BR112020012161A2

BR112020012161A2 - camadas ativas e dispositivos optoeletrônicos com base em não fulerenos e/ou removedores de furo

Info

Publication number: BR112020012161A2
Application number: BR112020012161-4A
Authority: BR
Inventors: Derya Baran; Nicola Gasparini; Daniel Thomas James Bryant; Joel Troughton
Original assignee: King Abdullah University Of Science And Technology
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-11-24
Also published as: EP3729533A1; JP2021508415A; US20210167309A1; WO2019123267A1; CN111837251A; JP7279998B2

Abstract

a presente invenção se refere a uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico que compreende um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo. as modalidades da presente descrição descrevem um dispositivo optoeletrônico que compreende um primeiro material de eletrodo, uma camada ativa, e um segundo material de eletrodo, em que o primeiro material de eletrodo e o segundo material de eletrodo ficam em lados opostos da camada ativa, em que a camada ativa compreende um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CAMADAS ATIVAS E DISPOSITIVOS OPTOELETRÔNICOS COM BASE EM NÃO FULERENOS E/OU REMOVEDORES DE FURO”

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[001] Semicondutores orgânicos são concebidos para impactar positivamente a vida humana através de aplicações que variam de sensores e visores a iluminação e elementos fotovoltaicos. Em oposição à maioria das contrapartes inorgânicas, os dispositivos orgânicos podem ser impressos a partir da solução em substratos plásticos, permitindo produtos extremamente finos, leves e elásticos que podem ser manufaturados através de grandes áreas com liberdade de forma. Na última década, os elementos fotovoltaicos orgânicos (OPV), conduzidos pela impressiva melhoria na eficiência e estabilidade de dispositivos, começaram a se mover gradualmente de um mero fenômeno no laboratório para um mercado de nicho. Uma vantagem chave dos semicondutores orgânicos processáveis por solução é a oportunidade de mesclar diferentes materiais a fim de alcançar inéditas propriedades e aplicações de material.

[002] Uma abordagem intrigante para o desenvolvimento de OPV é deslocar a janela de absorção do material da camada ativa da parte visível (400-700 nm) para a parte próxima de infravermelho (NIR) do espectro para fabricar células solares orgânicas semitransparentes que apresentam transparência na faixa visível, ao mesmo tempo coleta simultaneamente a parte infravermelha do espectro para a conversão de luz para corrente. Comumente, os derivados de fulereno, por exemplo, PCBM e PC70BM, eram os materiais aceitantes comuns. Quando usados em combinação com as pequenas moléculas ou polímeros doadores, os mesmos formavam a camada fotoativa de células solares de heterojunção de volume (BHJ). Devido ao recente rápido ritmo de desenvolvimento de OPV mediante o advento de alternativas altamente eficientes aos fulerenos, espera-se que os assim denominados materiais de elétron não fulereno (NF) com comportamento de coleta de luz, estabilidade e recombinação de carga superior em relação a dispositivos com base em fulereno sejam de relevância em particular. A camada fotoativa de células solares de heterojunção de volume consiste em materiais doadores e aceitantes intimamente misturados em conjunto a fim de maximizar a conversão de luz para corrente. Assim, a razão doador/aceitante comum (D/A) é 1:1-1:2 em peso (w/w) e raramente mais do que 1:4 w/w pode ser encontrado na literatura. Ter quantidades similares dos dois componentes melhora i) o arrefecimento do excíton, já que as interfaces D/A são distribuídas por todo o volume e, ao mesmo tempo, ii) a formação de rotas de percolação para as portadoras até seus respectivos eletrodos. Notavelmente, pela consideração da transmissão visível média (AVT) da camada fotoativa com D/A 1:1- 1:4 w/w, muito poucos exemplos estão relatando AVT > 50 % e ao mesmo tempo conservando a eficiência de conversão de energia (PCE) > 5 %. O procedimento comum para aumentar a AVT em fulereno e sistema com base em NF é diminuir a espessura da camada fotoativa e deslocar a absorção na região NIR. NFs oferece chances superiores para AVT superior através de derivados de fulereno, devido à absorção de PC70BM na região visível, enquanto que NF pode ser desenhado para absorver acima de 700 nm.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] No geral, as modalidades da presente descrição descrevem camadas ativas de dispositivos optoeletrônicos, métodos de fabricação de camadas ativas, dispositivos optoeletrônicos que incluem as camadas ativas, métodos de fabricação de dispositivos optoeletrônicos, células solares em tandem, e métodos de conversão de luz para corrente.

[004] Desta maneira, as modalidades da presente descrição descrevem uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico que compreende um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico compreende um componente não fulereno. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico consiste essencialmente em um componente não fulereno. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico compreende um componente não fulereno e um componente de remoção de furo. Em uma modalidade,

um dispositivo optoeletrônico consiste essencialmente em um componente não fulereno e um componente de remoção de furo.

[005] As modalidades da presente descrição descrevem um método de fabricação de uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico que compreende contatar um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo em uma presença de um solvente suficiente para formar uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico. Em uma modalidade, o método compreende adicionalmente depositar a solução mesclada em um ou mais de um substrato, uma camada de contato seletivo e um material de eletrodo.

[006] As modalidades da presente descrição descrevem um dispositivo optoeletrônico que compreende um primeiro material de eletrodo; uma camada ativa; e um segundo material de eletrodo, em que o primeiro material de eletrodo e o segundo material de eletrodo ficam em lados opostos da camada ativa. Em uma modalidade, a camada ativa consiste essencialmente em um componente não fulereno, ou compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico pode incluir opcionalmente um ou mais de um substrato, uma primeira camada de contato seletivo, e uma segunda camada seletiva.

[007] As modalidades da presente descrição descrevem um dispositivo optoeletrônico que compreende um ou mais de um substrato, um primeiro material de eletrodo, uma primeira camada de contato seletivo, uma camada ativa, uma segunda camada de contato seletivo, e um segundo material de eletrodo. Em uma modalidade, um ou mais do substrato, da primeira camada de contato seletivo e da segunda camada de contato seletivo são opcionalmente incluídos no dispositivo optoeletrônico.

[008] As modalidades da presente descrição descrevem uma célula solar em tandem que compreende um substrato; uma subcélula fotovoltaica orgânica (OPV) que inclui pelo menos uma camada ativa, em que a camada ativa compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo; e uma subcélula de silício amorfo (a-Si) que inclui pelo menos uma camada de silício amorfo;

em que a subcélula OPV e o substrato ficam em lados opostos da subcélula a-Si.

[009] As modalidades da presente descrição descrevem um método de fabricação de um dispositivo optoeletrônico que compreende depositar uma solução mesclada em um primeiro material suficiente para formar uma camada ativa, em que a solução mesclada inclui um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo; e depositar um segundo material na camada ativa, em que o primeiro material e o segundo material ficam em lados opostos da camada ativa.

[010] As modalidades da presente descrição descrevem um método de uso de um dispositivo optoeletrônico que compreende irradiar uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico, em que a camada ativa compreende um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo, e converter a luz em eletricidade ou a eletricidade em luz.

[011] Os detalhes de um ou mais exemplos são apresentados na descrição a seguir. Outros recursos, objetivos e vantagens ficarão aparentes a partir da descrição e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] Esta descrição escrita descreve as modalidades ilustrativas que são não limitantes e não exaustivas. Nos desenhos, que não estão necessariamente desenhados em escala, números iguais descrevem componentes substancialmente similares por todas as diversas vistas. Os números iguais com diferentes sufixos de letras representam diferentes instâncias de componentes substancialmente similares. Os desenhos ilustram, no geral, a título de exemplo, mas não a título de limitação, várias modalidades discutidas no presente documento.

[013] A referência é feita às modalidades ilustrativas que são representadas nas figuras, em que: a figura 1 é um fluxograma de um método de um método de fabricação de uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[014] A figura 2 é um diagrama esquemático de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[015] A figura 3 é um diagrama esquemático de um dispositivo optoeletrônico que mostra várias camadas opcionais de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[016] A figura 4 é um fluxograma de um método de fabricação de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[017] A figura 5 é um fluxograma de um método de uso de um dispositivo optoeletrônico que compreende uma camada ativa da presente descrição, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[018] A figura 6 é um diagrama esquemático que mostra uma configuração de uma célula solar orgânica invertida, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[019] A figura 7 é um diagrama esquemático de uma fórmula química para materiais doadores/aceitantes usados como uma camada fotoativa, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[020] A figura 8 é uma vista gráfica que mostra características J-V de uma camada fotoativa de componente único que compreende um componente não fulereno, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[021] A figura 9 é uma vista gráfica de um sistema diluído que compreende uma razão do componente de remoção de furo pelo componente não fulereno de 1:10, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[022] A figura 10 é uma vista gráfica de representações gráficas UV-Vis de mescla PTB7-th:IEICO-4F diluída em comparação com a sensibilidade do olho humano para AVT, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[023] A figura 11 é uma vista gráfica de representações gráficas UV-Vis da mescla PTB7-th:IEICO-4F diluída em comparação com a sensibilidade do olho humano para transparência, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[024] A figura 12 compreende micrográficos ópticos de um módulo solar com três subcélulas interconectadas, em que as inserções na esquerda representam ampliações ópticas da região interconexão, em que as linhas de laser P1, P2, e P3 são destacadas, e em que a área fotoinativa (área morta, azul) e a área total (amarelo) do módulo também são destacadas, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[025] A figura 13 é uma vista gráfica de PCE normalizado de células solares com base em D/A 1:2 e 1:10 no curso da exposição à luz, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[026] As figuras 14A-14B são vistas gráficas que mostram (A) as características de corrente-voltagem de dispositivos binários e ternários em 1 iluminação solar; e (B) PCE normalizado em função do tempo para os dispositivos binários e ternários degradados em 80 graus C em condições inertes, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[027] A figura 15 é uma vista gráfica que mostra a resposta e estatística de corrente-voltagem para células solares de junção individual e de múltiplas junções com base no sistema orgânico diluído, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[028] A figura 16 é um desenho esquemático de uma célula solar em tandem, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[029] A invenção da presente descrição se refere a camadas ativas que podem ser incorporadas em uma variedade de dispositivos optoeletrônicos. Por exemplo, as camadas ativas podem ser incorporadas em, entre outras coisas, um ou mais de células solares, fotodetectores, dispositivos paraelétricos, transistores de efeito de campo, fotodiodos, fototransistores, fotomultiplicadores, optoisoladores, circuitos ópticos integrados, fotorresistores, tubos fotocondutores, dispositivos com carga acoplada, diodos laser de injeção, lasers de cascata quântica, diodos emissores de luz, diodos orgânicos emissores de luz, e tubos fotoemissivos. As camadas ativas dos dispositivos optoeletrônicos podem compreender um ou mais de um componente não fulereno e um componente de remoção de furo. Diferente de materiais convencionais como aceitantes de fulereno, que eram limitados à absorção de radiação UV ou radiação próxima de UV, o componente não fulereno pode absorver radiação próxima de infravermelho, entre outros e, assim, pode ser usado como dispositivos optoeletrônicos de componente individual transparentes. O componente não fulereno pode ser mesclado (por exemplo, intimamente misturado) com um ou mais componentes de remoção de furo para formar sistemas diluídos. As camadas ativas da presente descrição podem ser usadas para escalar ascendentemente e fabricar os dispositivos optoeletrônicos com características de transparência, estabilidade e desempenho sem precedentes. Um outro benefício é que os dispositivos optoeletrônicos e/ou as camadas ativas podem ser fabricados usando uma variedade de técnicas de revestimento e de impressão usando solventes químicos ambientalmente amigáveis ou verdes.

[030] Enquanto as camadas ativas convencionais compreendem doadores e aceitantes, as camadas ativas da presente descrição podem compreender um ou mais componentes não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo. Por exemplo, as camadas ativas da presente descrição podem consistir essencialmente em um ou mais componentes não fulereno (por exemplo, um aceitante de elétron não fulereno), ou podem compreender um ou mais componentes não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Pelo menos um benefício da presente invenção é que a geração de furo / carga de elétron pode ser obtida em um único material (por exemplo, um material não fulereno). Em muitas modalidades, nenhum material doador é exigido ou incluído nas camadas ativas da presente descrição. Por exemplo, as camadas ativas e/ou os dispositivos optoeletrônicos da presente descrição podem compreender ou consistir, essencialmente, em um componente não fulereno. Em outras modalidades, a camada ativa pode compreender adicionalmente um ou mais componentes de remoção de furo. Por exemplo, em algumas modalidades, o componente de remoção de furo pode não ser apropriadamente considerado um material doador em virtude de o mesmo poder não funcionar como e/ou poder não exibir nenhuma das características de um doador. Em vez disto, uma baixa quantidade de componente de remoção de furo pode ser introduzida na camada ativa para formar um sistema diluído no qual o componente de remoção de furo age apenas como um removedor de furo e/ou promove a extração de cargas (por exemplo, extrai um furo do aceitante não fulereno).

[031] As camadas ativas e/ou os dispositivos optoeletrônicos da presente descrição exibem transparência e estabilidade sem precedentes. No geral, o componente não fulereno é substancialmente ou completamente transparente, ao mesmo tempo em que, em algumas modalidades, o componente de remoção de furo pode diminuir a transparência. Desta maneira, em modalidades em que um ou mais componentes de remoção de furo são adicionados, pode ser desejável adicionar uma baixa quantidade dos um ou mais componentes de remoção de furo a fim de fabricar camadas ativas e/ou dispositivos optoeletrônicos altamente ou completamente transparentes. Estes sistemas diluídos que compreendem uma concentração relativamente baixa do componente de remoção de furo podem ser altamente estáveis.

DEFINIÇÕES

[032] Os termos citados a seguir foram definidos da forma descrita a seguir. Todos os outros termos e frases nesta descrição devem ser interpretados de acordo com seu significado ordinário entendido pelos versados na técnica.

[033] Da forma aqui usada, “removedor de furo” ou “componente removedor de furo” ou “componente de remoção de furo” se referem a um elemento, composto, molécula, ou material que promovem uma extração de cargas.

[034] Da forma aqui usada, “não fulereno” ou “NF” ou “componente não fulereno” se referem a qualquer material adequado para absorver radiação.

[035] Da forma aqui usada, “contatar” se refere ao ato de tocar, fazer contato, ou de colocar em imediata ou íntima proximidade, incluindo no nível celular ou molecular, por exemplo, para proporcionar uma reação fisiológica, uma reação química, ou uma mudança física, por exemplo, em uma solução, em uma mistura de reação, in vitro,

ou in vivo. Desta maneira, adicionar, agitar, tratar, tombar, vibrar, sacudir, misturar, e aplicar são formas de contatar para juntar dois ou mais componentes.

[036] Da forma aqui usada, “depositar” se refere a dispor, imprimir (por exemplo, imprimir por jato de tinta), revestimento por lâmina de raspadeira, revestimento por haste, revestimento por matriz com ranhura, revestimento por aspersão, crescimento, gravação, dopagem, epitaxia, oxidação térmica, pulverização catódica, fundição, deposição (por exemplo, deposição de vapor químico, deposição de vapor físico, etc.), revestimento por centrifugação, evaporação, aplicação, tratamento, e quaisquer outros técnica e/ou método conhecidos pelos versados na técnica.

[037] Da forma aqui usada, “irradiar” se refere à exposição à radiação. A radiação pode compreender qualquer comprimento de onda, frequência ou faixa dos mesmos em um espectro eletromagnético. Por exemplo, a irradiação pode se referir à exposição a uma radiação próxima de infravermelho.

[038] Da forma aqui usada, “converter” se refere a qualquer processo para converter energia.

[039] As modalidades da presente descrição descrevem uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico que compreende um ou mais componentes não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo. As modalidades da presente descrição também descrevem uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico que consiste essencialmente em um componente não fulereno, ou que compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico consiste essencialmente em um componente não fulereno. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico compreende um componente não fulereno. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico consiste essencialmente em um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico compreende ou consiste essencialmente em um primeiro componente não fulereno, um segundo componente não fulereno diferente do primeiro componente não fulereno, e um componente de remoção de furo.

[040] O dispositivo optoeletrônico pode, no geral, incluir e/ou se referir a quaisquer dispositivo e/ou sistema que origina, detecta e/ou controla a luz. Por exemplo, o dispositivo optoeletrônico pode incluir qualquer dispositivo com base em um ou mais de efeito fotoelétrico, efeito fotovoltaico, fotocondutividade, emissão estimulada e recombinação radiativa. Em muitas modalidades, o dispositivo optoeletrônico usa os componentes eletrônicos orgânicos. Por exemplo, o dispositivo optoeletrônico pode incluir um ou mais de um elemento fotovoltaico orgânico (OPV), um fotodiodo orgânico (OPD), um diodo orgânico emissor de luz (OLED), e fototransistor orgânico de efeito de campo (fotOFET). Em outras modalidades, o dispositivo optoeletrônico pode incluir um ou mais de células solares, fotodetectores, dispositivos paraelétricos, transistores de efeito de campo, fotodiodos, fototransistores, fotomultiplicadores, optoisoladores, circuitos ópticos integrados, fotorresistores, tubos fotocondutores, dispositivos com carga acoplada, diodos laser de injeção, lasers de cascata quântica, diodos emissores de luz, diodos orgânicos emissores de luz, e tubos fotoemissivos.

[041] A camada ativa pode ser adequada para converter luz em eletricidade e/ou eletricidade em luz. Por exemplo, em muitas modalidades, a camada ativa pode ser caracterizada como uma camada fotoativa. A camada ativa pode absorver luz proveniente de qualquer parte do espectro eletromagnético. Em muitas modalidades, a camada ativa absorve a radiação próxima de infravermelho. Em outras modalidades, a camada ativa absorve um ou mais de radiação visível, próxima de infravermelho e infravermelha.

[042] A camada ativa pode compreender um componente não fulereno (por exemplo, um aceitante não fulereno ou um aceitante de elétron não fulereno). O componente não fulereno pode incluir qualquer material não fulereno adequado para absorção de radiação eletromagnética ou luz de um comprimento de onda, uma frequência ou uma faixa dos mesmos desejados. Por exemplo, o componente não fulereno pode incluir qualquer material semicondutor de absorção de luz. Em muitas modalidades, o componente não fulereno é um material que absorve a radiação próxima de infravermelho. O componente não fulereno pode exibir propriedades semicondutoras intrínsecas, em vez de propriedades excitônicas. Este recurso do componente não fulereno é completamente diferente de materiais com base em doador e em fulereno convencionais. Por exemplo, diferente de doadores e aceitantes convencionais, que dão origem exclusivamente aos excítons, o componente não fulereno pode gerar ou formar cargas livres. Mais especificamente, o componente não fulereno pode ser capaz de dividir eficientemente os excítons em cargas livres próximo da temperatura ambiente, entre outras temperaturas, na ausência de quaisquer materiais doadores. Em algumas modalidades, o componente não fulereno é ambipolar (por exemplo, gera cargas livres). Por exemplo, em uma modalidade, devido ao caráter ambipolar dos materiais não fulereno, cada respectivo eletrodo pode coletar furos e elétrons. Embora os materiais não fulereno possam ser ambipolares, isto não deve ser limitante em virtude de, em outras modalidades, o componente não fulereno poder ser ou incluir materiais que não são ambipolares.

[043] O componente não fulereno pode ser um ou mais de uma pequena molécula, um oligômero, um polímero e uma metaestrutura reticulada. Em muitas modalidades, o componente não fulereno pode incluir um ou mais de indacenoditiofeno acoplado em rodanina-Benzotiadiazol (IDTBR); indacenoditieno[3,2-b]tiofeno, IT), limitado na extremidade com grupos 2-(3-oxo-2,3- di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (INCN) (ITIC); indaceno[1,2-b:5,6-b′]ditiofeno e 2-(3-oxo-2,3-di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (IEIC); 2,2′-((2Z,2′Z)-((5,5′- (4,4,9,9-tetrakis(4-hexilfenil)-4,9-di-hidro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]ditiofeno-2,7- diil)bis(4-((2-etilexil)-oxi)tiofeno-5,2-diil))bis(metanililideno))bis(3-oxo-2,3-di-hidro-1H- indeno-2,1-diilideno))dimalononitrilo (IEICO); naftaleno-diimida (NDI); perileno bisimida ligado em compartimento (di-PBI); perileno bisimida (PBI); conteúdo de Benzotriazol Limitado na extremidade com Tiazolidina-2,4-diona (TD); Naftalocianina

(NC); Ftalocianina (PC); Nafto[1,2- c :5,6- c ′]bis[1,2,5]tiadiazol; (2E,2′E)-3,3′-(2,5- dimetóxi-1,4-fenileno)bis(2-(5-(4-(N-(2-etilexil)-1,8-naftalimida)il)tiofen-2- il)acrilonitrila) (NIDCS–MO); tieno[3,4-b] tiofeno e combinação 2-(1,1- dicianometileno)rodanina (ATT-1); (3,9-bis(4-(1,1-dicianometileno)- 3-metileno-2-oxo- ciclopenta[b]tiofeno)-5,5,11,11-tetrakis(4-hexilfenil)-ditieno[2,3-d′:2,3-d′]-s- indaceno[1,2-b:5,6- b′]-ditiofeno (ITCC); Indanediona; Dicianovinil; Benzotiadiazol; Dicetopirolopirrol; arileno diimida; e IDIC. Em modalidades preferidas, o componente não fulereno inclui um ou mais de indacenoditiofeno, indacenoditieno[3,2-b]tiofeno, e indaceno[1,2-b:5,6-b’]ditiofeno.

[044] Embora os um ou mais componentes não fulereno por si mesmos sejam suficientes para as camadas ativas (por exemplo, camadas fotoativas) dos dispositivos optoeletrônicos da presente descrição, em algumas modalidades, por exemplo, um dispositivo de único componente (por exemplo, camadas ativas que consistem essencialmente ou compreendem um componente não fulereno, etc.) pode exibir limitada eficiência de conversão de energia (PCE), que pode ser atribuída ao contato não ôhmico do nível HOMO/LUMO com o HTL e ETL, respectivamente, e/ou os processos de recombinação de carga no material devido à formação de estados de defeitos e/ou armadilha. Para reduzir esta limitação, em algumas modalidades, uma baixa quantidade de um ou mais materiais pode ser introduzida para formar sistemas diluídos binários, sistemas diluídos ternários, etc. Em tais sistemas diluídos, o material “doador” (por exemplo, polímero, pequena molécula, etc.) age como um “removedor de furo”, que promove a extração de cargas e que melhora, entre outras coisas, FF e Jsc, se comparado com os dispositivos de único componente. Desta maneira, em virtude de o material “doador” não funcionar, realizar, agir, ou servir como um “material doador” convencional, da forma entendida pelos versados na técnica, este material é a seguir referido como um “removedor de furo” ou um “componente removedor de furo” ou um “componente de remoção de furo”.

[045] Desta maneira, em uma modalidade, a camada ativa (por exemplo, camada fotoativa) pode compreender adicionalmente um ou mais componentes de remoção de furo. Por exemplo, em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico inclui um componente não fulereno e um componente de remoção de furo. Este é um exemplo de um sistema diluído binário. Em uma outra modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico inclui um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo, em que os um ou mais componentes de remoção de furo compreendem um primeiro componente de remoção de furo e um segundo componente de remoção de furo, em que o primeiro componente de remoção de furo e o segundo componente de remoção de furo são diferentes. Este é um exemplo de um sistema diluído ternário. Em uma modalidade, uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico inclui um primeiro componente não fulereno, um segundo componente não fulereno diferente do primeiro componente não fulereno, e um componente de remoção de furo. Versões de ordem superior e/ou diferentes de sistemas diluídos podem ser empregadas. Em muitas modalidades, a camada ativa é uma mescla (por exemplo, mistura) dos um ou mais componentes não fulereno e dos um ou mais componentes de remoção de furo. Os componentes de remoção de furo podem ser um ou mais de uma pequena molécula, um oligômero, um polímero e uma metaestrutura reticulada. Os componentes de remoção de furo podem incluir um ou mais de tiofeno, aceno, flúor, carbazol, indacenoditieno tiofeno, indacenotieno tifeno, benzoditiazol, tieni-benzoditiofeno-diona, Benzotriazol, e dicetopirrolopirrol.

[046] Em modalidades nas quais a camada ativa compreende um ou mais componentes não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo, a camada ativa pode ser transparente ou substancialmente transparente. Em muitas modalidades, o componente não fulereno permite a transparência da camada ativa, enquanto que o(s) componente(s) de remoção de furo pode(m) diminuir a transparência da camada ativa. Em outras palavras, à medida que a quantidade do(s) componente(s) de remoção de furo aumenta, a transparência da camada ativa diminui. Desta maneira, muitas modalidades se referem a um sistema diluído no qual a quantidade dos um ou mais componentes de remoção de furo presentes na camada ativa é baixa em relação à quantidade do componente não fulereno.

[047] Uma razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno pode ser selecionada para ajustar, modificar ou intensificar um PCE e/ou uma transparência da camada ativa. Em muitas modalidades, os um ou mais componentes não fulereno são um componente igual, componente em maioria, ou o único componente. Por exemplo, uma razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno pode variar de cerca de 0:1 até cerca de 1:25. Em algumas modalidades, a razão é cerca de 1:0, cerca de 1:1, cerca de 1:2, cerca de 1:3, cerca de 1:4, cerca de 1:5, cerca de 1:6, cerca de 1:7, cerca de 1:8, cerca de 1:9, cerca de 1:10, cerca de 1:11, cerca de 1:12, cerca de 1:13, cerca de 1:14, cerca de 1:15, cerca de 1:16, cerca de 1:17, cerca de 1:18, cerca de 1:19, cerca de 1:20, cerca de 1:21, cerca de 1:22, cerca de 1:23, cerca de 1:24, ou cerca de 1:25. Em algumas modalidades, a razão pode ser maior do que cerca de 1:25. Em uma modalidade preferida, a razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno varia de cerca de 1:10 até cerca de 1:25. Em uma outra modalidade preferida, a razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno varia de cerca de 1:5 até cerca de 0:1.

[048] Os um ou mais componentes não fulereno e os um ou mais componentes de remoção de furo podem ser mesclados ou misturados para formar a camada ativa. Uma espessura da camada ativa pode ser em uma escala do comprimento que varia de nanômetros a centímetros. Por exemplo, em uma modalidade, uma espessura da camada ativa pode variar de cerca de 1 nm até cerca de 10 cm. Em uma modalidade, uma espessura da camada ativa pode variar de cerca de 1 nm até cerca de 500 µm. Em uma modalidade, uma espessura da camada ativa pode variar de cerca de 1 nm até cerca de 1.000 nm. Em outras modalidades, uma espessura da camada ativa pode ser menor do que cerca de 1 nm. O depósito ou o revestimento da camada ativa podem ser alcançados por meio de uma variedade de técnicas da manufatura (por exemplo, técnicas da manufatura em larga escala). As técnicas da manufatura podem incluir um ou mais de impressão (por exemplo, impressão a jato de tinta), revestimento por lâmina de raspadeira, revestimento por haste, deposição a vácuo, rolo a rolo, folha a folha, revestimento por matriz com ranhura, revestimento por lâmina, impressão de gravura, revestimento por aspersão, revestimento por centrifugação, fundição de queda, impressão flexográfica e revestimento por haste. Em muitas modalidades, a técnica de deposição e/ou de revestimento pode ser usada para fabricar a camada ativa em uma espessura desejada.

[049] A figura 1 é um fluxograma de um método 100 de fabricação de uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Da forma mostrada na figura 1, o método 100 compreende contatar 101 um ou mais componentes não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo em uma presença de um solvente suficiente para formar uma solução mesclada; e depositar 102 a solução mesclada em um ou mais de um substrato, uma camada de contato seletivo e um material de eletrodo suficiente para formar uma camada ativa de um dispositivo optoeletrônico.

[050] Na etapa 101, um ou mais componentes não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo são contatados em uma presença de um solvente suficiente para formar uma solução mesclada. O contato pode incluir, mas sem limitações, misturar, mesclar, agitar, adicionar e dissolver. Em muitas modalidades, os um ou mais componentes não fulereno e, opcionalmente, os um ou mais componentes de remoção de furo são dissolvidos no solvente para formar a solução mesclada. Em uma modalidade, os um ou mais componentes não fulereno são contatados com um solvente para formar uma solução. Em uma modalidade, os um ou mais componentes não fulereno e os um ou mais componentes de remoção de furo são contatados para formar uma solução mesclada.

[051] Os um ou mais componentes não fulereno e/ou um ou mais componentes de remoção de furo podem incluir qualquer um dos materiais aqui descritos. A quantidade dos um ou mais componentes de remoção de furo e/ou dos um ou mais componentes não fulereno contatados na presença de um solvente pode ser definida por uma razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno. A razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno pode, por exemplo, variar de cerca de 0:1 até cerca de 1:25. Por exemplo, a razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno pode variar de cerca de 0:1 até cerca de 1:25. Em algumas modalidades, a razão é cerca de 0:1, cerca de 1:1, cerca de 1:2, cerca de 1:3, cerca de 1:4, cerca de 1:5, cerca de 1:6, cerca de 1:7, cerca de 1:8, cerca de 1:9, cerca de 1:10, cerca de 1:11, cerca de 1:12, cerca de 1:13, cerca de 1:14, cerca de 1:15, cerca de 1:16, cerca de 1:17, cerca de 1:18, cerca de 1:19, cerca de 1:20, cerca de 1:21, cerca de 1:22, cerca de 1:23, cerca de 1:24, ou cerca de 1:25. Em algumas modalidades, a razão pode ser maior do que cerca de 1:25. Em uma modalidade preferida, a razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno varia de cerca de 1:10 até cerca de 1:25. Em uma outra modalidade preferida, a razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno varia de cerca de 1:5 até cerca de 0:1.

[052] O solvente pode incluir qualquer solvente adequado para dissolver um ou mais dos um ou mais componentes não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Por exemplo, o solvente pode incluir um ou mais de solventes orgânicos, solventes inorgânicos, solventes com base aquosa, solventes polares, e solventes não polares. Em uma modalidade, o solvente é um solvente orgânico. Em uma modalidade, o solvente é um ou mais de xileno, tetralina, mesitileno, clorofórmio, clorobenzeno, e diclorobenzeno. Pelo menos um benefício da presente descrição é que o solvente é ou pode incluir um solvente ambientalmente amigável ou um solvente químico verde. Um exemplo de tais solventes inclui, mas sem limitações, um ou mais de xileno, tetralina, e mesitileno.

[053] Na etapa 102, a solução mesclada é depositada, por exemplo, em um ou mais de um substrato, uma camada de contato seletivo e um material de eletrodo. O Depositar pode incluir, mas sem limitações, um ou mais de imprimir, revestir, fundir e depositar. Por exemplo, depositar pode incluir um ou mais de impressão a jato de tinta, revestimento por lâmina de raspadeira, revestimento por centrifugação, revestimento por lâmina, revestimento por aspersão, revestimento por haste, revestimento por matriz com ranhura, revestimento por faca, revestimento por rolo, revestimento por haste de fios, e revestimento por imersão. Em uma modalidade preferida, depositar inclui revestimento por centrifugação. Por exemplo, uma velocidade (por exemplo, revoluções por minuto (rpm)) de um dispositivo de revestimento por centrifugação pode ser ajustada para obter diferentes espessuras da solução mesclada e/ou da camada ativa. Por exemplo, em algumas modalidades, a solução mesclada pode ser depositada em velocidades que variam de cerca de 100 rpm até cerca de 5.000 pm. Em uma modalidade preferida, a solução mesclada é depositada em velocidades que variam de cerca de 300 rpm até cerca de 2.000 rpm. Em uma outra modalidade preferida, depositar pode incluir processos escaláveis, tal como um revestimento por lâmina. Uma espessura da solução mesclada e/ou da camada ativa pode ser em uma escala de comprimento que varia de nanômetros até centímetros.

[054] O objetivo sobre o qual a solução mesclada é depositada pode depender do dispositivo optoeletrônico. Em uma modalidade, a solução mesclada é depositada em um substrato. O substrato pode ser um substrato transparente ou substancialmente transparente, qualquer um dos quais pode ser opcionalmente revestido. Os exemplos de substratos transparentes ou substancialmente transparentes incluem, mas sem limitações, PET, policarbonatos, e quartzo, entre outros materiais, que podem ser opcionalmente revestidos. Em uma modalidade, o substrato pode ser selecionado a partir de um substrato transparente ou substancialmente transparente revestido com óxido de índio-estanho ou óxido de estanho dopado com flúor. Em uma modalidade, a solução mesclada é depositada em um substrato transparente ou substancialmente transparente revestido com óxido de estanho dopado com flúor. Em uma modalidade, a solução mesclada é depositada em um substrato transparente ou substancialmente transparente revestido com óxido de índio-estanho. Os mesmos não devem ser limitantes, já que outros exemplos são aqui descritos. Em uma outra modalidade, a solução mesclada é depositada em um substrato que compreende uma camada de contato seletivo. Em uma outra modalidade, a solução mesclada é depositada em uma camada de contato seletivo. Em uma outra modalidade, a solução mesclada é depositada em um material de eletrodo.

[055] As modalidades da presente descrição descrevem um dispositivo optoeletrônico. O dispositivo optoeletrônico pode compreender um primeiro material de eletrodo, uma camada ativa e um segundo material de eletrodo, em que a camada ativa fica disposta entre o primeiro material de eletrodo e o segundo material de eletrodo. Qualquer uma das camadas ativas da presente descrição pode ser aqui usada. Em muitas modalidades, a camada ativa tanto consiste essencialmente em um componente não fulereno quanto compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes removedores de furo. Por exemplo, em uma modalidade, a camada ativa consiste essencialmente em um componente não fulereno. Em uma modalidade, a camada ativa compreende um componente não fulereno e um componente removedor de furo. Em uma modalidade, a camada ativa compreende um componente não fulereno, um primeiro componente removedor de furo, e um segundo componente removedor de furo, em que o primeiro componente removedor de furo e o segundo componente removedor de furo são diferentes. O componente não fulereno e/ou o componente removedor de furo podem incluir qualquer uma das características ou dos recursos descritos na presente descrição.

[056] A figura 2 é um diagrama esquemático de um dispositivo optoeletrônico 200, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Da forma mostrada na figura 2, o dispositivo optoeletrônico 200 compreende um primeiro material de eletrodo 203, uma camada ativa 207, e um segundo material de eletrodo

211. A camada ativa 207 pode ficar disposta entre o primeiro material de eletrodo 203 e o segundo material de eletrodo 211. Por exemplo, em uma modalidade, a camada ativa 207 pode ficar em contato com uma superfície do primeiro material de eletrodo 203 e uma superfície do segundo material de eletrodo 211, em que o primeiro material de eletrodo 203 e o segundo material de eletrodo 211 ficam em lados opostos da camada ativa 207. Em algumas modalidades, o dispositivo optoeletrônico 200 pode, adicionalmente, compreender opcionalmente um ou mais de um substrato 201 (não mostrado), uma primeira camada de contato seletivo 205 (não mostrada), e uma segunda camada de contato seletivo 209 (não mostrada). Além do mais ou em alternativa, em algumas modalidades, um(ns) eletrodo(s) interdigitado(s) (não mostrado(s)) é(são) usado(s).

[057] A figura 3 é um diagrama esquemático de um dispositivo optoeletrônico 300 que mostra as camadas opcionais de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Da forma mostrada na figura 3, o dispositivo optoeletrônico 300 compreende um ou mais de um substrato 301, um primeiro material de eletrodo 303, uma primeira camada de contato seletivo 305, uma camada ativa 307, uma segunda camada de contato seletivo 309, e um segundo material de eletrodo 311, em que um ou mais do substrato 301, da primeira camada seletiva 305, e da segunda camada seletiva 309 são opcionalmente incluídos no dispositivo optoeletrônico 300. A camada ativa 307 pode ficar disposta entre o primeiro material de eletrodo 303 e o segundo material de eletrodo 311. Em uma modalidade, a primeira camada de contato seletivo 305 fica posicionada entre e em contato com o primeiro material de eletrodo 303 e a camada ativa 307. Em uma modalidade, a segunda camada de contato seletivo 309 fica posicionada entre e em contato com o segundo material de eletrodo 311 e a camada ativa 307. Em uma modalidade, o substrato 301 fica em contato com a primeira camada de contato seletivo 305 e de outra forma exposto a um ambiente. Em uma modalidade, o substrato fica em contato com a segunda camada de contato seletivo 309 e de outra forma exposto a um ambiente. Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico pode ser configurado como substrato/primeiro material de eletrodo/primeira camada de contato seletivo/camada ativa/segunda camada de contato seletivo/segundo material de eletrodo. Além do mais ou em alternativa, em algumas modalidades, um eletrodo interdigitado (não mostrado) é usado.

[058] Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico 300 é uma célula solar multijunção ou em tandem. A célula solar em tandem pode compreender um substrato 301, um primeiro material de eletrodo 303, uma primeira camada de contato seletivo 305, uma camada ativa 307, uma segunda camada de contato seletivo 309, e um segundo material de eletrodo 311, em que o substrato 301 é uma outra célula solar. A célula solar, como o substrato 301, pode incluir, mas sem limitações, silício amorfo (a-Si), estruturas de cristal de perovskita, estruturas sensibilizadas por pigmento em estado sólido, estruturas sensibilizadas por pigmento em eletrólito líquido, materiais de telureto de cádmio, materiais de sulfeto de cádmio, e materiais de arsenieto de gálio, entre outros. Por exemplo, o substrato 301 pode compreender uma camada de silício amorfo (a-Si) posicionado entre, e em contato com, o primeiro material de eletrodo 303 e um outro material de eletrodo (não mostrado). Em uma modalidade, o primeiro material de eletrodo 303 é incluído em ou considerado como uma parte da uma outra célula solar 301. O vidro pode ficar posicionado em, e em contato com, uma superfície oposta do um outro material de eletrodo. Nestas modalidades, a célula frontal (ou subcélula a-Si) pode ser com base na camada de silício amorfo (a-Si), que absorve alguma luz na região visível (ao mesmo tempo em que permite que alguma luz visível passe, retendo alguma transparência), ao mesmo tempo em que permite que os comprimentos de onda invisíveis (próximos de infravermelho) atravessem livremente e sejam absorvidos pela “célula posterior” (ou subcélula OPV), que compreende os sistemas diluídos aqui descritos.

[059] Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico 300 compreende uma célula solar em tandem que compreende uma primeira subcélula (por exemplo, uma subcélula fotovoltaica orgânica (OPV)), um substrato, e uma segunda subcélula (por exemplo, uma subcélula de silício amorfo (a-Si), estruturas de cristal de perovskita, estruturas sensibilizadas por pigmento em estado sólido, estruturas sensibilizadas por pigmento em eletrólito líquido, materiais de telureto de cádmio, materiais de sulfeto de cádmio, e materiais de arsenieto de gálio, etc.) posicionada entre a primeira subcélula e o substrato. Em uma modalidade, uma subcélula OPV compreende a primeira camada de contato seletivo 305, a camada ativa 307, a segunda camada de contato seletivo 309, o segundo material de eletrodo 311, e, opcionalmente, o primeiro material de eletrodo 303. Em uma modalidade, uma subcélula a-Si 301 compreende um terceiro material de eletrodo (não mostrado), uma camada de silício amorfo (não mostrado) e, opcionalmente, o primeiro material de eletrodo 303. A camada de silício amorfo pode compreender a-Si:H negativamente dopado, não dopado e/ou positivamente dopado. Em uma modalidade, o substrato é vidro.

[060] Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico 300 é um dispositivo optoeletrônico invertido. O dispositivo optoeletrônico invertido pode compreender um substrato 301, um primeiro material de eletrodo 303, uma primeira camada de contato seletivo 305, uma camada ativa 307, uma segunda camada de contato seletivo 309, e um segundo material de eletrodo 311. Em modalidades nas quais o dispositivo optoeletrônico é invertido, a primeira camada de contato seletivo 305 é tipo n e a segunda camada de contato seletivo 309 é tipo p.

[061] Em uma modalidade, o dispositivo optoeletrônico 300 é um dispositivo optoeletrônico não invertido, com uma arquitetura convencional ou normal. O dispositivo optoeletrônico não invertido pode compreender um substrato 301, um primeiro material de eletrodo 303, uma primeira camada de contato seletivo 305, uma camada ativa 307, uma segunda camada de contato seletivo 309, e um segundo material de eletrodo 311. Em modalidades nas quais o dispositivo optoeletrônico é não invertido, a primeira camada de contato seletivo 305 é tipo p e a segunda camada de contato seletivo 309 é tipo n.

[062] O dispositivo optoeletrônico 200 ou 300 pode compreender um ou mais materiais de eletrodo. Por exemplo, o dispositivo optoeletrônico pode compreender um ou mais de um primeiro material de eletrodo 303 e um segundo material de eletrodo 311. Em muitas modalidades, um ou mais do primeiro material de eletrodo 303 e do segundo material de eletrodo 311 podem ser transparentes. Em uma modalidade, pelo menos um do primeiro material de eletrodo 303 e do segundo material de eletrodo 311 é transparente. Em uma modalidade, o primeiro material de eletrodo 303 e o segundo material de eletrodo 311 são transparentes. Em modalidades nas quais o primeiro material de eletrodo 303 e o segundo material de eletrodo 311 (e quaisquer outras camadas) são transparentes e combinados com as camadas ativas 307 da presente descrição, a íntegra do dispositivo optoeletrônico pode exibir alta transparência em uma faixa visível ao olho humano (isto é, um dispositivo optoeletrônico “transparente”).

[063] Em uma modalidade, tanto o primeiro material de eletrodo 303 quanto o segundo material de eletrodo 311 pode ser um eletrodo condutor de alta função de trabalho e o outro material de eletrodo pode ser um eletrodo condutor de baixa função de trabalho. Por exemplo, um catodo pode compreender um metal ou óxido de metal de alta função de trabalho e/ou um anodo pode compreender um metal de baixa função de trabalho. Nestas modalidades, o dispositivo optoeletrônico (por exemplo, uma célula solar orgânica) pode ser caracterizado como compreendendo uma configuração invertida. Em outras modalidades, o dispositivo optoeletrônico pode ser caracterizado como compreendendo uma configuração não invertida (por exemplo, uma configuração convencional ou normal). Desta maneira, o primeiro material de eletrodo 303 e o segundo material de eletrodo 311 podem ser selecionados com base em uma arquitetura do dispositivo optoeletrônico (por exemplo, com base em configurações invertidas e configurações não invertidas).

[064] Um ou mais do primeiro material de eletrodo 303 e do segundo material de eletrodo 311 podem ser um ou mais de um óxido dopado, um condutor metálico, um polímero condutor e um condutor com base em carbono.

[065] O óxido dopado pode incluir qualquer material com altas concentrações de elétrons livres. Por exemplo, o óxido dopado pode incluir um ou mais de um óxido de metal semicondutor e condutor. Em uma modalidade, o óxido dopado pode incluir um ou mais de óxido de estanho dopado com índio (ITO), óxido de estanho dopado com flúor (FTO), óxido de zinco dopado com alumínio (AZO), e In2O3.

[066] O condutor metálico pode incluir quaisquer metais com funções de trabalho complementares em relação ao HOMO/LUMO das camadas seletivas de carga,

permitindo, por exemplo, favorável transferência de elétron ou de furo entre as camadas. O condutor metálico pode ser um ou mais de um arranjo sólido, em grade e em malha de fios. Em muitas modalidades, o condutor metálico inclui um ou mais de prata, ouro, alumínio, cobre, titânio, zinco, aço e cromo.

[067] O polímero condutor pode incluir qualquer material com alta condutividade e/ou transparência. Por exemplo, o polímero condutor pode incluir PEDOT:PSS.

[068] O condutor com base em carbono pode incluir um ou mais de grafeno, negro-de-fumo, grafite, nanotubos de carbono, e nanofios de carbono. Por exemplo, em algumas modalidades, o condutor com base em carbono inclui um ou mais de um nanotubo de carbono de parede única, um nanofio de carbono de parede única, um nanotubo de carbono multiparedes e um nanofio de carbono multiparedes, em que as estruturas de nanotubo ou nanofio de carbono de parede única ou multiparedes são suficientemente estreitas em uma dimensão para permitir a alta transparência óptica, ao mesmo tempo mantêm alta condutividade elétrica. Típicas concentrações de nanotubos e nanofios de carbono em uma faixa de tinta entre cerca de 0,001 % e cerca de 1 %, mas, tipicamente, pode ser cerca de 0,1 % em peso. No caso de grafeno, óxido de grafeno e grafite, o número de camadas de átomo de carbono deve ser baixo o suficiente para permitir a alta transparência óptica, ao mesmo tempo mantém alta condutividade elétrica. As espessuras de camada tipicamente variam entre 1 e 10 átomos de espessura, preferivelmente 1. As dimensões destas folhas de carbono variam entre 5 µm e 10.000 µm, tipicamente 50 µm. No caso de grafite e negro-de-fumo, uma adição suficientemente pequena destes materiais pode ser usada em conjunto com um condutor elétrico de alta transparência óptica para melhorar adicionalmente a condutividade sem transmitir um alto grau de opacidade.

[069] O substrato opcional 301 pode incluir qualquer substrato adequado. Em algumas modalidades, os substratos adequados podem incluir substratos com um alto grau de planura em uma escala mícron ou menor. Em algumas modalidades, os substratos adequados podem incluir substratos transparentes, ao mesmo tempo em que, em outras modalidades, os substratos adequados podem ser um ou mais de não transparentes, parcialmente transparentes ou substancialmente transparentes. Os substratos podem ser opcionalmente revestidos (por exemplo, com ITO, FTO, etc.). Em muitas modalidades, o substrato opcional 301 pode incluir um ou mais de vidro, material metálico, polímero, e cerâmica. O substrato de vidro pode incluir um ou mais de vidro sodo-cálcico, vidro de borossilicato, vidro de sílica fundida, e vidro de aluminossilicato. O substrato metálico pode incluir um ou mais de titânio, níquel, ferro, zinco, e cobre. O substrato em polímero pode incluir um ou mais de PET, PEN, PU, PC, PMMA, PETG, silicone, polieterimida (PEI), náilon/PA, PE, e PP. O substrato em cerâmica pode incluir um ou mais de óxido de alumínio, dióxido de silício, quartzo, ardósia, caulinita, montmorillonita-esmectita, ilita, clorito, e aluminato de cálcio.

[070] A primeira camada de contato seletivo opcional 305 e/ou a segunda camada de contato seletivo opcional 309 podem incluir um ou mais de um camada de contato seletivo tipo p e um camada de contato seletivo tipo n. Em modalidades nas quais o dispositivo optoeletrônico é um dispositivo optoeletrônico não invertido, a primeira camada de contato seletivo 305 é uma camada de contato seletivo tipo p e a segunda camada de contato seletivo 309 é uma camada de contato seletivo tipo n. Em modalidades nas quais o dispositivo optoeletrônico é um dispositivo optoeletrônico invertido, a primeira camada de contato seletivo 305 é uma camada de contato seletivo tipo n e a segunda camada de contato seletivo 309 é uma camada de contato seletivo tipo p. A camada de contato seletivo tipo p pode incluir um ou mais de PEDOT:PSS, óxido de níquel, grafeno, CsSnI3 dopado com flúor, perovskitas, metal-ftalocinanina (por exemplo, cobre-ftalocianina), Cul, PFN, metal-tiocianato, e derivados dos mesmos. A camada seletiva tipo n pode incluir um ou mais de ftalocianina, poliacetileno, poli(fenileno vinileno), e derivados dos mesmos. Além do mais ou em alternativa, a primeira camada seletiva e/ou a segunda camada seletiva podem incluir batocuproína e/ou óxidos de metal semicondutores. Os óxidos de metal semicondutores podem incluir um ou mais de TiO2, ZnO, SnO2, Nb2O5, SrTiO3, NiO, WO3, V2O5, óxido de índio-estanho, óxido de estanho dopado com flúor, e misturas dos mesmos.

[071] A figura 4 é um fluxograma de um método de fabricação de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Da forma mostrada na figura 4, o método 400 compreende depositar 401 uma solução mesclada em um primeiro material suficiente para formar uma camada ativa, em que a solução mesclada inclui um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo; e depositar 402 um segundo material na camada ativa, em que o primeiro material e o segundo material ficam em lados opostos da camada ativa.

[072] A deposição pode incluir qualquer uma das técnicas descritas na presente descrição. Por exemplo, a deposição pode incluir um ou mais de imprimir, revestimento por lâmina de raspadeira, revestimento por haste, revestimento por matriz com ranhura, revestimento por centrifugação, revestimento por lâmina, e revestimento por aspersão. Em muitas modalidades, a deposição inclui revestimento por centrifugação. Qualquer um dos componentes não fulereno e componentes de remoção de furo da presente descrição podem ser aqui usados. Em uma modalidade, a solução mesclada consiste essencialmente em um componente não fulereno. Em uma modalidade, a solução mesclada compreende um componente não fulereno. Em uma modalidade, a solução mesclada compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, a solução mesclada consiste essencialmente em um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo.

[073] O primeiro material e o segundo material podem incluir quaisquer camadas ou componentes de um dispositivo optoeletrônico. Em uma modalidade, o primeiro material se refere a um ou mais de um substrato, um primeiro material de eletrodo, e uma primeira camada de contato seletivo. Em uma modalidade, o primeiro material se refere a um ou mais de um segundo material de eletrodo e uma segunda camada de contato seletivo. Em uma modalidade, o segundo material se refere a um ou mais de um substrato, um primeiro material de eletrodo, e uma primeira camada de contato seletivo. Em uma modalidade, o segundo material se refere a um segundo material de eletrodo e uma segunda camada de contato seletivo. Em uma modalidade, o método compreende depositar uma primeira solução precursora, em que a primeira solução precursora forma uma primeira camada de contato seletivo. Em uma modalidade, o método compreende depositar uma segunda solução precursora, em que a segunda solução precursora forma uma segunda camada de contato seletivo.

[074] Em uma modalidade, o método pode compreender preparar uma solução mesclada, em que a solução mesclada inclui um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo dissolvidos em um solvente orgânico (por exemplo, um solvente químico ambientalmente amigável ou verde). Em uma modalidade, o método pode compreender lavar um substrato. Por exemplo, o substrato pode ser lavado com um ou mais de água detergente, água deionizada, acetona e álcool isopropílico. Em uma modalidade, a lavagem pode incluir lavar em um banho ultrassônico por um período de tempo especificado. Em uma modalidade, o método pode compreender preparar uma solução precursora de uma primeira ou segunda camada seletiva. Em uma modalidade, o método pode compreender tratar o substrato. Por exemplo, o substrato pode ser sujeito a tratamento por UV-ozônio. Em uma modalidade, a solução precursora das primeira ou segunda camadas seletivas pode ser spin revestido sobre o substrato e/ou um compósito que compreende o substrato e a primeira ou a segunda camadas seletivas. Em uma modalidade, o método compreende aquecer a solução precursora depositada. Em uma modalidade, o método compreende realizar revestimento por centrifugação da solução mesclada em qualquer camada do dispositivo optoeletrônico. Em uma modalidade, o método pode compreender depositar uma camada por meio de evaporação térmica.

[075] A figura 5 é um fluxograma de um método 500 de uso de um dispositivo optoeletrônico, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Da forma mostrada na figura 5, o método 500 compreende irradiar 501 uma superfície de um dispositivo optoeletrônico que compreende uma camada ativa, em que a camada ativa compreende um componente não fulereno e, opcionalmente, um ou mais componentes de remoção de furo; e converter 502 luz em eletricidade ou eletricidade em luz. Em muitas modalidades, a camada ativa é uma camada fotoativa. Em uma modalidade, a camada ativa consiste essencialmente em um componente não fulereno. Em uma modalidade, a camada ativa compreende um componente não fulereno. Em uma modalidade, a camada ativa compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo. Em uma modalidade, a camada ativa consiste essencialmente em um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo.

[076] A irradiação, no geral, se refere à exposição à radiação. A radiação pode compreender quaisquer comprimento de onda, frequência ou faixa dos mesmos do espectro eletromagnético. Em muitas modalidades, a irradiação inclui a exposição à radiação próxima de infravermelho. Em outras modalidades, a irradiação inclui exposição à luz visível. Em outras modalidades, a irradiação inclui exposição a qualquer radiação no espectro eletromagnético. A conversão, no geral, se refere a qualquer processo para converter energia.

[077] Pretende-se que os seguintes Exemplos ilustrem a invenção exposta e não devem ser interpretados para estreitar seu escopo. Os versados na técnica irão prontamente reconhecer que os Examinadores sugerem muitas outras maneiras nas quais a invenção pode ser praticada. Deve ser entendido que inúmeras variações e modificações podem ser feitas, ainda permanecendo no escopo da invenção. EXEMPLO 1

[078] O Exemplo aqui descrito se refere a inéditos componente individual e sistemas diluídos. Em particular, devido às diferentes características fotofísicas de NF, se comparado com PC70BM, foi fabricado um sistema “diluído” (D/A 1:10-1:25), que, em combinação com um aceitante infravermelho, pode apresentar AVT > 70 % e, ao mesmo tempo, distribuir PCE > 5-6%. A espectroscopia de absorção transiente (TAS) ultrarrápida (< 300 fs) revelou que os aceitantes de não fulereno apresentaram propriedades semicondutoras intrínsecas, em vez de excitônicas. Isto é diferente de doador comum e de materiais com base em fulereno. De fato, a formação de cargas livres no material aceitante não fulereno pristino foi observada em uma escala de tempo ultracurta, enquanto que os doadores e aceitantes comuns no estado da arte representara exclusivamente excítons. Para provar as medições, células solares orgânicas de um único componente (que podem ser alternativamente chamadas de sistemas diluídos 0:1), com base em IEICO-4F NF, foram fabricadas em uma configuração invertida com base em ITO/ZnO/aceitante não fulereno/MoOx/Ag (figura 6). A figura 7 mostra as atuais características de densidade versus voltagem (J–V) do dispositivo de componente individual sob iluminação AM1.5G em 100 mWcm −2. A célula solar distribuiu uma densidade de corrente em curto circuito (Jsc) de 3 mA cm-2, uma voltagem em circuito aberto (Voc) de 0,77 V, um fator de enchimento de 32 %, e um PCE geral de ~ 1 %. Este resultado confirmou que os aceitantes de não fulereno foram capazes de dividir eficientemente os excítons em cargas livres em temperatura ambiente sem a necessidade de um material doador e de coletar furos e elétrons em seus respectivos eletrodos, devido à natureza ambipolar de NFs. Entretanto, o limitado PCE dos dispositivos de único componente foi atribuído ao contato não ôhmico do nível HOMO/LUMO com HTL e ETL, respectivamente, e/ou aos processos de recombinação de carga no material, devido à formação de estados de defeitos e/ou armadilha.

[079] Para reduzir estas limitações, uma baixa quantidade de material doador (PTB7-th) foi introduzida para formar sistemas diluídos, em que o polímero/pequena molécula agem como “removedor de furo” que promove a extração de cargas e, portanto, melhorando tanto FF quanto Jsc, se comparado com os dispositivos de único componente. A figura 8 mostra as atuais características de densidade versus voltagem (J–V) do dispositivo de componente individual sob iluminação AM1.5G em 100 mWcm−2. Os dispositivos de sistema diluído PTB7-Th:IEICO-4F distribuíram um PCE de 5 % com D/A de 1:10. A figura 9 é uma vista gráfica de um sistema diluído que compreende uma razão de componente de remoção de furo por componente não fulereno de 1:10. Finalmente, uma ampla faixa de sistemas doador/NF foi fabricada, tornando a abordagem da presente descrição universal. Em particular, este método provê uma oportunidade de reconsiderar todos os materiais doadores desenvolvidos nos últimos 20 anos para uso em dispositivos opto-eletrônicos orgânicos transparentes.

[080] De forma interessante, a AVT das camadas ativas do sistema diluído com base em PTB7-th:IEICO-4F foi medida por espectroscopia UV/Vis. A figura 10 mostra a transmitância do BHJ em relação à sensibilidade do olho humano. Um AVT de 70 % foi calculado para toda a faixa do comprimento de onda (360-1.000 nm), o mais alto relatado até aqui para células solares orgânicas. Além do mais, a transparência da camada ativa foi calculada de acordo com a resposta do olho humano (figura 11). Os valores de transparência tão altos quanto 90 % foram obtidos para o filme PTB7- th:IEICO-4F. Isto é impressionante, considerando que o vidro simples reduzia a transparência até 5-8 %.

[081] Os módulos fotovoltaicos representaram um importante leito de testes em virtude de as aplicações do mundo real tipicamente exigirem grandes saídas de voltagem, o que pode ser alcançado através da interconexão monolítica de células consecutivas. Altas eficiências do módulo solar foram alcançadas em vidro e em substratos flexíveis, de forma importante, ainda mantendo altos AVT e GFF.

[082] Fabricação e Caracterização de OSCs. PTB7-Th foi adquirido a partir de 1- Materials Inc. IEICO-4F foi sintetizado usando métodos convencionais. A solução de mescla PTB7-Th: IEICO-4F foi preparada em clorobenzeno com uma concentração de 20 mg/mL. A estrutura do dispositivo invertida foi ITO/óxido de zinco (ZnO)/PTB7- Th: IEICO-4F/MoOx/Ag. Os substratos ITO foram limpos com água detergente, água deionizada, acetona e álcool isopropílico em um banho ultrassônico sequencialmente por 20 minutos. A solução precursora do óxido de zinco foi preparada pela dissolução de 2,4 g de acetato de zinco di-hidratado (Zn(CH3COO)2·2H2O, 99 %, Sigma) e 0,647 mL de etanolamina (NH2CH2CH2OH, 98 %, Sigma) em 30 mL de 2-metoxietanol (CH3OCH2CH2OH, 98 %, Sigma), então, agitação da solução durante a noite. Os substratos ITO ficaram sob tratamento em UV-Ozônio por 30 minutos. Depois do tratamento em UV-Ozônio, a solução precursora de ZnO foi spin revestido em 4.000 rpm sobre os substratos ITO. Depois de ser aquecido em 200 ºC por 10 minutos no ar, os substratos revestidos com ZnO foram transferidos em porta-luvas cheio de nitrogênio. A solução de mescla doador/aceitante foi spin revestido com diferentes velocidades (300 rpm a 2.000 rpm) para obter espessura diferente. A fabricação do dispositivo foi concluída por evaporação térmica de 5 nm de MoOx (Alfa) e 100 nm de Ag (Kurt Lesker) em uma pressão de menos do que 2x10 -6 Pa. A área ativa de todos os dispositivos foi 0,1 cm2 através de uma máscara perfurada. As medições J-V das células solares foram realizadas no porta-luvas com um medidor de fonte Keithley 2400 e um simulador solar Oriel Sol3A Classe AAA calibrado em 1 sol, AM1.5 G, com uma célula de referência de silício KG-5 certificada por Newport.

[083] Módulo. O processo envolveu alta precisão, estruturação do laser ultrarrápida de camadas sequenciais uniformemente revestidas para formar interconexões com baixa resistência em série e reduzida área morta. Os substratos de vidro/ITO e PET/ITO-Ag-ITO (IMI) foram usados para realizar dispositivos tanto rígidos quanto flexíveis, respectivamente. A fim de alcançar módulos funcionais, três etapas de laser foram necessárias: o laser P1 definiu o eletrodo base, a linha P2 “abriu” a camada fotoativa para criar um contato entre os eletrodos de topo e de base e P3 separou eletricamente o eletrodo de topo (figura 12). A área entre as linhas P1 e P3 não foi fotoativa e, assim, pode ser considerada uma região de perda (área morta).

[084] Isto dá origem ao fator de enchimento geométrico (GFF), que é definido como .

[085] Quanto mais próximo o GFF for de 100 %, mais baixo o impacto da técnica de padronização no PCE final do módulo solar. A estruturação do laser tornou possível alcançar as regiões de interconexão de 250 - 300 μm e, assim, GFFs tão altos quanto 90 %.

[086] A figura 13 é uma vista gráfica do PCE normalizado de células solares com base em D/A 1:2 e 1:10 no curso de exposição à luz, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição. Mediante a fabricação do dispositivo, as células solares foram colocadas em uma câmara de degradação vedada eletronicamente controlada com ambiente regulado (O2 < 1 ppm, H2O < 1 ppm). As características J-V dos dispositivos com base tanto no Removedor de furo/NF 1:2 quanto no Removedor de furo/NF 1:10 foram sondadas periodicamente enquanto continuamente embebidas em luz usando uma irradiação de lâmpada de haleto de metal em 100 mW/cm 2. Da forma representada na figura 13, as células solares com base em Removedor de furo/NF 1:10 mostram melhor fotoestabilidade, se comparadas com os dispositivos com base em Removedor de furo/NF 1:2. EXEMPLO 2

SISTEMAS DILUÍDOS TERNÁRIOS

[087] As mesclas de ternário heterojunção de volume orgânica (BHJ) contendo duas frações orgânicas doadoras de elétron e uma aceitante de elétron (ou vice-versa) estão entre os mais auspiciosos sistemas de material considerados promissores para superar a importante barreira de 15 % de eficiência de conversão de energia (PCE) dos elementos fotovoltaicos orgânicos (OPV). Usando um terceiro absorvedor semicondutor na mescla de heterojunção de volume, os três parâmetros fotovoltaicos chaves, densidade de corrente em curto-circuito (Jsc), voltagem de circuito aberto (Voc) e fator de enchimento (FF), podem, em princípio, ser manipulados e intensificados, se comparados com os dispositivos com base em mesclas binárias. Neste Exemplo, uma camada ativa com base em um não fulereno e dois removedores de furo foi usada, mas outras combinações são possíveis (por exemplo, dois não fulerenos e um removedor de furo, entre outros). Com esta abordagem, uma melhoria dual da eficiência de conversão de energia e da estabilidade térmica para as mesclas ternárias foi obtida quando comparada com os dispositivos de referência com base em um não fulereno e um removedor de furo. De fato, os dispositivos ternários distribuíram um PCE de 6 %, enquanto que as células binárias mostraram PCE inferior de 5 %. Além do mais, as medições da degradação da temperatura realizadas em atmosfera inerte em 80 graus C mostram melhor estabilidade para mesclas ternárias, se comparadas com dispositivos binários. Os resultados são relatados nas figuras 14A-14B.

EXEMPLO 3

SISTEMAS DILUÍDOS REVESTIDOS EM VIDRO COMERCIALMENTE DISPONÍVEL

[088] O substrato comum usado para células solares orgânicas consiste em um vidro revestido com Óxido de índio-estanho (ITO) caracterizado por baixa resistência de folha (< 15 Ohm/qd) e baixa rugosidade (< 1 nm). A baixa rugosidade permite a fabricação de células solares orgânicas sem nenhum defeito e/ou furos de pino, o que teria um efeito prejudicial nos desempenhos. Para um produto de valor comercial, o ITO precisa ser substituído por Óxido de Estanho dopado com Flúor (FTO), para a perspectiva de custos. Entretanto, as células solares orgânicas convencionais apresentam baixa eficiência quando fabricadas em FTO para a rugosidade superior do substrato, se comparado com ITO. Neste Exemplo, as células solares orgânicas com base em não fulereno e um ou mais removedores de furo foram fabricadas em FTO comercialmente disponível. Os dispositivos distribuíram PCE comparável com as células solares com base em ITO padrão. A densidade de corrente em curto-circuito foi o único parâmetro afetado pela substituição do substrato, devido à absorção parasítica superior no NIR de FTO, se comparado com ITO. Descobriu-se que os sistemas diluídos apresentaram uma tolerância superior na direção de defeito/rugosidade do substrato, se comparados com mesclas doador:aceitante convencionais. Os resultados são relatados na Tabela 1.

[089] Tabela 1. Parâmetros fotovoltaicos dos dispositivos com base em removedor de furo:NF (1:10) em 1 iluminação solar em diferentes substratos vidro/FTO e vidro/ITO.

Jsc Voc (V) Fator de PCE (%) Ohms/qd RMS (mA/cm2) enchimento (nm) FTO-1 10,1 0,70 0,59 4,18 30.000 5.000 Comercial FTO-2 9,8 0,71 0,56 3,89 15.000 8.000 Comercial

FTO-3 8,5 0,71 0,59 3,56 10.000 10.000 Comercial FTO-4 10,2 0,68 0,40 2,77 15.000 17.000 Comercial FTO-5 12,3 0,72 0,58 5,13 8,0 12,0 Comercial ITO 12,5 0,73 0,60 5,48 10,0 3,0 EXEMPLO 4

CÉLULAS SOLARES HÍBRIDAS EM TANDEM

[090] Típicas células solares são com base em uma única camada de material fotovoltaico, seja o mesmo com base em silício, perovskita, ou uma heterojunção de volume orgânica. Entretanto, há limites físicos fundamentais sobre quão eficiente esta única camada é na conversão de luz em eletricidade: no melhor caso, este teto de eficiência é de cerca de 33 %. Entretanto, da forma aqui descrita, pelo ‘empilhamento’ de múltiplos materiais fotovoltaicos uns no topo dos outros no mesmo dispositivo (conhecido como células solares ‘multijunção’ ou ‘em tandem’), a luz foi coletada mais eficientemente, e o limite de eficiência de 33 % foi elevado. De forma importante, foi necessário que a densidade de corrente em curto-circuito (JSC) de ambas as subcélulas fosse tão similar quanto possível a fim de realizar eficientes células solares em tandem (A JSC do dispositivo em tandem é limitada à mais baixa JSC da subcélula, ao mesmo tempo as voltagens em circuito aberto, VOCs, das subcélulas são somados).

[091] Desta maneira, um processo de fabricação dos sistemas orgânicos diluídos aqui descritos usando uma outra célula solar como um substrato foi desenvolvido. Esta ‘célula frontal’ era com base em uma camada de silício amorfo (a-Si) que absorve alguma luz na região visível do espectro solar (ao mesmo tempo em que permite que alguma luz visível passe, retendo alguma transparência), ao mesmo tempo em que permite que os comprimentos de onda invisíveis (próximos de infravermelho) atravessem livremente e sejam absorvidos pela ‘célula posterior’ orgânica diluída, da forma aqui descrita. Tais células solares em tandem podem melhorar enormemente a eficiência das células solares a-Si sem significativas desvantagens, se comparadas com pristino a-Si somente. Os materiais fotovoltaicos orgânicos diluídos aqui descritos exibiram JSC quase idêntica, se comparada com a célula solar a-Si padrão, ao mesmo tempo mantendo alta transparência visível. Isto significou que o novo dispositivo em tandem exibiu um VOC (e, portanto, eficiência) muito superior sem diminuição perceptível na transparência visual ou nas limitações de JSC. A célula frontal pode ser com base em outros materiais, incluindo, mas sem limitações, estruturas de cristal de perovskita, estruturas sensibilizadas por pigmento em estado sólido, estruturas sensibilizadas por pigmento em eletrólito líquido, materiais de telureto de cádmio, materiais de sulfeto de cádmio, e materiais de arsenieto de gálio, entre outros.

[092] Esta estrutura de dispositivo é concebida para ser usada em aplicações comerciais em que um painel solar ligeiramente ‘mais escuro’ é exigido, em que as propriedades ópticas ainda podem ser sintonizadas pela variação das razões do doador e do aceitante, da forma descrita na presente descrição.

[093] A figura 15 mostra as respostas de corrente-voltagem de células solares em tandem orgânico de junção única (azul), a-Si de junção única (vermelho) e multijunção (laranja). A tabela subjacente mostra que, pela utilização desta estrutura em tandem, a eficiência de conversão de energia de uma célula solar a-Si foi melhorada de 7,7 % para 14,0 %.

[094] A figura 16 é um desenho esquemático de uma célula solar em tandem, de acordo com uma ou mais modalidades da presente descrição.

[095] Outras modalidades da presente descrição são possíveis. Embora a descrição exposta contenha muitas especificidades, as mesmas não devem ser interpretadas como limitantes do escopo da descrição, mas meramente como provendo ilustrações de algumas das modalidades atualmente preferidas desta descrição. Também é contemplado que várias combinações ou subcombinações dos recursos e aspectos específicos das modalidades podem ser feitas e ainda caem no escopo desta descrição. Entende-se que vários recursos e aspectos das modalidades reveladas podem ser combinados com ou substituídos uns pelos outros a fim de formar várias modalidades. Assim, pretende-se que o escopo de pelo menos parte da presente descrição não deva ser limitado pelas modalidades reveladas em particular supradescritas.

[096] Assim, o escopo desta descrição deve ser determinado pelas reivindicações anexas e seus equivalentes legais. Portanto, será percebido que o escopo da presente descrição abrange completamente outras modalidades que podem se tornar óbvias aos versados na técnica, e que o escopo da presente descrição, desta maneira, deve ser limitado por nada diferente das reivindicações anexas, em que não pretende-se que a referência a um elemento no singular signifique "um e apenas um", a menos que explicitamente assim declarado, mas, em vez disto, "um ou mais". Todos os equivalentes estruturais, químicos e funcionais aos elementos da supradescrita modalidade preferida que são conhecidos pelos versados na técnica são expressamente aqui incorporados pela referência e pretende-se que sejam abrangidos pelas presentes reivindicações. Além do mais, não é necessário que um dispositivo ou método abordem todo e qualquer problema que busca-se resolver pela presente descrição, para que o mesmo seja abrangido pelas presentes reivindicações. Além do mais, não pretende-se que nenhum elemento, componente ou etapa do método na presente descrição seja dedicado ao público, independente se o elemento, o componente ou a etapa do método é explicitamente citado nas reivindicações.

[097] A descrição exposta de várias modalidades preferidas da descrição foi apresentada com propósitos de ilustração e de descrição. Não pretende-se que a mesma seja exaustiva ou limite a descrição às precisas modalidades, e, obviamente, muitas modificações e variações são possíveis à luz do preceito exposto. As modalidades de exemplo, como exposto, foram escolhidas e descritas a fim de melhor explicar os princípios da descrição e sua aplicação prática para, desse modo, habilitar outros versados na técnica a melhor utilizar a descrição em várias modalidades e com várias modificações que são adequadas para o uso em particular contemplado.

Pretende-se que o escopo da descrição seja definido pelas reivindicações anexas.

[098] Vários exemplos foram descritos. Estes e outros exemplos estão no escopo das seguintes reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Camada ativa de um dispositivo optoeletrônico, caracterizada por a camada ativa compreender: um ou mais componentes não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo.

2. Camada ativa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por uma razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno variar de cerca de 1:10 até cerca de 1:25.

3. Camada ativa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1- 2, caracterizada por os um ou mais componentes de remoção de furo compreenderem um primeiro componente de remoção de furo e um segundo componente de remoção de furo, em que o primeiro componente de remoção de furo e o segundo componente de remoção de furo são diferentes.

4. Camada ativa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1- 3, caracterizada por o componente não fulereno incluir um ou mais de indacenoditiofeno acoplado em rodanina-Benzotiadiazol (IDTBR); indacenoditieno[3,2-b]tiofeno, IT), limitado na extremidade com grupos 2-(3-oxo- 2,3-di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (INCN) (ITIC); indaceno[1,2-b:5,6- b′]ditiofeno e 2-(3-oxo-2,3-di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (IEIC); 2,2′- ((2Z,2′Z)-((5,5′-(4,4,9,9-tetrakis(4-hexilfenil)-4,9-di-hidro-s-indaceno[1,2-b:5,6- b′]ditiofeno-2,7-diil)bis(4-((2-etilexil)- oxi)tiofeno-5,2- diil))bis(metanililideno))bis(3-oxo-2,3-di- hidro-1H-indeno-2,1- diilideno))dimalononitrilo (IEICO); naftaleno-diimida (NDI); perileno bisimida ligado em compartimento (di-PBI); perileno bisimida (PBI); conteúdo de Benzotriazol Limitado na extremidade com Tiazolidina-2,4-diona (TD); Naftalocianina (NC); Ftalocianina (PC); Nafto[1,2- c :5,6- c ′]bis[1,2,5]tiadiazol; (2E,2′E)-3,3′-(2,5-dimetóxi-1,4-fenileno)bis(2-(5-(4-(N-(2-etilexil)-1,8- naftalimida)il)tiofeno-2-il)acrilonitrila) (NIDCS–MO); tieno[3,4-b] tiofeno e combinação 2-(1,1-dicianometileno)rodanina (ATT-1); (3,9-bis(4-(1,1- dicianometileno)- 3-metileno-2-oxo-ciclopenta[b]tiofeno)-5,5,11,11-tetrakis(4- hexilfenil)-ditieno[2,3-d′:2,3-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6- b′]-ditiofeno (ITCC);

Indanediona; Dicianovinil; Benzotiadiazol; Dicetopirolopirrol; arileno diimida; e IDIC.

5. Camada ativa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1- 4, caracterizada por os um ou mais componentes de remoção de furo incluírem um ou mais de tiofeno, aceno, flúor, carbazol, indacenoditieno tiofeno, indacenotieno tifeno, benzoditiazol, tieni-benzoditiofeno-diona, Benzotriazol, e dicetopirrolopirrol.

6. (Cancelada)

7. Dispositivo optoeletrônico, caracterizado por compreender: a camada ativa, como definido nas reivindicações 1-6, em que o dispositivo optoeletrônico é um ou mais de um elemento fotovoltaico orgânico, fotodiodo orgânico, diodo emissor de luz orgânico, fototransistor orgânico de efeito de campo, fotodetector, e elemento paraelétrico.

8. Dispositivo optoeletrônico, caracterizado por compreender: um primeiro material de eletrodo; uma camada ativa; e um segundo material de eletrodo; em que o primeiro material de eletrodo e o segundo material de eletrodo ficam em lados opostos da camada ativa, em que a camada ativa compreende um ou mais componentes não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por uma razão dos um ou mais componentes de remoção de furo pelos um ou mais componentes não fulereno variar de cerca de 1:10 até cerca de 1:25.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-9, caracterizado por os um ou mais componentes de remoção de furo compreenderem um primeiro componente de remoção de furo e um segundo componente de remoção de furo, em que o primeiro componente de remoção de furo e o segundo componente de remoção de furo são diferentes.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-10,

caracterizado por o componente não fulereno incluir um ou mais de indacenoditiofeno acoplado em rodanina-Benzotiadiazol (IDTBR); indacenoditieno[3,2-b]tiofeno, IT), limitado na extremidade com grupos 2-(3-oxo- 2,3-di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (INCN) (ITIC); indaceno[1,2-b:5,6- b′]ditiofeno e 2-(3-oxo-2,3-di-hidroindeno-1-ilideno)malononitrilo (IEIC); 2,2′- ((2Z,2′Z)-((5,5′-(4,4,9,9-tetrakis(4-hexilfenil)-4,9-di-hidro-s-indaceno[1,2-b:5,6- b′]ditiofeno-2,7-diil)bis(4-((2-etilexil)- oxi)tiofeno-5,2- diil))bis(metanililideno))bis(3-oxo-2,3-di- hidro-1H-indeno-2,1- diilideno))dimalononitrilo (IEICO); naftaleno-diimida (NDI); perileno bisimida ligado em compartimento (di-PBI); perileno bisimida (PBI); conteúdo de Benzotriazol Limitado na extremidade com Tiazolidina-2,4-diona (TD); Naftalocianina (NC); Ftalocianina (PC); Nafto[1,2- c :5,6- c ′]bis[1,2,5]tiadiazol; (2E,2′E)-3,3′-(2,5-dimetóxi-1,4-fenileno)bis(2-(5-(4-(N-(2-etilexil)-1,8- naftalimida)il)tiofeno-2-il)acrilonitrila) (NIDCS–MO); tieno[3,4-b] tiofeno e combinação 2-(1,1-dicianometileno)rodanina (ATT-1); (3,9-bis(4-(1,1- dicianometileno)- 3-metileno-2-oxo-ciclopenta[b]tiofeno)-5,5,11,11-tetrakis(4- hexilfenil)-ditieno[2,3-d′:2,3-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6- b′]-ditiofeno (ITCC); Indanediona; Dicianovinil; Benzotiadiazol; Dicetopirolopirrol; arileno diimida; e IDIC.

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-11, caracterizado por o componente de remoção de furo incluir um ou mais de tiofeno, aceno, flúor, carbazol, indacenoditieno tiofeno, indacenotieno tifeno, benzoditiazol, tieni-benzoditiofeno-diona, Benzotriazol, e dicetopirrolopirrol.

13. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-12, caracterizado por o primeiro material de eletrodo e/ou o segundo material de eletrodo serem um ou mais de um óxido dopado, um condutor metálico, um polímero condutor e um condutor com base em carbono.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o óxido dopado ser um ou mais de óxido de estanho dopado com índio (ITO), óxido de estanho dopado com flúor (FTO), óxido de zinco dopado com alumínio

(AZO), e In2O3.

15. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-14, caracterizado por compreender adicionalmente um substrato transparente, uma primeira camada de contato seletivo, e uma segunda camada de contato seletivo.

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a primeira camada de contato seletivo e/ou a segunda camada de contato seletivo incluírem um ou mais de PEDOT:PSS, óxido de níquel, grafeno, CsSnI 3 dopado com flúor, perovskitas, metal-ftalocinanina, Cul, PFN, metal-tiocianato, ftalocianina, poliacetileno, poli(fenileno vinileno), batocuproína, e derivados dos mesmos.

17. Célula solar em tandem, caracterizado por compreender: um substrato; uma primeira subcélula que inclui pelo menos uma camada ativa, em que a camada ativa compreende um componente não fulereno e um ou mais componentes de remoção de furo; e uma segunda subcélula selecionada a partir de silício amorfo, estruturas de cristal de perovskita, estruturas sensibilizadas por pigmento em estado sólido, estruturas sensibilizadas por pigmento em eletrólito líquido, materiais de telureto de cádmio, materiais de sulfeto de cádmio, e materiais de arsenieto de gálio; em que a primeira subcélula e o substrato ficam em lados opostos da segunda subcélula.

18. Célula solar, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a primeira subcélula absorver pelo menos uma parte da luz na região próximo a infravermelho do espectro eletromagnético.

19. Célula solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17- 18, caracterizado por a segunda subcélula absorver pelo menos uma parte da luz na região visível do espectro eletromagnético.

20. Célula solar, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17-

19, caracterizado por os um ou mais componentes de remoção de furo compreenderem um primeiro componente de remoção de furo e um segundo componente de remoção de furo, em que o primeiro componente de remoção de furo e o segundo componente de remoção de furo são diferentes.