[发明专利]用于光伏应用的醌化合物

说明书

技术领域

本发明涉及应用有机半导体的称为第三代器件的光伏器件领域。

背景技术

为了确保光伏效应而应用有机半导体(通常指定为OSC(Organic Semi-Conductor))的这些器件(特别是光伏电池)是近来的设计。在二十世纪九十年代开始开发的这些系统从长远来看旨在取代应用无机半导体的第一代器件和第二代器件。

在这些应用OSC的光伏器件中，通过结合应用用作混合物的两种不同的有机化合物来确保光伏效应：

具有P型(电子供体)半导体特性的第一有机化合物，该第一有机化合物通常是具有有利地参与非定域的π键的电子的化合物，优选聚合物，并且最通常是共轭聚合物；以及

第二有机化合物，其在光伏器件的使用条件下与第一化合物不混溶，并且具有N型(电子受体)半导体特性。

通过将两种有机半导体以含有作为混合物的这两种半导体的涂层的形式(该涂层直接与两个电极接触，或可选地通过另外的涂层，例如电荷收集涂层与上述电极中的至少一个连接)放在两个电极之间；并通过用足够的电磁辐射(通常用来自太阳光谱的光线)来照射由此得到的光伏电池而得到光伏效应。为此，上述电极之一对于使用的电磁辐射通常是透明的：以本身已知的方式，可尤其使用ITO(锡掺杂的氧化铟)的透明阳极。在上述电极之间得到基于两种有机半导体化合物的混合物的涂层通常通过沉积两种化合物在合适溶剂中的溶液然后挥发该溶剂来实现。

在照射作用下，通常根据称为π-π*跃迁机制(从最高占据分子轨道(HOMO)跃到最低未占据分子轨道(LUMO))，P型有机半导体的电子被激发，这产生类似于无机半导体中电子从价带注入到导带的效应，这产生激子(电子/空穴对)。

由于N型有机半导体与P型半导体接触的存在，由此产生的激子可在P/N界面解离，并在照射期间产生的被激发的电子因此可通过N型半导体向阳极传送，由此产生的空穴通过P型半导体导向阴极。

在本说明书范围内，半导体化合物的供体(P型半导体)特性或受体(N型半导体)特性的概念是相对的，并取决于在光伏涂层内结合的化合物的特性。包括吸电子基的化合物通常具有受体特性(N型)，相反，包括给电子基的化合物通常具有供体特性(P型)。

应用有机半导体的光伏器件具有潜在的前景。事实上，考虑将聚合物类的有机化合物用作无机半导体的替代品，它们提供比第一代系统和第二代系统机械上更柔性因此不易损坏的优点。此外，它们更轻便，还更容易制备并证明是更便宜的。

然而，至今，在光伏器件中使用的有机半导体化合物的类型受限，这是在光伏能量产生中它们实际使用的障碍。因此，已经付出很多努力来尝试使使用的有机半导体化合物的类型多样化。

目前，使用的P型(电子供体)有机半导体化合物通常是聚噻吩类，例如称为P3HT的聚(3-己基噻吩)，或聚(亚芳基亚乙烯基)类，而使用的N型(电子受体)有机半导体化合物通常是富勒烯类，例如称为PCBM的苯基-C₆₁-丁酸甲酯。

P3HT/PCBM类的混合物例如已描述在专利申请US2008/315187或US2009/032808中。聚(亚芳基亚乙烯基)类的P型半导体化合物例如已描述在专利申请WO94/29883中。

发明内容

本发明的目的是增加可用的具有光伏特性的涂层的多样性，以及提供一种具有光伏特性的新型涂层，从而能使它们的组成适应面临的需求。

为此，本发明提供一种基于N型(受体)有机半导体化合物和P型(供体)有机半导体化合物的混合物的具有光伏特性的涂层，通过选择供体/受体对，在光伏器件范围内使光伏涂层能以适合使用的方式来调节该光伏涂层的半导体性质。

更具体地，本发明的目的是一种基于至少一种N型有机半导体化合物和至少一种P型有机半导体化合物的混合物的光伏涂层，其中有机半导体化合物中的至少一种，优选N型有机半导体化合物是包括醌主体的化合物，优选包括式(I)化合物的化合物：

其中：

＝A₁基团是＝O、＝C(CN)₂或＝N(CN)；