Un nuevo colorante dopante, una composición que lo comprende y un dispositivo fotovoltaico que incluye dicha composición.
Un colorante dopante que tiene la fórmula (I) :
en la que R1, R2 y R3 son independientemente hidrógeno o alquilo C1-8.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10150586.
Solicitante: Taiwan Textile Research Institute.
Nacionalidad solicitante: China.
Dirección: No. 6, Chen-Tian Rd. Tu-Chen City, Taipei Hsien, Taiwan CHINA.
Inventor/es: WANG,RUI-REN, WANG,LEE-YIH, LIANG,CHI-WEI.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C09B23/10 QUIMICA; METALURGIA. › C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › C09B COLORANTES ORGANICOS O COMPUESTOS ESTRECHAMENTE RELACIONADOS PARA PRODUCIR COLORANTES; MORDIENTES; LACAS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto dado C12P). › C09B 23/00 Colorantes de metina o polimetina, p. ej. de tipo cianina. › que contiene un número par de grupos CH.
- H01L51/00 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales orgánicos como parte activa, o que utilizan como parte activa una combinación de materiales orgánicos con otros materiales; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dichos dispositivos o de sus partes constitutivas (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes formados en o sobre un sustrato común H01L 27/28; dispositivos termoeléctricos que utilizan material orgánico H01L 35/00, H01L 37/00; elementos piezoeléctricos, magnetoestrictivos o electroestrictivos que utilizan material orgánico H01L 41/00).
- H01L51/05 H01L […] › H01L 51/00 Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales orgánicos como parte activa, o que utilizan como parte activa una combinación de materiales orgánicos con otros materiales; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dichos dispositivos o de sus partes constitutivas (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes formados en o sobre un sustrato común H01L 27/28; dispositivos termoeléctricos que utilizan material orgánico H01L 35/00, H01L 37/00; elementos piezoeléctricos, magnetoestrictivos o electroestrictivos que utilizan material orgánico H01L 41/00). › especialmente adaptados a la rectificación, a la amplificación, a la generación de oscilaciones o a la conmutación y que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie; Condensadores o resistencias con al menos una barrera de potencial o de superficie.
- H01L51/42 H01L 51/00 […] › especialmente adaptados para detectar radiación infrarroja, luz, radiación electromagnética de menor longitud de onda o radiación corpuscular; especialmente adaptados bien para la conversión en energía eléctrica de la energía de dicha radiación o bien para el control de energía eléctrica mediante dicha radiación.
PDF original: ES-2390650_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Un nuevo colorante dopante, una composición que lo comprende y un dispositivo fotovoltaico que incluye dicha composición
SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud reivindica prioridad respecto a la solicitud de Taiwán nº 98136209, presentada el 26 de octubre de 2009, la cual se incorpora entera en el presente documento por referencia.
ANTECEDENTES
Campo de la invención
La presente descripción se refiere en general a un nuevo colorante dopante, a una composición que comprende al mismo y a un dispositivo fotovoltaico (p. ej., una célula solar orgánica) que incluye dicha composición.
Descripción de la técnica relacionada
Los dispositivos portátiles tales como teléfonos móviles, asistentes personales digitales (PDA) , reproductores de música, dispositivos de navegación por satélites etc., se han convertido en los productos más populares, con una cuota de mercado que ha crecido significativamente a lo largo de los años. Sin embargo, estos productos comparten todos limitaciones comunes, que incluyen, pero sin limitar, duración de la betería corta y dificultad para la recarga. La técnica relacionada ha intentado encontrar una solución o desarrollar una técnica que usara la fuente de luz aparentemente inagotable, la luz solar, como la fuente de energía para dichos dispositivos.
Las células solares ahora se clasifican en general basándose en los materiales que se usan en las células, tales como silicio, semiconductores inorgánicos, materiales sensibles a colorantes y semiconductores orgánicos que incluyen material polimérico orgánico y moléculas orgánicas pequeñas.
Esta descripción se dirige a la mejora del material polimérico orgánico para usar en las células solares. Se han desarrollado nuevos compuestos colorantes para el propósito mencionado. Estos nuevos compuestos pueden actuar como dopantes de las capas activas de las células solares para potenciar la eficacia de la transferencia electrónica en las células y de esta forma aumentar la eficacia de conversión fotovoltaica de los dispositivos.
El documento WO 2009/026097 A1 se refiere a una célula solar que comprende una capa orgánica activa que tiene un material orgánico donador de electrones y un material orgánico aceptor de electrones. El documento CA 2625306 A1 se refiere a un dispositivo electrónico orgánico tal como una célula solar que incluye una serie de aceptores de electrones de núcleo de oligotiofenos regioregulares. El documento EP 2 072 557 A1 se refiere a un dispositivo fotovoltaico, cuyo material orgánico donador de electrones contiene un polímero conjugado particular representado por la fórmula (1) de dicho documento.
RESUMEN
En vista de lo anterior, un objetivo de esta descripción se dirige a proporcionar un nuevo compuesto colorante, que actúa como un dopante para dopar una capa activa de una célula solar orgánica para así potenciar la eficacia de la conversión fotovoltaica de la célula solar. El nuevo colorante dopante de esta descripción se caracteriza por tener la estructura de la fórmula (I) :
en la que R1, R2 y R3 son independientemente hidrógeno o alquilo C1-8.
[0008] En un ejemplo específico, R1, R2 y R3 del colorante dopante de fórmula (I) son independientemente átomos de hidrógeno, es decir, el colorante dopante es el compuesto que tiene la fórmula (II) :
[0009] En el segundo aspecto, la descripción se refiere a una composición para fabricar una capa activa de una célula solar orgánica. La composición incluye :
poli- (3-hexiltiofeno) (P3HT) ;
un colorante dopante que tiene la fórmula (I) , 15
en la que R1, R2 y R3 son independientemente hidrógeno o alquilo C1-8; y éster metílico del ácido [6, 6]-fenil-C61butírico (PCBM) ; en la que el P3HT, el colorante dopante y el PCBM existen en la composición en una relación en 20 peso en el intervalo de aproximadamente 3 : 1 : 3 a aproximadamente 10 : 1 : 10.
En una realización, el P3HT, el colorante dopante y el PCBM existen en la composición en una relación en peso de aproximadamente 15 : 2 : 15.
En el tercer aspecto, la descripción se refiere a un procedimiento de fabricación de una célula solar orgánica. El procedimiento incluye las etapas de :
(a) proporcionar un sustrato en una cámara de procesamiento; 5 (b) formar una disolución de recubrimiento disolviendo la composición descrita antes en un disolvente;
(c) recubrir el sustrato con la disolución de recubrimiento y formar así una capa orgánica sobre el sustrato; y
(d) formar una capa de electrodo sobre la capa orgánica por deposición en fase de vapor.
En algunas realizaciones, el sustrato está hecho de plástico o vidrio, y puede comprender además una 10 capa de óxido de indio y estaño sobre el mismo.
En la etapa (b) , la composición se disuelve en un disolvente seleccionado del grupo que consiste en tolueno, cloroformo, xileno, diclorobenceno (DCB) o dimetilsulfóxido (DMSO) . En un ejemplo, la composición se disuelve en DCB.
En una realización, el procedimiento comprende además una etapa de recubrimiento por rotación del sustrato con una capa conductora antes de realizar la etapa (c) . En un ejemplo, la capa conductora es una película hecha de poli (3, 4etilendioxitiofeno) : poli (estirenosulfonato) (PEDOT : PSS) .
[0015] En la etapa (d) , la deposición en fase de vapor puede ser cualquier deposición térmica, deposición en fase de vapor mediante haz de electrones, deposición mediante pulverización catódica o deposición por láser pulsado. En un ejemplo, la deposición en fase de vapor es deposición por láser pulsado.
En una realización, el procedimiento comprende además una etapa (e) opcional de irradiación del sustrato 25 con una luz UV, esta etapa (e) opcional se realiza después de la etapa (d) .
En otra realización, el procedimiento comprende además una etapa (f) de recocido del sustrato a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 120 ºC a 160 ºC, durante aproximadamente 10 – 60 minutos, y la etapa (f) se realiza después de la etapa (e) . En un ejemplo, la etapa (f) comprende el recocido del sustrato a
aproximadamente 160 ºC durante un periodo de aproximadamente 30 minutos.
De acuerdo con el cuarto aspecto de esta descripción, se proporciona una célula solar orgánica. La célula solar orgánica incluye un sustrato, que comprende en orden, de abajo a arriba,
una capa de óxido de indio y estaño (ITO) dispuesta sobre el sustrato; una capa de PEDOT : PSS dispuesta sobre la capa de ITO; una capa orgánica formada a partir de una composición que comprende: P3HT; un colorante dopante que tiene la fórmula (I) :
en la que R1, R2 y R3 son independientemente hidrógeno o alquilo C1-8; y éster metílico del ácido [6, 6]-fenil-C61butírico (PCBM) ;
en la que la composición comprende el P3HT, el colorante dopante de fórmula (I) y el PCBM en una relación en peso en el intervalo de aproximadamente 3 : 1 : 3 a aproximadamente 10 : 1 : 10; y
una capa de electrodo;
en la que el sustrato se ha recocido o no.
De acuerdo con una realización específica, el compuesto de fórmula (I) se caracteriza porque tiene R1, R2 y R3 que son independientemente hidrógeno; la capa de electrodo comprende aluminio; el sustrato no se ha recocido y la célula solar así fabricada tiene una eficacia de conversión fotovoltaica de aproximadamente 2, 47 %.
[0020] De acuerdo con otra realización específica, el compuesto de fórmula (I) se caracteriza porque tiene R1, R2 y R3 que son independientemente hidrógeno; la capa de electrodo comprende aluminio; el sustrato se ha recocido a una temperatura de aproximadamente 160 ºC durante un periodo de aproximadamente 30 minutos; y la célula solar así fabricada tiene una eficacia de conversión fotovoltaica de aproximadamente 3, 42 %.
[0021] Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente descripción se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ILUSTRADAS 20 [0022] Ahora se hará referencia en detalle a... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un colorante dopante que tiene la fórmula (I) :
en la que R1, R2 y R3 son independientemente hidrógeno o alquilo C1-8.
2. El colorante dopante de la reivindicación 1, en el que R1, R2 y R3 son independientemente átomos de 10 hidrógeno.
3. Una composición para fabricar una célula solar orgánica, que comprende:
poli- (3-hexiltiofeno) (P3HT) ; 15 un colorante dopante de la reivindicación 1 ó 2; y
éster metílico del ácido [6, 6]-fenil-C61-butírico (PCBM) ;
en la que el P3HT, el colorante dopante de la reivindicación 1 y el PCBM existen en la composición en un intervalo de relación en peso de aproximadamente 3 : 1 : 3 a aproximadamente 10 : 1 : 10.
4. La composición de la reivindicación 3, en la que la relación en peso del P3HT, el colorante dopante de
la reivindicación 1 y el PCBM en la composición es 7, 5 : 1 : 7, 5. 25
5. Una célula solar orgánica que comprende un sustrato, que comprende en orden: una capa de óxido de indio y estaño (ITO) dispuesta sobre el sustrato;
una capa de PEDOT : PSS dispuesta sobre la capa de ITO; una capa orgánica formada a partir de la composición de la reivindicación 3 ó 4 sobre la capa de ITO, y un electrodo dispuesto sobre la capa orgánica; en la que el electrodo no se ha recocido.
6. La célula solar de la reivindicación 5, en la que el electrodo comprende aluminio.
7. La célula solar de la reivindicación 5, en la que la célula solar tiene una eficacia de conversión
fotovoltaica de aproximadamente 2, 47 %. 40
8. Una célula solar orgánica que comprende un sustrato, que comprende en orden: una capa de óxido de indio y estaño (ITO) dispuesta sobre el sustrato;
45 una capa de PEDOT : PSS dispuesta sobre la capa de ITO; una capa orgánica formada a partir de la composición de la reivindicación 3 ó 4 sobre la capa de ITO, y
un electrodo dispuesto sobre la capa orgánica; en la que el electrodo se recuece a una temperatura de aproximadamente 120 – 180 ºC durante aproximadamente 10 – 60 minutos.
9. La célula solar de la reivindicación 8, en la que el electrodo comprende aluminio.
10. La célula solar de la reivindicación 9, en la que la célula solar tiene una eficacia de conversión fotovoltaica de aproximadamente 3, 42 %.
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