[发明专利]作为太阳能电池的缓冲和颜色调整层的对亚苯基材料

说明书

公开了具有联接到缓冲层的光活性层的光伏器件。这种器件可透可见光，但是吸收近红外光和/或紫外光。该光伏器件可以包括充当缓冲层的对亚苯基层。该光伏器件可以包括一个或多个光活性层。该一个或多个光活性层可以包括单个平面异质结、单个体异质结(BHJ)或具有互补吸收特性的多个层叠的BHJ、以及其他可能性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月16日提交的标题为“作为太阳能电池的缓冲和颜色调整层的对亚苯基材料(PARA-PHENYLENES AS BUFFER AND COLOR TUNING LAYERS FOR SOLARCELLS)”的美国临时专利申请第62/887,983号的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文，以用于所有目的。

背景技术

光伏器件通常用于通过利用光伏效应将光转换成电，在光伏效应中，吸收的光使得电子或其它载流子激励到更高能态。相反类型的载流子的分离导致可由外部电路利用的电压。光伏器件(例如光伏太阳能电池)可以封装在一起，以构成更大的光伏系统的光伏阵列(例如太阳能电池板)。使用光伏系统发电是可再生能源的重要形式，这在世界范围内持续成为主流电源。

为了抵消大部分不可再生能源消耗，利用太阳能所必需的表面积仍然存在障碍。出于该原因，期望可集成到家庭、摩天大楼和汽车的窗玻璃上的低成本、透光、有机光伏(Organic Photovoltaic，OPV)器件。例如，在汽车和建筑中利用的窗玻璃对于可见光谱(例如波长为约450nm至650nm的光)分别通常为70％至80％和40％至80％的透射率。无机半导体的低机械柔性、高模块成本以及更重要的是波段状吸收限制了其在透光太阳能电池中的潜在应用。尽管取得了一定进步，但在本领域中仍需要透光太阳能技术领域中的改进的系统、方法和器件结构。

发明内容

为了提供大的表面积以利用太阳能，期望可集成到窗玻璃上的透光有机光伏(OPV)器件。与无机半导体相比，有机和分子半导体的光学特性导致吸收光谱高度结构化，其吸收最小值和最大值与无机对应物的波段吸收独特地不同。然而，虽然存在多种有机和分子半导体，但是许多有机和分子半导体在可见光谱中显示出强吸收，因此对于在基于窗玻璃的光伏器件的使用中不是最佳的。

本申请总体上涉及光学活性材料和器件领域，更具体地涉及可透可见光和不可透可见光的光伏器件以及用于可透可见光和不可透可见光的光伏器件的材料。

参考下文给出的各种示例提供本发明的概述。如下文所使用的，对一系列示例的任何引用应被理解为对这些示例中的每一者的单独引用(例如，“示例1至4”应被理解为“示例1、2、3或4”)。

示例1是一种有机光伏器件，包括：基板；第一电极，其联接到基板；缓冲层，其联接到第一电极，其中，缓冲层包括具有对亚苯基材料的对亚苯基层；第二电极，其布置在第一电极上方；以及一个或多个光活性层，其布置在缓冲层与第二电极之间，一个或多个光活性层具有至少一种电子供体材料和至少一种电子受体材料。

示例2是示例1的有机光伏器件，其中，对亚苯基材料包括对七联苯材料、对六联苯材料、对四联苯材料或对五联苯材料。

示例3是示例1的有机光伏器件，其中，对亚苯基材料具有下式：

其中，各个X独立地为C-R或N，其中，n为1、2、3、4或5，并且其中，各个R独立地为H、F、Cl、Br、CH₃、OCH₃、Si(CH₃)₃、NH₂、OH、SH、CN或CF₃。

示例4是示例1的有机光伏器件，其中，一个或多个光活性层包括单异质结。

示例5是示例4的有机光伏器件，其中，单异质结是平面异质结。