含杂原子立体规则性聚（3-取代噻吩）的光电池制造技术

可用于光电应用的立体规则性聚噻吩聚合物包括共聚物和混合物。所述聚合物可以在侧基上包括杂原子。可以达到更好的效能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2005年9月24日提交的Williams等人的美国临时申请号60/612,641的优先权，这里通过参考引入其全部内容。
技术介绍
虽然太阳能电池技术一直在改进，大概仍需要大幅度的提升以实现例如每瓦$1以下的成本，以实现真正的广泛普及化。具有导电聚合物作为P型半导体的光电池有实现这个目标的潜力，该光电池进行了溶液处理并在大规模卷绕工艺(roll-to-roll process)中印制。聚合物需具有独特的能力以特制成配合需要的应用。具体而言，通过调节带隙、能级和加工性，聚合物正是开放太阳能电池技术应用的关键。需要更好的光电器件，其可以很好地进行商业加工，可经综合性地制造、可合理地定价、且能够具有良好的效能和稳定性。特别是，聚合物材料可以提供良好的加工性和合成的多样性。还需要更好的应用纳米技术和纳米材料以控制聚合物类异质结。Robeson等人的美国专利公开号2005/0022865说明了基于较高玻璃转化温度聚合物的光电系统。专利技术概述这里提供的是塑料电子领域的开发产品，包括，例如，元件由有机和/或塑料材料制成的光电器件，所述材料包括本身导电的聚合物，其他聚合物和有机小分子。特别是使用立体规则性或结构规整，本身导电的聚合物，更具体而言，提供了在光电有机电子器件中的立体规则性聚(3-取代噻吩)。例如，这里说明的是立体规则性聚(3-取代噻吩)和其共聚物作为光电池中的P型半导体的应用，其中3-烷基、3-烷基芳基、或3-芳基取代基具有例如O或S的杂原子取代。一个实施方式提供了一种光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括至少一个P型元件，和至少一个N型元件，其中P型元件包括至少一种聚合物，该聚合物包括立体规则性聚(3-取代噻吩)，其中3-取代基是3-取代基的α-或β-位有杂原子取代的烷基、芳基或烷基/芳基部分。另一个实施方式提供了一种光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括至少一个P型元件，和至少一个N型元件，其中P型元件包括至少一种聚合物，该聚合物包括立体规则性聚(3-取代噻吩)，其中3-取代基是3-取代基的α-或β-位有杂原子取代的烷基、芳基、或烷基/芳基部分，其中杂原子是O或S原子，且其中聚合物是均聚物或共聚物。另一个实施方式提供了其中p型元件中含有少量金属杂质的光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括至少一个P型元件，和至少一个N型元件，其中P型元件基本由至少一种聚合物组成，该聚合物基本由立体规则性聚(3-取代噻吩)组成，其中3-取代基是3-取代基的α-或β-位有杂原子取代的烷基、芳基、或烷基/芳基部分，其中杂原子是O或S原子，且其中聚合物是均聚物或共聚物。另一个实施方式提供了一种光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括至少一个P型元件，和至少一个N型元件，其中P型元件包括至少一种均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物包括立体规则性聚(3-取代噻吩)，其中3-取代基是3-取代基的α-或β-位有杂原子取代的烷基、芳基、或烷基/芳基部分，其中活性层包括多重活性层。另一个实施方式提供了一种光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括至少一个P型元件，和至少一个N型元件，其中P型元件包括至少一种共聚物，该共聚物包括立体规则性聚(3-取代噻吩)，其中3-取代基是3-取代基的α-位上有氧杂原子取代的烷基部分。所述共聚物可进一步包括含有烷基3-取代基的共聚单体。所述共聚物可进一步包括含有约5-25摩尔百分比的烷基3-取代基的共聚单体。所述活性层进一步包括不同的聚噻吩。P型和N型材料的重量比可约为1∶1至3∶1，或可选地为约1.5∶1至2.5∶1。活性层可以包括聚合物-富勒烯异质结。还提供了制造光电器件的方法和使用光电器件的方法。其中一个基本和新颖的特征在于P型材料具有非常低并允许光电应用的金属杂质。另外杂原子的使用为光电器件提供了可调谐性。附图说明图1表示标明了3-取代基的α-和β-位的立体规则性聚(3-取代噻吩)。图2表示聚(3-[α-硫杂庚基]噻吩)、有α-位杂取代的聚(3-取代噻吩)。图3表示聚(3-[β-氧杂庚基]噻吩)、有β-位杂取代的聚(3-取代噻吩)。图4表示聚(3-[α，δ，η-三氧杂辛基]噻吩)、有多重杂原子取代的聚(3-取代噻吩)，包括α-位杂取代。图5表示聚(3-[β，ε，θ-三氧杂壬基]噻吩)、有多重杂原子取代的聚(3-取代噻吩)，包括β-位杂取代。图6表示立体规则性聚(3-取代)噻吩的不同嵌段共聚物的简图，包括(A)AB型共聚物和(B)ABA型共聚物；其中B单元是嵌段聚噻吩且A单元是另一类共聚物嵌段。图7表示包括在衬底上的阳极、P型材料、N型材料和在衬底上的阴极的一个实施方式。图8表示包括多重活性层和电极或间隔层的另一实施方式。图9表示另一实施方式，其中P型和N型材料是混合的。图10表示在0.1M Bu4NPF6ZCH3CN中以20mV/s扫描速率得到用于在玻碳工作电极上溶液涂覆(CHCl30.3％w/w)薄膜的P3HT-ran-PMEET/MEET的循环伏安图。图11表示结构为ITO/PEDOT:PSSA/活性层/LiF/Al的两个聚合物光电池的电流密度vs电压(J-V)特征。活性层由两个P型半导体聚合物和PCBM的体相异质结制成。专利技术详述优先权美国临时申请号60/612,641(2005年9月24日Williams等人提交)，在此通过参考引入其全部内容，包括权利要求和附图。2005年3月16日提交的临时申请号60/661,934(“Copolymers of SolublePoly(thiophenes)with Improved Electronic Performance”)，在此通过参考引入其全部内容。2005年9月24日Williams等人提交的共同申请序号——(“Heteroatomic Regioregular Poly(3-substitutedthiophenes)inelectroluminescent devices”)，以及2004年9月24日提交的临时申请60/612,640，在此通过参考引入其全部内容，说明OLED器件。在下面对杂原子取代位置的命名的说明中，可以等同地使用两种系统(1)α，β，γ等等同于(2)1，2，3等。光电池和一般的共轭聚合物本专利技术有多种实施方式，但一般涉及立体规则性聚(3-取代噻吩)和其共聚物作为光电池中的P型半导体的应用，其中3-烷基、3-烷基芳基、或3-芳基取代基具有杂原子取代。本领域技术人员可以在实践本专利技术时采用下面所说明的。在本专利技术的光电池中应用有机或聚合物材料提供许多理想的性质，例如改善的电池效能，材料和元件在电池生产中便于加工，使用旋涂、滴涂和印制技术的能力使在光电池中使用P型半导体，制备更灵活的光电池的能力，制备轻质的光电池的能力，以及制备低成本光电池的能力。下面记录了其他的好处。光电池可以是电化学装置，可将电磁辐射转化成电能。虽然本专利技术不受理论限制，但是这可以在与N型半导体紧密接触的P型半导体中通过发生光子吸收产本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电器件，包括：第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中所述活性层包括至少一个Ｐ型元件和至少一个Ｎ型元件，其中Ｐ型元件包括至少一种聚合物，该聚合物包括立体规则性聚（３－取代噻吩），其中３－取代基是３－ 取代基的α－或β－位中的任一位置上有杂原子取代的烷基、芳基、或烷基／芳基部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-24 60/612,6411.光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中所述活性层包括至少一个P型元件和至少一个N型元件，其中P型元件包括至少一种聚合物，该聚合物包括立体规则性聚(3-取代噻吩)，其中3-取代基是3-取代基的α-或β-位中的任一位置上有杂原子取代的烷基、芳基、或烷基/芳基部分。2.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述杂原子是氧原子。3.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述杂原子取代是在3-取代基的α-位。4.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物是嵌段共聚物。5.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物是无规共聚物。6.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物是含有非噻吩单元的共聚物。7.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述N型元件和P型元件是相互共价键合的。8.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述N型元件和P型元件是通过配位键相互键合的。9.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物为共聚物，所述聚合物在聚合物链上包括至少两个不同的噻吩单元。10.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物为共聚物，所述聚合物在聚合物链上包括至少两个不同的官能化的噻吩单元。11.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物包括由一个或多个噻吩单元衍生的非聚(3-取代噻吩)单元。12.根据权利要求1所述的光电器件，其中所述聚合物包括非立体规则性聚(3-取代噻吩)单元。13.光电器件，包括第一电极，第二电极，设置在第一和第二电极间的活性层，其中活性层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：特洛伊D哈蒙德，达林W莱尔德，肖恩P威廉姆斯，安德鲁W汉娜，埃琳娜E舍伊娜，贾世军，
申请(专利权)人：普莱克斯托尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]