分子光電系統、其制造方法以及由它們制得的制品技術方案

公開了光電池，所述光電池包括：能夠吸收電磁輻射的吸收劑；包括第一導電表面的第一基底；包括第二導電表面的第二基底，第二導電表面和第一導電表面相對，并且面對著第一基底的第一導電表面；電子傳送劑，它和第二基底的第二導電表面進行電傳遞，但是和第一基底是電絕緣的；空穴傳送劑，它和第一基底的第一導電表面進行電傳遞，但是和第二基底是電絕緣的；其中空穴傳送劑和／或電子傳送劑化學鍵合到電絕緣殼層上，并且空穴傳送劑和／或電子傳送劑化學鍵合到吸收劑上。

【技術實現步驟摘要】
?分子光電系統、其制造方法以及由它們制得的制品專利技術的背景本公開涉及分子光電系統、其制造方法以及由它們制得的制品。光電系統包括將光轉化為電的各種應用，公知的光電系統是“太陽能電池”，其名稱就是指它能夠將太陽光轉化為電，光電系統產生的電能與其它的發電系統相比有許多優點，所述的優點是低的操作成本、高的可靠性、模件性、低的建設成本和環境利益。太陽能電池通過利用存在于半導體結中的光電效應將光轉化為電，因此太陽能電池通常包括產生電流的半導體層，半導體層吸收進來的光產生激發電子，除了半導體層以外，太陽能電池通常包括玻璃罩或其它密封劑、抗反射層、允許電子進入回路的前接觸基底以及當由于暴露于光激發的電子射入半導體層時使電子完成回路的后接觸基底。近年來在開發有機和無機-有機混合太陽能電池方面有很大進步，這種類型的太陽能電池的優點是制造成本相對低，一種低成本的太陽能電池是染料敏化的太陽能電池。染料敏化的太陽能電池通常使用有機染料吸收進來的光線產生激發電子，染料敏化的太陽能電池通常包括以夾層結構排列的兩個平面的導電基底，涂覆了染料的半導體膜分開兩個基底，半導體膜是多孔的，具有足夠的表面積，因此能夠使足夠的染料在其表面貼附形成分子單層，有利于有效地吸收光線。半導體膜(其作用像海綿)中基底和孔度之間的其余空間用含有氧化/還原對如三碘化物/碘化物的有機電解質溶液填充。但是染料敏化的膜存在某些技術缺陷，其一是大的遷移距離產生電子的實質性的重新結合或逆反應，這是由于光產生的電子必須以“隨機走動”的方式通過半導體膜遷移，通過膜的臨近顆粒達到一個基底。當射入空穴傳送劑的空穴接觸已經射入空穴傳送劑的電子時會發生逆反應，當已經從染料射出的電子和氧化的吸收劑再結合時會發生再結合反應。而且通過射出電子形成的氧化的染料通常通過來自光電池的還原物種的電子轉移被還原，還原物種通常存在于電解質中，又會轉變為-->電解質中的氧化物種(在放棄電子以后)。氧化物種必須通過相同長且曲折的擴散路徑遷移到對面的基底，氧化物種通過接收來自基底的電子被還原，由此完成電流回路。在電子向基底隨機走動期間，電子可能移動很長的距離，而且由于和電解質溶液的成分結合電子會損失，這被稱為“再結合”。在陽光照射的情況下，半導體中的電子密度可能會很高，以至上述損失嚴重地降低了最高電壓，因此降低了太陽能電池的效率。減少電子遷移距離的一個技術措施是減少半導體膜的厚度，因此可以減少電子移動達到基底的距離，但不利的是減少半導體膜的厚度會由于減少染料的涂覆量而減少光的吸收，因此降低了太陽能電池的效率。目前的染料敏化的太陽能電池的另一技術缺陷是由隨機摻入的納米顆粒組成的TiO2膜的低的導電性，TiO2膜通常在太陽能電池中作為電子傳送劑，另外在太陽能電池(光電電池)中很難將TiO2電子傳送劑的內表面面積最大化，以便大量涂覆染料。通過縮短電子遷移路徑和由此減少電子擴散到基底的時間，同時在同樣時間減少空穴到另一基底的轉移距離來減少再結合或逆反應是有利的，因此希望開發減少電荷轉移距離和降低或防止再結合或逆反應的太陽能電池或光電池，并且希望能夠容易地大量生產。專利技術概述本專利技術公開的光電池包括：能夠吸收電磁輻射吸收劑；包括第一導電表面的第一基底；包括第二導電表面的第二基底，第二導電表面和第一導電表面相對，并且面對著第一基底的第一導電表面；電子傳送劑，它和第二基底的第二導電表面進行電傳遞，但是和第一基底是電絕緣的；空穴傳送劑，它和第一基底的第一導電表面進行電傳遞，但是和第二基底是絕緣的，其中空穴傳送劑和/或電子傳送劑化學鍵合到電絕緣殼層上，并且空穴傳送劑和/或電子傳送劑化學鍵合到吸收劑上。本專利技術公開的光電池包括：包括第一模型化的導電表面的第一基底；包括第二模型化的導電表面的第二基底，第二導電表面和第一導電表面相對，并且面對著第一基底的第一導電表面；電子傳送劑，它和第二基底的第二導電表面進行電傳遞，但是和第一基底是電絕緣的；空穴傳送劑，它和第一基底的第一導電表面進行電傳遞，但是和-->第二基底是絕緣的；以及位于電子傳送劑和空穴傳送劑之間的吸收劑，其中的吸收劑能夠吸收電磁輻射。本專利技術公開的光電池包括：包括能夠將電子傳送到第二基底的第一固有導電聚合物的圓柱體；能夠將導電空穴傳送到第一基底的基體，其中基體是光學透明的，并且圍繞著圓柱體，但是不和它電連通；位于圓柱體和基體之間并且與圓柱體和基體緊密接觸的殼層，其中殼層包括電絕緣分子，并且至少為單層厚；化學鍵合到第一固有導電聚合物上的吸收劑，并且以能夠和圓柱體電連通的方式處于圓柱體和基體之間，但是對基體是電絕緣的；并且其中吸收劑能夠吸收波長約300到約1100波長的電磁輻射，以及其中的第一基底和第二基底彼此之間電連通的。本專利技術公開的光電組合物包括：非強制地與電絕緣分子鍵合的電子傳送分子、非強制地與電絕緣分子鍵合的空穴傳送分子、能夠吸收電磁輻射的吸收劑，其中吸收劑化學鍵合到電子傳送分子和空穴傳送分子。本專利技術還公開了制造光電池的方法，包括：混合含有能夠吸收電磁輻射的吸收劑、電子傳送劑和/或空穴傳送劑以及電絕緣分子的組合物，并且在基底上沉積所述的組合物。附圖的簡要說明圖1是光電池的一個實施方案的圖解描述，其中電磁能入射到結合到電子傳送劑和空穴傳送劑的吸收分子上，轉變為電能。圖2是光電池的一個實施方案的圖解描述，其中電子傳送劑和空穴傳送劑形成互相貫通的結構。圖3是光電池的一個實施方案的圖解描述，其中自裝配的方法促進了電子傳送劑和空穴傳送劑的相分離，分離為至少具有一個分子數量級尺寸的多個相。圖4是光電池的一個實施方案的圖解描述，其中電子傳送聚合物的端基基團被設計成結合每個基底，并且其中的電子傳送聚合物被包封為纖維形式。專利技術的詳細說明應該注意本專利技術使用的術語“第一”，“第二”等不是指任何順序或并不重要，而是用于元件之間彼此區別；術語“一”和“一個”不-->是限制數量，而寧愿指示至少一個相關元件的存在，而且本專利技術公開的所有范圍包括邊界點并且是可獨立結合的。參照圖1中的示例性的實施方案，光電池10至少包括一對叉指式指狀物12和14，它們分別包括空穴傳送劑和電子傳送劑，電絕緣殼層16和空穴傳送指狀物12及電子傳送指狀物14彼此絕緣。吸收劑18化學鍵合到電子傳送指狀物和空穴傳送指狀物，兩個基底和任何一個叉指式指狀物進行電傳遞，每個基底至少有一個和叉指式指狀進行電傳遞的導電表面，基底的導電表面作為電極。第一基底20包括和空穴傳送指狀物12進行電傳遞的第一表面，而第二基底22包括和電子傳送指狀物14進行電傳遞的第二表面，每個基底的第一和第二表面彼此相對并且面對面，空穴傳送指狀物12及電子傳送指狀物14，電絕緣殼層16和吸收分子18處于第一基底20的第一表面和第二基底22的第二表面之間。在一個實施方案中，空穴傳送指狀物12、電子傳送指狀物14和/或電絕緣殼層16至少有分子大小的一個尺寸。通過使用分子尺寸的電絕緣殼層及空穴傳送劑和電子傳送指狀物，電子的重新結合和逆反應可以降低，因此提高了光電池的效率。另外通過自裝配制造的光電池是隨機或有序的納米結構，自裝配提供了高的內表面及最小的電荷傳遞距離以及最小的結合或逆反應。在一個實施方案中，光電池通過自裝配光電池組合物而形成。光電池組合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光電池，包括：能夠吸收電磁輻射的吸收劑；包括第一導電表面的第一基底；包括第二導電表面的第二基底，第二導電表面和第一導電表面相對，并且面對著第一基底的第一導電表面；電子傳送劑，它和第二基底的第二導電表面進行 電傳遞，但是和第一基底是電絕緣的；空穴傳送劑，它和第一基底的第一導電表面進行電傳遞，但是和第二基底是電絕緣的；其中空穴傳送劑和／或電子傳送劑化學鍵合到電絕緣殼層上，并且其中空穴傳送劑和／或電子傳送劑化學鍵合到吸收劑上。

【技術特征摘要】
US 2004-7-28 10/9006241.一種光電池，包括：能夠吸收電磁輻射的吸收劑；包括第一導電表面的第一基底；包括第二導電表面的第二基底，第二導電表面和第一導電表面相對，并且面對著第一基底的第一導電表面；電子傳送劑，它和第二基底的第二導電表面進行電傳遞，但是和第一基底是電絕緣的；空穴傳送劑，它和第一基底的第一導電表面進行電傳遞，但是和第二基底是電絕緣的；其中空穴傳送劑和/或電子傳送劑化學鍵合到電絕緣殼層上，并且其中空穴傳送劑和/或電子傳送劑化學鍵合到吸收劑上。2.權利要求1的光電池，其中第一基底和/或第二基底能夠透過波長約300-1100納米的光。3.權利要求1的光電池，其中第一基底的導電表面和第二基底的導電表面通過光電池的外部的電路進行電傳遞。4.權利要求1的光電池，其中第一基底和/或第二基底的導電表面包括一個或多個導電物質層，后者可以包括金屬、半導體、摻雜半導體、固有導電性聚合物，或者包含至少一種上述物質的組合。5.權利要求1的光電池，其中所述的電子傳送劑和空穴傳送劑是叉指式指狀物形式，具有大于或等于約2納米的特征尺寸。6.權利要求1的光電池，其中的空穴傳送劑和電子傳送劑包括固有導電性聚合物。7.權利要求1的光電池，其中所述的空穴傳送劑和/或電子傳送劑包括腙化合物，苯乙烯基化合物，二胺化合物，芳香叔胺化合物，丁二烯化合物，吲哚化合物，咔唑衍生物，三唑衍生物，咪唑衍生物，帶有氨基的噁唑衍生物，三苯基甲烷，雙(4-二乙基胺-2-甲基苯基)苯基甲烷，芪，腙，芳香胺，包括三(甲苯基)胺，芳基胺，烯胺，菲二胺，N，N’-雙-(3，4-二甲基苯基)-4-聯苯胺；N，N’-雙-(4-甲基苯基)-N，N’-雙(4-乙基苯基)-1，1’-3，3’-二甲基聯苯基)-4，4’-二胺；4，4’-雙(二乙基氨基)-2，2’-二甲基三苯基甲烷；N，N’-二苯基-N，N’-雙-(3-甲基苯基)-[1，1’-聯苯基]-4，4’二胺；N，N’-二苯基-N，N’-雙-(4-甲基苯基)-1，1’-聯苯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JY桂，JL斯皮瓦克，AR杜加爾，JA塞拉，A阿利扎德，A亞基莫夫，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]