[发明专利]平面供体‑受体异质结及包含其的光伏电池

说明书

本申请是2014年3月5日提交的发明名称为“用在太阳能电池中的第IV族金属的芳氧基酞菁”的中国申请第201480010350.4号的分案申请。

技术领域

本公开涉及包含第IV族金属的芳氧基酞菁化合物的组合物、用于制备所述组合物的方法以及由其制造的制品。

背景技术

例如，可在低成本光伏电池中使用有机材料作为半导体。有机材料相对于现有硅技术可在材料及制造成本方面提供显著优点，且它们通常不会遭受对于硅常见的市场供应需求压力。基于现有技术分子的薄膜器件可呈现与那些基于聚合物的电池类似的效率；然而，有机薄膜太阳能电池由于其易于制造而提供显著优点。有机薄膜太阳能电池无需利用基于聚合物的电池所采用的溶液处理方法。而是，它们通常使用实施规模可改变且相对廉价的真空沉积方法。这种器件结构的优点在于无需形成纳米相分离的本体异质结膜结构。

使用常规方法制备的当前可用的有机半导体通常遭受低电荷载流子迁移率或电导。另外，在小分子的情形下，通常观察到膜形成性质和电性能二者的批次变化。因此，期望获得具有可通过分子变化调整、优化或设计的性能性质的新有机半导电体材料。这些需要及其他需要通过本发明的组合物和方法来满足。

发明内容

本发明一般涉及芳氧基酞菁化合物、用于制备所述化合物的方法以及由其制造的制品。在一个方面，芳氧基-酞菁化合物包含各种芳氧基分子部分及第IV族金属。

本文描述具有通用分子结构(I)的化合物：

其中M是一种或更多种第IV族金属且包括硅、锗、锡或其组合；其中“n”是等于或大于0的整数；其中每个R₁独立地包括直链烷基、带支链的烷基、环烷基、烯基、炔基、烷氧基、芳氧基、杂环基团、单环芳香族基团、多环芳香族基团、芳基、烷基芳基、芳基烷基、亚烷基、氢、卤素或其组合；且其中R₂包括包含大于或等于约6至约22个碳原子的含芳基基团，其中含芳基基团可任选地在任一个或更多个位置处被一个或更多个杂原子取代，其中杂原子，若存在，可包括卤素、氧、硫、氮或其组合。

在再一个方面，本文阐述具有通用结构(II)的化合物：

其中M是一种或更多种第IV族金属且包括硅、锗、锡或其组合；其中“n”是等于或大于0的整数；其中每个R₁独立地包括直链烷基、带支链的烷基、环烷基、烯基、炔基、烷氧基、芳氧基、杂环基团、单环芳香族基团、多环芳香族基团、芳基、烷基芳基、芳基烷基、亚烷基、氢、卤素或其组合；且其中R₂和R₃相同或不同且可独立地包括卤素、氧、硫、氮、芳基或包含大于或等于约6至约22个碳原子的含芳氧基基团，其中含芳基基团可任选地在任一个或更多个位置处被一个或更多个杂原子取代，其中杂原子，若存在，可包括卤素、氧、硫、氮或其组合；

在再一个方面，本文描述用于制备具有通用结构(I)的化合物的方法，该方法包括：(a)提供包含含有卤素-金属键的经R₁取代的酞菁前体的化合物，其中卤素包括氯化物、溴、碘、氟或其组合，且其中每个R₁包括直链烷基、带支链的烷基、环烷基、烯基、炔基、烷氧基、芳氧基、杂环基团、单环芳香族基团、多环芳香族基团、芳基、烷基芳基、芳基烷基、亚烷基、氢、卤素或其组合；(b)提供包含任选地经取代的含芳基(-R₂)和/或任选地经取代的含芳基醇基团(OH-R₂)的反应物，其中R₂包含大于或等于约6至约22个碳原子，其中反应物，若经取代，则可在一个或更多个位置处被一个或更多个包括卤素、氧、硫、氮或其组合的杂原子取代；及(c)在有机溶剂存在下在有效形成具有通用分子结构(I)的化合物的条件下使包含含有卤素-金属键的酞菁前体的化合物与反应物反应，其中具有通用分子结构(I)的化合物在有机溶剂中不溶、微溶、部分地可溶，或在有机溶剂中至少部分地可溶。