專利名稱：：具有三重態(tài)捕獲的有機(jī)光敏光電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及含有機(jī)光電導(dǎo)材料的有機(jī)光敏光電器件，所述有機(jī)光電導(dǎo)材料包含摻雜有形成三重態(tài)的材料的單重態(tài)裂變主體材料。
背景技術(shù)：
：光電器件依靠材料的光學(xué)和電子性能來電子地制造或檢測(cè)的電磁輻射或由周圍的電磁輻射發(fā)電。光敏光電器件將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電信號(hào)或電流。太陽(yáng)能電池，也稱之為光電池(photovoltaic)(“PV”)器件，是一種具體用于發(fā)電的光敏光電器件。光導(dǎo)電池(photocondutorcell)是一種用于連接信號(hào)檢測(cè)電路的光敏光電器件，其監(jiān)測(cè)器件的電阻從而檢測(cè)因吸收的光而發(fā)生的變化?？山邮帐┘拥钠珘旱墓鈾z測(cè)器是一種用于連接電流檢測(cè)電路的光敏光電器件，其測(cè)量在將光檢測(cè)器暴露于電磁輻射時(shí)所產(chǎn)生的電流。根據(jù)是否存在整流結(jié)并還根據(jù)器件是否利用外部施加的電壓運(yùn)行，可以區(qū)分這三種光敏光電器件，所述外部施加的電壓也稱作偏壓。光導(dǎo)電池沒有整流結(jié)且通常利用偏壓來運(yùn)行。PV器件具有至少一個(gè)整流結(jié)且不需要偏壓來運(yùn)行。光檢測(cè)器具有至少一個(gè)整流結(jié)且通常但不總是利用偏壓運(yùn)行。如本文中所使用的，術(shù)語“整流”尤其是指界面具有不對(duì)稱傳導(dǎo)特性，即界面支持優(yōu)選在一個(gè)方向上的電子電荷傳輸。術(shù)語“半導(dǎo)體”是指當(dāng)因熱或電磁激發(fā)誘導(dǎo)電荷載流子時(shí)能夠?qū)щ姷牟牧?。術(shù)語“光電導(dǎo)”通常是指電磁輻射能被吸收并由此轉(zhuǎn)化成電荷載流子激發(fā)能量，使得所述載流子能夠在材料中傳導(dǎo)(即傳輸)電荷的過程。術(shù)語“光電導(dǎo)材料”是指因它們吸收電磁輻射而產(chǎn)生電荷載流子的性質(zhì)而被利用的半導(dǎo)體材料。當(dāng)將適當(dāng)能量的電磁輻射入射到有機(jī)半導(dǎo)體材料上時(shí)，光子能夠被吸收而產(chǎn)生激發(fā)分子狀態(tài)。在有機(jī)光電導(dǎo)材料中，通常認(rèn)為產(chǎn)生的分子狀態(tài)為“激子”，即作為準(zhǔn)粒子傳輸?shù)奶幱诮Y(jié)合狀態(tài)的電子-空穴對(duì)。在成對(duì)復(fù)合(“猝滅”)之前，激子能夠具有可觀的壽命，所述猝滅是指原始電子和空穴相互復(fù)合(與來自其它對(duì)的空穴或電子的復(fù)合相對(duì))。為了產(chǎn)生光電流，典型地是在整流結(jié)處將形成激子的電子-空穴分開。在光敏器件的情況下，將整流結(jié)稱作光電異質(zhì)結(jié)。有機(jī)光電異質(zhì)結(jié)的類型包括在施主材料和受主材料界面處形成的施主_受主異質(zhì)結(jié)、在光電導(dǎo)材料和金屬的界面處形成的肖特基(Schottky)-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)。圖1為說明施主_受主異質(zhì)結(jié)實(shí)例的能級(jí)圖。在有機(jī)材料的背景中，術(shù)語“施主”和“受主”是指兩種接觸但不同的有機(jī)材料的最高占據(jù)分子軌道(“Η0Μ0”)和最低未占據(jù)分子軌道(“LUM0”)能級(jí)的相對(duì)位置。如果與另一種材料接觸的一種材料的LUMO能級(jí)較低，那么所述材料為受主。反之，其為施主。在缺少外部偏壓的條件下，在施主-受主結(jié)處的電子移入受主材料中在能量方面是有利的。如本文中所使用的，如果第一能級(jí)更接近真空能級(jí)10，則第一HOMO或LUMO能級(jí)“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級(jí)。較高的HOMO能級(jí)對(duì)應(yīng)于具有比真空能級(jí)小的絕對(duì)能量的電離電位(“IP”)。同樣地，較高的LUMO能級(jí)對(duì)應(yīng)于具有比真空能級(jí)小的絕對(duì)能量的電子親和勢(shì)(“EA”)。在常規(guī)能級(jí)圖中，真空能級(jí)在頂部的情況下，材料的LUMO能級(jí)比相同材料的HOMO能級(jí)高。在施主152或受主154中吸收光子6產(chǎn)生激子8之后，所述激子8在整流界面處離解。施主152傳輸空穴(空心圓)且受主154傳輸電子(黑圓)。有機(jī)半導(dǎo)體中的重要性質(zhì)是載流子遷移率。遷移率測(cè)量了電荷載流子能夠響應(yīng)電場(chǎng)而移動(dòng)通過導(dǎo)電材料的容易。在有機(jī)光敏器件的背景中，因高電子遷移率而優(yōu)先通過電子傳導(dǎo)的材料可稱作電子傳輸材料。因高空穴遷移率而優(yōu)先通過空穴傳導(dǎo)的材料可稱作空穴傳輸材料。因在器件中的遷移率和/或位置而優(yōu)先通過電子傳導(dǎo)的層，可以稱作電子傳輸層(“ETL”)。因在器件中的遷移率和/或位置而優(yōu)先通過空穴傳導(dǎo)的層，可以稱作空穴傳輸層(“HTL”)。優(yōu)選地，但不是必須地，受主材料為電子傳輸材料，而施主材料為空穴傳輸材料。如何根據(jù)載流子遷移率及相對(duì)HOMO和LUMO能級(jí)使得兩種有機(jī)光電導(dǎo)材料成對(duì)而充當(dāng)光電異質(zhì)結(jié)中的施主和受主，在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的，在此不作描述。塊狀半導(dǎo)體以及絕緣體的一個(gè)共有特征為“帶隙”。帶隙是充滿電子的最高能級(jí)和空的最低能級(jí)之間的能量差。在無機(jī)半導(dǎo)體或無機(jī)絕緣體中，這種能量差是價(jià)帶邊緣(價(jià)帶頂部)和導(dǎo)帶邊緣(導(dǎo)帶底部)之間的差。在有機(jī)半導(dǎo)體或有機(jī)絕緣體中，這種能量差為HOMO和LUMO之間的差。純物質(zhì)的帶隙缺少能夠存在電子和空穴的能態(tài)。用于傳導(dǎo)的唯一可利用的載流子為具有足夠激發(fā)以越過所述帶隙的能量的電子和空穴。通常，半導(dǎo)體比絕緣體具有相對(duì)小的帶隙。就有機(jī)半導(dǎo)體的能帶模型而言，帶隙LUMO側(cè)上僅電子為電荷載流子，而帶隙HOMO側(cè)上僅空穴為電荷載流子。有機(jī)光敏器件現(xiàn)有技術(shù)的其它背景解釋和說明，包括它們的一般結(jié)構(gòu)、特性、材料和特征，能夠在Forrest等人的美國(guó)專利6657378號(hào)、Forrest等人的美國(guó)專利6580027號(hào)和Bulovic等人的美國(guó)專利6352777號(hào)中找到，其公開內(nèi)容通過參考并入本文中。通過在黑暗條件和明亮條件下研究小分子太陽(yáng)能電池的特征IV響應(yīng)，確定小分子太陽(yáng)能電池的性能。借助于[參考文獻(xiàn)1]，功率轉(zhuǎn)化效率ηΡ取決于開路電壓(V。。)、短路電流密度(Js。)和填充因子(FF)np=(JscXVocXFF)/P0(1)其中P。為入射光功率。此處，對(duì)于高性能小分子量有機(jī)光伏電池，F(xiàn)F取決于串聯(lián)電阻且典型地為0.50.65。通過有機(jī)物的吸收、太陽(yáng)光譜和吸收層的消光系數(shù)以及厚度和其它因素之間的重疊來定義最大的Jsc。然而，光電流高度取決于材料的電荷傳輸性能，因?yàn)殡姾闪鲃?dòng)的電阻率代表了電池性能的重大挑戰(zhàn)[參考文獻(xiàn)2]。當(dāng)涉及電池性能時(shí)，另一個(gè)需要考慮的非常重要的參數(shù)為激子擴(kuò)散長(zhǎng)度。材料的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度代表激子在復(fù)合之前能夠移動(dòng)的距離。因此，為了使得電荷載流子占通過吸收的光子而產(chǎn)生的激子數(shù)的百分率高，優(yōu)選在異質(zhì)結(jié)的約Ld內(nèi)形成激子。所述激子擴(kuò)散長(zhǎng)度Ld與激子擴(kuò)散系數(shù)D和激子壽命τ相關(guān)，用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>。對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體，激子擴(kuò)散長(zhǎng)度通常比光學(xué)吸收長(zhǎng)度La短，因此限制了所使用有機(jī)層的厚度，因?yàn)榧ぷ拥竭_(dá)施主-受主界面以進(jìn)行電荷分離的能力相對(duì)低。這種效應(yīng)不僅限制了吸收材料的量，而且為分離的電荷產(chǎn)生了有阻力的通道，這對(duì)于有效光轉(zhuǎn)化而言是所不期望的[參考文獻(xiàn)1]。有機(jī)太陽(yáng)能電池中V。。的起源不好理解[參考文獻(xiàn)3、4]。一些人建議，其主要取決于在雙層電池中異質(zhì)界面處受主類材料的最低未占分子軌道(LUMO)和給體類材料的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)之間的能量差(稱之為界面間隙，Ig)[參考文獻(xiàn)5]。然而，其它人未觀察到該Ig和所觀察的V。。之間存在明顯的關(guān)系，并提出通過取決于載流子遷移率的化學(xué)勢(shì)梯度來控制這種電壓[參考文獻(xiàn)6]。而且，應(yīng)當(dāng)清楚，Voc不反映所吸收光子的全部能量且在功率轉(zhuǎn)化過程期間必定損失能量。目前為止尚未解釋這些損失，并且在估計(jì)開路電壓的基礎(chǔ)時(shí)必須要十分小心。有機(jī)光電(OPV)電池極有希望成為受硅基器件控制的現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池技術(shù)的可行的替代方案。然而，目前它們的效率太低而不能有效地與Si基器件競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)驗(yàn)室基OPV電池的記錄效率為5.7%[參考文獻(xiàn)7]，其大致為商業(yè)無定形硅基PV電池效率的一半。目前OPV系統(tǒng)的固有限制涉及光收集效率，其受激子擴(kuò)散長(zhǎng)度控制。為了彌補(bǔ)短的擴(kuò)散長(zhǎng)度，已經(jīng)開發(fā)了新型器件結(jié)構(gòu)，但是對(duì)可應(yīng)用的材料尚未進(jìn)行集中在通過延長(zhǎng)擴(kuò)散長(zhǎng)度來解決所述問題的詳細(xì)研究[參考文獻(xiàn)8、9]。利用兩種有機(jī)材料，一種為純電子施主(D)而另一種為受主(A)，能夠說明在有機(jī)光伏電池(OPV)中產(chǎn)生光電流的基本機(jī)理?？梢詫⑺龇椒ǚ纸獬伤膫€(gè)連續(xù)步驟(圖2)。所述方法的第一步驟為光吸收，從而導(dǎo)致激子形成，且效率為nA。為了覆蓋大部分太陽(yáng)光譜，為OPV選定的施主和受主材料必須具有寬吸光度線和高消光系數(shù)，從而為薄膜提供高光笛、度。一旦形成，則激子遷移至D/A界面，或者作為選擇借助于輻射或非輻射過程而衰變至基態(tài)(ks$)。由激子擴(kuò)散長(zhǎng)度確定最佳厚度，由于超過該距離而產(chǎn)生的激子衰變比它們遷移至D/A界面快。激子擴(kuò)散的效率(nED)與擴(kuò)散速率(kdiff)和衰變速率(ks$)的相對(duì)量級(jí)有關(guān)。大部分已經(jīng)檢驗(yàn)了的OPV材料的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度短。例如，公共的施主和受主材料CuPC和C6tl的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度分別為810和40nm。所看到的這些材料的短激子擴(kuò)散長(zhǎng)度迫使D和A膜保持得薄，從而限制了OPV中的光密度，由此限制了能夠有效收集的光的量和OPV的效率。在D/A界面處，激子經(jīng)歷電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)(效率=nCT)，從而分別在D和A層中形成空穴和電子。電荷轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)力為施主和受主軌道之間的能量偏離。在產(chǎn)生空穴和電子之后，它們通過D和A材料傳導(dǎo)并通過電極抽出(電荷收集)。對(duì)于高效0PV，高載流子遷移率是關(guān)鍵的。低遷移率(高電阻)材料將電荷截留在D/A界面附近，從而促進(jìn)了返回電子轉(zhuǎn)移(backelectrontransfer)(空穴和電子在界面處的復(fù)合)。這導(dǎo)致光電流降低且填充因子明顯降低，兩者都會(huì)降低器件可利用的功率。為了增加OPV的光密度且不降低在D/A界面處的激子收集，已經(jīng)開發(fā)了許多不同的方法。一種有利的方法是堆疊0PV，從而制成串聯(lián)電池[參考文獻(xiàn)9、10]，例如參見圖3A。顯示了串聯(lián)OPV以提供了相同結(jié)構(gòu)的單個(gè)OPV的輸出功率的高達(dá)兩倍。[參考文獻(xiàn)9]在聚合物基OPV中已經(jīng)廣泛使用一種替代方法，所述替代方法涉及使用塊狀異質(zhì)結(jié)。[參考文獻(xiàn)11、12]如果將D和A材料混合，它們易于相分離成純的D和A的微疇，其提供了各自電荷傳導(dǎo)通道。能夠使得這種塊狀異質(zhì)結(jié)材料足夠厚，以吸收大部分入射光而不形成激子，所述激子距離D/A界面太遠(yuǎn)而不能收集。(圖3AB)處理串聯(lián)和塊狀異質(zhì)結(jié)器件兩者中的OPV材料中短激子擴(kuò)散長(zhǎng)度的基本策略涉及增大光吸收率，而不是嘗試去直接處理短激子擴(kuò)散長(zhǎng)度。這些方法涉及器件結(jié)構(gòu)變化而不是新材料設(shè)計(jì)。這種方法的問題在于，其不致力于解決根本問題，即這些有機(jī)半導(dǎo)體的短激子擴(kuò)散長(zhǎng)度。激子擴(kuò)散長(zhǎng)度Ld與激子擴(kuò)散系數(shù)D和激子壽命τ有關(guān)，用下式表示LD=廂。對(duì)于單晶薄膜，會(huì)觀察到最高激子擴(kuò)散系數(shù)。在典型的OPV電池中所使用的無定形玻璃往往因激子在缺陷位點(diǎn)處的散射而具有較低的擴(kuò)散系數(shù)。在光吸收時(shí)形成的激子為單重態(tài)構(gòu)型。這種激子的輻射壽命典型地為10納秒以下。因?yàn)槭芗?zhǔn)分子形成、在缺陷處的猝滅和單分子非輻射衰變，主要是系統(tǒng)間跨越成三重態(tài)激子，所以在純凈薄膜中測(cè)得的單重態(tài)激子的壽命明顯低于它們的輻射壽命。單重態(tài)激子的激子擴(kuò)散系數(shù)能夠相當(dāng)高，因?yàn)楦Ｋ固?Forster)能量轉(zhuǎn)移過程是可行的，使得一次跳躍幾納米。三重態(tài)激子的壽命明顯比它們單重態(tài)相對(duì)物的長(zhǎng)。盡管有機(jī)分子能夠具有納秒范圍的單重態(tài)壽命，但是相同材料在稀釋試樣中的三重態(tài)壽命能夠高達(dá)幾分鐘至幾小時(shí)。根據(jù)‘的關(guān)系，可預(yù)計(jì)看到三重態(tài)激子的長(zhǎng)擴(kuò)散長(zhǎng)度。盡管三重態(tài)激子擴(kuò)散長(zhǎng)度能夠合理地長(zhǎng)，例如對(duì)于無定形薄膜來說C6tl提供了40nm的LD，但是它們不會(huì)像人們根據(jù)三重態(tài)壽命所猜測(cè)的那樣長(zhǎng)。有幾種原因造成這種情況。第一種原因在于，純凈薄膜中的壽命明顯小于通常進(jìn)行測(cè)量的在稀釋基體中的壽命。猝滅、受激準(zhǔn)分子形成和T-T湮滅使得三重態(tài)壽命降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，三重態(tài)的擴(kuò)散系數(shù)明顯低于單重態(tài)的擴(kuò)散系數(shù)。與單重態(tài)相比，福斯特能量轉(zhuǎn)移過程不是非常有效的，這主要是由于三重態(tài)吸收帶的振子強(qiáng)度低。因此，借助于德克斯特(Dexter)機(jī)理，主要通過最近相鄰跳躍而發(fā)生三重態(tài)激子擴(kuò)散。盡管一般有機(jī)分子的三重態(tài)壽命能夠非常長(zhǎng)，但是一般OPV材料的三重態(tài)壽命處于微秒狀態(tài)。將其與低的D值結(jié)合，給了三重態(tài)基材料良好但是不意外的Lc值。如果能夠增加OPV材料的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，則能夠制造具有厚的、在光學(xué)上稠密的D和A層的器件。因此，需要提供借助于新材料設(shè)計(jì)而具有改良性能的有機(jī)光敏光電器件，所述器件致力于解決激子擴(kuò)散長(zhǎng)度的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供光敏光電器件，所述器件包含陽(yáng)極、陰極和布置在所述陽(yáng)極和陰極之間的至少一個(gè)感光區(qū)域，其中-所述至少一個(gè)感光區(qū)域包含至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料，所述有機(jī)光電導(dǎo)材料包含至少一種單重態(tài)裂變主體材料和至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的量比所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的量大；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自當(dāng)吸收光時(shí)展示單重態(tài)裂變的材料；和-在所述摻雜劑吸收光之后，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料形成三重態(tài)激子。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制造本發(fā)明有機(jī)光敏光電器件的方法，所述方法包括提供陽(yáng)極、陰極并放置至少與所述陽(yáng)極或陰極接觸的至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料，其中-所述至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料包含至少一種單重態(tài)裂變主體材料和至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的量比所述至少一種三重態(tài)裂變摻雜劑材料的量大；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自當(dāng)吸收光時(shí)展示單重態(tài)裂變的材料；和-在所述摻雜劑吸收光之后，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑形成三重態(tài)激子。圖1為說明施主_受主異質(zhì)結(jié)的能級(jí)圖。圖2顯示了在OPV電池中產(chǎn)生光電流的一般機(jī)理。圖3A3B，在3A中顯示了串聯(lián)電池設(shè)計(jì)并在3B中顯示了塊狀異質(zhì)結(jié)電池，其中在圖3A3B中給體顯示為用交叉的平行實(shí)線畫出陰影且受體顯示為點(diǎn)刻線，并且內(nèi)部透明電極顯示為用交叉的平行虛線畫出陰影，并在圖3A3B中標(biāo)記了陰極和陽(yáng)極。圖4A4D，在方案1(圖4A)中顯示了單重態(tài)裂變能量學(xué)；在方案2(圖4B)中顯示了摻雜劑三重態(tài)猝滅成主體三重態(tài)；在方案3(圖4C)中顯示了主體單重態(tài)因施主單重態(tài)的猝滅并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)換成主體的三重態(tài)；以及在方案4(圖4D)中顯示了在所述主體上產(chǎn)生提高的三重態(tài)的全過程。具體實(shí)施例方式本文中所述的包含摻雜了至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的至少一種單重態(tài)裂變主體材料的有機(jī)光電導(dǎo)材料，可以用于除了太陽(yáng)能電池之外的光電器件。在一個(gè)實(shí)施方案中，其它光電器件如有機(jī)光檢測(cè)器、有機(jī)光傳感器、有機(jī)光電導(dǎo)體、化學(xué)傳感器和生物傳感器可以使用非平面卟啉。如本文中所使用的，光敏光電器件能夠?yàn)樘?yáng)能電池、光檢測(cè)器、光傳感器、光電導(dǎo)體、化學(xué)傳感器和生物傳感器。如本文中所使用的，術(shù)語“有機(jī)物”包括可用于制造有機(jī)光敏光電器件的聚合物材料以及小分子有機(jī)材料。“小分子”是指不是聚合物的任何有機(jī)材料，“小分子”實(shí)際上可以非常大。在某些情況下，小分子可以包括重復(fù)單元。例如，使用長(zhǎng)鏈烷基作為取代基不會(huì)將分子從“小分子”類別中除去。例如，還可以將小分子并入聚合物中作為聚合物主鏈的側(cè)基或主鏈的一部分。小分子還可充當(dāng)樹枝狀化合物(dendrimer)的核心部分，其由一系列在所述核心部分上建造的化學(xué)外殼組成。樹枝狀化合物的核心部分可以為熒光或磷光的小分子發(fā)射體。樹枝狀化合物可以為“小分子”。通常，小分子具有確定的化學(xué)式，其中分子之間的分子量相同，而聚合物也具有確定的化學(xué)式，其中分子之間的分子量可以變化。如本文中所使用的，“有機(jī)物”包括烴基和雜原子取代的烴基配體的金屬絡(luò)合物。據(jù)報(bào)道，存在大量的有機(jī)化合物經(jīng)歷單重態(tài)裂變而有效形成兩個(gè)三重態(tài)激子。因此，吸收單個(gè)光子可能導(dǎo)致形成兩個(gè)激子。如果使用這些材料中的一種作為有機(jī)光伏電池器件的施主或受主層，則會(huì)可能實(shí)現(xiàn)高電流(相對(duì)于未經(jīng)歷單重態(tài)裂變的材料而言)，因?yàn)榭赡艿竭_(dá)D/A界面的激子數(shù)量加倍。而且，吸收光時(shí)最終形成的激子為三重態(tài)的事實(shí)具有附加的優(yōu)勢(shì)，即三重態(tài)激子比它們的單重態(tài)相對(duì)物具有更長(zhǎng)的壽命，從而可能提供具有更長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度的三重態(tài)激子材料。提高的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度允許使用更厚的有機(jī)膜并因此得到提高的光收集效率。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及改善單重態(tài)裂變材料以提供提高/更寬的光吸收、尤其是在太陽(yáng)光譜的紅色區(qū)域和近紅外區(qū)域的光吸收的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及已知材料的摻雜以在光激發(fā)時(shí)提供明顯的系統(tǒng)間跨越，使得在摻雜劑位點(diǎn)處光子的吸收將在摻雜劑處有效形成三重態(tài)激子。典型地，本文中所使用的摻雜劑材料在吸收帶和三重態(tài)激子之間具有小的能級(jí)位移，使得在光激發(fā)中形成的單重態(tài)激發(fā)態(tài)與三重態(tài)之間的能量損失小(即交換能量小)。金屬卟啉和酞菁絡(luò)合物具有這些特性，在光譜的紅色部分至近紅外部分中具有強(qiáng)烈的“Q帶”并在近紅外部分中具有三重態(tài)能量。形成三重態(tài)的摻雜劑將有效地轉(zhuǎn)化成單重態(tài)裂變材料而被傳輸至D/A界面。由此，因裂變材料或摻雜劑而引起的光吸收將在裂變/主體材料中提供三重態(tài)激子。摻雜的膜的吸收光譜成為主體和摻雜劑材料的光譜疊加，從而導(dǎo)致適用的吸收能量的寬范圍。應(yīng)當(dāng)選擇摻雜劑材料，使得其主要吸收帶落在裂變材料的主要吸收帶(單重態(tài)吸收帶)和裂變材料中三重態(tài)的能量之間。這將確保摻雜的膜具有最廣的可能光譜吸收率，且摻雜劑三重態(tài)的能量比主體三重態(tài)的高。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑材料構(gòu)成所述材料的約50%以下且主體構(gòu)成所述膜的約50%以上。可以從可能會(huì)經(jīng)歷單重態(tài)裂變的分子中選擇單重態(tài)裂變主體材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，從存在強(qiáng)烈光吸收的分子中選擇單重態(tài)裂變主體材料，其基本上由η-共軛體系構(gòu)成。使用在Paci等人的出版物[參考文獻(xiàn)15]中所示的基本策略，能夠選擇可提供有效單重態(tài)裂變的分子，所述參考文獻(xiàn)的公開內(nèi)容通過參考并入本文中。所述選擇標(biāo)準(zhǔn)是以S1、T1和T2狀態(tài)的相對(duì)能量學(xué)為基礎(chǔ)的。首先，必需從振動(dòng)緩和的激發(fā)態(tài)開始產(chǎn)生稍微放熱的兩種Tl態(tài)，使得E(Sl)>2E(T1)。這種相同的要求還確保了Tl-Tl湮滅的低室溫速率以產(chǎn)生Sl和S0，因?yàn)槠洮F(xiàn)在是吸熱的。然而，Tl-Tl湮滅產(chǎn)生下一個(gè)較高的三重態(tài)，T2和SO幾乎是等能量的(isoergic)且非常迅速。然后，還需要使得E(T2)>2E(Tl)，其保證這種湮滅過程吸熱且非常慢。也希望降低單重態(tài)系統(tǒng)間跨越而成為多個(gè)三重態(tài)(tripletmanifold)的可能性。總之，最佳的單重態(tài)裂變材料應(yīng)滿足極度例外的條件E(Sl)、E(T2)>2E(T1)。在Paci等人的出版物[參考文獻(xiàn)15]中能夠發(fā)現(xiàn)有效單重態(tài)裂變主體材料的良好實(shí)例，其包括四組分子鄰二甲苯衍生物、異亞甲基茚衍生物、對(duì)二甲苯衍生物及茈衍生物。在這些種類中，根據(jù)Paci等人的出版物中所提供的計(jì)算，許多化合物作為單重態(tài)裂變的可能候選出現(xiàn)。通過參考將Paci等人的公開內(nèi)容并入本文中。除了這四組分子之外，還能夠?qū)⒕坂绶?P3HT)和多并苯如并四苯用作單重態(tài)裂變材料。盡管從激子擴(kuò)散的觀點(diǎn)考慮，使用三重態(tài)激子會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生有利的影響，但是電荷產(chǎn)生過程的其它方面可能不會(huì)提高。特別地，由于在激子從單重態(tài)轉(zhuǎn)化成三重態(tài)時(shí)伴隨有交換能量損失，所以傾向于避免使用三重態(tài)材料。這種能量損失能夠高達(dá)IeV且表示在器件所捕獲的光子能量中的重大損失。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括單重態(tài)-三重態(tài)的能量差比較小的摻雜劑材料。因此，在材料中的光吸收將導(dǎo)致相當(dāng)小的交換能量損失。當(dāng)然，單重態(tài)裂變材料的單重態(tài)-三重態(tài)能量間距大，因?yàn)閱沃貞B(tài)的能量比三重態(tài)能量的兩倍還大(即E(S1)>2Ε(\))。如果不是這種情況，則不會(huì)發(fā)生單重態(tài)裂變。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)制造了兩種OPV器件。Yang[參考文獻(xiàn)13]已經(jīng)報(bào)道了并四苯施主OPV電池(IT0/PED0T:PSS/并四苯/C6Q/BCP/A1)且Kippelen[參考文獻(xiàn)14]已經(jīng)報(bào)道了具有并五苯施主層的類似器件。兩種器件都具有高的效率(分別為2.3和2.7%)。Yang和Kippelen選擇使用并苯施主材料，因?yàn)樗鼈兙哂懈咻d流子遷移率，且將高PV效率歸因于施主和受主材料之間的良好能量匹配以及長(zhǎng)激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，因?yàn)椴⒈綄又械母邤?shù)量級(jí)的能級(jí)。盡管這些因素可能重要，但是三重態(tài)激子更易在這些器件中發(fā)揮重要作用。已經(jīng)很好地證明了，在并四苯和并五苯兩種固體試樣中的單重態(tài)激子經(jīng)歷裂變過程，從而形成兩個(gè)三重態(tài)激子(即SJStl—2\)。因此，可能在這些器件施主層中每吸收一個(gè)光子，就產(chǎn)生兩個(gè)激子，而不是一個(gè)。(參見圖4Α的方案1)在Yang的論文中施主并四苯層的最佳厚度為800Α高，其遠(yuǎn)高于目前為止典型小分子OPV所報(bào)道的所有厚度，這個(gè)事實(shí)就證明了這種效果。[參考文獻(xiàn)13]較長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度允許如前所述的這種觀察的光學(xué)稠密的厚感光層。可能存在延長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度極有可能是存在從一個(gè)單重態(tài)激子產(chǎn)生兩個(gè)三重態(tài)，從而即使在固體試樣上也產(chǎn)生壽命比單重態(tài)長(zhǎng)的激子的單重態(tài)裂變機(jī)理的結(jié)果。只要確實(shí)是E(S1)>2Ε(\)，則已知發(fā)生單重態(tài)裂變，且其提供了優(yōu)點(diǎn)，即與在系統(tǒng)間跨越衰變成三重態(tài)期間所經(jīng)歷的那些損失相比，其通常發(fā)生而覺察不到能量損失，因?yàn)閷?duì)于并四苯和多種其它體系而言，E(S1)2Ε(T1)。在太陽(yáng)能電池中發(fā)生單重態(tài)裂變的額外的附加優(yōu)點(diǎn)為對(duì)于特定的光子能量，在光吸收時(shí)而產(chǎn)生的激子量翻倍，一旦它們到達(dá)D-A界面時(shí)通過分裂，理想地產(chǎn)生兩倍量的載流子。還已知，并四苯分子在膜中的堆疊和排列非常有效且非?？赡軐?dǎo)致組織得足以提供提高的擴(kuò)散系數(shù)的層。這些效果、高激子壽命和提高的擴(kuò)散系數(shù)的組合的結(jié)果，導(dǎo)致更長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度且因此允許使用更有效地捕獲光的更廣泛的層。例如，金屬卟啉，Pt(TPBP)(鉬四苯基四苯并卟啉)就是這種情況。Pt(TPBP)已經(jīng)在OPV中進(jìn)行了試驗(yàn)作為給體層且顯示了很好的性能，使其成為太陽(yáng)能電池應(yīng)用的合適施主材料。由于卟啉的廣泛η系統(tǒng)，觀察到對(duì)于光譜的可見光部分的吸收系數(shù)高。金屬卟啉非常引人注目的特征是它們高的系統(tǒng)間跨越，所述系統(tǒng)間跨越獲得了從單重態(tài)到三重態(tài)的完全轉(zhuǎn)化。所述高Isc效率大部分是由于這種絡(luò)合物的重金屬核的高自旋軌道耦合。已知這種分子稀釋溶液的三重態(tài)存活很長(zhǎng)時(shí)間，53μs。另外，在制造太陽(yáng)能電池時(shí)，因限制所使用施主的厚度并且因此限制所吸收的光的量，仍存在激子擴(kuò)散長(zhǎng)度小的問題。已知由于猝滅、受激準(zhǔn)分子形成和T-T湮滅，所以三重態(tài)壽命在固體試樣上會(huì)降低。然而，其應(yīng)仍保持高于固體基體上單重態(tài)激子。作為施主層的Pt(TPBP)具有約150Α的最佳厚度，非常類似于其它非三重態(tài)材料所觀察的那些值，這一事實(shí)表明，擴(kuò)散系數(shù)可能不足，使得乘以較高的激子壽命，將得到與非三重態(tài)材料所發(fā)現(xiàn)的那些值類似的Ld2值。這種低擴(kuò)散系數(shù)可能是膜不良η-堆疊的結(jié)果，其降低了三重態(tài)分子特有的激子德克斯特轉(zhuǎn)移的可能性。分子的非平面性阻止了阻礙成功的激子跳躍的近鄰之間的緊密接觸。盡管上述系統(tǒng)是太陽(yáng)能電池材料的良好候選，但是它們兩者在嘗試優(yōu)化光的吸收和將激子傳輸至D/A界面時(shí)引入了一些弱點(diǎn)。并苯具有良好的η-堆疊，從而提供了增強(qiáng)的激子和載流子傳輸以及溫和高效的單重態(tài)裂變，這可能是由于產(chǎn)生了長(zhǎng)壽命的三重態(tài)激子，但是其吸收沒有延伸至光譜的紅色光部分。另一方面，金屬卟啉在光譜的紅色部分和近紅外部分中具有高吸收系數(shù)、優(yōu)異的三重態(tài)產(chǎn)生能力但差的傳輸能力。通過提供具有高度提高的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度的材料，結(jié)合的這兩種體系可克服相互的問題，從而提供優(yōu)異的主體-摻雜劑整體以用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用。分子的這種組合的優(yōu)點(diǎn)是在光吸收以希望獲得長(zhǎng)激子擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，最小化能量損失并提供了主要由三重態(tài)構(gòu)成的材料。通過摻入并苯基體層中，金屬卟啉分子將吸收成單重態(tài)并因?yàn)槠涓呦到y(tǒng)間跨越而非常高效地轉(zhuǎn)化成三重態(tài)，同時(shí)能量損失很小，這是由于在這些材料中S1和T1之間的交換能量之差小。認(rèn)為這種三重態(tài)不會(huì)在純卟啉基體內(nèi)廣泛擴(kuò)散，但是如果僅將卟啉在并苯中稀釋，則其能夠快速向并苯主體中轉(zhuǎn)移所述激發(fā)(參見圖4B的方案2)。例如，關(guān)于并四苯，三重態(tài)接近1.2eV而Pt(TPBP)的三重態(tài)為1.68eV，使得卟啉三重態(tài)放熱轉(zhuǎn)移至并四苯材料?，F(xiàn)在，并四苯將高度處于(populatedinto)三重態(tài)激發(fā)態(tài)，并且期望其具有大的擴(kuò)散系數(shù)，以及非常長(zhǎng)壽命的激子，其會(huì)導(dǎo)致高度延長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度。在這種方法中，將并苯用于激子和載流子兩者的傳導(dǎo)，摻雜劑激子將轉(zhuǎn)移至并四苯中并擴(kuò)散至D/A界面以分離。考慮到單重態(tài)裂變材料，當(dāng)吸收光時(shí)，形成單重態(tài)。這種單重態(tài)將經(jīng)歷單重態(tài)裂變以提供兩個(gè)三重態(tài)，或者其還可能因卟啉的單重態(tài)而猝滅，所述卟啉的單重態(tài)的能量典型地比所述并苯單重態(tài)的能量低(參見圖4C的方案3)。因此，其然后將遵循近期解釋的系統(tǒng)間跨越通道而成為三重態(tài)，隨后通過所述并苯三重態(tài)而返回。這種過程將導(dǎo)致三重態(tài)激子，但不是通過裂變過程而形成的兩個(gè)三重態(tài)。在適當(dāng)?shù)偷膿诫s劑濃度下，能夠最小化這種過程。在嘗試設(shè)計(jì)具有合適能量學(xué)的分子以使得能量有效轉(zhuǎn)移至主體材料的三重態(tài)中，必須要記住，分子的最佳組合為提供最有利光譜重疊的組合。兩種的吸收光譜不應(yīng)明顯重疊，但是應(yīng)使摻雜劑吸收帶落在裂變/主體材料的單重態(tài)吸收帶和所述裂變/主體材料的三重態(tài)能量之間。已經(jīng)報(bào)道了顯示單重態(tài)裂變的大量的不同化合物，這將提供篩選(screen)在這些材料內(nèi)所期望的分子間相互作用以及與摻雜劑分子的相互作用的能力。期望使用展示出提供良好的擴(kuò)散系數(shù)所需要的有序化和堆疊的那些分子，這將提高激子擴(kuò)散長(zhǎng)度。此外，關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)主體_摻雜劑材料的合適組合，所述主體_摻雜劑材料將提供兩者能量學(xué)上有利于最小化形成三重態(tài)期間的能量損失的體系，且所述主體_摻雜劑材料將為分子之間的能量轉(zhuǎn)移提供合適的串聯(lián)效果，參見方案4(圖4D)。另外，高度期望設(shè)計(jì)顯示了降低的T-T湮滅速率的材料。這種效果對(duì)良好的電池性能是非常有害的，因?yàn)樵诩ぷ拥竭_(dá)D/A界面且電荷分離之前它們會(huì)湮滅，從而明顯降低了光收集。本發(fā)明的OPV電池具有類似于別處所述的小分子基器件的結(jié)構(gòu)，其中用摻雜有形成三重態(tài)的摻雜劑的單重態(tài)裂變主體材料(如基于重金屬的卟啉)來代替施主層。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及有機(jī)光敏光電器件，所述有機(jī)光敏光電器件包括陽(yáng)極、陰極和布置在所述陽(yáng)極和陰極之間的至少一個(gè)感光區(qū)域，其中-所述至少一個(gè)感光區(qū)域包含至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料，所述有機(jī)光電導(dǎo)材料包含至少一種單重態(tài)裂變主體材料和至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的量比所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的量大；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自當(dāng)吸收光時(shí)展示單重態(tài)裂變的材料；和-在所述摻雜劑吸收光之后，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料形成三重態(tài)激子。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一種單重態(tài)裂變主體材料滿足條件E(S1KECT2)>2Ε(\)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、異亞甲基茚、茈、聚噻吩和多并苯如并四苯、對(duì)聯(lián)六苯、四氰基對(duì)醌二甲烷、四氟代四氰基對(duì)醌二甲烷、聚丁二炔、聚(對(duì)亞苯基)、聚(對(duì)亞苯基亞乙烯基)、類胡蘿卜素和1，4-二(并四苯-5-基)苯。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自下列化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自由蒽、并四苯和并五苯構(gòu)成的組。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自結(jié)晶蒽、結(jié)晶并四苯和結(jié)晶并五苯。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種形成三重態(tài)的材料的三重態(tài)能量比所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的能量高。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料具有單重態(tài)-三重態(tài)間隙，例如小于約0.5eV的單重態(tài)-三重態(tài)間隙。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述形成三重態(tài)的摻雜劑材料相對(duì)于單重態(tài)裂變主體材料具有合適的能量學(xué)，使得摻雜劑材料的三重態(tài)將放熱地向單重態(tài)裂變主體材料的三重態(tài)轉(zhuǎn)移。能夠用于本發(fā)明器件中的形成三重態(tài)的摻雜劑材料的實(shí)例能夠?yàn)榈幌抻谶策吞?。在另一個(gè)實(shí)施方案中，除了卟啉或酞菁絡(luò)合物之外的形成三重態(tài)的摻雜劑材料將在本發(fā)明的器件中發(fā)揮作用。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料在太陽(yáng)光譜的紅色區(qū)域和近紅外區(qū)域內(nèi)吸收光。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料選自卟啉化合物和酞菁絡(luò)合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料為至少一種卟啉化合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種卟啉化合物是非平面的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種非平面卟啉選自具有式(I)的化合物RRRR其中M選自Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po、Cl、Br、I、At、鑭系元素、錒系元素和2H;R’獨(dú)立地選自Cl、Br、I、At和包含連接到卟啉的中位碳的價(jià)原子的基團(tuán)，其中所述價(jià)原子選自B、C、N、0、Si、P、S、Cl、Ge、As、Se、Br、In、Sn、Sb、Te、I、Tl、Pb、Bi、Po和At；禾口R獨(dú)立地選自Cl、Br、I、At和包含連接到吡咯環(huán)的β碳的價(jià)原子的基團(tuán)，其中所述價(jià)原子選自B、C、N、0、Si、P、S、Cl、Ge、As、Se、Br、In、Sn、Sb、Te、I、Tl、Pb、Bi、Po和At,其中連接到同一吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰R基團(tuán)與吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳一起可形成碳環(huán)基團(tuán)或雜環(huán)基團(tuán)。如式I中所示，2Η包含兩個(gè)非共價(jià)連接的氮原子(用虛線顯示)，所述氮原子具有氫原子。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在至少一個(gè)R’或R基團(tuán)中的價(jià)原子為C。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)獨(dú)立地選自烷基、取代的烷基、鏈烯基、取代的鏈烯基、鏈炔基、取代的鏈炔基、環(huán)烷基、取代的環(huán)烷基、環(huán)烯基、取代的環(huán)烯基、環(huán)炔基、取代的環(huán)炔基、芳基、取代的芳基、雜環(huán)基和取代的雜環(huán)基。在另一個(gè)實(shí)施方案中，_所述取代的烷基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基’焼硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；?；?；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-酰基-N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的鏈烯基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲酰基；酰基；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-酰基-N-鏈烯基氨基；N-?；?N-炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的鏈炔基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-酰基-N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-酰基-N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)烷基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；?；话被柞；?；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)烯基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲酰基；酰基；氨基甲酰基；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-酰基-N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-酰基-N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)炔基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；货；?；氨基甲?；?；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-酰基-N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-酰基-N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；_所述取代的芳基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-酰基-N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；和-所述取代的雜環(huán)基由至少-個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；货；话被柞；?；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-酰基-N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成碳環(huán)基團(tuán)、取代的碳環(huán)基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)為大環(huán)或苯并環(huán)化的(benzanulated)31_{本胃0在一個(gè)實(shí)施方案中，所述碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)為芳族基團(tuán)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)為芳族基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為苯基、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、甲基、乙基、正丙基或異丙基。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)非平面卟啉選自下列化合物凝每^^φ5+*}在一個(gè)實(shí)施方案中，在至少一個(gè)R’或R基團(tuán)中的價(jià)原子為O。在另一個(gè)實(shí)施方案中，具有O作為價(jià)原子的至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為羥基、烷氧基、鏈烯氧基、鏈炔氧基、環(huán)烷氧基、環(huán)烯氧基、環(huán)炔氧基、芳烷氧基、芳烯氧基、芳炔氧基、芳氧基、烷基羰氧基、鏈烯基羰氧基、鏈炔基羰氧基、羥基羰氧基或烷氧基羰氧基。在另一個(gè)實(shí)施方案中，具有O作為價(jià)原子的至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為羥基或烷氧基。在另一個(gè)實(shí)施方案中，具有O作為價(jià)原子的至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為0Η、甲氧基、乙氧基、正丙氧基或異丙氧基。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)R或R’基團(tuán)獨(dú)立地選自Cl、Br、I和At。在另一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)R或R’基團(tuán)具有N作為價(jià)原子。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有N作為價(jià)原子的所述至少一個(gè)R或R’基團(tuán)選自氨基、烷基氨基、二烷基氨基、鏈烯基氨基、二鏈烯基氨基、鏈炔基氨基、二鏈炔基氨基、N-烷基-N-鏈烯基氨基、N-烷基-N-鏈炔基氨基、N-鏈烯基-N-鏈炔基氨基、酰氨基、N-酰基-N-烷基氨基、N-?；?N-鏈烯基氨基、N-酰基-N-鏈炔基氨基、N-酰基-N-環(huán)烷基氨基、N-?；?N-環(huán)烯基氨基、N-?；?N-芳基氨基、硝基、含氮價(jià)原子的雜環(huán)基團(tuán)和含氮價(jià)原子的取代的雜環(huán)基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)R或R’基團(tuán)具有S作為價(jià)原子。在一個(gè)實(shí)施方案中，含S作為價(jià)原子的所述至少一個(gè)R或R’基團(tuán)選自硫醇基、烷硫基、鏈烯硫基、鏈炔硫基、芳烷硫基、芳烯硫基、芳炔硫基、環(huán)烷基烷硫基、環(huán)烯基烷硫基、環(huán)炔基烷硫基、環(huán)烷硫基、環(huán)烯硫基、環(huán)炔硫基和芳硫基。在一個(gè)實(shí)施方案中，M為Pt、Pd或Ir。在另一個(gè)實(shí)施方案中，M為Pt。在另一個(gè)實(shí)施方案中，M為Pd。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種非平面卟啉為Pt(四苯基苯并卟啉)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種非平面卟啉為Pd(四苯基苯并卟啉)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述器件為有機(jī)光伏電池。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述器件為光導(dǎo)電池。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述器件為光檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述器件選自有機(jī)光傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。定義如本文中所使用的，“碳環(huán)基團(tuán)”是指環(huán)狀化學(xué)基團(tuán)，其中所有環(huán)原子為碳。所述“碳環(huán)基團(tuán)”為單環(huán)或多環(huán)。所述“碳環(huán)基團(tuán)”可以為環(huán)烷基、環(huán)烯基、環(huán)炔基和芳基。如本文中所使用的，“雜環(huán)基團(tuán)”是指具有至少一個(gè)N、0或S環(huán)原子的環(huán)狀化學(xué)基團(tuán)，其中C原子作為其余的環(huán)原子?！半s環(huán)基團(tuán)”為單環(huán)或多環(huán)。當(dāng)“雜環(huán)基團(tuán)”為芳族時(shí)，其稱為“雜芳基”。所述雜環(huán)基團(tuán)為含4-、5-、6-、7_或8-元環(huán)的環(huán)狀基團(tuán)，其中所述環(huán)包含選自由N、0和S中的至少一種環(huán)原子，其中C作為其余的環(huán)原子。雜環(huán)基團(tuán)的實(shí)例包括吡咯烷基、哌啶基、哌嗪基、嗎啉基、硫代嗎啉基、均哌啶基、苯并二氫吡喃基、異苯并二氫吡喃基、苯并吡喃基、批咯基、呋喃基、噻吩基、批唑基、咪唑基、呋吖基、噁唑基、異噁唑基、噻唑基、異噻唑基、吡啶基、噠嗪基、嘧啶基、吡嗪基、吡喃基、噴哚基、異吲哚基、噴唑基、嘌呤基、中氮茚基、喹啉基、異喹啉基、喹唑啉基、蝶啶基、喹嗪基、苯并噁嗪基、咔唑基、吩嗪基、吩噻嗪基和菲啶基。如本文中所使用的，當(dāng)使用術(shù)語“單環(huán)”來修飾“碳環(huán)基團(tuán)”或“雜環(huán)基團(tuán)”時(shí)，所述碳環(huán)基團(tuán)或雜環(huán)基團(tuán)僅包含一個(gè)單環(huán)。如本文中所使用的，當(dāng)使用術(shù)語“多環(huán)”來修飾“碳環(huán)基團(tuán)”或“雜環(huán)基團(tuán)”時(shí)，所述碳環(huán)基團(tuán)或雜環(huán)基團(tuán)包含至少兩個(gè)環(huán)。“多環(huán)”的實(shí)例包括二環(huán)、三環(huán)和四環(huán)。在“多環(huán)”基團(tuán)中所述環(huán)的一部分或全部能夠?yàn)橹苓叧砗?peri-fused)、單邊稠合(ortho-fused)和/或橋鍵結(jié)合的。所述“多環(huán)”基團(tuán)能夠?yàn)槁莪h(huán)基。如本文中所使用的，化學(xué)基團(tuán)的“價(jià)原子”是指化學(xué)基團(tuán)的連接到另一個(gè)化學(xué)基團(tuán)或原子的原子。如本文中所使用的，術(shù)語“烴基”是指具有碳和氫原子的化學(xué)基團(tuán)。如本文中所使用的，術(shù)語“烷基”是指直鏈或支鏈的飽和烴基。優(yōu)選地，所述“烷基”為C1c6。所述烷基的實(shí)例包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、異丁基、叔丁基、正戊基和正己基。如上文中所使用的，術(shù)語“鏈烯基”是指含至少一種C=C雙鍵的烴基。優(yōu)選地，所述“鏈烯基”為C2c6。所述鏈烯基的實(shí)例為乙烯基。如本文中所使用的，術(shù)語“鏈炔基”是指含有至少一個(gè)CεC三鍵的烴基。所述術(shù)語“鏈炔基”包括具有至少一個(gè)CEC三鍵和至少一個(gè)C=C雙鍵的化學(xué)基團(tuán)。優(yōu)選地，所述“鏈炔基”為C2c6。如本文中所使用的，術(shù)語“環(huán)烷基”是指飽和的環(huán)狀烴基。所述“環(huán)烷基”為單環(huán)或多環(huán)。所述“環(huán)烷基”能夠?yàn)镃3c8?！碍h(huán)烷基”的實(shí)例包括環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基和環(huán)壬基。如本文中所使用的，術(shù)語“環(huán)烯基”是指具有至少一個(gè)C=C雙鍵的不飽和環(huán)狀烴基。所述“環(huán)烯基”為單環(huán)或多環(huán)。所述“環(huán)烯基”能夠?yàn)镃3c8。如本文中所使用的，術(shù)語“環(huán)炔基”是指具有至少一個(gè)CεC三鍵的不飽和環(huán)狀烴基。所述“環(huán)炔基”為單環(huán)或多環(huán)。所述“環(huán)炔基”能夠?yàn)镃3c8。如本文中所使用的，術(shù)語“芳基”是指芳香族烴基。所述“芳基”為單環(huán)或多環(huán)。所述“芳基”能夠?yàn)镃6c1(l。所述“芳基”的實(shí)例包括苯基和萘基。如本文中所使用的，術(shù)語“芳烷基”是指用至少一個(gè)芳基取代的烷基?！胺纪榛钡姆蓟糠帜軌?yàn)?6(1(|?！胺纪榛钡耐榛糠帜軌?yàn)镃1c6。所述“芳烷基”的實(shí)例為芐基，即苯甲基和2-苯乙基。如本文中所使用的，當(dāng)用“取代的”來修飾化學(xué)基團(tuán)時(shí)，其意味著所述化學(xué)基團(tuán)具有至少一個(gè)氫原子被取代基代替。所述取代基的實(shí)例包括選自如下基團(tuán)中的一種基團(tuán)烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基團(tuán)；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲酰基；?；?；氨基甲酰基；氨基；由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基團(tuán)和鹵素原子。實(shí)施例下面描述其合成的具體化合物旨在對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步更詳細(xì)的描述，因此無論如何不應(yīng)認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，考慮到此處公開的本發(fā)明的說明和實(shí)施，本發(fā)明的其它實(shí)施方案是顯而易見的。因此，旨在將說明和實(shí)施例考慮為僅是示例性的。一般吡咯合成(Barton-Zard反應(yīng))在非親核堿性條件下，取代的乙烯基硝基化合物可以與乙基異氰基乙酸酯反應(yīng)，形成羧酸酯取代的吡咯衍生物。然后，在堿性條件下，所述羧酸酯取代的吡咯衍生物進(jìn)行脫羧基，制得吡咯部分。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>一般卟啉合成(化合物19)在Lindsey條件下，取代的吡咯與取代的醛反應(yīng)并隨后氧化，形成2H-卟啉。用例如金屬鹵化物進(jìn)行金屬化，制得金屬化的卟啉。在下面的反應(yīng)方案中M為金屬。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>順-取代卟啉的一般合成a)在Lindsey條件下，將羧酸酯保護(hù)的取代吡咯與取代醛進(jìn)行縮合，形成二吡咯甲烷，隨后在堿性條件下進(jìn)行脫羧基。b)在Friedel-Crafts條件下，用氯化苯甲酰對(duì)取代吡咯進(jìn)行酰化，并與取代的醛進(jìn)行縮合，形成苯基酮取代的二吡咯甲烷。用NaBHJf這種苯基酮取代的二吡咯甲烷還原成相應(yīng)的仲醇。c)在酸性條件下，對(duì)路徑a)和b)中制備的兩種二吡咯甲烷部分進(jìn)行縮合，然后進(jìn)行氧化，形成卟啉，并使其金屬化。在下面反應(yīng)方案中M為金屬。禮和&為！的實(shí)例。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>反-取代卟啉的一般合成將取代的吡咯與苯基-1，3-苯并氧雜噻吩鐺(benzoxathiolylium)四氟硼酸鹽反應(yīng)，形成二取代的吡咯。隨后用氧化汞猝滅，制得酮衍生物，用NaBHJf所述衍生物還原，形成仲醇。在酸性條件下，這種醇與不同的取代吡咯反應(yīng)，在氧化之后形成卟啉。使用例如金屬鹵化物進(jìn)行金屬化，制得最終產(chǎn)物。在下列反應(yīng)方案中M為金屬。禮和&為！的實(shí)例。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>3-1-取代卟啉的一般合成a)將取代的吡咯與苯基-1，3-苯并氧雜噻吩鐺四氟硼酸鹽反應(yīng)，形成二取代的吡咯。隨后用氧化汞進(jìn)行猝滅，制得吡咯的酮衍生物(二_2，5-?；量?，用NaBH4還原所述吡咯的酮衍生物，形成仲醇取代的吡咯。b)將這種仲醇取代的吡咯與取代羧酸酯保護(hù)的吡咯進(jìn)行縮合，形成羧酸酯基保護(hù)的二-1，3-(吡咯基甲基)吡咯，在下一步驟中在堿性條件下將其除去。c)將不同的取代吡咯與苯基-1，3-苯并氧雜噻吩鐺四氟硼酸鹽反應(yīng)，形成二取代的吡咯。隨后用氧化汞進(jìn)行猝滅，制得吡咯的酮衍生物，用NaBH4還原所述吡咯的酮衍生物，形成仲醇取代的吡咯。d)在酸性條件下對(duì)b)和C)中制備的化合物進(jìn)行縮合，在隨后氧化之后，制得卟啉。進(jìn)行金屬化制得最終的卟啉。在下列反應(yīng)方案中M為金屬。R1和R2SR的實(shí)例。利用Br的進(jìn)一步取代進(jìn)行Br8-取代卟啉的一般合成在Lindsey條件下，將吡咯與取代的醛進(jìn)行縮合，在氧化之后，制得卟啉。隨后使用例如NBS對(duì)卟啉進(jìn)行溴化，制得八-溴化的卟啉。例如借助于Suzuki耦合，在溴原子處進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)，提供雜原子取代的卟啉。進(jìn)行金屬化，制得最終產(chǎn)物。在下列反應(yīng)方案中M為金屬。R1對(duì)應(yīng)式(I)中的R。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>利用Br的進(jìn)一步取代進(jìn)行內(nèi)消旋-Br4-取代卟啉的一般合成在酸性條件下，將吡咯與二甲基乙縮醛進(jìn)行縮合，在氧化之后，制得卟啉。隨后使用例如NBS對(duì)卟啉進(jìn)行溴化，制得四-溴化的卟啉。例如借助于Suzuki耦合，在溴原子處進(jìn)一步反應(yīng)，提供雜原子取代的卟啉。進(jìn)行金屬化，制得最終產(chǎn)物。在下列反應(yīng)方案中M為金屬。R1對(duì)應(yīng)式(I)中的R。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>本發(fā)明有機(jī)光伏電池器件的實(shí)例包括摻雜有Pt(TPBP)/C60/BCP/A1的并四苯；和摻雜有Pt(TPBP)/C60/BCP/A1的IT0/PED0T/P3HT。除非另有說明，在本說明書和權(quán)利要求書中所使用的表達(dá)成分、反應(yīng)條件等的量的所有數(shù)字，在所有情況下都應(yīng)理解為被術(shù)語“大約”修飾。因此，除非有相反的說明，在下列說明書和所附的權(quán)利要求書中提出的數(shù)值參數(shù)為大約值，其可隨著本發(fā)明預(yù)期得到的期望性能而變化。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，考慮到本文中公開的本發(fā)明的說明和實(shí)施，完成本發(fā)明的其它實(shí)施方案是顯而易見的。旨在將說明和實(shí)施例考慮為僅是示例性的，而本發(fā)明的真實(shí)范圍和主旨由所附的權(quán)利要求書表明。參考文獻(xiàn)1.Peumans,P.,A.Yakimov,andS.R.Forrest,Smallmolecularweightorganicthin-filmphotodetectorsandsolarcells.JournalofAppliedPhysics,2003.93(7)p.3693-3723.2.Singh,V.P.,R.S.Singh,B.Parthasarathy,A.Aguilera,J.Anthony,andM.Payne,Copper-phthalocyanine-basedorganicsolarcellswithhighopen-circuitvoltage.AppliedPhysicsLetters,2005.86(8):p.082106.3.Brabec,C.J.,A.Cravino,D.Meissner,N.S.Sariciftci,T.Fromherz,M.T.Rispens,L.Sanchez,andJ.C.Hummelen,Originoftheopencircuitvoltageofplasticsolarcells.AdvancedFunctionalMaterials,2001.11(5):p.374-380.4.Gledhill,S.Ε.,B.Scott,andB.A.Gregg,Organicandnano-structuredcompositephotovoltaics:Anoverview.JournalofMaterialsResearch,2005.20(12)p.3167-3179.5.Mutolo，K.L，Ε.I.Mayo,B.P.Rand,S.R.Forrest，andΜ.E.Thompson,Enhancedopen-circuitvoltageinsubphthalocyanine/C-60organicphotovoltaiccells.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2006.128(25):p.8108-8109.6.Terao,Y.，H.Sasabe,andC.Adachi,Correlationofholemobility，excitondiffusionlength,andsolarcellcharacteristicsinphthalocyanine/fullereneorganicsolarcells.AppliedPhysicsLetters,2007.90(10):p·103515.7.Controlledgrowthofamolecularbulkheterojunctionphotovoltaiccell.Yang,F.；ShteiniM.；Forrest,S.R.,NatMater2005，4，(1),37-41.8.Organicsmallmoleculesolarcellswithahomogeneouslymixedcopperphthalocyanine:C60activelayer.Uchida,S.；Xue，J.；Rand,B.P.；Forrest，S.R.，AppliedPhysicsLetters2004，84，(21)，4218-4220.9.Asymmetrictandemorganicphotovoltaiccellswithhybridp1anar-mixedmolecularheterojunctions.Xue,J.；Uchida，S.；Rand,B.P.；Forrest，S.R.，AppliedPhysicsLetters2004，85，(23)，5757-5759.10.Long-rangeabsorptionenhancementinorganictandemthin-fiImsolareelIscontainingsilvernanoclusters.Rand,B.P.；Peumans，P.；Forrest，S.R.，JournalofAppliedPhysics2004，96，(12)，7519-7526.11.Organicsolarcells:Anoverviewfocusingonactive1ayermorpho1οgy.Benanti,Τ.L.；Venkataraman,D.,PhotosynthesisResearch2006，87，(1),73-81.12.Organicphotovoltaicfilms.Nelson,J.,CurrentOpinioninSolidState&MaterialsScience2002，6，(1)，87-95.13.Efficientphotovoltaicenergyconversionintetracene_C60basedheterojunctions.Chu,C.W.；Shao,Y.；Shrotriya,V.；Yang,Y.,AppliedPhysicsLetters2005，86，(24).14.Efficientthin-filmorganicsolarcellsbasedonpentacene/C60heterojunctions.Yoo,S.；Domercq,B.；Kippelen，B.，AppliedPhysicsLetters2004，85，(22),5427-5429.15.SingletFissionforDye-SensitizedSolarCellsCanaSuitableSensitizerBeFound？Paci，I.；Johnson，J.C.；Chen，X.；Rana，G.；Popovic，D.；David,D.E.；Nozik,A.J.；Ratner,Μ.Α.；Michl,J.,J.Am.Chem.Soc.2006,128,(51)，16546-16553.權(quán)利要求一種有機(jī)光敏光電器件，其包含陽(yáng)極、陰極和布置在所述陽(yáng)極和陰極之間的至少一個(gè)感光區(qū)域，其中-所述至少一個(gè)感光區(qū)域包含至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料，所述有機(jī)光電導(dǎo)材料包含至少一種單重態(tài)裂變主體材料和至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的量比所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的量大；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自當(dāng)吸收光時(shí)展示單重態(tài)裂變的材料；和-在所述摻雜劑吸收光之后，所述至少一種三重態(tài)的摻雜劑材料形成三重態(tài)激子。2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料滿足條件E(S1)、E(T2)>2E(T1),其中E(S1)為最低激發(fā)單重態(tài)的激發(fā)能量，E(T2)為較高的三重態(tài)的激發(fā)能量，E(T1)為最低三重態(tài)的激發(fā)能量。3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、異亞甲基茚、茈、聚噻吩、多并苯、對(duì)聯(lián)六苯、四氰基對(duì)醌二甲烷、四氟代四氰基對(duì)醌二甲烷、聚丁二炔、聚(對(duì)亞苯基)、聚(對(duì)亞苯基亞乙烯基)、類胡蘿卜素和1，4-二(并四苯-5-基)苯。4.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自下列化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>5.如權(quán)利要求3所述的器件，其中所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自蒽、并四苯和并五苯。6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的三重態(tài)能量比所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的三重態(tài)能量高。7.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料的單重態(tài)_三重態(tài)間隙為小于約0.5eV。8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料吸收太陽(yáng)光譜的紅色區(qū)域和近紅外區(qū)域的光。9.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料選自卟啉化合物和酞菁絡(luò)合物中的至少一種。10.如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述至少一種卟啉化合物是非平面的。11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中所述至少一種非平面卟啉選自具有式(I)的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(I)其中M選自Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po、Cl、Br、I、At、鑭系元素、錒系元素和2H；R’獨(dú)立地選自Cl、Br、I、At和包含連接到所述卟啉的中位碳的價(jià)原子的基團(tuán)，其中所述價(jià)原子選自B、C、N、O、Si、P、S、Cl、Ge、As、Se、Br、In、Sn、Sb、Te、I、Tl、Pb、Bi、Po和At；且R獨(dú)立地選自Cl、Br、I、At和包含連接到吡咯環(huán)的β碳的價(jià)原子的基團(tuán)，其中所述價(jià)原子選自B、C、N、O、Si、P、S、Cl、Ge、As、Se、Br、In、Sn、Sb、Te、I、Tl、Pb、Bi、Po和At，其中連接到同一吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰R基團(tuán)與所述吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳一起可形成碳環(huán)基團(tuán)或雜環(huán)基團(tuán)。12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中在所述至少一個(gè)R’和R基團(tuán)中的所述價(jià)原子為C。13.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)獨(dú)立地選自烷基、取代的烷基、鏈烯基、取代的鏈烯基、鏈炔基、取代的鏈炔基、環(huán)烷基、取代的環(huán)烷基、環(huán)烯基、取代的環(huán)烯基、環(huán)炔基、取代的環(huán)炔基、芳基、取代的芳基、雜環(huán)基和取代的雜環(huán)基。14.如權(quán)利要求13所述的器件，其中_所述取代的烷基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；货；?；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-酰基-N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的鏈烯基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基’芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基’焼硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-酰基-N-烷基氨基；N-酰基-N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的鏈炔基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基’焼硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲酰基；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基N-?；?N-鏈炔基氨基；N-酰基-N-環(huán)烷基氨基N-?；?N-環(huán)烯基氨基N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)烷基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基’芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲酰基；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)烯基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基’芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；?；?；氨基甲?；蝗芜x地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基N-酰基-N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-酰基-N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；-所述取代的環(huán)炔基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲?；?；酰基；氨基甲酰基；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-酰基-N-烷基氨基；N-酰基-N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-酰基-N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；_所述取代的芳基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基；芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲酰基；?；?；氨基甲?；?；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-?；?N-鏈烯基氨基；N-酰基-N-鏈炔基氨基；N-酰基-N-環(huán)烷基氨基N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子；和-所述取代的雜環(huán)基由至少一個(gè)獨(dú)立地選自如下的基團(tuán)取代烷基；鏈烯基；鏈炔基；環(huán)烷基；環(huán)烯基；環(huán)炔基；芳基；雜環(huán)基；羥基；烷氧基；鏈烯氧基；鏈炔氧基；環(huán)烷氧基；環(huán)烯氧基；環(huán)炔氧基；芳氧基；烷基羰氧基；環(huán)烷基羰氧基；環(huán)烯基羰氧基；環(huán)炔基羰氧基’芳基羰氧基；硫醇基；烷硫基；環(huán)烷硫基；環(huán)烯硫基；環(huán)炔硫基；芳硫基；甲酰基；?；?；氨基甲?；?；任選地由至少一個(gè)烷基、鏈烯基或鏈炔基取代的氨基；酰氨基；N-?；?N-烷基氨基；N-酰基-N-鏈烯基氨基；N-?；?N-鏈炔基氨基；N-?；?N-環(huán)烷基氨基；N-?；?N-環(huán)烯基氨基；N-?；?N-芳基氨基；硝基；雜環(huán)基和鹵素原子。15.如權(quán)利要求11所述的器件，其中至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成碳環(huán)基團(tuán)、取代的碳環(huán)基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)。16.如權(quán)利要求15所述的器件，其中所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)。17.如權(quán)利要求16所述的器件，其中所述碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)為大環(huán)或苯并環(huán)化的π-體系。18.如權(quán)利要求16所述的器件，其中所述碳環(huán)基團(tuán)或取代的碳環(huán)基團(tuán)為芳族基團(tuán)。19.如權(quán)利要求15所述的器件，其中所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)相鄰的R基團(tuán)與所述至少一個(gè)吡咯環(huán)的兩個(gè)β碳原子一起形成雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)。20.如權(quán)利要求19所述的器件，其中所述雜環(huán)基團(tuán)或取代的雜環(huán)基團(tuán)為芳族基團(tuán)。21.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為苯基、甲苯基、二甲苯基、均三甲苯基、甲基、乙基、正丙基或異丙基。22.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述至少一個(gè)非平面卟啉選自下列化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>23.如權(quán)利要求11所述的器件，其中在至少一個(gè)R’或R基團(tuán)中的價(jià)原子為O。24.如權(quán)利要求23所述的器件，其中所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為羥基、烷氧基、鏈烯氧基、鏈炔氧基、環(huán)烷氧基、環(huán)烯氧基、環(huán)炔氧基、芳烷氧基、芳烯氧基、芳炔氧基、芳氧基、烷基羰氧基、鏈烯基羰氧基、鏈炔基羰氧基、羥基羰氧基或烷氧基羰氧基。25.如權(quán)利要求24所述的器件，其中所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為羥基或烷氧基。26.如權(quán)利要求25所述的器件，其中所述至少一個(gè)R’或R基團(tuán)為0H、甲氧基、乙氧基、正丙氧基或異丙氧基。27.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述至少一個(gè)R或R’基團(tuán)獨(dú)立地選自Cl、Br、I禾口At。28.如權(quán)利要求11所述的器件，其中在至少一個(gè)R或R’基團(tuán)中的價(jià)原子為N。29.如權(quán)利要求28所述的器件，其中所述至少一個(gè)R或R’基團(tuán)選自氨基、烷基氨基、二烷基氨基、鏈烯基氨基、二鏈烯基氨基、鏈炔基氨基、二鏈炔基氨基、N-烷基-N-鏈烯基氨基、N-烷基-N-鏈炔基氨基、N-鏈烯基-N-鏈炔基氨基、酰氨基、N-?；?N-烷基氨基、N-酰基-N-鏈烯基氨基、N-酰基-N-鏈炔基氨基、N-?；?N-環(huán)烷基氨基、N-酰基-N-環(huán)烯基氨基、N-?；?N-芳基氨基、硝基、含氮價(jià)原子的雜環(huán)基團(tuán)和含氮價(jià)原子的取代的雜環(huán)基團(tuán)。30.如權(quán)利要求11所述的器件，其中在至少一個(gè)R或R’基團(tuán)中的價(jià)原子為S。31.如權(quán)利要求30所述的器件，其中所述至少一個(gè)R或R’基團(tuán)選自硫醇基、烷硫基、鏈烯硫基、鏈炔硫基、芳烷硫基、芳烯硫基、芳炔硫基、環(huán)烷基烷硫基、環(huán)烯基烷硫基、環(huán)炔基烷硫基、環(huán)烷硫基、環(huán)烯硫基、環(huán)炔硫基和芳硫基。32.如權(quán)利要求11所述的器件，其中M為Pt、Pd或Ir。33.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述至少一種非平面卟啉為Pt(四苯基苯并卟啉)或Pd(四苯基苯并卟啉)。34.如權(quán)利要求1所述的器件，其為摻雜有鉬(四苯基四苯并卟啉)C60:浴銅靈鋁(Pt(TPBP)/C60/BCP/A1)的并四苯和摻雜有鉬(四苯基四苯并卟啉)C60:浴銅靈鋁(Pt(TPBP)/C60/BCP/A1)的銦錫氧化物聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)聚(3-己基噻吩)(ITO/PED0T/P3HT)。35.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述器件為有機(jī)光伏電池。36.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述器件為光導(dǎo)電池。37.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述器件為光檢測(cè)器。38.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述器件選自有機(jī)光傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。39.制造權(quán)利要求1所述的器件的方法，所述方法包括提供陽(yáng)極、陰極，并放置至少一種至少與所述陽(yáng)極或陰極接觸的有機(jī)光電導(dǎo)材料，其中_所述至少一種有機(jī)光電導(dǎo)材料包含至少一種單重態(tài)裂變主體材料和至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑材料；_所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料的量比所述至少一種三重態(tài)裂變摻雜劑材料的量大；-所述至少一種單重態(tài)裂變主體材料選自當(dāng)吸收光時(shí)展示單重態(tài)裂變的材料；和-在所述摻雜劑吸收光之后，所述至少一種形成三重態(tài)的摻雜劑形成三重態(tài)激子。全文摘要本發(fā)明公開了含有機(jī)光電導(dǎo)材料的有機(jī)光敏光電器件，所述有機(jī)光電導(dǎo)材料包含摻雜有形成三重態(tài)的材料的單重態(tài)裂變主體材料。本發(fā)明還公開了由這類材料制成的器件如有機(jī)光伏電池、光導(dǎo)電池、光檢測(cè)器、有機(jī)光傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。本發(fā)明還公開了制造這類器件的方法。文檔編號(hào)H01L51/42GK101803056SQ200880103387公開日2010年8月11日申請(qǐng)日期2008年8月12日優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日發(fā)明者卡斯滕·博熱克,彼得·I·久羅維奇,瑪麗亞·多洛雷斯·佩雷斯,馬克·E·湯普森申請(qǐng)人:南加利福尼亞大學(xué)