旋涂、浸涂、刮刀涂覆、棒涂覆、喷涂、漉涂、狭缝式涂覆、凹版涂覆、柔性版印刷、貞父印、凸 版印刷、雕刻印刷或丝网印刷。
[0107] -般而言，可W将给体材料和受体材料一起溶解在溶剂中，在运种情况下可W首 先将给体材料和受体材料混合在一起，然后溶解在溶剂中。或可W将它们分开溶解在相同 溶剂或不同溶剂中W获得分开的溶液，然后将它们混合。在混合后，通过如本文定义的液体 涂覆法将所得溶液涂覆在下方层上。
[0108] -方面，本发明因此进一步设及制备本发明的光伏电池的方法，所述制备本发明 的光伏电池的方法包括如下步骤
[0109] (a)将至少第一给体材料、第二给体材料和受体材料一起溶解在溶剂中，
[0110] (b)随后将来自步骤(a)的所得溶液涂覆在下方层上，
[0111] 其中第一给体材料和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的 共同结构单元，所述共同结构单元包含共辆稠环结构部分。
[0112] 另一方面，本发明还设及制备本发明的光伏电池的方法，所述方法包括如下步骤
[0113] (a'）将至少第一给体材料、第二给体材料和受体材料各自分开溶解在相同类型或 不同类型的溶剂中W获得不同溶液；
[0114] (b'）混合来自步骤(a'）的所得溶液W获得含有第一给体材料、第二给体材料和受 体材料的溶液；
[0115] (c'）随后将来自步骤化'）的所得溶液涂覆在下方层上，
[0116] 其中第一给体材料和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的 共同结构单元，所述共同结构单元包含共辆稠环结构部分。
[0117] 该溶剂优选选自有机溶剂。
[0118] 所述溶剂更优选选自脂族控、氯化控、芳控、酬、酸及其混合物。可用的其它溶剂包 括1，2,4-S甲基苯、1，2,3,4-四甲基苯、戊基苯、均S甲苯、枯締、伞花控、环己基苯、二乙基 苯、四氨化糞、十氨化糞、2,6-二甲基化晚、2-氣-间二甲苯、3-氣-邻二甲苯、2-氯；氣甲苯、 N，N-二甲基甲酯胺、2-氯-6-氣甲苯、2-氣苯甲酸、苯甲酸、2,3-二甲基化嗦、4-氣苯甲酸、3-氣苯甲酸、3-S氣-甲基苯甲酸、2-甲基苯甲酸、苯乙酸、4-甲基苯甲酸、3-甲基苯甲酸、4-氣-3-甲基苯甲酸、2-氣节腊、4-氣襲芦酸、2,6-二甲基苯甲酸、3-氣节腊、2,5-二甲基苯甲 酸、2,4-二甲基苯甲酸、节睛、3,5-二甲基-苯甲酸、N，N-二甲基苯胺、苯甲酸乙醋、1-氣-3， 5-二甲氧基-苯、1-甲基糞、N-甲基化咯烧酬、3-氣；氣甲苯三氣甲苯、二氧杂环己烧、立氣 甲氧基-苯、4-氣S氣甲苯、3-氣化晚、甲苯、2-氣-甲苯、2-氣S氣甲苯、3-氣甲苯、4-异丙基 联苯、苯基酸、化晚、4-氣甲苯、2,5-二氣甲苯、1-氯-2,4-二氣苯、2-氣化晚、3-氯氣-苯、1-氯-2,5-二氣苯、4-氯氣苯、氯-苯、邻二氯苯、2-氯氣苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯或 邻、间和对异构体的混合物或任何运些的组合。
[0119] 关于本发明的光伏电池的其它组分，电极（120)通常由导电材料形成。导电材料的 类型不受特别限制。例如，合适的导电材料包括导电金属、导电合金、导电聚合物或导电金 属氧化物或任何运些的组合。
[0120] 示例性导电金属可包括金、银、铜、侣、儀、钮、销、铁或任何运些的组合。示例性导 电合金包括不诱钢(例如332不诱钢、316不诱钢）、金合金、银合金、铜合金、侣合金、儀合金、 钮合金、销合金、铁合金、碳、石墨締、碳纳米管或任何运些的组合。
[0121] 示例性导电聚合物可包括聚嚷吩（例如渗杂聚（3，4-亚乙二氧基嚷吩）（渗杂 阳DOT))、聚苯胺(例如渗杂聚苯胺）、聚化咯(例如渗杂聚化咯)或任何运些的组合。
[0122] 示例性导电金属氧化物可包括氧化铜锡（ITO)、氧化锋（ZnO)、氣渗杂氧化锡 (FTO)、氧化锡。
[0123] 电极(120)可W由两个或更多个堆叠层构成。不希望受制于理论，据信运样的电极 可W使电极(120)的电导率和/或环境稳定性提高。
[0124] 在一些实施方案中，电极（120)可W是网状电极W提高光伏电池（100)的晓性和/ 或透明度。在美国专利申请公开Nos. 2004-0187911和2006-0090791中描述了网状电极的实 例。
[0125] 本发明的光伏电池优选可包括基底(110)。
[0126] 基底(110)的材料不受特别限制。可W按需要使用透明或非透明材料。
[0127] 一般而言，基底(110)可W是晓性、半刚性或刚性的。
[0128] 合适的实例是金属基底、碳基底、合金基底、玻璃基底、堆叠在聚合物膜上的薄玻 璃基底、聚合物基底、陶瓷或任何运些的组合。
[0129] 优选地，在光伏电池中可W使用透明基底，如透明聚合物基底、玻璃基底、堆叠在 透明聚合物膜上的薄玻璃基底、透明金属氧化物(例如氧化娃、氧化侣、氧化铁）。
[0130] 另一方面，为了提高其光转换效率，可由此使用反射基底，如金属基底、在基底表 面上具有反射层(例如Al、Ti或反射多层)的基底。
[0131] 另一方面，优选由此使用金属基底，W降低其对光伏电池的热损伤。
[0132] 透明聚合物基底可W由聚乙締、乙締-乙酸乙締醋共聚物、乙締-乙締醇共聚物、聚 丙締、聚苯乙締、聚甲基丙締酸甲醋、聚氯乙締、聚乙締醇、聚乙締醇缩下醒 (POIyvinylVUtyral )、尼龙、聚酸酸酬、聚讽、聚酸讽、四氣乙締-氣烷基乙締基酸共聚物 (tetr曰fluoroethylene-erf Iuoro曰Ikylvinyl ether copolymer)、聚氣乙締、四氣乙締乙 締共聚物、四氣乙締六氣聚合物共聚物或任何运些的组合制成。
[0133] 任选地，本发明的光伏电池可包括在电极（120)和光活性层（140)之间的空穴阻挡 层（130)。空穴阻挡层（130)可W由两个或更多个堆叠层构成。不希望受制于理论，据信运种 空穴阻挡层可W控制或调节空穴阻挡层（130)的电子传递和/或空穴阻挡能力。
[0134] 通常，空穴阻挡层（130)由在光伏电池（100)中使用的厚度下将电子传递到电极 (120)并基本阻挡空穴传递到电极(120)的材料形成。
[0135] 例如，空穴阻挡层（130)可W由LiF、金属氧化物(例如氧化锋或氧化铁）、基本具有 电子传递和空穴阻挡能力的有机材料形成。
[0136] 作为有机材料的实例，优选可W作为单组分或任何运些的组合使用甘油二缩水甘 油酸(DEG)、W0 2012/154557A中公开的聚乙締亚胺（PEI)、美国专利申请公开No. 2008-0264488(现在是美国专利No.8,242,356)中公开的具有氨基的聚乙締亚胺，尤其是下文提 到的那些：
[0137]
[013 引
[0139]
[0140]
[0141]
[0142]
[0143]
[0144] 3-(N，N-二甲基氨基)丙基S甲氧基硅烷
[0145] 不希望受制于理论，据信当光伏电池（100)包括由胺制成的空穴阻挡层（130)时， 该空穴阻挡层可促进光活性层（140)和电极（120)之间的欧姆接触的形成而不暴露在紫外 线下，由此降低此类紫外线暴露对光伏电池(100)的损伤。
[0146] 空穴阻挡层（130)的厚度可W按需要改变。
[0147] 在一些实施方案中，空穴阻挡层（130)可具有至少1纳米和/或最多500纳米的厚 度。
[0148] 空穴阻挡层(130)的厚度优选为至少2纳米和/或最多100纳米。
[0149] 任选地，本发明的光伏电池可包括在光活性层（140)和电极(160)之间的空穴载流 子层（150)。空穴载流子层（150)可W由两个或更多个堆叠层构成W优选控制和/或调节空 穴载流子层(150)的空穴传递和/或电子阻挡能力。
[0150] 通常，空穴载流子层（150)由在光伏电池（100)中使用的厚度下将空穴传递到电极 (160)并基本阻挡空穴传递到电极(170)的材料形成。
[0151] 空穴载流子层（150)通常由空穴传递材料形成。空穴传递材料的类型不受特别限 制。
[0152] 例如，聚嚷吩（例如PEDOT )、聚苯胺、聚巧挫、聚乙締基巧挫、聚亚苯基、聚苯亚乙 締、聚硅烷、聚亚嚷吩亚乙締、聚异硫巧(POIrisothiana曲ethanene)、它们的共聚物和任何 运些的组合。
[0153] 在一些实施方案中，可W使用金属氧化物，如Mo化或具有空穴传递能力的有机材 料，如嚷吩、苯胺、巧挫、亚苯基化合物、氨基衍生物形成空穴载流子层(150)。
[0154] 在一些实施方案中，空穴载流子层（150)可包括与一种或多种上述空穴传递材料 结合使用的渗杂剂。
[0155] 作为渗杂剂的实例，聚(苯乙締-横酸盐）、聚合横酸、氣化聚合物(例如氣化离子交 换聚合物）、TCNQ(例如 F4-TCNQ)和 EP 1476881、EP1596445、PCT/US2013/035409 中公开的具 有电子接受能力的材料或任何运些的组合。
[0156] 空穴载流子层（150)的厚度可W按需要改变。该厚度可W例如取决于光伏电池 (100)中的相邻层的功函。
[0157] 在一些实施方案中，空穴载流子层（150)可具有至少1纳米和/或最多500纳米的厚 度。
[0158] 电极（160)通常由导电材料，如一种或多种上文对电极（120)描述的导电材料形 成。在一些实施方案中，电极（160)可W由如上文对电极（120)描述的网状电极形成。
[0159] 任选地，光伏电池（100)可具有纯化层（170) W保护下方层（120)、（130)、（140)、 (150)和/或（160)。已发现此类纯化层可用于保护光活性层（140)。
[0160] 上文对基底（110)描述的透明基底可用作纯化层（170)。
[0161] 在一些实施方案中，透明金属氧化物，如氧化侣、氧化娃、氧化铁、水玻璃(娃酸钢 水溶液)或透明聚合物可用于形成纯化层（170)。
[0162] 在一些实施方案中，本发明的光伏电池可进一步包括在电极（160)上或在纯化层 (170)上的波长转换层和/或抗反射层W提高光转换效率。
[0163] 在一些实施方案中，纯化层(170)可W是波长转换层或抗反射层。
[0164] -般而言，制备光伏电池（100)中的各层（120)、（130)、（150)、（160)和（170)的方 法可W按需要改变并可选自公知技术。
[0165] 在一些实施方案中，层（120)、（130)、（150)、（160)或（170)可通过气相基涂覆法 (如化学气相沉积、气相沉积、闪蒸)或液体基涂覆法制备。
[0166] 在一些实施方案中，光伏电池（100)可W在连续制造法，如卷到卷法（roll-to-roll process)中制备，由此显著降低制造成本。卷到卷法的实例已描述在例如美国专利 Nos. 7，476，278 和8，129，616 中。
[0167] 在一些实施方案中，光伏电池（100)可包括相反顺序的如图1中所示的层。换言之， 光伏电池（100)可从下往上W下列次序包括运些层:任选基底（110)、电极（160)、光活性层 (140)、电极(120)和任选纯化层(170)。
[0168] 反向光伏电池（100)可包含在电极（160)和光活性层（140)之间的任选空穴载流子 层（150)，和/或在光活性层（140)和电极（120)之间的空穴阻挡层（130)。
[0169] 在一些实施方案中，基底(110)可W是透明的。
[0170] 在一些实施方案中，上述光活性层（140)可用在两个光伏电池共用同一电极的系 统中。运种系统也被称作叠层光伏电池。在例如美国申请公开Nos. 2009-02116333J007-0181179、2007-0246094和2007-0272296中已经描述了示例性叠层光伏电池。
[0171] 图2显示具有两个半电池（202)和（204)的叠层光伏电池（200)的示意图。半电池 (202)包括电极（220)、任选空穴阻挡层（230)、第一光活性层（240)、重组层（242)。半电池 (204)包括重组层(242)、第二光活性层（244)、任选空穴载流子层(250)和电极(260)。可W 将外部荷载经电极(220)和(260)连接到光伏电池(200)上。任选地，叠层光伏电池(200)可 包括如上文对光伏电池（100)描述的基底和/或纯化层。
[0172] 根据制造方法和所需装置构造，可W通过改变某一层的电子/空穴导电性(例如将 空穴阻挡层(230)变成空穴载流子层(250))来逆转半电池中的电流。
[0173] 重组层（242)是指叠层电池中的一层，其中由第一个半电池生成的电子与由第二 个半电池生成的空穴重组。
[0174] 重组层(242)通常包括P-型半导体材料和n-型半导体材料。一般而言，n-型半导体 材料选择性传输电子，P-型半导体材料选择性传输空穴。
[0175] 因此，由第一个半电池生成的电子与由第二个半电池生成的空穴在重组层（242) 中的n-型和P-型半导体材料的界面处重组。
[0176] 在一些实施方案中，P-型半导体材料包括聚合物和/或金属氧化物。P-型半导体聚 合物的实例包括含苯并二嚷吩的聚合物、聚嚷吩（例如聚（3,4-亚乙二氧基嚷吩KPEDOT))、 聚苯胺、聚乙締基巧挫、聚亚苯基、聚亚苯基亚乙締、聚硅烷、聚亚嚷吩亚乙締、聚异硫巧、聚 环戊二嚷吩、聚娃环戊二嚷吩(polysilacyclopentadithiophene)、聚环戊二嚷挫、聚嚷挫、 聚苯并嚷二挫、聚(氧化嚷吩）、聚(氧化环戊二嚷吩）、聚嚷二挫并哇喔嘟、聚苯并异嚷挫、聚 苯并嚷挫、聚嚷吩并嚷吩、聚(氧化嚷吩并嚷吩）、聚二嚷吩并嚷吩、聚(氧化二嚷吩并嚷吩）、 聚四氨异吗I噪及其共聚物。该金属氧化物可W是本征P-型半导体(例如氧化铜、氧化锁铜或 氧化锁铁)或在用渗杂剂渗杂后形成P-型半导体的金属氧化物(例如P-渗杂氧化锋或P-渗 杂氧化铁）。渗杂剂的实例包括氣化物、氯化物、漠化物和舰化物的盐或酸。在一些实施方案 中，该金属氧化物可W W纳米粒子的形式使用。
[0177] 在一些实施方案中，n-型半导体材料(本征或渗杂n-型半导体材料)包括金属氧化 物，如氧化铁、氧化锋、氧化鹤、氧化钢和任何运些的组合。该金属氧化物可W W纳米粒子的 形式使用。在另一些实施方案中，n-型半导体材料包括选自富勒締(如上述那些）、无机纳米 粒子、嗯二挫、盘状液晶、碳纳米棒、无机纳米棒、含CN基团的聚合物、含CF3基团的聚合物和 任何运些的组合的材料。
[0178] 在一些实施方案中，P-型和n-型半导体材料共混到一层中。在某些实施方案中，重 组层（242)包括两个层，一层包括P-型半导体材料，另一层包括n-型半导体材料。在运些实 施方案中，重组层(242)可进一步包括在运两个层的界面处的导电层(例如金属层或混合n-型和P-型半导体材料）。
[01巧]在一些实施方案中，重组层(242)包括至少30重量％ (例如至少40重量％或至少50 重量％ )和/或最多70重量％ (例如最多60重量％或最多50重量％ )的P-型半导体材料。在一 些实施方案中，重组层(242)包括至少30重量％ (例如至少40重量％或至少50重量％ )和/或 最多70重量％ (例如最多60重量％或最多50重量％ )的n-型半导体材料。
[0180] 重组层（242)通常具有足够的厚度W保护下方层W防施加到重组层（242)上的任 何溶剂。在一些实施方案中，重组层(242)可具有至少10纳米(例如至少20纳米、至少50纳米 或优选至少100纳米)和/或最多500纳米(例如最多200纳米、最多150纳米和优选100纳米） 的厚度。
[0181] -般而言，重组层(242)基本透明。例如，在叠层光伏电池(200)中使用的厚度下， 重组层(242)可透过至少70% (例如至少75%、至少80%、至少85%或至少90% )的在光伏电 池工作过程中使用的波长或波长范围（例如350纳米至1，000纳米)下的入射光。
[0182] 重组层（242)通常具有足够低的表面电阻。在一些实施方案中，重组层（242)具有 最多大约Ix IO6欧姆/平方(例如最多5x IO5欧姆/平方、最多2xl05欧姆/平方或最多Ix 1〇5 欧姆/平方)的表面电阻。
[0183] 不希望受制于理论，据信，重组层（242)可W被视为光伏电池（200)中的两个半电 池(例如一个包括电极(220)、任选空穴阻挡层(230)、光活性层（240)和重组层(242)，另一 个包括重组层(242)、光活性层(244)、任选空穴载流子层(250)和电极(260))之间的共用电 极。在一些实施方案中，重组层(242)可包括导电格栅(例如网格)材料，如上文描述的那些。 导电格栅材料可W为半电池提供相同极性(P-型或n-型）的选择性接触并提供高导电但透 明层W向荷载传输电子。
[0184] 在一些实施方案中，可通过在光活性层上施加 n-型半导体材料和P-型半导体材料 的共混物制备单层重组层(242)。例如，可W首先将n-型半导体和P-型半导体一起分散和/ 或溶解在溶剂中W形成分散体或溶液，然后将其涂覆在光活性层上W形成重组层。
[0185] 在一些实施方案中，可通过分开施加 n-型半导体材料层和P-型半导体材料层制备 双层重组层。例如，当使用氧化铁纳米粒子作为n-型半导体材料时，氧化铁纳米粒子层可如 下形成：（1)将前体(例如铁盐)分散在溶剂(例如无水醇）中W形成分散体，（2)在光活性层 上涂覆该分散体，（3)水解该分散体W形成氧化铁层和(4)干燥该氧化铁层。作为另一实例， 当使用聚合物(例如阳DOT)作为P-型半导体时，可通过首先将该聚合物溶解在溶剂(例如无 水醇）中W形成溶液、然后在光活性层上涂覆该溶液而形成聚合物层。
[0186] 叠层电池（200)中的其它部件(任选包括基底和/或纯化层）可W由与上述光伏电 池(100)中的那些相同的材料形成或具有相同特征。
[0187] 在一些实施方案中，多个光伏电池可W电连接W形成光伏系统。作为一个实例，图 3是具有含有多个光伏电池(320)的模块(310)的光伏系统(300)的示意图。光伏电池(320) 电串联并将系统(300)电连接到荷载(330)上。作为另一实例，图4是具有含有多个光伏电池 (420)的模块(410)的光伏系统(400)的示意图。光伏电池(420)电并联并将系统(400)电连 接到荷载(430)上。在一些实施方案中，光伏系统中的一些光伏电池可W布置在一个或一些 共用基底上。优选地，在一些实施方案中，光伏系统中的一些光伏电池电串联，且光伏系统 中的一些光伏电池电并联。
[0188]本发明的光伏电池可W与一个或多个另一类型的光伏电池结合使用。此类光伏电 池的实例包括染料敏化光伏电池、巧铁矿光敏电池、具有由非晶娃、结晶娃、多晶娃、微晶 娃、砸化儒、蹄化儒、砸化铜铜和/或砸化铜铜嫁形成的光敏材料的无机光敏电池、
[01例术语定义
[0190] 术语"透明"是指在光伏电池中使用的厚度下和在光伏电池工作过程中使用的波 长或波长范围下透射至少大约60%的入射光。其优选超过70 %，更优选超过75 %，最优选超 过 80 %。
[0191] 根据本发明，术语"低聚物"是指具有至少2且最多100的数均聚合度n的材料。
[0192] 术语"聚合物"是指具有至少101或更大的数均聚合度n的材料。
[0193] 可W由通过凝胶渗透色谱法(GPC)测得的数均分子量(Mn)和单体分子量测定数均 聚合度(Pn)。
[0194] 根据本发明，术语"吸电子能力"是指降低系统中的电子密度的能力。
[01M]术语"光学密度"被定义为吸光度。
[0196] 吸光度可通过下列公式定义；
[0197] AA = -logi〇(I/I〇)
[0198] 其中Aa代表吸光度且I是已穿透样品（光伏电池）的在指定波长A下的光的强度，Io 是进入样品前的光的强度。
[0199] 术语"峰值光学密度"是指在对光伏电池施加具有400纳米至1100纳米波长范围的 光时，光伏电池的峰值光学密度值。
[0200] 术语"最大光学密度"被定义为在对光伏电池施加具有400纳米至1100纳米波长范 围的光时，光伏电池的最大光学密度值。
[0201] 除非另行规定，本说明书中公开的各要素可W被起到相同、等同或类似作用的替 代要素替代。因此，除非另有说明，所公开的各要素是一大系列等同或类似要素的仅一个实 例。
[0202] 参照下列实施例更详细描述本发明，它们仅是示例性的并且不限制本发明的范 围。 实施例
[0203] 实施例1:1,4-双（2-漠-4,4'双（2-乙基己基)二嚷吩并[3,2-b: 2'，3'_二嚷咯])-2,3,5,6-四氣苯的合成
[020'
[0205] 将4,4'-双(2-乙基己基）二曜吩并[3,2-b:2'，3'-d]曜咯（1.68克，4.0毫摩尔）溶 解在50毫升无水THF(四氨巧喃）中。在将该溶液冷却至-78°C后，将正下基裡(BuLiKl.40毫 升，4.0毫摩尔）添加到该溶液中。在将反应混合物在-78°C下揽拌30分钟后，通过注射器将 SnMe3Cl(4.0毫升，4.0毫摩尔）添加到反应烧瓶中。然后使反应混合物溫热至室溫。将1,4-二漠-2，3,5,6-四氣苯(0.61克，2.0毫摩尔）和双(S苯麟)氯化钮（II) (0.14克，0.20毫摩 尔)溶解在5毫升THF中。然后通过注射器将所得溶液添加到上述溶液中。该反应混合物然后 回流整夜。在冷却该反应后，其用水巧灭并通过二氯甲烧萃取。粗产物通过旋转蒸发浓缩， 并通过柱色谱法提纯W产生黄色油形式的1,4-双(4,4'-双(2-乙基己基)二嚷吩并[3,2-b: 2'3'-d]silone)-2,3,5,6-四氣苯（1.4 克，72%)。
[0206] 将上文获得的1,4-双（2-漠-4,4'-双（2-乙基己基）二嚷吩并[3，2-b: 2'3'-d] silone)-2,3,5,6-四氣苯(0.98克，1.0毫摩尔）和N-漠代班巧酷亚胺(NBS)(0.36克，2.0毫 摩尔)溶解在30毫升氯仿中。将该溶液回流I小时。在将反应混合物冷却至室溫后，加入水W 巧灭该反应。有机层通过氯仿萃取W提供粗产物。该粗产物通过柱色谱法提纯W产生黄色 固体形式的1,4-双(2-漠-4,4'-双(2-乙基己基)二嚷吩并[3,2-b:2'3'-d]silone)-2,3,5， 6-四氣苯(1.08 克，95%)。
[0207] 实施例2:2，5-双(5-S甲基甲锡烷基-3-十四烷基-2-嚷吩基)-嚷挫并[5，4-d]嚷 挫的合成
[020引
[0209] 将100毫升Schlenk烧瓶抽空并用Ar再填充S次。将35毫升无水THF添加到该烧瓶 中。随后将该烧瓶冷却至-78°C。然后将正下基裡(0.64毫摩尔）逐滴添加到上述溶液中。在 将该溶液在-78°C下揽拌1小时后，将0.7毫升1.OM立甲基氯化锡溶液注射到反应混合物中。 在使该溶液溫热至室溫后，将100毫升二乙酸添加到该溶液中。该溶液用100毫升水洗涂3 次，然后有机层经无水MgS化干燥。在真空中除去溶剂后，W定量收率分离2,5-双(5-S甲基 甲锡烷基-3-十四烷基-2-嚷吩基)-嚷挫并[5，4-d ]嚷挫。
[0210] 实施例3:KP179的合成
[0211]
[0212] 将2，5-双(5-S甲基甲锡烷基-3-十四烷基-2-曜吩基)-曜嗤并[5，4-d ]曜嗤转移 到lOO毫升S颈圆底烧瓶中。然后将下列试剂添加到该S颈烧瓶中：7毫克（7微摩尔）Pd2 (化曰)3、18毫克（59微摩尔）S-邻甲苯基麟、332毫克(0.29毫摩尔）1，4-双（2-漠-4,4'-双 (2-乙基己基)二嚷吩并[3,2-b:2'，3'-d]嚷咯)-2,3,5,6-四氣苯和20毫升无水甲苯。将运 种反应混合物回流2天，然后冷却至80°C。将=水合二乙基二硫代氨基甲酸钢的水溶液（1.5 克在20毫升水中）注射到烧瓶中并将该混合物一起在80°C下揽拌12小时。在将该混合物冷 却至室溫后，将有机相与水层分离。将有机层倒入甲醇（200毫升）中W形成聚合物沉淀物。 然后收集该聚合物沉淀物并通过索格利特萃取法提纯。最终萃取产生123毫克(Mn = 31kDa) 聚[1,4-双(4,4'-双(2-乙基己基)二嚷吩并[3,2-b:2'，3'-d]嚷咯)-2,3,5,6-四氣苯-alt-2，5-双(3-十四烷基-2-嚷吩基)-嚷挫并[5，4-d]嚷挫]。
[0213] 实施例4:邸252、邸184、邸143和邸155的合成
[0214] W类似于实施例1至3中描述的方式使用相应单体制备KP252、KP184、KP143和 KP155。
[0215] 实施例5:KP266的合成
[0216] W类似于实施例1至3中描述的方式使用相应单体制备KP266。
[0217] 实施例6:用KP179、KP252和混合PCBM制造光伏电池 [021引如下制备光伏电池：
[0219] ITO涂覆的玻璃基底分别在丙酬和异丙醇中通过声处理清洁。然后用UV/臭氧处理 该基底。
[0220] 使用0.5重量％聚乙締亚胺(PEI)和0.5重量％甘油二缩水甘油酸(DEG) (1:1重量 比在下醇中）在清洁的基底上形成薄空穴阻挡层。空穴阻挡层的厚度为20纳米。由此形成的 基底在100°C下退火2分钟。然后将KP179、KP252、PC60BM和PC70BM(4:3:13.1:4.4重量比，在 邻二氯苯(ODCB)中）溶解在ODCB中并使用刮刀涂覆技术将所得溶液涂覆到空穴阻挡层上W 形成光活性层，控制其厚度W实现0.553的光伏电池的峰值光学密度。在加热和冷却后，通 过沉积在光活性层上形成由Mo化构成的2.5纳米厚的空穴载流子层。然后通过在空穴载流 子层上蒸发银层(80纳米)作为上电极，制备第一光伏电池。
[0221] 除光活性层的层厚度外，W与上一段中描述的第一光伏电池相同的方式制造其它 =个光伏电池。通过改变光伏电池的光活性层的层厚度W实现〇.679、0.751或0.877的光伏 电池的峰值光学密度，制造另外=个光伏电池。
[0222] 此外，除光活性层外，W与上述光伏电池相同的方式制造另外四个光伏电池。
[0223] 将邸179、1(口252、口〔6081、口(：7081(4:2:11.2:3.8重量比，在邻二氯苯(00〔8)中）和 所得ODCB溶液倾到空穴阻挡层上W形成光活性层并控制其厚度W实现0.512、0.574、0.773 和0.792的光伏电池的峰值光学密度。
[0224] 在化iel Xenon太阳光模拟器（lOOmW/cm2)上在AM 1.5G照射下照射光伏电池的同 时，使用Ke i th 1巧2400SMU测量光伏电池的电流-电压特征。
[0225] 图5-a、b显示工作实施例6中制成的光伏电池的电池性能（填充因子和光转换效 率)。
[0226] 对比例1:用KP252和PC60BM制造光伏电池
[0227] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例1的光伏电池，只是光 活性层含有1: 2重量比的KP252和PC60BM并各自独立地控制光敏电池的光活性层的层厚度 W实现0.22、0.252和0.308的光伏电池的光学密度。
[0228] W与实施例1中公开的相同方式制造具有含有1:2重量比的KP252和PC60BM和1重 量％1-8-二舰辛烧(DIO)作为渗杂剂的光活性层的光伏电池。控制各个光伏电池的光活性 层的层厚度W实现0.23、0.28、0.289和0.32的光伏电池的最大光学密度。
[0229] 图6-a、b显示对比例1中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0230] 对比例2:用KP179和PCBM制造光伏电池
[0231] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例2的光伏电池，只是光 活性层含有KP179和PCBM并各自独立地控制光敏电池的光活性层的层厚度W实现0.609、 0.862、1.161和1.384的光伏电池的峰值吸收值。
[0232] 图7-a、b显示对比例2中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0233] 对比例3:用KP179、JA19B和PC60BM制造光伏电池
[0234] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例3的光伏电池，只是光 活性层含有4:2:15重量比的邸179、14198化〇11曰'1?1)和?〔81并各自独立地控制光敏电池的 光活性层的层厚度W实现0.421、0.482、0.588、0.69、0.767和0.83的光伏电池的峰值光学 密度。
[0235] 阁8-a、b思示对比例3中制成的化化由舶的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0236]
[0237] 对比例4:用KP179、PDPPTPT和PC61BM制造光伏电池
[0238] W与实施例1中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例4的光伏电池，只是光 活性层含有4: 2:12重量比的KP179、PDPPTPT(来自Konarka)和PC61BM并各自独立地控制光 伏电池的光活性层的层厚度W实现0.679、0.54、0.888和1.193的光伏电池的最大光学密 度。
[0239] 图9-a、b显示对比例4中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0240]
[0241] 实施例7:用KP143、KP155和PC60BM制造光伏电池
[0242] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造实施例7的光伏电池，只是光 活性层含有4:2:15重量比的KP143、KP155和PC60BM并各自独立地控制光敏电池的光活性层 的层厚度W实现0.625、0.629、0.749、0.796、0.882、0.949和0.986的光伏电池的峰值光学 酱度。
[0243] 图10-a、b显示实施例7中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0244] 对比例5:用KP143和PCBM制造光伏电池
[0245] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例5的光伏电池，只是光 活性层含有1:2重量比的KP143和PCBM并各自独立地控制光敏电池的光活性层的层厚度W 实现 0.6-0.7、0.6-0.67、0.6-0.8、0.7-0.75 和085-0.95 的光伏电池的光学密度。
[0246] 图ll-a、b显示对比例5中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0247] 对比例6 :用KP15 5、PC7 OBM及渗杂剂制造光伏电池
[0248] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例6的光伏电池，只是光 活性层含有KP155、PC70BM和DIO 1重量％、0DT 1重量％或苯基糞Iw%作为渗杂剂。在光活 性层含有KP155、PC70BM和DIOl重量％的情况下，各自独立地控制光伏电池的光活性层的层 厚度W实现0.282、0.303和0.369的光伏电池的最大光学密度。在光活性层含有KP155、 PC70BM和ODT 1重量％的情况下，各自独立地控制光敏电池的光活性层的层厚度W实现 0.468、0.204和0.279的光伏电池的最大光学密度。在光活性层含有KP155、PC70BM和苯基糞 Iw%的情况下，各自独立地控制光伏电池的光活性层的层厚度W实现0.281、0.295和0.305 的光伏电池的最大光学密度。
[0249] 图12-a、b显示对比例6中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0巧0] 对比例7:用KP143、JA19B和PC60BM制造光伏电池
[0251] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造对比例7的光伏电池，只是光 活性层含有(4:2:15)重量比的阳143心4196和?〔6081并各自独立地控制光伏电池的光活性 层的层厚度W实现0.428、0.445、0.482、0.507、0.614、0.754和0.823的光伏电池的峰值光 学密度。
[0252]图13-a、b显示对比例7中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0巧3] 实施例8:用KP179、KP184和PCBM制造光伏电池
[0254] W与实施例6中描述的第一光伏电池相同的方式制造实施例8的光伏电池，只是光 活性层含有4:2:12重量比的KP179、KP184和PCBM并各自独立地控制光伏电池的光活性层的 层厚度W实现0.713、0.796、0.862和0.907的光伏电池的峰值光学密度和0.9、0.68和0.54 的光伏电池的最大光学密度。
[0255] 图14-a、b显示实施例8中制成的光敏电池的热试验结果及电池性能(填充因子和 光转换效率）。在图14-a中，从左到右，提到未退火的光伏电池的电池性能、在85°C下退火 168小时的光伏电池的电池性能、在85 °C下退火288小时的光伏电池的电池性能。
[0巧6] 对比例8:用KP179和PC60BM制造光伏电池
[0257]也W相同方式制造对比例8的光伏电池，只是光活性层含有1:2重量比的KP179和 PC60BM并各自独立地控制光伏电池的光活性层的层厚度W实现0.761、1.274、1.486的光伏 电池的峰值光学密度和2.6、1.1、0.88的光伏电池的最大光学密度。
[025引图15-a、b显示对比例7中制成的光敏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。
[0巧9] 对比例9:用KP266和PC60BM制造光伏电池
[0260]也W相同方式制造对比例9的光伏电池，只是光活性层含有1:2重量比的KP266和 PC60BM并各自独立地控制光伏电池的光活性层的层厚度W实现0.448、0.56、0.749和0.799 的光伏电池的最大光学密度。
[0%1]图16-a、b显示对比例9中制成的光伏电池的电池性能(填充因子和光转换效率）。 [0262]在此，W与实施例6中所述相同的方式测量上述实施例和对比例中制成的光伏电 池的电流-电压特征。
[0%3] 附图描述
[0264] 图1:显示光伏电池的一个实施方案的剖视图。
[0265] 图2:显示叠层光伏电池的一个实施方案的剖视图。
[0266] 图3:显示含有电串联的多个光伏电池的系统的示意图。
[0267] 图4:显示含有电并联的多个光伏电池的系统的示意图。
[0%引图5-a、b:显示KP179/KP252/PCBM电池的电池性能
[0269] 图6-a、b:显示KP252/PCBM电池的电池性能
[0270] 图7-a、b:显示KP179/PCBM电池的电池性能
[0271] 图8-a、b:显示KP179/JA19B/PCBM电池的电池性能
[0272] 图9-a、b:显示KP179/PDPPTPT/PCBM电池的电池性能
[0273] 图l〇-a、b:显示KP143/KP155/PCBM电池的电池性能
[0274] 图ll-a、b:显示KP143/PCBM电池的电池性能
[0275] 图12-a、b:显示KP155/PCBM电池的电池性能
[0276] 图13-a、b:显示KP143/JA19B/PCBM电池的电池性能
[0277] 图14-a、b:显示KP179/KP184/PCBM电池的电池性能
[0278] 图15-a、b:显示KP179/PCBM电池的电池性能
[0279] 图16-a、b:显示KP266/PCBM电池的电池性能
[0280] 附图中的附图标记单
[0281] 100.光伏电池
[0282] 110.基底(任选）
[0283] 120.电极
[0284] 130.空穴阻挡层(任选）
[0285] 140.光活性层
[0286] 150.空穴载流子层(任选）
[0287] 160.电极
[028引170.纯化层(任选）
[0289] 200.叠层光伏电池
[0巧0] 202.半电池
[0巧1] 204.半电池
[0292] 220.电极
[0293] 230.空穴阻挡层(任选）
[0294] 240.第一光活性层 [02巧]242.重组层
[0296] 244.第二光活性层
[0297] 250.空穴载流子层(任选）
[029引 260.电极
[0299] 300.光伏系统
[0300] 310.模块
[0301] 320.多个光伏电池
[0302] 330.荷载
[0303] 400.光伏系统
[0304] 410.模块
[03化]420.多个光伏电池 [0306] 430.荷载
【主权项】
1. 一种光伏电池，其包含： ?第一电极(120); ?第二电极(160);和 ?在第一电极(120)与第二电极(160)之间的光活性层(140)， 其中光活性层（140)包含第一给体材料、第二给体材料和受体材料;第一给体材料和第 二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同结构单元，所述共同结构单元 包含共辆稠环结构部分。2. 根据权利要求1的光伏电池，其中所述共同结构单元构成给体材料的给电子单元。3. 根据权利要求1或2的光伏电池，其中所述共同结构单元在每次出现时选自由下式 (A1)至(A106)组成的组：其中w下适用于所用符号： Rl在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR 哺 CON( R9rW )组成的组； R2在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R3在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R4在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R5在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R6在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R7在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、C0R9、C00R 哺 C0N( R9rW )组成的组； R8在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、Ci-Cw烷基、Ci-Cw烷氧基、芳基、杂芳基、 C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR9、COR9、COOR9 和 CON( R9rW )组成的组； R9在每次出现时相同或不同地为Η、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂环 烷基； RW在每次出现时相同或不同地为Η、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂 环烷基。4. 根据权利要求3的光伏电池，其中所述共同结构单元在每次出现时选自由式(A10)、 (八12)、(八13)、(八19)、(八20)、(八21)、(八22)和(八23)组成的组。5. 根据权利要求3或权利要求4的光伏电池，其中所述给体材料的共同共辆稠环结构部 分在每次出现时由式(A10)或(A21)表示。6. 根据权利要求1至5的任何一项或多项的光伏电池，其中至少一种给体材料包含吸电 子结构单元。7. 根据权利要求1至6的任何一项或多项的光伏电池，其中第一给体材料和第二给体材 料各自包含吸电子结构单元，且第一给体材料的吸电子结构单元具有比第二给体材料的吸 电子结构单元高的吸电子能力。8. 根据权利要求1至7的任何一项或多项的光伏电池，其中第一给体材料包含选自由下 式(B1)至(B92)组成的组的吸电子结构单元其中w下适用于所用符号： Rll在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、COR"、COOR"和 CON( r1 V8)组成的组； Rl2在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、C0R"、C00R"和 C0N( r1 V8)组成的组； RlS在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、C0R"、C00R"和 C0N( Rl V8)组成的组； Rl4在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、C0R"、C00R"和 C0N( Rl V8)组成的组； RlS在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、C0R"、C00R"和 C0N( Rl V8)组成的组； RlS在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR"、C0R"、C00R"和 C0N( Rl V8)组成的组； RU在每次出现时相同或不同地为H、C广C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂 环烷基； Ris在每次出现时相同或不同地为H、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂 环烷基； 且第二给体材料包含选自由下式(C1)至(C92)组成的组的吸电子结构单元其中w下适用于所用符号： RW在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； RW在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； R21在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； R22在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； R23在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； R24在每次出现时相同或不同地选自由氨、面素、C1-C40烷基、C1-C40烷氧基、芳基、杂芳 基、C3-C40 环烷基、C3-C40 杂环烷基、CN、OR25、COR25、COOR25和CON(R 25R26)组成的组； R25在每次出现时相同或不同地为H、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂 环烷基； R26在每次出现时相同或不同地为H、C1-C40烷基、芳基、杂芳基、C3-C40环烷基或C3-C40杂 环烷基。9. 根据权利要求1至8的任何一项或多项的光伏电池，其中第一给体材料包含选自由式 (815)、（816)、（845)、（846)、（847)和(848)组成的组的吸电子结构单元;且第二给体材料包 含由式(C64)表示的吸电子结构单元。10. 根据权利要求1至9的任何一项或多项的光伏电池，其中第一给体材料包含选自由 式(B15)、（B16)和(B45)的组成的组的吸电子结构单元;且第二给体材料包含由式(C64)表 示的吸电子结构单元。11. 根据权利要求1至10的任何一项或多项的光伏电池，其中至少一种给体材料是聚合 物或低聚物。12. 根据权利要求1至11的任何一项或多项的光伏电池，其中至少两种给体材料在每次 出现时彼此独立地选自由ΚΡ179、ΚΡ252和KP184,或KP143和KP155组成的组。13. 根据权利要求1至12的任何一项或多项的光伏电池，其中所述受体材料包含选自由 如下组成的组的化合物:富勒締，富勒締衍生物，巧二酷亚胺衍生物，苯并嚷挫衍生物，二酬 基化咯并化咯衍生物，联亚巧衍生物，并五苯衍生物，哇叮晚酬衍生物，巧蔥酷亚胺衍生物， 棚-二化咯亚甲基衍生物，嗯二挫，金属献菁和亚献菁，无机纳米粒子，盘状液晶，碳纳米棒， 无机纳米棒，含CN基团的聚合物，含C的基团的聚合物，或任何运些的组合。14. 根据权利要求1至13的任何一项或多项的光伏电池，其中所述受体材料包含取代富 勒締。15. 根据权利要求14的光伏电池，其中所述取代富勒締选自由如下组成的组:PC60BM， PC6 IBM，PC70BM和任何运些的组合。16. 根据权利要求1至15的任何一项或多项的光伏电池，其中光活性层（140)进一步包 含渗杂剂。17. 根据权利要求16的光伏电池，其中所述渗杂剂选自由如下组成的组:二舰辛烧，十 八硫醇，苯基糞和任何运些的组合。18. 给体材料在光伏电池中的用途： 其中光伏电池（100)包含 ?第一电极(120); ?第二电极(160);和 .在第一电极与第二电极之间的光活性层(140)， 其中光活性层（140)包含第一给体材料、第二给体材料和受体材料;第一给体材料和第 二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同结构单元，所述共同结构单元 包含共辆稠环结构部分。19. 制备根据权利要求1至17的任何一项或多项的光伏电池的方法，其中所述制备本发 明的光伏电池的方法包括如下步骤 (a) 将至少第一给体材料、第二给体材料和受体材料一起溶解在溶剂中;和 (b) 随后将来自步骤(a)的所得溶液涂覆在下方层上， 其中第一给体材料和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同 结构单元，所述共同结构单元包含共辆稠环结构部分。20. 制备根据权利要求1至17的任何一项或多项的光伏电池的方法，其中所述方法包括 如下步骤 (a'）将至少第一给体材料、第二给体材料和受体材料各自分开溶解在相同类型或不同 类型的溶剂中W获得不同溶液； (b'）混合来自步骤(a'）的所得溶液W获得含有第一给体材料、第二给体材料和受体材 料的溶液;和 k '）随后将来自步骤(b '）的所得溶液涂覆在下方层上， 其中第一给体材料和第二给体材料彼此不同且各给体材料包含相同化学结构的共同 结构单元，所述共同结构单元包含共辆稠环结构部分。21. 根据权利要求19至20中任一项的方法，其中所述溶剂选自有机溶剂。22. 根据权利要求19至21的任何一项或多项的方法，其中所述溶剂选自由如下组成的 组:脂族控、氯化控、芳控、酬、酸及其混合物，可用的其它溶剂包括1，2,4-Ξ甲基苯、1，2,3， 4-四甲基苯、戊基苯、均Ξ甲苯、枯締、伞花控、环己基苯、二乙基苯、四氨化糞、十氨化糞、2， 6-二甲基化晚、2-氣-间二甲苯、3-氣-邻二甲苯、2-氯Ξ氣甲苯、Ν，Ν-二甲基甲酯胺、2-氯- 6-氣甲苯、2-氣苯甲酸、苯甲酸、2,3-二甲基化嗦、4-氣苯甲酸、3-氣苯甲酸、3-Ξ氣-甲基苯 甲酸、2-甲基苯甲酸、苯乙酸、4-甲基苯甲酸、3-甲基苯甲酸、4-氣-3-甲基苯甲酸、2-氣节 腊、4-氣襲芦酸、2,6-二甲基苯甲酸、3-氣节睛、2,5-二甲基苯甲酸、2,4-二甲基苯甲酸、节 腊、3,5-二甲基-苯甲酸、Ν，Ν-二甲基苯胺、苯甲酸乙醋、1-氣-3,5-二甲氧基-苯、1-甲基糞、 Ν-甲基化咯烧酬、3-氣Ξ氣甲苯、Ξ氣甲苯、二氧杂环己烧、Ξ氣甲氧基-苯、4-氣Ξ氣甲苯、 3-氣化晚、甲苯、2-氣-甲苯、2-氣立氣甲苯、3-氣甲苯、4-异丙基联苯、苯基酸、邮晚、4-氣甲 苯、2,5-二氣甲苯、1-氯-2,4-二氣苯、2-氣化晚、3-氯氣-苯、1-氯-2,5-二氣苯、4-氯氣苯、 氯-苯、邻二氯苯、2-氯氣苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯或邻、间和对异构体的混合物和 任何运些的组合。
【文档编号】H01L51/54GK105849931SQ201480070622
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月5日
【发明人】J·H·皮特, C·朗根施密德
【申请人】默克专利有限公司