[发明专利]聚合物自组织的高效聚合物太阳能电池

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2005年4月7日提交的美国临时申请No.60/669,332的优先权，其全部内容引入本发明作为参考。

在本发明中美国政府具有付清许可，和在有限的情况下要求专利所有人以如ONR Contract/Grant No.N00014-01-1-0136和AFOSRContract/Grant No.F49620-03-1-0101规定的合理条件许可他人的权利。

背景技术

1.发明领域

本申请涉及生产用于光电电池的聚合物复合膜的方法，生产光电电池的方法和由此生产的光电电池与聚合物复合膜。

2.相关技术的讨论

在该说明书中任何地方引用的所有参考文献包括论文、公开的专利申请和专利的内容引入本发明作为参考。

最近塑料太阳能电池逐渐成为硅基太阳能电池的有前景的经济合算的替代物。(Brabec，C.J.，Sariciftci，N.S.& Hummelen，J.，Adv.Func.Mater.11，15(2001)；K.M.Coakley和M.D.McGehee，Chem.Mater.16，4533(2004)；C.J Brabec，Sol.Ener.Mater.& Sol.Cells 83，273(2004))。然而，这些塑料太阳能电池的低效率(3-4％)限制了它们用于商业用途的可行性(S.E.Shaheen，C.J.Brabec，N.S.Sariciftci，F.Padinger，T.Fromhertz，J.C.Hummelen，Appl.Phys.Lett.78，841(2001)；F.Padinger，R.S.Rittberger和N.S.Saraciftci，Adv.Func.Mater.13，85(2003)；C.Walduf，P.Schilinsky，J.Hauch和C.J.Brabec，Thin Solid Films 451-452，503(2004))。引入本体异质结(BHJ)原理，聚合物光电电池的效率得到大幅提高。(见G.Yu，J.Gao，J.C.Hummelen，F.Wudl，A.J.Heeger，Science 270，1789(1995)和N.S.Saraciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，F.Wudl，Science285，1474(1992))。BHJ结构具有电子给体与受体材料的互穿网络，并且由于大的界面面积提供有效的电荷分离。该原理最近也成功地体现在小分子有机光致电压中(P.Peumans，S.Uchida，和S.R.Forrest，Nature 425，158(2003))。争论在于由于BHJ结构固有的空间电荷效应，导致填充系数通常低，以及无序结构将最终受到高的串联电阻的限制(F.Yang，M.Shtein和S.Forrest，Nature Materials 4，37(2005))。为获得高效的光电(PV)装置，需要有效地吸收太阳辐射，为此需要增加装置厚度。然而，这会进一步增加串联电阻。因此需要改善的聚合物PV电池。

发明内容

考虑说明书、附图和实施例，其他的目的和优势会显而易见。

根据本发明一个实施方案的制造用于光电电池活性层(activelayer)的聚合物复合膜的方法包括：提供一定量的聚合物基体材料溶液，混合一定量的客体材料与所述量的聚合物基体材料溶液以形成活性材料共混物，和控制聚合物复合膜的生长速率以控制聚合物基体材料中聚合物链自组织(self-organization)的量。

根据本发明的一个实施方案通过该方法生产用于光电电池活性层的聚合物复合膜。

根据本发明的一个实施方案制造光电电池的方法包括：提供第一电极，提供接近第一电极并与所述第一电极之间留有空间的第二电极，和在第一电极和第二电极之间保留的空间的至少一部分中提供活性层。所述活性层为根据包括以下步骤的生产方法制造的聚合物复合膜：提供一定量的聚合物基体材料溶液，混合一定量的客体材料与所述量的聚合物基体材料溶液以形成活性材料共混物，和控制聚合物复合薄膜的生长速率以控制聚合物基体材料中聚合物链自组织的量。根据本发明的一个实施方案通过该方法生产光电电池。

根据本发明一个实施方案的光电电池具有：第一电极，接近第一电极并与所述第一电极之间留有空间的第二电极，和置于第一电极和第二电极之间保留的空间的至少一部分中的活性层。所述活性层为聚合物复合膜，根据本发明的该实施方案的所述光电电池具有至少约4.4％的功率转换效率，其可以在未来用可获得的更好的材料提高。