CN101208815B

CN101208815B - 有机光活性器件

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Publication number: CN101208815B
Application number: CN2006800150996A
Authority: CN
Inventors: 马丁·法伊弗; 克里斯蒂安·乌里希; 安妮特·彼得里希; 里科·舒普佩尔; 克斯廷·舒尔策; 卡尔·莱奥; 彼得·博伊尔勒; 埃贡·赖诺尔德; 爱德华·布里耶
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Universitaet Ulm
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Universitaet Ulm
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: CN101208815A; EP1861886A1; EP1861886B8; JP2008532301A; ES2369249T3; ATE515806T1; AU2006220122B2; WO2006092134A8; US8426727B2; BRPI0609056A2; EP1861886B1; PT1861886E; DE202006021034U1; DE102005010978A1; JP5214250B2; IN2007MU01330A; BRPI0609056B1; US20090217980A1; WO2006092134A1; AU2006220122A1

Abstract

本发明涉及一种有机光活性器件，尤其是有机光伏电池，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性本体异质结或平面异质结的光活性区形成在有机区中，和其中空穴导电有机材料和/或电子导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)，其具有分别连接到供体单元(D)的受体单元(A)和另一受体单元(A’)，和共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)，其具有分别连接到受体单元(A)的供体单元(D)和另一供体单元(D’)。

Description

有机光活性器件

技术领域

本发明涉及一种有机光活性器件，特别是有机光伏电池，其具有触头(contact)和对触头(countercontact)以及与触头和对触头电连接的有机区，其中光活性区由有机区中的电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间的光活性异质结形成。

背景技术

在过去的十年中，对按已知方式形成为有机太阳能电池或有机光伏电池的有机光活性器件领域的研发急剧增加。之前报道的最大效率为约5.7％(参照Jiangeng Xue等人，Appl.Phys.Lett.85(2004)5757)。按此方式，尚不能得到之前10％～20％的典型效率，如已知的无机太阳能电池。然而，就基于无机材料的太阳能电池而言，使用有机太阳能电池可获得相似结果。

与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池的优点尤其是在于较低的成本。当制造相对较大的量时，所用的有机半导体材料极为经济。进一步优点在于，部分极高的光吸收系数，达到2×10⁵cm^-1，这样可能以较低的材料和能量成本制造极薄、但有效的太阳能电池。由于在制造过程中不需要高温，即，最大基材温度仅约110℃，因此可以在塑料箔或塑料质地上制造柔性大表面的结构零件。这开拓了与常规太阳能电池接近的新应用领域。由于不同有机化合物几乎是无限多的，因此可根据特定任务调整所述材料。

在有机光活性器件中，光能转化成电能。与无机太阳能电池相比，在有机光活性器件的有机半导体材料中，在吸收光后载荷子对(电子-空穴对)没有自由存在，而是由于相互吸引的不太强的屏蔽，形成准粒子，称作激子，即受束缚的电子-空穴对。为使存在的能量可用作电能，按此方式形成的激子必须分离成自由的载荷子，即电子和空穴。

由于在有机太阳能电池中没有足够高的电场用于分离激子，因此激子的分离在光活性界面完成。光活性界面可以形成为有机供体-受体界面(参照C.W.Tang，Appl.Phys.Lett.，48(2)，183-185(1986))或形成为内部有机半导体(参照B.O’Regan等人，Nature 1991，353，73)的界面。自由载荷子可以在分离后输送到触头。通过经由用户连接触头可以使用电能。

在本申请中，如果因在异质结上的光吸收和电荷分离而在材料中形成的载荷子(“光产生的载荷子”)以空穴形式输送，那么有机材料称作“空穴导电”。按相似方式，如果光产生的载荷子以电子形式在材料中输送，那么有机材料称作“电子导电”。电子导电材料和空穴导电材料之间的界面区域称作异质结。

如果因吸收光在电子导电和/或空穴导电材料中形成激发态，并且其中被束缚的载荷子，也被称作激子，在异质结区域分离成独立载荷子，即电子和空穴，然后它们的一部分由电子导电材料/空穴导电材料输送到可以提取电能的触头，那么电子导电材料和空穴导电材料之间的异质结称作光活性异质结。

如果电子导电材料和/或空穴导电材料之间的界面形成为在两个材料区域(即，电子导电材料的区域和空穴导电材料的区域)之间基本上粘着的表面，那么电子导电材料和空穴导电材料之间的异质结称作平面异质结(参照C.W.Tang，Appl.Phys.Lett.，48(2)，183-185(1986)或N.Karl等人，Mol.Cryst.Liq.Cryst.，252，243-258(1994))。

如果电子导电材料和空穴导电材料相互至少部分地混合，使得电子导电材料和空穴导电材料之间的界面包括在材料混合物的体积内分布的多个界面部分，那么电子导电材料和空穴导电材料之间的异质结是本体异质结(参照，例如，C.J.Brabec等人，Adv.Funct.Mater.11(1)，15(2001))。

理想地，有机光活性器件中的光活性层材料在最宽可能的波长范围内具有高吸收系数，其与太阳光谱匹配。半导体材料中由吸收所产生的激子应能去掉，而对于光活性异质结没有大的能量损失，在此过程中出现的斯托克司频移应尽可能小。长的激子扩散长度使得可以最大化有机层的厚度，其中吸收的光有利于光子流动，从而进一步改进了有机光活性器件的效率。

此外，优选这样选择有机受体材料(电子导电材料)和有机供体材料(空穴导电材料)的最高占据轨道能级(HOMO)和最低空轨道能级(LUMO)，即使得一方面受体材料上的电子和供体材料上的空穴中发生有效的激子分离，另一方面产生的电子和空穴体系的自由能尽可能大。后者使得器件的开路光电压最大化。载荷子应在空间上快速地彼此分离。受体材料上的良好的电子输送和供体材料上的良好的空穴输送确保低损失，并导致有机光活性器件的电流-电压特性的良好的填充因数。

在现有技术中，已知有机太阳能电池的各种实施方案：

-一个触头金属具有较大功函，另一个触头金属具有较小功函，使得有机层形成Schottky势垒(参照US 4,127,738)。

-光活性层由凝胶或粘合剂中的有机半导体形成(US 3,844,843；US 3,900,945；US 4,175,981和US 4,175,982)。

-形成含有尺寸0.01～50μm的小颗粒的载荷子输送层，用于载荷子输送(参照US 5,965,063)。

-太阳能电池的一层含有具有不同的光谱特性的两种或多种类型的有机颜料(参照JP 04024970)。

-太阳能电池的一层含有产生载荷子的颜料，还含有除去载荷子的材料(参照JP 07142751)。

-制造含有碳颗粒作为电子受体的聚合物基太阳能电池(参照US 5,986,206)。

-提供掺杂的混合***，以改进多层太阳能电池的输送性能(参照DE 102 09 789)。

-彼此叠置各太阳能电池，形成阵列(串接电池)(US 4,461,992；US 6,198,091和US 6,198,092)。使用具有大带隙的掺杂输送层的p-i-n结构，可以进一步改进串接电池(参照DE 103 13 232)。

从文献US 5,093,698可获知有机材料的掺杂。掺杂物质的混合物，即，p-掺杂用的高电子亲合力物质或n-掺杂用的低电离能物质，增大了掺杂的层中的平衡载荷子浓度并增加了导电性。在现有技术文献US5,093,698中，掺杂的层用作电致发光器件的触头界面上的注入层。

发明概述

本发明的目的是制造一种有机光活性器件，尤其是具有改进产率的前述类型的无机光伏电池。

根据本发明的一个方面，制造一种有机光活性器件，尤其是无机光伏电池，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性本体异质结的光活性区形成在有机区中，和其中空穴导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)，其具有分别连接到供体单元(D)的受体单元(A)和另一受体单元(A’)，其中所述供体单元(D)形成为扩展的供体嵌段；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)，其具有分别连接到受体单元(A)的供体单元(D)和另一供体单元(D’)，其中所述供体单元(D)和所述另一供体单元(D’)分别形成为扩展的供体嵌段。

根据本发明的另一方面，制造一种有机光活性器件，尤其是无机光伏电池，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在在有机区中形成电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性本体异质结的光活性区，和其中所述电子导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)，其具有分别连接到供体单元(D)的受体单元(A)和另一受体单元(A’)，其中所述受体单元(A)和所述另一受体单元(A’)形成为扩展的受体嵌段；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)，其具有连接到受体单元(A)的供体单元(D)和另一供体单元(D’)，其中所述受体单元(A)形成为扩展的受体嵌段。

根据本发明的另一方面，制造一种有机光活性器件，尤其是无机光伏电池，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在在有机区中形成电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性平面异质结的光活性区，和其中所述电子导电材料和/或空穴导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)，其具有分别连接到供体单元(D)的受体单元(A)和另一受体单元(A’)，其中至少所述供体单元(D)形成为扩展的供体嵌段或至少所述受体单元(A)和所述另一受体单元(A’)形成为扩展的受体嵌段；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)，其具有连接到受体单元(A)的供体单元(D)和另一供体单元(D’)，其中至少所述受体单元(A)形成为扩展的受体嵌段或所述供体单元(D)和所述另一供体单元(D’)形成为扩展的供体嵌段。

下面将详细说明与相有技术相比，由于使用本发明各方面的共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)和共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)产生的许多优点。

当使用具有扩展的供体嵌段的A-D-A’/D-A-D’低聚物作为光活性异质结中的空穴导电成分时，不论其是平面异质结或本体异质结，对于电子导电材料，均在低聚物上由于异质结处的激子分离而产生空穴，并且空穴在供体嵌段/供体嵌段内移位。由于移位，与分离后电子导电材料上电子的静电相互作用下降，从而可以有效地分离两种载荷子，并且使用的电场很低。由于空穴移位的原因，它们具有高迁移率，可以快速、有效地除去，并且再结合损失低。在其中两种载荷子共存于由空穴导电和电子导电成分构成的混合体积中的本体异质结的情况下，这是特别有利的，只要它们没有离开所述体积即可，这种情况下有再结合的危险。

按相似方式，包括扩展的受体嵌段的A-D-A’/D-A-D’低聚物在空穴导电材料的光活性异质结中用作电子导电成分。分离激子和输送电子的优点相似地归因于电子在受体嵌段/多个受体嵌段上的移位。

当使用A-D-A’/D-A-D’低聚物作为平面异质结中的电子导电和/或空穴导电成分时，惊讶地发现即使在分离激子中产生的电子没有在低聚物上移位的情况下，甚至没有扩展的受体嵌段的低聚物也可以作为电子导体有利地与适合的空穴导体一起使用。由于低的电子迁移率和因而高的再结合损失，本体异质结的这种用途效率极低。在平面异质结中，所提到的材料种类的所有优点全部体现，除了光产生的载荷子的迁移率增大。当使用平面异质结时，其中没有电子和空穴共存的体积，因此一旦激子被分离就不可能发生再结合，所以低载荷子迁移率的问题得以克服。

低聚物与聚合化合物的明显不同在于，它们包括精确限定数量的单体(重复单元)，通常为3～10。因此，低聚物形成为具有限定数量单体的分子。因此，它们也具有精确限定的摩尔质量，通常小于1200g/mol，在分子键末端没有未限定的可能的反应性基团可作为聚合物中的聚合链反应的副产物存在。

此外，低聚物的技术优点是能在真空中蒸发，和相应可通过梯度升华纯化的可能性。这样使得通过依次气相沉积不同的纯材料或混合的材料，在制造多层体系中可通过气相沉积几乎根据需要的复杂程度而沉积低聚物。通过从不同的蒸发器源将不同的材料同时蒸发到基材上，在此过程中，例如通过振荡石英监视器单独地控制气相沉积速度，从而制造具有可控组成的混合层。

按此方式，甚至可以制造受控的p-掺杂的和n-掺杂的层和光活性供体-受体混合层。然后，通过选择气相沉积过程中的基材温度，可以在大范围内改变混合层的形态。经冷却基材，通常制得均匀的无定形程度大的混合物，而在较高的基材温度下，纳米相分离并可能发生增多的晶体纳米区形成。因此，成功地控制10～100nm尺寸级别的相分离，这对于所谓的光活性本体异质结这是特别有利的。对于通过旋涂混合溶液应用的聚合物，经常发生强的相分离，特别是如果成分之一具有过低的溶解度。

与所有基于共轭的低聚物的已知太阳能电池相比，使用本发明各方面的A-D-A’低聚物和D-A-D’低聚物得到了更高的光电效率。之前仅由聚噻吩和大稠环分子如酞菁或二萘嵌苯衍生物获得了可比拟的效率程度，然而，不具有低聚物性质。认为这种突破的原因是由于在有机光活性器件中所用材料种类的独特性能和这些材料的目标用途的组合，使得材料性能被最佳地利用。

A-D-A’低聚物和D-A-D’低聚物与常规低聚物的不同之处在于溶液中已经存在的分子内供体-受体作用，其使得光学吸收光谱向较长波长强烈迁移到。这克服了常规低聚物用于光电器件的问题，它们比相似的聚合物具有更高的光学带隙。

当构造A-D-A’/D-A-D’低聚物的薄膜时，吸收光谱加宽并进一步迁移到较长波长，其结果是光与太阳光谱重迭的光谱进一步改进。与此相比，在常规低聚物的情况下，经常在薄膜中观察到最大吸收向更矩波长的迁移(参照例如，五聚噻吩的数据，D.Fichou和C.Ziegler，第4章，p.227：D.Fichou(ed.)Handbook of Oligo-and Polythiophenes，Wiley-VCH，Weinheim，1999，或表1：J.Gierschner等人，J.Chem.Phys.123，p.144914(2005))。

A-D-A’/D-A-D’低聚物具有强烈荧光，其相对于最大吸收仅略向较长波长迁移，因为光学允许的跃迁同时是最低能量的激励态，从而在激子能带内由于弛豫损失很少的能量。因此，与常规低聚物相比，光学带隙和最大可获得的光电压之比更有利，其中极低效率的荧光在薄层中经常强烈移向长波长，这可以归因于在光学激励和/或形成受激准分子后激子能带中的弛豫过程造成的高能量损失(参照J.Gierschner等人，J.Chem.Phys.123，p.144914(2005))。

通过***A-D-A’/D-A-D’低聚物可以优化常规供体/受体低聚物的最低空分子轨道(LUMO)和/或最高占据分子轨道(HOMO)的能量，以满足有机光活性器件的要求。例如与相应常规供体低聚物相比，将常规供体低聚物插进A-D-A’/D-A-D’低聚物中，可以降低HOMO，并且更显著地降低LUMO，同时当A-D-A’/D-A-D’低聚物在具有给定的电子导体例如Fulleren C60的光活性异质结中用作空穴导体时，降低光学带隙和升高光电压。

与简单的供体-受体低聚物(D-A低聚物)相比，A-D-A’/D-A-D’低聚物具有更低或察觉不到的偶极矩，这降低了无定形或多晶形固体例如薄层中的偶极无序。偶极无序应被避免，因为其急剧地降低了载荷子迁移率(参照P.M.Borsenberger等人，J.Chem.Phys.，95(7)，5327-5331(1991))。

此外，A-D-A’/D-A-D’低聚物的优点在于，它们包括至少一种扩展的供体嵌段或一种扩展的受体嵌段。利用扩展的嵌段可以实现通过光吸收形成的所需的激子移位，从而优化随后的载荷子分离。另一方面，以单体顺序D-A-D-A-D…交替的D-A分子其问题在于，链上的带宽降低，因为例如，HOMO波函数集中于供体构造嵌段并且当受体成分位于它们之间时，造成带***的HOMO轨道间的相互作用下降，不会提供与供体HOMO共振的任何能级。因此，有效的共轭长度下降，即使最小的扰动也会使得载荷子大部分位于一种单体上，其一部分对于激子分离和载荷子输送有不利影响。

下面更详细地解释本申请中所用的名称，用于进一步理解本发明。

具有扩展的供体嵌段/受体嵌段的共轭的A-D-A’低聚物为简单起见也称作A-D-A’BCO(“受体-供体-受体嵌段共低聚物”)。相似地，具有扩展的供体-/受体嵌段的共轭的D-A-D’低聚物也称作D-A-D’BCO(“供体-受体-供体嵌段共低聚物”)。所必须的是，至少一个扩展的供体嵌段或两个扩展的受体嵌段出现在A-D-A’BCO中，和一个扩展的受体嵌段或两个扩展的供体嵌段出现在D-A-D’BCO中。

在本发明中，单元是在包括至少一种单体的化合物内的原子组。在本发明中，单体是在包括至少一个原子亚组的化合物内的原子组，其具有共轭的π电子体系并满足以下条件：即原子组不是仅通过几个相似单元的键接而构造的。

如果受体单元的最低空分子轨道(LUMO)比供体单元的最低空分子轨道(LUMO)的能量低至少0.2eV，优选至少0.3eV，那么单元相对于供体单元形成受体单元。为进一步优化受体作用，有利的实施方案是受体单元的最高占据分子轨道(HOMO)比供体单元的最高占据分子轨道(HOMO)的能量低至少0.1eV，优选至少0.2eV。

类似地，如果供体单元的最高占据分子轨道(HOMO)比受体单元的最高占据分子轨道(HOMO)的能量高至少0.2eV，优选至少0.3eV，那么单元相对于受体单元形成供体单元。为进一步优化受体作用，有利的实施方案是供体单元的最低空分子轨道(LUMO)比受体单元的最低空分子轨道(LUMO)的能量高至少0.1eV，优选至少0.2eV。

如果至少一种参与的单元包括若干种单体，如果在受体单元中，至少对于邻近供体单元的单体，最低空分子轨道(LUMO)比在供体单元中邻近单体的最低空分子轨道(LUMO)的能量低至少0.2eV，优选至少0.3eV，那么单元相对于具有j(j≥1)种单体D_j的供体单元形成具有i(i≥1)种单体A_i的受体单元，其中在供体单元中的所述邻近单体在受体单元中邻近单体附近的供体单元中形成。在进一步优选的方面中，所述的能量关系相对于供体单元的所有单体适用于受体单元的所有单体。用于进一步优化受体作用的上面描述以相应方式适用。还可以是，受体单元包括几种单体，供体单元仅包括一种单体，反之亦然。

如果至少一种参与单元包括几种单体，如果满足以下条件，所述条件可用实验再检验，例如通过在溶液中电化学测量和/或通过在固体上组合光电子光谱，那么形成相对于具有j(j≥1)种单体D_j的供体单元具有i(i≥1)种单体A_i的受体单元的单元，所述条件为：受体单元粘着到供体单元的一侧或两侧，使得将按此方式形成的分子的最低空分子轨道(LUMO)相对于供体单元的最低空分子轨道(LUMO)降低至少0.2eV，优选至少0.3eV，而按此方式形成的分子的最高占据分子轨道(HOMO)能量保持不变，降低或升高最大0.1eV。

如果在供体单元中，至少对于邻近受体单元的单体，最高占据分子轨道(HOMO)比在受体单元中邻近单体的最高占据分子轨道(HOMO)的能量高至少0.2eV，优选至少0.3eV，那么本发明的单元相对于具有j(j≥1)种单体A_j的受体单元也是具有i(i≥1)种单体D_i的供体单元，其中所述邻近单体在受体单元中形成在供体单元中邻近单体的附近。在优选情况下，所述的能量关系相对于受体单元的所有单体适用于供体单元的所有单体。用于进一步优化供体作用的上面描述以相应方式适用。

如果满足以下条件，所述条件可用实验再检验，例如通过在溶液中电化学测量和/或通过在固体上组合光电子光谱，那么本发明的单元相对于具有j(j≥1)种单体A_j的受体单元也是具有i(i≥1)种单体D_i的供体单元，所述条件为：供体单元粘着到受体单元的一侧或两侧，使得将按此方式形成的分子的最高占据分子轨道(HOMO)相对于受体单元的最高占据分子轨道(HOMO)升高至少0.2eV，优选至少0.3eV，而按此方式形成的分子的最低空分子轨道(LUMO)能量保持不变，升高或降低最大0.1eV。

如果受体单元(i)包括至少两种单体，优选至少三种单体和/或如果受体单元(ii)包括至少8个，优选至少10个原子与通过选自以下的一种或几种化学元素的原子形成的共轭的π电子体系：C、N、B、P、S、Si和O，那么受体单元是扩展的受体嵌段。尤其如果受体单元仅包括一种单体，那么还满足后一种情况。按相似方式，基于供体单元决定扩展的供体嵌段。利用扩展的嵌段可以支持通过光吸收形成的所需的激子移位，从而优化随后的载荷子分离。

在本发明优选的方面中，扩展受体嵌段的不同之处在于，扩展的受体嵌段包括至少一种扩展的受体亚嵌段，其一部分是上述的扩展的嵌段，和其中参与受体亚嵌段的所有单体的最低空分子轨道(LUMO)以最大约0.5eV，优选最大约0.3eV的能量宽度间隔，从而电子的波函数对于扩展的受体亚嵌段的参与单体具有最大可能的均匀系数。相似的是，在本发明优选的方面中，扩展的供体嵌段包括至少一种扩展的供体亚嵌段，其一部分是上述的扩展的嵌段，和其中参与扩展的供体亚嵌段的所有单体的最高占据分子轨道(HOMO)以最大约0.5eV，优选最大约0.3eV的能量宽度间隔，从而空穴的波函数对于扩展的供体亚嵌段的参与单体具有最大可能的均匀系数。

光吸收后的电荷分离优选使得在扩展的嵌段内部的低聚物上形成的载荷子种类(电子；空穴)移位，这改进了电荷分离以及随后的载荷子输送。此外，载荷子的移位降低了带电分子的局部旋转密度，这通常降低了自由基物质的反应性，因而提高了电化学稳定性。

本发明另一有用的方面在于，在共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)中，受体单元(A)和所述另一受体单元(A’)由同类型单体形成。低聚物的这种构造的优点在于，当分子以不规则方式、例如镜面倒置方式插在固体中、保持较小并且以即使在无序状态下也可获得相对较高的载荷子迁移率时，发生能量无序。这以相似方式适用于共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)，其中供体单元(D)和所述另一供体单元(D’)由同类型单体形成。

本发明有利的实施方案在于，在共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)中，所述供体单元(D)具有D₁D₂…D_m-1D_m(m＞2)类型的单体顺序，所述单体D₁和D_m的最高占据分子轨道(HOMO)比所述其他单体D₂…D_m-1的最高占据分子轨道(HOMO)能量高至少0.2eV。这至少部分补偿了在供体嵌段边缘的供体单体上受体单元的吸电子作用，其中使用特别是分离形式的富电子单体，例如，EDOT单体，若其他单体是噻吩环。因此，在不是直接接近受体基团的单体上的光产生的空穴的浓度被抵消，且空穴波函数可以在整个供体嵌段上最佳地和均匀地分布。

按相似方式，有用的是，在共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)中，所述受体单元(A)包括A₁A₂…A_m-1A_m(m＞2)的单体顺序，其中单体A₁和A_m的最低空分子轨道(LUMO)比所述其他单体A₂…A_m-1的最低空分子轨道(LUMO)低至少0.2eV。

另一个优选的方面在于，在共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)中形成镜面对称或点对称。在本发明另一有用的方面中，在共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)中形成镜面对称或点对称。镜面对称或点对称的优点在于，低聚物的静态偶极矩最小化，并且按此方式避免了降低载荷子迁移率的偶极无序。在任何情况下，高对称性使得可以更容易地形成高度有序的层，因为某些类型的点缺陷(反射的分子)从开始就被排除。

本发明另一有用的方面在于，触头和/或对触头被设计成透明或半透明的电极。

本发明优选的另一方面在于，一种或多种无机材料的至少一个无机层形成在触头和对触头之间。

本发明的有利实施方案在于，共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)和/或供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物)形成为低聚物，其在至少一个受体单元(A；A’)上包括腈基团和其中至少一个供体单元(D；D’)包括***氢原子，例如，在噻吩衍生物中。在分子的受体单元与相邻分子的供体单元之间发生分子内腈-氢的吸引相互作用，使得叠层中强的偏移支持了其彼此间分子的有利排列。可通过光谱证实形成了这种腈-氢桥，因为其使得所述氢原子参与的振动模式发生特性迁移。

还有用的是，触头是阳极，并且p-掺杂的有机层排列在阳极和光活性异质结(M-i-p二极管)之间。

进一步优选的方面在于，对触头是阴极，并且n-掺杂的有机层排列在阴极和光活性异质结(M-i-n或n-i-p二极管)之间。

本发明另一有用的方面在于，通过高真空热蒸发有机材料或将有机材料蒸发进用于将蒸发的有机材料输送到基材的惰性载气中，从而至少部分地沉积有机区(“有机气相沉积”)。

提供了一种本发明有利的实施方案，从一种或多种溶液通过旋涂、刮刀涂布和/或印刷至少部分地沉积有机区。

本发明优选的另一方面在于，供体单元(D)和/或另一供体单元(D’)含有至少一种以下供体类单体，其具有或不具有额外的***取代基：噻吩；噻吩并吡嗪；苯并噻二唑；乙烯二氧代噻吩(EDOT)或乙烯二硫代噻吩；异苯并噻吩(ITN)；桥连的二噻吩单元；1，3-噻唑；1，3，4-噻二唑；噻吩并-噻二唑；噻吩并-硒二唑；苯基；萘基；蒽；四氮烯；pentazene；亚乙烯基；亚苯基亚乙烯基；吡啶；嘧啶；卟啉；酞菁；芴；咔唑；二萘嵌苯；芘和二或三芳基胺。

本发明另一有用的方面在于，受体单元(A)和/或另一受体单元(A’)含有至少一种以下受体类单体，其具有或不具有额外的***取代基：氰基亚乙烯基，二氰基亚乙烯基或三氰基亚乙烯基；具有吸电子桥的桥连的二噻吩单元；苯并噻二唑；噁二唑；***；苯并咪唑；喹啉；喹喔啉；吡唑啉；萘二羧酸酸酐；萘二羧酸酰亚胺；萘二羧酸咪唑；卤代的碳环和杂环；二或三芳基硼基；二氧杂硼衍生物；醌型结构和具有酮-或二氰基甲烷取代基的芳基。

此外，提供一种装置，其具有若干叠置的如前述实施方案任一项所述的有机光活性器件、特别是有机光伏电池的叠置结构。

发明优选的示例性实施方案说明

下面利用示例性实施方案并参照附图详细解释本发明，其中：

图1显示光活性有机器件的示意图；

图2显示双(二氰基亚乙烯基)低聚噻吩衍生物的化学结构：双(二氰基亚乙烯基)低聚噻吩衍生物的化学结构的例子，其中n≥1和R1-R4是任意基团，优选氢原子或卤素基团，腈基团，烷基，烷氧基或芳基；

图3显示在溶液中(圆)和在石英玻璃上的30nm-厚的气相沉积层中(矩形)DCV3T的吸收光谱；

图4显示从X-射线衍射实验测定的DCV3T的晶体结构；

图5显示具有扩展的供体嵌段的共轭的A-D-A低聚物的一般结构顺序，其具有镜面对称/点对称并且二氰基亚乙烯基作为受体基团；

图6显示在共轭的A-D-A’/D-A-D’低聚物中供体单元的例子；

图7显示基于二氧杂硼基团的受体单元的例子；

图8显示可用于共轭的A-D-A’低聚物中的受体单元的例子；

图9显示共轭的A-D-A’低聚物，其中强供体单元排列在扩展的供体嵌段的两端，其中Y1和Y2指氧原子或硫原子，R1-R6指任意基团，然而，优选指氢原子或卤素基团，腈基团，烷基，烷氧基或芳基；

图10显示具有扩展的受体嵌段的共轭的D-A-D低聚物的例子；

图11显示在两端具有扩展的供体嵌段的共轭的D-A-D/D-A-D’低聚物的例子；

图12显示在两端具有扩展的受体嵌段的共轭的A-D-A’/A-D-A低聚物的例子；

图13显示在DCV-2T-TPy-2T-DCV的二氯甲烷溶液中和气相沉积层的吸收光谱；

图14显示使用具有20nm厚的DCV3T层和5nm厚的MeO-TPD层的太阳能电池照明的电流-电压特性；

图15显示使用具有20nm厚的DCV3T层和10nm厚的ZnPc层的太阳能电池照明和未照明时的电流-电压特性；

图16显示使用具有20nm厚的C₆₀层和15nm厚的DCV5T层的太阳能电池照明和未照明时的电流-电压特性；

图17显示DCV5T(a))的吸收光谱以及DCV5T(b))的荧光光谱；

图18显示在图16中测量的太阳能电池的外部量子产率；

图19显示基于C₆₀和DCV6T之间的光活性异质结的太阳能电池照明时的电流-电压特性；

图20显示2，9-二甲基-4，7二苯基-1，10邻二氮菲和bathophenatroline的化学结构；

图21显示MeO-TPD和Di-NPB的化学结构；

图22显示实施例8的太阳能电池照明时的电流-电压特性；以及

图23显示在DCV5T和C₆₀之间具有光活性异质结并具有p-掺杂DiNPD的C₆₀作为空穴输送子的实施例3的优化太阳能电池(矩形)与基于酞菁锌(ZnPc)和C₆₀的光活性异质结的相似结构(矩形)的比较。

在各种实施方案中，A-D-A’-BCO/D-A-D’-BCO(共轭的受体-供体-受体低聚物(A-D-A’低聚物)/共轭的供体-受体-供体低聚物(D-A-D’低聚物))在具有光活性异质结的光活性有机器件中用作光吸收，电子导电材料(ETM-“电子输送材料”)或光吸收，空穴导电材料(HTM-“空穴输送材料”)。这里，空穴导电材料(HTM)形成异质结的供体，电子导电材料(ETM)形成异质结的受体。

图1显示光活性有机器件的示意图，其具有触头1和对触头2以及与触头1和对触头2电连接的有机区3，其中具有光活性异质结5的光活性区4形成在有机区3中的电子导电有机材料6和空穴导电有机材料7之间。

如果A-D-A’-BCO用作空穴导电材料(HTM)，那么选择相应的电子导电材料(ETM)，例如，富勒烯C₆₀，使得光激发A-D-A’-BCO后，电子迅速转移到电子导电材料(ETM)。相反，如果A-D-A’-BCO用作电子导电材料(ETM)，那么选择互补的空穴导电材料(HTM)，使得光激发A-D-A’-BCO后，空穴迅速转移到空穴导电材料(HTM)上。

如果电子导电材料6和空穴导电材料7之间的界面形成为在两个材料区域(即，电子导电材料6的区域和空穴导电材料7的区域)之间基本上粘着的表面，那么电子导电材料6和空穴导电材料7之间的异质结5称作平面异质结。

如果电子导电材料6和空穴导电材料7相互至少部分地混合，使得电子导电材料6和空穴导电材料7之间的界面包括在材料混合物的本体内分布的多个界面部分，那么电子导电材料6和空穴导电材料7之间的异质结5是本体异质结。

在A-D-A’-BCO和受体材料(电子导电材料)之间具有光活性异质结5的光活性区4其结构可以为M-i-M-，p-i-n-，M-i-p-或M-i-n-结构(M＝金属，p＝p-掺杂的有机或无机半导体，n＝n-掺杂的有机或无机半导体，i＝有机层的固有导电体系)。

可以提供已知的串接电池的实施方案(参照P.Peumans等人，J.Appl.Phys.，93(7)，3693-3723(2003)；US 4,461,922；US 6,198,091；US 6,198,092)。还可以是两个或多个堆叠的M-i-M-，p-i-n-，M-i-p-或M-i-n二极管的串接电池(参照DE 103 13 232)。

在各实施方案中制造光活性器件，通过热气相沉积在底压10^-6～10^-8巴的高真空***中沉积各层。有机材料是从通过电阻线加热的陶瓷源气相沉积的。金属触头是从流过舟的电流直接加热的钼舟或陶瓷舟气相沉积的，在此过程中，通过振荡石英监视器测量和控制气相沉积速度。通过从被不同的振荡石英监视器控制的几个单独的加热源同时气相沉积基材，来制造混合层。通过在具有温度梯度的炉中在高真空下升华，预先纯化使用的有机材料。

A-D-A’-BCO的基团的简单代表是DCV3T。图5显示双(二氰基亚乙烯基)低聚噻吩衍生物的化学结构的例子，其中n≥1和R1-R4＝任意基团，优选氢，卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基：

DCV3T：R1，R2和R3＝氢，R4＝丁基和n＝1；

DCV5T：R1，R2和R3＝氢，R4＝丁基和n＝2；

DCV7T：R1，R2和R3＝氢，R4＝丁基和n＝3；

TCV3T：R1＝腈，R2和R3＝氢，R4＝丁基和n＝1；

烷基例如是甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基等，也可以是支链的，例如，叔丁基。芳基例如是苯基，萘基或在环中具有氮、硫或氧的杂环。烷基，烷氧基和芳基上的***氢原子可以被卤素原子或腈基团完全或部分地取代。

与溶解分子的光谱相比，薄层中的DCV3T的吸收光谱表现出所需的红移(参照图3)。这涉及到共轭的A-D-A’低聚物，与没有DCV端基的三聚噻吩(3T)相比证实了这一点。由于不能测量3T的电化学还原，因此A-D-A’特性最清楚地是表现在3T到DCV3T吸收的极端红移，同时第一氧化电势升高(参照表1)。

图3显示在溶液中(圆)和在石英玻璃上的30nm-厚的气相沉积层中(矩形)DCV3T的吸收光谱。在所述的层中，光谱明显迁移到较长的波长(红移)。该层中光谱的显著结构是低聚物中单体环平面化的标志，这对于高载荷子迁移率是有利的，因为这有利于邻近π轨道的分子的交叠。

表1

图4显示DCV3T的晶体结构。低聚物在叠层中的强烈偏移有助于在相激发中的跃迁偶极矩与溶液吸收相比中的允许的光跃迁红移之间的吸引相互作用。二氰基乙烯基受体单元与最邻近噻吩环之间的相互作用由箭头表明。

图5显示具有扩展的供体嵌段的共轭的A-D-A低聚物的一般结构顺序，其具有镜面对称/点对称并且二氰基亚乙烯基作为受体基团，其中R1＝n≥1和R1-R4＝任意基团，优选氢，卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。例如，图6中所示的单体可在作为供体单体的供体嵌段中以任何顺序使用。

图6显示在A-D-A’-BCO或D-A-D’-BCO中使用的供体单体的其它例子，其中X和Y＝CR1或N，Z＝S，CO，CR1R2，NR1，和其中R1或R2＝任意基团，优选氢，卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。单元c)和f)仅有条件地具有供体特性，并可以与更强的供体单元组合，甚至具有A-D-A’/D-A-D’低聚物中的受体功能。除了所示的供体基团之外，甚至可以使用乙烯基苯基，萘基，蒽或其他碳环或杂环。与低聚物中相邻单体的连接优选根据以虚线所示的键进行，但也可以在带有***氢或基团R的任何其他位置出现。如果以虚线所示的键没有用于键合相邻的分子，那么可以再次键合任意基团R。

图7显示基于二氧杂硼基团的受体类单元的例子，其可用于A-D-A’-BCO或D-A-D’-BCO中。在根据图5的A-D-A’-BCO中，可以发生后一种情况，例如，二氰基亚乙烯基端基。R是任意基团，然而，优选是氢，卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。所有其他***氢原子还可以被任意R基团取代。与低聚物中相邻单体的连接优选根据以虚线所示的键发生；然而，也可以在带有***氢或基团R的任何其他位置出现。如果以虚线所示的键没有用于键合相邻的分子，那么可以再次键合任意基团R。

通过选择供体嵌段可以调节A-D-A’-BCO的吸收边缘。例如，如果按图6中的实施方案b)、c)和f)所示，将具有低位LUMO的供体单体插进供体嵌段中，那么吸收发生红移。

图8显示可用于A-D-A’-BCO中的受体基团的另一例子。X指氧或硫原子，Y指S或NR，R指任意基团，然而，优选是氢，卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。图8中分子c、e和g中的低聚噻吩单元由于醌型结构而具有受体特性。与低聚物中相邻单体的连接优选根据以虚线所示的键发生，但也可以在带有***氢或基团R的任何其他位置出现。如果以虚线所示的键没有用于键合相邻的分子，那么可以再次键合任何基团R。

图9显示共轭的A-D-A低聚物的例子，其中特别是强供体单元插在扩展的供体嵌段的两端。这里，Y1和Y2指氧原子或硫原子。R1-R6是任意基团，但优选是氢原子或卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。

图10显示具有扩展的受体嵌段的D-A-D-BCO结构的例子。代替具有特别是强供体特性的所示EDOT基团的是，还可以使用其他供体单元，例如，图6所示的供体单元。此外，图7和图8中的所有单元都可以用作受体单体。

图11显示在两端具有扩展的供体嵌段的D-A-D’-BCO结构的例子。***氢原子可以被任意基团完全或部分取代，但优选被卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基取代。甚至还可以使用其他供体嵌段，例如图6所示单元的任何组合。同样，图7和图8中的所有单元都可以用作受体单体。

图12显示在两端具有扩展的受体嵌段的A-D-A’-BCO结构的例子，其中n＞0，m＞1，k＞1。***氢原子可以被卤素，腈，烷氧基或芳基完全或部分取代。还可以使用其他供体单元，例如图6所示单元的任何组合。同样，图7和图8中单元的任意组合都可以用作受体嵌段。R指任意基团，优选氢或卤素，腈，烷基，烷氧基或芳基。

图13显示在DCV-2T-TPy-DCV的二氯甲烷溶液中和气相沉积层的吸收光谱，其是DCV5T在供体嵌段中具有噻吩并吡嗪基团的衍生物，以及结构式为DCV-2T-TPy-2T-DCV。

下面说明基于A-D-A’-BCO具有图1结构的光活性有机器件的优选实施方案。

实施例1

在第一实施例中，DCV3T(参照图5的结构，其中n＝1，基团R1＝氢原子)用作异质结中的受体分子，N，N，N’，N’-四(4-四氧基苯基)对二氨基联苯(MeOTPD)用作供体分子。插进M-i-p结构中的这种异质结的可能层顺序是：玻璃基材/ITO/C₆₀(任选作为电子输送层)/DCV3T/MeOTPD/p-掺杂的MeOTPD/p-掺杂的酞菁锌(ZnPc；任选用于改进电阻性接触)/金。

由于MeOTPD是透明度高的，并且C₆₀和DCV3T之间的界面不适于激子分离，光电流的产生仅是由于DCV3T中的光吸收以及DCV3T和MeOTPD之间界面上随后的激子分离。

图14显示使用具有20nm厚的DCV3T层和5nm厚的纯MeOTPD层的太阳能电池照明的电流-电压特性，得到激子-分离界面。照明的太阳能电池的精确层顺序和特征数据也示于图14中。+1V值周围的特性S-形状连接到从ITO到DCV3T的低效率电子注入。通过***具有适合Fermi能级位置的n-掺杂的中间层，可以克服这种问题。

实施例2

在第二实施例中，实施例1中透明的MeOTPD被一层ZnPc在上部替代，使得层顺序是：玻璃基材/ITO/C₆₀(任选作为电子输送层)/DCV3T/ZnPc/p-掺杂的MeOTPD/p-掺杂的ZnPc(任选用于改进电阻性接触)/金。

图15显示使用具有20nm厚的DCV3T层和10nm厚的ZnPc层的太阳能电池照明和未照明时的电流-电压特性。这些层形成激子用的分离界面。照明的太阳能电池的精确层顺序和特征参数也示于图14中。

功能原理与上面实施例1相应。此外，光电流的产生是由于ZnPc上的光吸收以及异质结到DCV3T上的激子分离。因此，与上面实施例1相比，短路电流(j_sc)增大。

因而在实施例1和2中，A-D-A’-BCO DCV3T用作受体和电子导电材料。A-D-A’-BCO的有利性能与叠层行为相关，吸收和激子动力学也有作用。然而，这类用途不是优化的，因为电子大部分位于受体单元上，使得具有短受体单元的A-D-A’-BCO不是良好的电子导体。然而，对于具有平面异质结和薄吸收层的光活性有机器件而言，电子迁移率不象在本体异质结中那样至关重要，其中小电子迁移率立即造成高再结合损失。由此，试图从DCV3T和例如ZnPc或4P-TPD制造具有本体异质结的太阳能电池表现出低于0.5％的低效率。

在本体异质结中使用仅具有一种单体的受体单元的A-D-A’-BCO不起作用。具有极短受体嵌段(m＜3)的D-A-D’-BCO同样不起作用，其在本体异质结中作为电子导体的用途也不适合，因为它们不具备充分移位的电子波函数。

实施例3

在第三实施例中，实施例1中的DCV3T被DCV5T(参照结构(图5)，其中n＝2和R1＝氢)替代，用以进一步改进红光谱范围中的光吸收，使得层顺序如下：玻璃基材/ITO/C₆₀/DCV5T/MeOTPD/p-掺杂的MeOTPD/p-掺杂的ZnPc(任选用于改进电阻性接触)/金。

发现在第三实施例中，与实施例1和2相比，光活性界面出现在DCV5T和C₆₀之间，与DCV3T不同，A-D-A’-BCO DCV5T用作光活性异质结中的供体和空穴导体。DCV5T分子的较低电离能解释了这种差别，其具有更长的供体嵌段。

图16显示使用具有用作活性材料的20nm厚的C₆₀层和15nm厚的DCV5T层的太阳能电池照明和未照明时的电流-电压特性。在***中表明层顺序。电池开路电压0.94V，短路电流密度约6mA/cm²，因而能量转换效率约1.8％。另一种相同的太阳能电池，其中15nm DCV5T被15nm二己基五噻吩(DH5T)替代，即常规供体低聚物，其开路电压仅为约0.34％，短路电流密度约3.1mA/cm²，因而能量转换效率约0.4％，其光电流几乎仅来自于C₆₀的吸收。

图17显示a)DCV5T作为纯气相沉积层，作为与C₆₀混合(1∶1)并溶解在CH₂Cl₂中的层的吸收光谱。在DCV5T从液相转变为固相的过程中，吸收峰的迁移清楚可见。图17还显示b)纯DCV5T和由DCV5T和C₆₀(1∶1)构成的混合层的荧光光谱。可以认为，在混合层的光谱中，DCV5T的荧光被C₆₀猝灭。

图18显示在图16中测得的太阳能电池的外部量子产率。可以认为，DCV5T的吸收大部分成比例地构成太阳能电池的电流(参见550-600nm的量子产率)。

实施例4

在第四实施例中，对于较长低聚噻吩单元(例如，DCV6T，图5结构，其中D1＝D3＝噻吩，D2＝二丁基噻吩和R1＝氢或选择性地具有电子迁移基团R-例如，烷基或烷氧基-用于确保足够低的电子亲合力)而言，电离能进一步下降，使得这些A-D-A’-BCO可以用作供体分子，而C₆₀用作受体分子。插进m-i-p结构中的这种异质结的示例性层顺序是：玻璃基材/ITO/C₆₀/DCV6T/p-掺杂的MeOTPD/p-掺杂的ZnPc(任选用于改进电阻性接触)/金。

图19显示基于C₆₀和DCV6T之间的光活性异质结的太阳能电池以127mW/cm²模拟太阳光照明时的电流-电压特性，按平面异质结(实线)或本体异质结(虚线-参照下面实施例5)进行。

实施例5

在第五实施例中，C₆₀和DCV6T的混合层用作实施例4结构中的本体异质结，代替平面异质结，用于扩大活性界面。得到以下层顺序：玻璃基材/ITO/C₆₀*DCV6T(体积比4∶1～1∶1)/p-掺杂的MeOTPD/p-掺杂的ZnPc(任选用于改进电阻性接触)/金。

实施例6

所有上述活性层***也可以***进没有掺杂层的结构中，而非M-i-p电池。使用实施例4的活性***，有利地实现了以下结构：玻璃基材/ITO/3，4-聚乙烯二氧代噻吩:聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT:PSS；任选作为聚合物空穴导电层)/DCV6T/C₆₀/任选用于改进接触；例如，2，9-二甲基-4，7二苯基-1，10邻二氮菲，bathophenantroline或LiF/铝。

图20显示二甲基-4，7二苯基-1，10邻二氮菲和bathophenatroline的化学结构。

实施例7

根据第七实施例，提供一种p-i-n结构。例如，选择以下层结构：玻璃基材/ITO/p-掺杂的MeOTPD/C₆₀*DCV6T(体积比4∶1～1∶1)/n-掺杂的C₆₀/铝。

实施例8

第八实施例涉及到实施例3的有利变型。在该实施例中，C₆₀和DCV5T之间的光活性异质结***以下的p-i-I结构中：玻璃基材/ITO/p-掺杂的HTL/未掺杂的HTL/DCV5T/C₆₀/BPhen/Al，其中HTL指具有大带隙的空穴输送材料，如MeO-TPD或Di-NPB。

图21显示MeO-TPD(上)和Di-NPB(下)的化学结构。

图22显示基于在具有MeO-TPD或Di-NPB(参照图21)的p-i-i结构中作为空穴输送材料的C₆₀和DCV5T之间的光活性异质结的实施例8的太阳能电池，其以127mW/cm²模拟太阳光照明时的电流-电压特性。具有Di-NPB的太阳能电池对于模拟太阳光达到约3％的效率能级。

图23显示在DCV5T和C₆₀之间具有光活性异质结并具有p-掺杂的DiNPD作为空穴输送子的实施例3的优化太阳能电池(矩形)与基于酞菁锌(ZnPc)和C₆₀的光活性异质结的相似结构(矩形)的比较。DCV5T表现出约4.3％的双倍效率，尽管10nm厚的ZnPc和C₆₀混合层插在ZnPc/C₆₀太阳能电池中以增大光电流。没有加入时，光电流在ZnPc/C₆₀电池中下降约6mA/cm²。

实施例9

在第九实施例中，平面异质结和本体异质结组合，以增大光电流，例如，形成以下结构：玻璃基材/ITO/p-掺杂的MeOTPD/DCV6T/DCV6T*C₆₀(体积比4∶1～1∶1)/C₆₀/n-掺杂的C₆₀/铝。

这里，例如，在纯DCV6T层中被激发的激子可以扩散到相邻混合层中，在那里当它们遇到C₆₀分子时，它们分离成自由载荷子对。相应的情况适于在纯C₆₀层中产生的激子。

在实施例8的组合异质结中，甚至可以组合不同的材料以进一步加宽激励光谱：玻璃基材/ITO/p-掺杂的MeOTPD/EDOT-DCV5T/C₆₀*DCV6T(体积比4∶1～1∶1)/TCV3T/n-掺杂的C₆₀/铝。

选择EDOT-DCV5T(DCV5T衍生物，其中在供体嵌段中至少一个噻吩环被EDOT基团(图6d，Y1＝Y2＝0和R1＝R2＝H)取代，或TCV3T(参照图2中的结构，其中n＝1和R1＝CN))的纯层，使得可按无势垒方式将空穴从混合层转移到EDOT-DCV5T上，电子从混合层转移到TCV3T上。

上面的说明书、权利要求和附图中公开的本发明特征的单独及任意组合对于实现本发明各实施方案都很重要。

Claims

1.一种有机光活性器件，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性本体异质结的光活性区形成在有机区中，和其中所述空穴导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物，其具有分别连接到供体单元D的受体单元A和另一受体单元A’，其中所述供体单元D形成为扩展的供体嵌段，其中所述A-D-A’低聚物被设定为吸收光；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物，其具有分别连接到受体单元A的供体单元D和另一供体单元D’，其中所述供体单元D和所述另一供体单元D’形成为扩展的供体嵌段，其中所述D-A-D’低聚物被设定为吸收光，

其中各扩展的供体嵌段的供体单元D和另一供体单元D’包括至少两种单体和/或至少8个原子，所述原子具有通过选自以下的一种或几种化学元素的原子形成的共同的共轭π电子体系：C、N、B、P、S、Si和O。

2.如权利要求1所述的器件，其中该器件是有机光伏电池。

3.一种有机光活性器件，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性本体异质结的光活性区形成在有机区中，和其中所述电子导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物，其具有分别连接到供体单元D的受体单元A和另一受体单元A’，其中所述受体单元A和所述另一受体单元A’形成为扩展的受体嵌段，其中所述A-D-A’低聚物被设定为吸收光；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物，其具有分别连接到受体单元A的供体单元D和另一供体单元D’，其中所述受体单元A形成为扩展的受体嵌段，其中所述D-A-D’低聚物被设定为吸收光，

其中各扩展的受体嵌段的受体单元A和另一受体单元A’包括至少两种单体和/或至少8个原子，所述原子具有通过选自以下的一种或几种化学元素的原子形成的共同的共轭π电子体系：C、N、B、P、S、Si和O。

4.如权利要求3所述的器件，其中该器件是有机光伏电池。

5.一种有机光活性器件，其具有触头和对触头以及与触头和对触头电连接的有机区，其中在电子导电有机材料和空穴导电有机材料之间具有光活性平面异质结的光活性区形成在有机区中，和其中所述电子导电材料和/或所述空穴导电有机材料由以下类型之一的低聚物形成：

-共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物，其具有分别连接到供体单元D的受体单元A和另一受体单元A’，其中至少所述供体单元D形成为扩展的供体嵌段或至少所述受体单元A和所述另一受体单元A’形成为扩展的受体嵌段，其中所述A-D-A’低聚物被设定为吸收光；和

-共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物，其具有连接到受体单元A的供体单元D和另一供体单元D’，其中至少所述受体单元A形成为扩展的受体嵌段或所述供体单元D和所述另一供体单元D’形成为扩展的供体嵌段，其中所述D-A-D’低聚物被设定为吸收光，

其中各扩展的受体或供体嵌段的受体单元A和另一受体单元A’以及供体单元D和另一供体单元D’包括至少两种单体和/或至少8个原子，所述原子具有通过选自以下的一种或几种化学元素的原子形成的共同的共轭π电子体系：C、N、B、P、S、Si和O。

6.如权利要求5所述的器件，其中该器件是有机光伏电池。

7.如前述权利要求任一项所述的器件，其特征在于，在共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物中，所述受体单元A和所述另一受体单元A’由同类型单体形成。

8.如前述权利要求至少一项所述的器件，其特征在于，在所述共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物中，所述供体单元D和所述另一供体单元D’由同类型单体形成。

9.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，在所述共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物中，所述供体单元D具有D₁D₂...D_m-1D_m的单体顺序，其中m＞2，其中所述单体D₁和D_m的最高占据分子轨道HOMO比所述其他单体D₂...D_m-1的最高占据分子轨道HOMO能量高至少0.2eV。

10.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，在所述共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物中，所述受体单元A具有A₁A₂...A_m-1A_m的单体顺序，其中m＞2，其中所述单体A₁和A_m的最低空分子轨道LUMO比所述其他单体A₂...A_m-1的最低空分子轨道LUMO能量低至少0.2eV。

11.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，在所述共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物中形成镜面对称或点对称。

12.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，在所述共轭的供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物中形成镜面对称或点对称。

13.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述触头和/或所述对触头被设计成透明或半透明的电极。

14.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，在所述触头和所述对触头之间形成一种或多种无机材料的至少一个无机层。

15.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述共轭的受体-供体-受体低聚物，A-D-A’低聚物和/或所述供体-受体-供体低聚物，D-A-D’低聚物形成为低聚物，其在至少一个受体单元A、A’上具有腈基团和其中至少一个供体单元D、D’具有***氢原子。

16.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述触头是阳极，并且p-掺杂的有机层排列在所述阳极和所述光活性异质结M-i-p二极管之间。

17.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述对触头是阴极，并且n-掺杂的有机层排列在所述阴极和所述光活性异质结M-i-n或n-i-p二极管之间。

18.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述供体单元D和/或所述另一供体单元D’含有至少一种以下供体类单体，其具有或不具有额外的***取代基：

a)噻吩

b)噻吩并吡嗪

c)苯并噻二唑

d)乙烯二氧代噻吩EDOT或乙烯二硫代噻吩

e)异苯并噻吩ITN

f)桥连的二噻吩单元

g)1，3-噻唑

h)1，3，4-噻二唑

i)噻吩并-噻二唑

j)噻吩并-硒二唑

k)苯基

l)萘基

m)蒽

n)四氮烯

o)pentazene-亚乙烯基

q)亚苯基亚乙烯基

r)吡啶

s)嘧啶

t)卟啉

u)酞菁

v)芴

w)咔唑

x)二萘嵌苯

y)芘

z)二或三芳基胺。

19.如权利要求1、3、5的任一项所述的器件，其特征在于，所述受体单元A和/或所述另一受体单元A’含有至少一种以下受体类单体，其具有或不具有额外的***取代基：

a)氰基-，二氰基或三氰基亚乙烯基

b)具有吸电子桥的桥连的二噻吩单元

c)苯并噻二唑

d)噁二唑

e)***

f)苯并咪唑

g)喹啉

h)喹喔啉

i)吡唑啉

j)萘二羧酸酸酐

k)萘二羧酸酰亚胺

l)萘二羧酸咪唑

m)卤代的碳环和杂环

n)二或三芳基硼基

o)二氧杂硼衍生物

p)醌型结构

q)具有酮-或二氰基甲烷取代基的芳基。

20.一种装置，其具有几个叠置的如前述权利要求至少一项所述的有机光活性器件的叠置结构。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述有机光活性器件是有机光伏电池。