专利摘要
本发明公开了一种包括衬底，第一电极，包括有选择地或主要收获来自太阳光谱的近红外或红外区域的光的有机盐或盐混合物的有源层的光活性器件和第二电极。这些器件是可见透明的或可见不透明的，并且可以用于单或多结点器件中。
权利要求
1.一种光活性器件，其特征在于，其包括：
衬底；
设置在所述衬底的至少一个表面上的第一电极；
包含光活性有机盐的活性层，所述光活性有机盐包括反离子，所述反离子选自卤化物，芳基硼酸盐，碳硼烷，(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)，氟锑酸盐，氟硼酸盐中的一种或多种，它们的衍生物，及它们的组合；和
第二电极，
其中所述活性层位于所述第一电极和所述第二电极之间，和
其中所述器件是具有开路电压的光伏，所述开路电压在激子极限的30％以内。
2.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述光活性有机盐包含聚次甲基离子或花青离子。
3.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述光活性有机盐包含离子选自1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-苯基-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-氯-环己烯-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-苯基-环己烯-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-二苯胺-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，1-丁基-2-[7-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-庚-1,3,5-三烯基]-苯并[cd]吲哚鎓，2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-乙基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-乙基-1H-苯并[e]吲哚鎓(Cy
4.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述反离子包含芳基硼酸盐，所述芳基硼酸盐选自四苯基硼酸盐，四(对甲苯基)硼酸盐，四(4-联苯基)硼酸盐，四(1-咪唑基))硼酸盐，四(2-噻吩基)硼酸盐，四(4-氯苯基)硼酸盐，四(4-氟苯基)硼酸盐，四(4-叔丁基苯基)硼酸盐，四(五氟苯基)硼酸盐(TPFB)，四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸盐(TFMPB)，[4-[双(2,4,6-三甲基苯基)膦基]-2,3,5,6-四氟苯基]氢双(2,3,4,5,6-五氟苯基)硼酸盐，[4-二叔丁基膦基-2,3,5,6-四氟苯基]氢双(2,3,4,5,6-五氟苯基)硼酸盐，它们的衍生物，或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述反离子为(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)，它们的衍生物或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述活性层进一步包括互补电子给体或电子受体。
7.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极各自具有约1nm至约500nm的厚度。
8.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述活性层包含多种不同的反离子，所述反离子选自卤化物，芳基硼酸盐，碳硼烷，(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)，氟锑酸盐，氟硼酸盐中的一种或多种，它们的衍生物及它们的组合。
9.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述器件是具有开路电压的光伏，所述开路电压在激子极限的20％以内。
10.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述器件的开路电压在激子极限的20％以内。
11.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述光活性器件为可见透明的。
12.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述光活性有机盐选择性地或主要地在太阳光谱的近红外或红外区域收获光，或在两个区域都收获光。
13.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，其进一步包括：
包含电子给体或电子受体的互补层。
14.根据权利要求1所述的光活性器件，其特征在于，所述器件作为子电池被集成到多结器件结构中。
15.一种光活性器件，其特征在于，其包括：
包含光活性有机盐的活性层，所述光活性有机盐具有聚次甲基离子或花青离子，和反离子，所述反离子选自卤化物，芳基硼酸盐，碳硼烷，氟锑酸盐，氟硼酸盐，(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)中的一种或多种，它们的衍生物，及它们的组合，
其中所述器件是具有开路电压的光伏，所述开路电压在激子极限的30％以内。
16.根据权利要求15所述的光活性器件，其特征在于，进一步包括：
第一电极；和
第二电极，
其中所述活性层位于第一电极和第二电极之间。
17.根据权利要求15所述的光活性器件，其特征在于，所述聚次甲基离子或花青离子为2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-乙基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-乙基-1H-苯并[e]吲哚鎓、1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-二苯胺-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓、1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-苯基-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，或它们的组合，以及所述反离子选自碘离子(Iˉ)、四氟硼酸盐(BF
18.根据权利要求15所述的光活性器件，其特征在于，所述光活性器件为光电探测器。
19.一种制备光活性器件的方法，其特征在于，所述方法包括：
将至少两种光活性有机盐混合在一起以产生反离子合金，其中所述反离子合金的所述光活性有机盐具有相同的阳离子，但是不同的阴离子；和；
将反离子合金-阳离子对设置在第一电极和第二电极之间以产生包含所述至少两种光活性有机盐的活性层，其中所述活性层收获光。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述阴离子选自卤化物、芳基硼酸盐、碳硼烷、氟锑酸盐、(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)、氟磷酸盐、氟硼酸盐中的一种或多种，它们的衍生物，和它们的组合。
说明书
政府权利
本发明是在国家科学基金会(National Science Foundation)授予的CBET1254662的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。
本申请要求于2015年4月27日提交的美国临时申请No.62/153,299的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及有机小分子盐，其可用于高效有机的、透明的、多结光伏和光电探测器器件以获得扩展的近红外光。
本节提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。
有机光伏(OPVs)以其廉价、高通量制造和独特应用的潜能正在快速接近商业可行性，例如柔性和透明的太阳能电池。然而，与常规无机电池相比，OPVs通常受到太阳的光谱重叠的限制。已经证明在900nm以上很少的分子具有有效的光电转换，留下几乎一半的入射太阳光子通量未被利用。在该区域具有吸收的分子通常经受低开路电压(VOCs)。例如，在950nm和1000nm附近具有吸收截止的SnPc和PbPc，分别显示VOC为0.42V和0.47V，几乎是实际的激发电压极限的一半。由于这种电压限制和有限的光谱覆盖，目前高透明度的透明有机光伏(TPVs)的示范被限制在2-4％。扩大有效NIR分子的目录将有助于提高全色串联电池和单结和多结透明光伏的性能。
聚次甲基化合物(Polymethines)是最有前景的分子之一，以满足对有效的NIR收获和可见透明的NIR收获化合物的需要。聚次甲基化合物是一种离子有机盐，由于其可调吸收、高消光系数和高溶解度而引起光伏应用的注意。最近，在近红外中具有吸收最大值的聚次甲基化合物已在OPV器件和透明发光太阳能聚光器中采用，在OPV器件中，对于不透明器件的效率为1.5-2.8％，半透明器件的效率为0.9-2.2％。
改进花青(cyanine)光伏技术的最新努力集中于研究阳离子化学和较大间隙分子的反离子对器件性能、光学性能和固态填充的影响。例如，PF6
发明内容
本节提供了本发明的总体概述，并且不是对其全部范围或全部特征的全面公开。
本技术提供一种光活性器件，其包括衬底，沉积在所述衬底内或所述衬底的至少一个表面上的第一电极，包含有机盐和可选的互补电子给体或电子受体的活性层，和第二电极。所述有机盐选择性地吸收太阳光谱的近红外或红外区域的光。在各种实施方案中，所述有机盐包括聚次甲基衍生物有机阳离子。
本技术还提供一种具有有机盐的活性层的光活性器件。所述有机盐包括反离子，其中所述反离子选自卤化物，芳基硼酸盐，碳硼烷，(Λ,R)-(1,1'-联二萘-2,2'-二醇)(双(四氯-1,2-苯二酚))磷酸盐(V))(BINPHAT)，[Δ-三(四氯-1,2-苯二酚)磷酸盐(V)](TRISPHAT)，氟锑酸盐，氟磷酸盐，氟硼酸盐，它们的衍生物及它们的组合。所述有机盐还包括阳离子，如聚次甲基阳离子或花青阳离子。
另外，本技术提供了一种光活性器件，其包括具有聚次甲基盐的活性层。所述聚次甲基盐包括阳离子和反离子。在各种实施方案中，所述光活性器件是可见透明的或可见不透明的光伏或可见透明的或可见不透明的光电检测器。
此外，本技术提供了一种制造光活性器件的方法。所述方法包括将至少两种有机盐混合在一起以产生阴离子合金，其中所述有机盐具有相同的阳离子，但不同的阴离子，并且将阴离子合金-阳离子对设置在第一电极和第二电极之间。在各种实施方案中，所述至少两种有机盐具有不同阴离子分别选自F
根据本文所提供的描述，进一步领域的适用性将变得明显。本发明内容中的描述和具体实施例仅用于说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于选定实施方案的说明目的，而不是所有可能的实现方式，并不旨在限制本发明的范围。
图1A是根据本技术的第一器件的示意图；
图1B是根据本技术的第二器件的示意图；
图2A显示了聚次甲基阳离子(Cy
图2B显示了根据本技术的反离子的分子结构：(1)I
图2C是透明或不透明太阳能电池的示例性结构的示意图；
图3A示出了在1个太阳照明下，图1B中所示的每个反离子的代表性装置的J-V曲线，其中每个反离子的优化的不透明器件结构是ITO(120nm)/MoO3(10nm)/CyX(8-12nm)/C60(40nm)/BCP(7.5nm)/Ag(100nm)；
图3B示出了在黑暗条件下，图1B中所示的每个反离子的代表性装置的J-V曲线，其中每个平衡离子的优化的不透明器件结构是ITO(120nm)/MoO3(10nm)/CyX(8-12nm)/C60(40nm)/BCP(7.5nm)/Ag(100nm)；
图4A是显示各种Cy
图4B是显示图4A中所示的每种Cy
图5A示出了用于图2A和图2B的Cy(4)和Cy(5)的全透明器件的传输扫描；
图5B是放置在密歇根州立大学斯巴达头盔标志上的根据本技术的透明太阳能电池器件的照片；
图6A是图6D中显示的每种Cy
图6B是图6D中所示的每种Cy
图6C是图6D中所示的每种Cy
图6D是每种Cy
图7A是显示CyTRIS的外部量子效率(EQE)与厚度依赖性的图；
图7B是显示CyTPFB的EQE与厚度依赖性的图；
图7C是显示CyPF6的EQE与厚度依赖性的图；
图7D是显示CyI的EQE与厚度依赖性的图；
图8是显示NIR中具有各种反离子的Cy
图9A是显示在近红外(NIR)下具有较深光学活性的四种有机盐膜的归一化透射光谱的图；
图9B是来自图9A的装置中的每个较深NIR活性有机盐的EQE光谱图；
图10显示了额外的示例性阴离子的分子结构，其已经被鉴定为合适的反离子配对以由NIR有机盐获得高电压；
图11显示了一系列示例性的选择性收获NIR有机阳离子，这些有机阳离子已被确定为适用于器件和透明电池；
图12A显示了具有多结掺入的互补吸收的三个电池的吸收光谱；
图12B是在每个子电池中具有用于增强性能和效率的互补的NIR吸收器的多结不透明或透明电池的示意图。
图13是显示VOCs与激子的能带间隙图；
图14A是显示具有2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-乙基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-乙基-1H-苯并[e]吲哚(Cy)四(五氟苯基)硼酸盐(TPFB)和Cy四[3,5-双(三氟甲基)苯基]硼酸盐(TFMPB)的装置的J-V数据的图；
图14B是显示具有CyTPFB和CyTFMPB的装置的EQE数据的图；
图15A是显示VOC与在与CyPF6的共混物中CyTPFB的摩尔百分数的关系图；
图15B是CyTPFB和C60之间的增强的能级校准以及经由CyPF6和CyTPFB的混合物的界面间隙的可调性的示意图，其中插图显示了状态密度(DOS)平均化边界能量水平的变化和增强的VOC的机制；
图16A显示了七次甲基盐阳离子1(1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-二苯胺-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓)和2(1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基))-亚乙基]-2-苯基-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓)和阴离子(BF4
图16B是显示由图14A所示结构提供的盐的标准化薄膜吸收(1-透射)的图；
图16C是图16A所示的阳离子和阴离子的高分辨率质谱m/z谱图的总结，其中多个峰及其相对高度表示化合物构成元素的同位素丰度；
图17A是用于光伏和光电检测器结构的器件架构的示意图；
图17B是电流密度-电压(J-V)图；
图17C显示了具有12nm厚度的盐的器件的外部量子效率(EQE)曲线(插图突出显示了NIR EQE)；
图18A是能量示意图，其显示了在从小阴离子BF4
图18B是作为给体厚度(tD)的函数的示意性D-A能带结构；
图19A是显示作为在td＝6nm的(黑色)1-BF4和1-TPFB和(蓝色)2-BF4和2-TPFB的共混物的TPFB摩尔分数的函数的VOC(左轴)和EQE(右轴)；
图19B是显示EQE波长的插入图：1-BF4和1-TPFB为1200nm，2-BF4和2-TPFB为1350nm；和
图20显示了每种盐给体的特定检测性D*谱。
贯穿附图的多个视图，对应的附图标记指示对应的部分。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方案。
本文使用的术语仅用于描述特定示例实施方案的目的，而不意图是限制性的。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“所述”也可以适用于包括复数形式。术语“包括”，“包括”，“包含”和“具有”是包含性的，因此详细说明了所述特征、要素、组成、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其集合的存在或添加。尽管开放式术语“包含”应被理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施方案的非限制性术语，但是在某些方面中，该术语可替代地理解为是更限制和限制性的术语，例如“由......组成”或“基本上由...组成”。因此，对于引用组合物、材料、部件、元素、特征、整体、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本发明还具体包括由这样的列举的组合物、材料、部件、元素、特征、整体、操作和/或处理步骤。在“由...组成”的情况下，可选实施方案排除了任何另外的组成、材料、部件、元素、特征、整体、操作和/或处理步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的材料、部件、元素、特征、整体、操作和/或处理步骤被排除在这种实施方案之外，但是任何组成、材料、组件、元素、特征、整体、操作和/或实质上不影响基本特性和新颖特性的处理步骤可以被包括在本实施方案中。
虽然本文可以使用术语第一，第二，第三，等来描述各种步骤、元素、组件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、组件、区域、层和/或部分除非另有说明，不应该受这些术语的限制。这些术语可能仅用于区分一个步骤、元素、组件、区域、层或部分与另一个步骤、元素、组件、区域、层或部分。除非在上下文中明确指出，否则例如“第一”，“第二”和其他数字术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，在不脱离示例实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元素、组件、区域、层或部分可以被定义为第二步骤、元件、组件、区域、层或部分。
贯穿本发明，数值表示对范围的近似测量或限制，包括范围与给定值的微小偏差，以及具有提及的值和具有提及的确切值的实施方式。除了在详细说明书的末尾提供的工作示例以外，在本说明书，包括所附权利要求书中的参数(例如，数量或条件)的所有数值应被理解为在所有情况下都被术语“约”修饰，不论在数值之前是否实际出现。“约”表示所述的数值允许一些轻微的不精确性(使用某些方法达到精确值；大约或合理地接近值；几乎)。如果“约”所提供的不精确性在本领域中由普通含义没有以其他理解，那么本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用这些参数的普通方法引起的变化。
如本文所提到的，除非另有指定，否则范围包括端点，并且包括在整个范围内公开的所有的不同值和进一步划分的范围。因此，例如，“从A到B”或“从约A到约B”的范围包括A和B。包括特定参数(例如温度，分子量，重量百分比等)的值和值的范围不排除可用于本文的其他值和值的范围。可以设想，给定参数的两个或更多个特定示例值可以定义为可能被要求保护的参数的值的范围的端点。例如，如果参数X在本文中例示为具有值A并且也例示为具有值Z，则可以设想参数X可以具有从约A到约Z的值的范围。类似地，可以设想，公开的参数的两个或更多个值的范围(无论这样的范围是嵌套的，重叠的还是不同的)包括所有可能使用的所公开范围的端点值来要求保护的范围的组合。例如，如果参数X在本文中例示为具有在1-10，或2-9，或3-8范围内的值，则也可以设想，参数X可以具有其他范围的值，包括1-9，1-8，1-3，1-2，2-10，2-8，2-3，3-10，和3-9。
目前的技术提供了光活性器件和光收获系统的设备和方法，例如光伏和光电探测器。光活性器件和光收获系统可以是不透明的，透明的，异质结电池或多结电池。所述装置和系统包括有机盐，该有机盐选择性地或主要地收集具有太阳光谱的红外(IR)区域，太阳光谱的近红外(NIR)区域附近或太阳光谱的红外和近红外区域中的波长的光。
参考图1A，本技术提供了光活性器件10。所述光活性器件10包括衬底12，第一电极14，包含有机盐和可选的互补的电子施体或电子受体的活性层16，以及第二电极18。在实施方案中，活性层16不包括互补的电子给体或电子受体，所述互补的电子给体或电子受体可以设置在单独的不同的层(未示出)中。在各种实施方案中，所述光活性器件10包括至少一个或多个活性层16，至少一个或多个包括电子给体或电子受体的互补层，，或者至少一个或多个的既有活性层16和又有互补层。所述活性层16和任何互补层具有约1nm至约300nm或约3nm至约100nm的厚度。尽管未显示出来，但是在一些实施方案中，所述光活性器件10还包括位于任何层和电极12、14、16、18之间的缓冲层，其可以阻挡激子，修改工作函数或收集阻挡层，诱导排序或模板化，或作为光学垫片。光活性器件10具有在Lunt等人所定义的激子极限的约30％或约20％内的开路电压，“Practical Roadmap and Limits to NanostructuredPhotovoltaics”(Perspective)Adv.Mat.23,5712-5727,2011，其通过引用结合于本文。简而言之，，限制的开路电压的激子形式，即激子限制，在1太阳下遵照由开路电压热力学限制的理论上的Shockley-Queisser的约80％(见图13)，而这受限于最小的带隙。激子限制中80％的因子考虑了解离激子所需的最小能量驱动力。或者，光活性器件10具有在热力学限制的约50％或约35％内的开路电压。
光活性器件10的衬底12可以是本领域已知的任何可见透明或可见不透明材料12。透明衬底的非限制性实例包括玻璃，低铁玻璃，塑料，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)，(聚)-丁基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯(PBMMA)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰亚胺，例如 聚酰亚胺薄膜(DuPont，Wilmington，DE)。不透明衬底的非限制性实例包括非晶硅，晶硅，卤化物钙钛矿，不锈钢，金属，金属箔和砷化镓。
所述衬底12包括第一电极14。如图1A所示，所述第一电极14以薄膜的形式通过例如溶液沉积，滴注，旋涂，刮涂，真空沉积，等离子溅镀，或电子束沉积法定位或沉积在衬底12的第一表面上，作为非限制性实施例的薄膜，具有允许可见透明或可见不透明的活性层薄膜的厚度。然而，在各种实施方案中，可以存在多个电极14，例如具有在衬底的第一表面上和在衬底的第二相对表面(未示出)上的第一电极的装置。在另一个实施方案中，如图1B所示，光活性器件10'具有与图1A的光活性器件10相同的部件(衬底12，电极14和活性层16，以及可选的缓冲层)；然而，所述第一电极14定位在衬底12内。因此，所述衬底12可以包括作为电极14的材料，使得所述衬底12和电极14视觉上不可区分。在任何实施方案中，所述第一电极14可以由本领域已知的任何材料构成。电极材料的非限制性实例包括氧化铟锡(ITO)，掺铝氧化锌(AZO)，氧化铟锌，氧化锌和氧化镓锌(GZO)，超薄金属，例如Ag，Au和Al，石墨烯，氧化石墨烯，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)和它们的组合。在各种实施方案中，所述第一电极14具有约1nm至约500nm，约1nm至约200nm，约10nm至约200nm，约15nm至约150nm，或约500nm或更小的厚度。尽管如此，可以理解的是，通过调制在所述光活性器件10中的所述多个层12、14、16相关联的复杂干涉改变所述第一电极14的所述厚度可以改变所述光活性器件10的可见透明度。
所述活性层16通过例如溶液沉积，滴注，旋涂，刮涂，或真空沉积，被定位或沉积在所述光活性器件10中的所述电极14的表面上，作为非限制性的实施例，具有允许可见透明或可见不透明的薄膜的厚度。因此，所述光活性器件10包括所述第一电极14，其具有与衬底12接触的第一表面和与活性层16直接接触的第二表面。然而，在一些实施方案中，缓冲层位于所述衬底12与所述第一电极14之间，和/或缓冲层位于所述第一电极14与所述活性层16之间。而且，所述第二电极18可以与所述活性层16直接接触，或者缓冲层可以位于所述第二电极18和所述活性层16之间。在一些实施方案中，例如图1B的光活性器件10'，所述第一电极14位于所述衬底12内。在这样的实施方案中，所述活性层16位于所述衬底12的第一表面上，并且与衬底12的第一表面直接接触。
如上所述，所述活性层16包含有机盐和互补的电子给体或电子受体。作为非限制性实施例，所述光活性有机盐可以包含图10中所示的阳离子和图11中所示的阴离子的任意组合，其具有例如图9A和9B所示的选择吸收曲线。然而，可以理解，本文所述的阳离子或阴离子的任何组合可以用于光活性器件10中。在各种实施方案中，所述有机盐作为电子给体并且与电子受体配对，例如在所述活性层16中的C60。在其他实施方案中，所述有机盐作为电子受体并与电子给体或其他有机分子或盐配对。在此，所述有机盐收获具有在太阳光谱的NIR，或者IR区域，或者NIR和IR区域的波长的光。如本文所用，“VIS”光具有约400nm至约675nm的波长，“NIR”光具有约675nm至约1500nm的波长和“IR”光具有约1500nm至约1mm的波长。而且，如本文所使用的，术语“透明”或“可见透明”是指具有平均可见透明度的装置，通过镜面透射的50％或更多的眼睛的视觉响应来加权计算。术语“不透明”或“可见不透明”是指具有平均可见透明度的装置，通过镜面透射的10％或更小的眼睛的视觉响应来加权计算。具有平均可见透明度的装置，通过镜面透射的10％至50％的眼睛的视觉响应来加权计算是“半透明的”。如本领域普通技术人员所理解的，有机盐包括阳离子和反离子，即阴离子。在各种实施方案中，所述有机盐是选择性地或主要地吸收NIR和/或IR光的聚次甲基盐或花青盐，例如图11所示的示例性结构。在反离子存在下形成有机盐的合适的有机阳离子(其是相对于它们的衍生物的“碱性阳离子”)的非限制性实例包括1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-苯基-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓(在1024nm处的峰值吸光度)，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-氯-环己烯-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓(在1014nm处的峰值吸光度)，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-苯基-环己烯-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓(在997nm的峰值吸光度)，1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-亚乙基]-2-二苯胺-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓(在996nm的峰值吸光度)，1-丁基-2-[7-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基)-庚-1,3,5-三烯基]-苯并[cd]吲哚鎓(在973nm处的峰值吸光度)，2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-乙基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-乙基-1H-苯并[e]吲哚鎓(“Cy
如图1A所示，所述第二电极18被定位或沉积在所述活性层16的表面上，例如作为薄膜。作为非限制性实施例，所述第二电极18通过例如溶液沉积，滴注，旋涂，刮涂，真空沉积，等离子溅镀，或电子束沉积法被定位或沉积在所述活性层16的表面上，作为非限制性实施例的薄膜，其具有允许可见透明或可见不透明的活性层薄膜的厚度。因此，所述第二电极18与所述活性层16的表面接触，其与所述第一电极14接触的所述活性层的表面相对。所述第二电极18可以由本领域已知的任何材料构成。电极材料的非限制性实施例包括铟锡氧化物(ITO)，铝掺杂氧化锌(AZO)，氧化锌和镓锌氧化物(GZO)，超薄金属如Ag，Au和Al，石墨烯，氧化石墨烯，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)及其组合。在各种实施例中，所述第二电极18具有约1nm至约500nm，约1nm至约200nm，约10nm至约200nm，约15nm至约150nm或从约500nm或更小的厚度。尽管如此，可以理解的是，通过调制在所述光活性器件10中的所述多个层12、14、16相关联的复杂光学干涉和吸收改变所述第二电极18的所述厚度可以改变所述光活性器件10的可见透明度。
进一步考虑到所述第一电极14和所述第二电极18，在所述装置可见不透明的实施方案中，所述电极14，18中的至少一个是可见透明的。在所述装置是可见透明的实施例中，所述第一电极14和所述第二电极18都是可见的透明的，其厚度被调整以优化在所述活性层16中的可见透明度。
尽管在图1A和图1B中未示出，在各种实施方案中，所述光活性器件10，10'进一步包括附加的活性层，例如电子给体和/或电子受体，电极层或它们的组合。例如，附加的活性层可以包括氧化钼(MoO3)，浴铜灵(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉)(BCP)，C60或ITO。附加的电极可以由Ag，Au，Pt，Al或Cu的层组成。电子受体的附加的非限制性实例包括C70，C84，[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯，TiO2，金属氧化物，钙钛矿，其他有机盐，有机分子，或聚合物。活性层可以由给体-受体对的整洁的平面层，混合给体-受体对的混合层，或混合给体-受体对的梯度层组成。在各种实施方案中，光活性器件10，10'作为子电池被集成到多结器件结构中，其中所述多结器件或者是可见透明的或者是可见不透明的。如上所述，所述光活性器件可以是光伏或光电检测器。
在从约700nm至约1600nm的选择性近红外峰范围(图12A)内的具有更深选择性收获的有机盐进一步使得能够开发不透明和透明的高效和低成本的多结装置，其在太阳光谱上具有互补响应(图12B)。这些有机盐还能够通过阴离子合金化，即，将两种或更多种阴离子混合在一起，来精确调节前沿轨道水平和异质结界面间隙，这导致接近热力学限制的电压(图13)可以提供独立的调节参数以优化光电流和光电压的产物。
因此，本技术还提供了用于调节光电器件中材料的前沿能级水平，或最高占用分子轨道(HOMO)，位置的方法。所述方法包括将两种或更多种有机盐混合在一起，其中所述有机盐具有相同的阳离子，但具有不同的阴离子。将所述有机盐混合在一起产生阴离子合金，即，包含同种类的阳离子和多种阴离子的组合物。例如，由具有共同阳离子的两种不同有机盐产生的阴离子合金是双阴离子单阳离子混合物。所述阴离子合金可以是薄膜的形式。所述方法还包括将阴离子合金设置在第一电极和第二电极之间。所述第一电极或所述第二电极中的一个直接或间接地定位在衬底上。所述阴离子和阳离子可以是本文所述的任何阴离子和阳离子。混合在一起的所述不同有机盐可以以等摩尔量或以非等摩尔量混合在一起。通过调整能级位置，可以定制的光活性器件。在各种实施方案中，所述方法还包括如上所述将附加的层沉积到光活性器件。
本技术的实施方案通过以下非限制性实施例进一步说明。
具体实施方式
实施例1
材料与合成：2-[2-[2-氯-3-[2-(1，3-二氢-3，3-二甲基-1-乙基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基))亚乙基]-1-环己烯-1-基]-乙烯基]-3，3-二甲基-1-乙基-1H-苯并[e]吲哚鎓碘化物(CyI)购自American Dye Source(Quebec,Canada)，并在使用前用5:1的DCM:MeOH溶剂混合物通过硅胶塞过滤。四(五氟苯基)硼酸乙酯乙醚合锂，NaPF6(98％)和AgSbF6(98％)购自Sigma Aldrich(St.Louis，MO)并按原样使用。Δ-TRISPHAT四丁基铵盐(98.5％)购自Santa Cruz Biotechnology(Dallas，TX)，C60(99.9％)购自MER(Materials andElectrochemical Research Corp,Tucson,AZ)，浴铜灵(BCP)购自LuminescenceTechnology Corp.(Hsin Chu，台湾)，MoO3(99.9995％)购自Alfa Aesar(Ward Hill，MA)。除CySbF6外，所有的交换均遵循本领域已知的程序，CySbF6通过与二氯甲烷(DCM)中的AgSbF6的沉淀反应交换。通过用DCM作为洗脱剂的硅胶塞过滤所有交换产物，使得更多极性的残余CyI容易除去。
器件制造和测试：用预图案化的具有 的ITO形成的玻璃衬底通过依次在肥皂、去离子水和丙酮中超声处理各自4分钟，然后在异丙醇中沸腾5分钟，氧等离子体处理5分钟来清洁。所有器件都制作成有效面积为4.9平方毫米。图2A和图2B的化合物(1)-(4)以600rpm旋涂5秒，然后以2000rpm从不同浓度的氯苯溶液中旋涂20秒。图2A和图2B的化合物(5)由于在CB中的溶解度有限，溶解在3:1的CB：DCM溶液中，所有其他层通过真空热蒸发在低于3×10
光学表征：使用双束Lambda 800UV/VIS分光计在透射模式下测量薄膜和器件堆的镜透射比，不使用参考样品。
光学建模：使用转移矩阵光学建模由EQE数据拟合激子扩散长度。这种建模也被用来识别不透明和透明设备的光学层厚度结构。
实现了具有800nm以上至1600nm的响应的一系列有机盐的合成，表征和光伏器件性能。使用核心NIR活性七次甲基阳离子(Cy
图3A示出了在一个太阳照射下每个反离子的最具代表性的器件的J-V特性，而图3B示出了黑暗条件下的J-V特性。明显的是，反离子在J-V性能上扮演着重要的角色。CyI和CyBF4显示低填充因子(0.3-0.4)，而CyPF6，CySbF6，CyTRIS和CyTPFB显示填充因子高达0.64。BF4
表1每种反离子的J-V特征
每个盐的归一化消光系数在图4A中示出，并且器件的外部量子效率(EQE)在图4B中示出。透明器件的透射扫描如图5A所示，图5B显示了一个放置在密歇根州立大学斯巴达头盔标志上的透明器件，以展示透明度。CyTFMPB的器件数据显示在图15A和15B中。
每个反离子的强度相关J-V参数显示在图6A-6D中。如图6B所示，CySbF6与CyPF6相比显示出最小～0.03V的Voc增强，具有与CyI的Voc相比较。然而，用Δ-TRISPHAT和TPFB阴离子(分别比CyPF6的Voc高0.2V和0.3V)观察到更多实质上的Voc增加。
在黑暗曲线中观察到的最有趣的特点是正向偏差。显示较高Voc的反离子显示理想因子的相应增加。尽管CyTPFB器件的Voc大大增加，但是反向饱和暗电流Js没有明显的下降。Voc的增强通常可以通过减少泄漏电流来理解，但在这种情况下，这种机制似乎并不重要。
为了表征激子扩散长度，EQE作为每个反离子的厚度的函数来测量。结果提供如图7A-7D所示。CyTPFB和CyTRIS显示出随着厚度增加EQE衰减明显减少，证实了激子扩散长度，电荷收集长度的增加，或两者都增加。这一趋势也可以在图8中看出，其中峰值EQE绘制为每个阴离子的厚度的函数，并遵循LD拟合增强的趋势。实际上，电荷收集效率ηCC在较大厚度下可能会减小，因此表明扩散长度可能低于预测值。
为了研究在这些器件中移动离子分流和空间电荷区域的发展是否显著，我们通过在-1V下偏置器件30分钟进行极化实验。在CyPF6或CyTPFB器件中，Voc和FF没有明显增加。
当研究单晶时，已经发现TPFB在单晶中围绕阳离子显示更高的对称性环境。然而，并入现有器件中的薄膜没有显示出结晶性，并且完全是无定形的。
图4A显示了通过椭圆光度法测量的每种反离子的归一化消光系数。与其他反离子相比，CyTPFB和CyTRIS显示出稍窄的吸收宽度，与CyI，CyPF6和CySbF6的620-950nm相比，吸收范围分别为大约650-930nm和670-930nm。这种效应很可能是由于在这些盐的结晶固体中见到的Cy阳离子间增加的分离(以及相应的聚集的降低和相互作用)与Cy阳离子的极化降低的组合而导致。这两种效应都会导致吸收有效状态的分布减少。尽管峰的变窄确实对应于在～0.03eV的光隙中的略微下降，但这明显不足以解释Voc增加0.3V。
峰值变窄有利于增加透明光伏应用的平均可见光透射率和显色指数。视觉响应的长波长截止在～675nm，如图4A所示，与其它阴离子Cy(1)-(4)相比，所述CyTPFB和CyTRIS与视觉响应曲线的重叠相当少。变窄还可能有利于具有降低在多结透明光伏中的ClAlPc或其他NIR给体的竞争吸收以提高性能。
本工作提出了分子设计策略，其能够通过阴离子合金化或混合，使有机盐基的光伏器件的调节能级校准和开路电压能够容易地协调一致。随着CyPF6-CyTPFB混合物中CyTPFB含量的增加，观察到Voc(见图15A和图15B)的稳定线性增加和J0的显著下降，其遵循界面间隙调节和HOMO能级位移的预期表现。还观察到混合CySbF6和CyTRIS以及与其他阳离子/阴离子组合的类似的线性行为。因此，这明确导致电压增强的关键机制，该机制是在系统中支持能量级校准解释的首个清楚的证明。该机制为优化最高占据分子轨道(HOMO)位置以通过电荷转移效率和界面重组动力学平衡电荷产生提供了强大的新的调谐参数。
已经证实，通过在有机光伏上的反离子交换，光电流的生成超过800纳米并达到了1600nm的水平，开路电压从0.40V增强到0.72V。相对于该分子的光学激子间隙，这是花青基光伏VOC的最高报告，接近激子限制。这种消除中间间隙缺陷状态和离子迁移的增加是由于芳族反离子的空间位阻。而且，这些新型分子通过选择性近红外收获显示出透明光伏发电的超常潜力。本工作演示如何实现高压近红外吸收有机光伏和高效透明光伏。
实施例2
为数不多的有机光伏(OPV)和有机光检测器(OPD)被证明具有超过900nm的光响应，这是用于串联太阳能电池、透明的太阳能电池和红外光电探测器的以前未充分利用的光谱区域。在本文中，具有选择性深近红外(NIR)光响应的七次甲基盐被证明在λ＝1400nm或1600nm处具有外量子效率(EQE)截留。阴离子交换表现为加深具有最小的吸收性能变化的前轨道水平，导致暗电流减小，开路电压增加(接近激子极限)，并增加特定的探测能力。平衡激子结合能和电荷转移效率显示了对于提高很小的带隙NIR吸收器件的性能是关键的。这些有机盐代表了通向廉价的红外太阳能电池和探测器的途径，扩大了现有的用于透明和多结太阳能电池的现有给体材料的目录。
在NIR中吸收的有机半导体，即λ>800nm，有希望用于宽带和透明太阳能电池中。已经证明具有NIR光伏响应的有机化合物包括花青，碳纳米管和聚合物。然而，这些研究中的EQE只能扩展到对SnNcCl2的1100nm和对碳纳米管的1450nm。对有机分子的红外吸收的红移(redshifting)的设计策略包括增加共轭和修饰配体的结构以影响聚集，晶体结构和分子间的接近。然而，一旦分子被设计并集成到光电子器件中，其性能通常受到任意能级校准的影响，导致低于理想的开路电压、低载流子迁移率和扩散长度，以及在1000nm以上的有限吸光度。现在提供了具有最高占据分子轨道(HOMO)水平的一系列新的七次甲基盐，最高占据分子轨道(HOMO)水平可以通过改变阴离子电负性来调节。这些有机盐被用于光伏探测器和光电探测器电池中，以在深的NIR波长和接近其激子限制的开路电压下证明光响应。使用光学建模和开路电压调谐，确定性能的限制因素和提高性能的策略。
如图16A所示，七次甲基盐阳离子(1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基))-亚乙基]-2-二苯胺-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，λmax＝996nm)和2(1-丁基-2-(2-[3-[2-(1-丁基-1H-苯并[cd]吲哚-2-亚基))-亚乙基]-2-苯基-环戊酮-1-烯基]-乙烯基)-苯并[cd]吲哚鎓，λmax＝1024nm)与反离子四氟硼酸(BF4
1-TPFB和2-TPFB的合成：将等摩尔量的四(五氟苯基)硼酸(K-TPFB)和1-或2-BF4以10mg/mL溶解于5:1的甲醇：二氯甲烷(MeOH：DCM)中，并在反应前在室温和氮气气氛下搅拌1小时。所有的化学品都是按原样使用的(Boulder Scientific Company，Few)，溶剂是HPLC级(Sigma Aldrich)。使用真空过滤和甲醇洗涤来收集固体产物，将其再溶解于最小量的二氯甲烷(～10mg/mL)中，并通过使用二氯甲烷作为洗脱液的二氧化硅塞倒出以除去杂质和未反应的1-或2-BF4。收集与具有相似颜色的1-或2-BF4分级，并且在旋转蒸发器中在55℃和大气压下20分钟除去过量的二氯甲烷。
1-TPFB和2-TPFB的验证和离子纯度评估：阳离子，阴离子和产物纯度的验证使用与Waters Acquity超高压LC系统配合的Waters Xevo G2-XS QToF质谱仪进行。在阳离子模式电喷雾电离(ESI)中分析阳离子，并且在负离子模式ESI下分析阴离子。在乙腈中制备溶液并使用50:50的水：乙腈的洗脱液直接注入2分钟。质谱采用m/z从50-1,500的动态范围扩展获得，质量分辨率(M/ΔM，全宽-一半最大值)约为20,000。其他参数包括毛细管电压2kV，去溶剂化温度350℃，源温度100℃，锥气体(N2)0L h
为了评估离子纯度，在乙腈中制备交换前体和产物的溶液，浓度从10nM变化到500nM，并如上所述通过质谱分析。计算前体K-TPFB，1-BF4和2-BF4对浓度的综合离子检测强度的校准曲线，以测量交换产物1-TPFB和2-TPFB中的BF4
太阳能电池器件制造和测试。在肥皂，去离子水，丙酮和沸腾的异丙醇中依次清洁图案化的ITO基底(Xin Yan，100nm，20Ω/sq)各3分钟。然后用氧气等离子体处理衬底3分钟，在3×10
其中R是A/W的响应度，A是器件面积(cm
其中kB是玻尔兹曼常数(J K
紫外光电子能谱数据用He灯在21.2eV(He I辐射)下发射到MoO3/ITO上的～10nm厚的盐膜上记录。样品在没有暴露于空气的情况下被加载。LUMO传输水平通过加入光学带隙(1-BF4和1-TPFB为0.85eV，2-BF4和2-TPFB为0.80eV)估算的，和计算激子结合能(1-BF4和1-TPFB为0.55eV，2-BF4和2-TPFB为0.40eV)至HOMO水平。
如图17A所示，具有氧化铟锡(ITO)/10nm MoO3/t nm盐/40nm C60/7.5nm浴铜灵(BCP)/80nm Ag的太阳能电池器件，使用这四种盐作为厚度的函数来制备。各有机盐的给体层在氮气下由N，N-二甲基甲酰胺(DMF)旋涂，而其他层在真空中热沉积。各种盐的厚度通过改变溶液浓度来控制。为了比较的目的，具有相似盐厚度(12±1nm)的器件的J-V和EQE绘制在图17B和17C中，以及平均性能指标如表2所示。替换TPFB的BF4将阳离子1的VOC从0.13增加到0.33V，阳离子2的VOC从0.17增加到0.25V。TPFB的BF4的交换对阳离子1来说几乎将VOC从0.13提高到0.33，对阳离子2来说从0.17到0.25V。如图18A所示，电压的这种增加是由于边界能级的变化和界面间隙的增大而造成的。然而，由于给体-受体最低未占有分子轨道水平偏移量(ΔLUMO)的实质上下降，这种交换使NIR EQE峰值降低了50％以上。为了解界面间隙逐渐变化对EQE的影响，制备了1或2-BF4与不同摩尔比的1-或2-TPFB的合金混合物。作为TPFB摩尔分数的函数的VOC和EQE趋势绘制在图19A中。
纯盐的厚度趋势绘制在图19B中，其中VOC随着厚度增加而保持平坦(1-BF4和2-BF4)或减少(1-TPFB和2-TPFB)并且EQE单调增加。通常，发现VOC在5-15nm范围内与给体盐厚度无关。在一些情况下，OPV的开路电压随着厚度的增加而增加，因为通过形成更完整的膜来消除并联分流路径。然而，在1-和2-TPFB的情况下，在4至15nm的厚度范围内，VOC显示出20％的适度下降。随着厚度的增加，VOC的减少归因于(1)由于存在无序引起的间隙尾状态而导致的再结合增加，(2)由于电场区域变宽导致的再结合增加和(3)由于能带弯曲引起的界面间隙的移位(如图18B所示)。机制(1)和(2)不太可能是由于较小厚度范围(1nm)在其上电压降发生；因此，VOC减少很可能是由于作为厚度函数的1-和2-TPFB器件的不完全能带弯曲。相比之下，具有1-和2-BF4的器件不具有厚度依赖性的光电压，因此可能具有由较大载流子密度或较小介电常数引起的较小的空乏区宽度。
即使对于许多量子点系统，超过1000nm的量子效率的量级也被限制在<15％。为了确定当前NIR EQE中的限制因素，对组件效率进行了检查。EQE可以表示为内部效率的产物：ηA(吸收)，ηED(激子扩散)，ηCT(电荷转移)，ηCD(电荷解离)和ηCC(电荷收集)。通过激子扩散和光学干涉建模，EQE曲线很好地拟合了有效的激子扩散长度，可假设100％的电荷转移，电荷解离和电荷收集效率来计算得到。从这个分析中发现，由于适度的EQE，这四种盐中的有效扩散长度都是从约0.5nm到约1nm。然而，也发现对于厚度仅为25nm的2-TPFB膜，峰值波长的吸收分布已经达到70％，这表明这些器件不受吸收的限制。随着扩散长度的提取，光学干涉模型预测，由于激子不能扩散到离解界面，随着厚度增加，所有测试盐的EQE应该减小。这种预测的EQE下降趋势实际上是在其他较大间隙的花青盐器件中实验性观察到的。然而，这种表现与本文的实验趋势形成对比，这些实验趋势显示对于超过25nm的给体层厚度，EQE单调递增。这表明实际的扩散长度实际上长于0.5-1nm，这些盐的EQE反而受到电荷转移、电荷解离或电荷收集效率的限制，其中至少一个不应以100％建模。
尽管没有直接区分所有这些组件效率(电荷转移，解离和收集)的明确方法，但是可以从其他测量收集电荷的见解进行推断。例如，由于实验C60EQE峰(λ＝430nm)不随着盐的厚度的增加而减小，并且与具有较大能带隙的其它盐基的OPV的量级相似，这意味着从源于C60的激子(其仍然需要通过给体盐传输)的空穴收集不是限制因素。因此，由于给体和受体的最低未占有分子轨道与激子结合能之间的平衡，器件很可能受电荷转移或解离效率的限制。
为了估计激子结合能，进行阴离子混合实验，并寻求在EQE中观察到锐截止(sharpcutoff)(图19A)。实际上，虽然存在由于界面间隙再结合的单调调节而导致的VOC的线性变化，但是在10％TPFB的摩尔分数处存在明显的EQE截止值，在该浓度下有足够的能量(ΔLUMO)来有效地克服激子结合能。超过这个浓度的剩余量子效率可能来源于场和温度驱动解离的组合。通过从光学能带隙中减去界面间隙(由VOC计算)估算可用于激子解离的能量，产生1的激子结合能约为0.55eV，2的约为0.40eV，其接近其它报道的有机物分子中的数值(从0.2到1.4eV)。这些激子结合能构成光学能带隙的大约50％(约0.8eV)，将界面间隙(也因此是VOC)限制为适中的值，在这种情况下，高效的激子离解仍然可以发生，尽管有能力达到更高的VOC。更进一步，可以探索几种策略来降低激子束缚能。例如，可以设计分子修饰以增强电子/空穴轨道的离域，以增加激子半径，例如，通过中心次甲基取代。另一种设计策略涉及偶联较小的增溶的基团或阴离子，其允许更密集的填充以增加介电常数。因此，这为未来优化非常小能带隙的有机光活性器件提出了一个有趣的设计挑战。
为了了解这些材料组在光伏应用中的最终潜力，模拟了具有具有100nm的激子扩散长度，20nm厚的C60层，以及电荷转移和电荷收集效率接近100％的100nm厚的2-TPFB层器件的EQE。这种器件的EQE约为70-80％，JSC近似为25mA/cm
这些基于盐的器件也被证明对于近红外光电探测器是可行的。光电探测器器件用与上述相同光伏结构的制造方法制造。在图20中绘制了各种盐的特定的探测率曲线(D*)，其中D*与EQE成正比，与零偏差的微分电阻成反比。计算得到的D*与其他有机体系中的有限报告可比较，1-和2-盐分别在λ＝1140nm处达到6.5×10
总之，已经证实了简单的有机盐具有异常低的带隙(0.8eV)，用于延伸红外光响应性到1600nm。这些盐在光伏和光电探测器中均得到证明，并且使用标准富勒烯受体获得接近5％的峰值近红外EQE。在这些七次甲基盐上进行反离子交换显示，由于适度的激子结合能(从约0.4到约0.55eV)，可以增加界面的间隙，并伴随着VOC、黑暗饱和电流和D*的增加，最终在激子解离和量子效率之间进行平衡。尽管如此，阴离子交换和合金化使得界面间隙的调谐变得容易，并且提供了对这些非常小的能带隙盐的结合能的有趣见解。这些七次甲基盐代表了一种新的方法来扩展NIR光响应器件的范围，并为开发低成本红外探测器和高效多结电池提供了新的途径。
为了说明和描述的目的提供了实施方案的上述说明。其目的不是穷尽或限制本公开。特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下可互换并且可以在选定实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。同样的情况在很多方面也可能有所不同。这样的变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改用来包括在本发明的范围内。
用于高电压有机和透明的太阳能电池的有机盐专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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