BRPI0609056A2 - dispositivo fotoativo orgánico - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO FOTOATIVO ORGáNICO. A invenção se refere a um dispositivo fotoativo orgânico, especialmente uma célula fotovoltaica, com um contato e um contra-contato, bem como com uma região orgânica que é eletricamente conectada ao contato e ao contra-contato, em que uma região fotoativa com uma heterounião fotoativa densa ou uma heterounião plana entre um material orgânico de condução de elétrons e um material orgânico de condução de buraco é formada na região orgânica e em que o material orgânico de condução de buraco e/ou o material orgânico de condução de elétrons é formado de oligómeros de acordo com qualquer um dos seguintes tipos: oligómero aceitador-doador-aceitador conjugado (oligómero A-D-A') com uma unidade aceitadora (A) e uma outra unidade aceitadora (A') que são, cada uma, conectadas a uma unidade doadora (D) e oligómero doador-aceitador-doador conjugado (oligómero D-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outra unidade doadora (D') que são, cada uma, conectadas a uma unidade aceitadora (A).

Description

Relatório Descritivo

Pedido de Patente de Invenção Para "Dispositivofotoativo orgânico"

A presente invenção se refere a um dispositivofotoativo orgânico, especialmente uma célula fotovoltaicaorgânica, com um contato e um contra-contato, bem como comuma região orgânica que é eletricamente conectada aocontato e ao contra-contato, em que uma região fotoativa éformada com uma heterojunção fotoativa entre um materialorgânico condutor de elétrons e um material orgânicocondutor de buraco na região orgânica.

Antecedentes da Invenção

A pesquisa e o desenvolvimento no campo dedispositivos fotoativos orgânicos, formado em umamodalidade conhecida como uma célula solar orgânica oucélula fotovoltaica orgânica têm aumentado acentuadamentenos últimos dez anos. 0 grau máximo de eficiênciaanteriormente reportado é de aproximadamente 5,7% (confiraJiangeng Xue e colaboradores, Appl. Phys. Lett. 8 5 (2 004)5757). Dessa maneira, as eficiências típicas de 10% a 20%,tal como é conhecido para células solares inorgânicas,ainda não eram capazes de ser obtidas. Contudo, resultadossimilares poderiam ser obtidos com células solaresorgânicas, como para células solares baseadas em materiaisinorgânicos.As vantagens de células solares orgânicas em relaçãoàs células solares inorgânicas residem, em particular, emcustos mais baixos. Os materiais semicondutores orgânicosusados são muito econômicos quando fabricados em grandesquantidades. Uma outra vantagem é formada peloscoeficientes de absorção óptica parcialmente elevados deaté 2 χ 10^5 cm"1, os quais oferecem a possibilidade defabricação de células solares muito finas, mas eficientes,com um baixo custo para material e energia. Uma vez quenenhuma temperatura elevada é requerida no processo defabricação, isto é, temperaturas do substrato de, nomáximo, apenas aproximadamente 110 °C, é possível fabricarpartes estruturais de grande superfícies flexíveis em umafolha plást ica ou tecido plástico. Isso abre novos camposde aplicação que permanecem fechados às células solaresconvencionais. Levando-se em conta o número quase ilimitadode diferentes compostos orgânicos, os materiais podem serconfigurados para sua tarefa em particular.

Em um dispositivo fotoativo orgânico, a energia da luzé convertida em energia elétrica. Em contraste às célulassolares inorgânicas, no material semicondutor orgânico dosdispositivos fotoativos orgânicos, os pares condutores decarga (par de elétrons-buraco) não estão livrementepresentes após a absorção da luz, mas antes, eles formamuma quasi-partícula, assim denominada excitação, um par deligação elétron-buraco por conta de uma proteção menosforte da atração mútua. De forma a tornar a energiapresente útil como energia elétrica, a excitação formadadessa maneira deve ser separada em barreiras com cargalivre, isto é, um elétron e um buraco.

Uma vez que não existem campos suficientemente altospara a separação de éxcitons em células solares orgânicas,a separação de éxcitons é terminada sobre interfacesfotoativas. A interface fotoativa pode ser formada como umainterface doadora-aceptora orgânica (confira C.W. Tang,Appl. Phys. Lett., 48 (2), 183-185 (1986)) ou como umainterface para um semicondutor orgânico interno (confira B.0'Regan e colaboradores, Nature 1991, 353, 73). Oscarreadores isentos de carga podem ser transportados paraos contatos após a separação. A energia elétrica pode serusada através de conexão de contatos através de umconsumidor.

Um material orgânico é designado, no sentido dopresente pedido, como "condutor de buracos" se oscondutores de carga no material, que são formados como umaconseqüência de absorção de luz e separação de carga sobreuma heterojunção ("condutores de carga foto-gerada") sãotransportados na forma de buracos. De uma maneira análoga,um material orgânico é designado como "condutor deelétrons" se os condutores de carga foto-gerados sãotransportados no material na forma de elétrons. Uma regiãode interface entre o material condutor de elétrons e aquelecondutor de buracos é designada como heterojunção.

Uma heterojunção entre o material condutor de elétronse aquele condutor de buracos é designada como umaheterojunção fotoativa se estados de excitação que sãoformados no material condutor de elétrons e/ou condutor deburacos através de absorção da luz e ao qual os condutoresde carga são ligados, e que são também denominadoséxcitons, são. separados na região da heterojunção noscondutores de carga individuais, isto é, eletrodos eburacos que, por sua vez são, então, transportados pelomaterial condutor de elétrons / material condutor deburacos para os contatos onde energia elétrica pode serextraída.

Uma heterojunção entre o material condutor deelétrons e aquele condutor de buracos é designada como umaheterojunção plana se a interface entre o material condutorde elétrons e aquele condutor de buracos é formada como umasuperfície substancialmente coesa entre as duas regiões dematerial, isto é, uma região do material condutor deelétrons e uma região do material condutor de buracos(confira C.W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48 (2), 183-185(1986) ou N. Karl e colaboradores, Mol. Cryst. Liq. Cryst.,252, 243-258 (1994)).Uma heterojunção entre o material condutor de elétronse aquele condutor de buracos é uma heterojunção densa se omaterial condutor de elétrons e o material condutor deburacos são misturados um com o outro pelo menosparcialmente, de modo que a interface entre o materialcondutor de elétrons e aquele condutor de buracoscompreende uma pluralidade de seções de interfacesdistribuídas sobre o volume da mistura da material(confira, por exemplo, C. J. Brabec e colaboradores, Adv.Funct. Mater. 11 (1), 15 (2001)).

Idealmente, os materiais de camadas fotoativas emdispositivos fotoativos orgânicos possuem um altocoeficiente de absorção na faixa de comprimento de ondamais ampla possível, que é coordenada com o espectro solar.0 éxciton gerado pela absorção no material semicondutorseria capaz de se difundir sem grandes perdas de energiapara a heterojunção fotoativa, durante o qual a ocorrênciade um desvio de Stokes seria tão pequena quanto possível.Longos comprimentos de difusão de éxciton tornam possívelmaximizar a espessura das camadas orgânicas nas quais a luzabsorvida contribui para o fluxo de fótons e, assim,melhorar ainda a eficiência do dispositivo fotoativoorgânico.

Além disso, o nível mais alto de energia ocupada(HOMO) e um nível mais baixo de energia desocupado (LUMO)do material aceptor orgânico (material condutor deelétrons) e de material doador orgânico (material condutorde buracos) são, preferivelmente, selecionados de umamaneira que, por um lado, uma separação eficaz dos éxcitonsem elétrons sobre o material aceptor e dos buracos sobre omaterial doador ocorre e, por outro lado, a energia livredo sistema de elétrons e buracos gerado é tão grande quantopossível. O último resulta em uma maximização da fototensãodo circuito aberto do dispositivo. Os condutores de cargaseriam rapidamente separados uns dos outros espacialmente.Bom transporte de elétrons sobre o material aceptor e bomtransporte de buracos sobre o material doador assegurambaixas perdas e resultam em um bom fator de preenchimentodas características de corrente-tensão do dispositivofotoativo orgânico.

As células orgânicas solares são conhecidas emdiversas modalidades do estado da técnica:

- Um metal de contato tem uma grande e o outro metalde contato tem uma pequena função de trabalho, de modo queuma barreira de Schottky é formada com a camada orgânica(confira US 4.127.738).

A camada fotoativa consiste de um semicondutororgânico em um gel ou um aglutinante (US 3.844.843; US3.900.945; US 4.175.981 e US 4.175.982).Uma camada de transporte condutora de carga éformada, a qual contém pequenas partículas com um tamanhode 0,01 a 50 μτη que assumem o transporte de condutor decarga (confira US 5.965.063).

- Uma camada de célula solar contém dois ou mais tiposde pigmentos orgânicos com diferentes característicasespectrais (confira JP 04024970).

- Uma camada da célula solar contém um pigmento queproduz condutores de carga e, adicionalmente, um materialque remove os condutores de carga (confira JP 07142751) .

- Células solares a base de polímero foram fabricadascontendo partículas de carbono como aceptores de elétrons(confira US 5.986.206).

- Um tratamento com dopante de sistemas mistos foiproporcionado para melhorar as propriedades de transporteem uma célula solar com camadas múltiplas (confira DE 102 09 789).

- Disposição de células solares individuais umas porcima das outras (célula aleatória) foi formada (US4.461.992; US 6.198.091 e US 6.198.092). As célulasaleatórias podem ser ainda aperfeiçoadas através de uso deestruturas p-i-n com camadas de transporte tratadas comdopante com um grande band-gap (confira DE 103 13 232).

0 tratamento com dopante de materiais orgânicos éconhecido do documento US 5.093.698. A mistura de umasubstância dopante, isto é, uma substância com altaafinidade de elétrons para tratamento com p-dopante, ou deuma substância com baixa energia de ionização paratratamento com n-dopante, eleva a concentração de condutorde carga em equilíbrio na camada tratada com dopante eaumenta a condutividade. No estado da técnica no documentoUS 5.093.698, as camadas tratadas com dopante são usadascomo camadas de injeção sobre a interface aos contatos emdispositivos eletroluminescentes.

Resumo da Invenção

A invenção tem a tarefa de criar um dispositivofotoativo orgânico, em particular em uma célulafotovoltaica orgânica do tipo inicialmente citado com umrendimento aperfeiçoado.

De acordo com um aspecto da invenção, um dispositivofotoativo orgânico é criado, em particular em uma célulafotovoltaica orgânica, com um contato e um contra-contato,bem como com uma região orgânica que é eletricamenteconectada ao contato e ao contra-contato, em que uma regiãofotoativa com uma heterojunção fotoativa densa entre ummaterial orgânico condutor de elétrons e um materialorgânico condutor de buraco é formada na região orgânica eem que o material orgânico condutor de buraco é formado deoligômeros de acordo com um dos seguintes tipos:oligômero aceptor-doador-aceptoror conjugado(oligôraero A-D-A') com uma unidade aceptora (A) e uma outraunidade aceptora (A') que são, cada uma, conectadas a umaunidade doadora (D), em que a unidade doadora (D) é formadacomo um bloco doador estendido; e

- oligômero doador-aceptor-doador conjugado (oligômeroD-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outra unidadedoadora (D' ) que são, cada uma, conectadas a uma unidadeaceptora (A) , em que a unidade doadora (D) e a outraunidade doadora (D') são, cada uma, formadas como um blocodoador estendido.

De acordo com um outro aspecto da invenção, umdispositivo fotoativo orgânico é criado, em particular emuma célula fotovoltaica inorgânica, com um contato e umcontra-contato, bem como com uma região orgânica que éeletricamente conectada ao contato e ao contra-contato, emque uma região fotoativa com uma heterojunção fotoativadensa entre um material orgânico condutor de elétrons e ummaterial orgânico condutor de buraco é formada na regiãoorgânica e em que o material orgânico condutor de elétronsé formado de oligômeros de acordo com um dos seguintestipos:

oligômero aceptor-doador-aceptor conjugado(oligômero A-D-A') com uma unidade aceptora (A) e uma outraunidade aceptora (A') que são, cada uma, conectadas a umaunidade doadora (D) , em que a unidade aceptora (A) e aoutra unidade aceptora (A' ) são formadas como um blocoaceptor estendido; e

- oligômero doador-aceptor-doador conjugado (oligômeroD-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outra unidadedoadora (D') que são conectadas a uma unidade aceptora (A),em que a unidade aceptora (A) é formada como um blocoaceptor estendido.

De acordo com um outro aspecto da invenção, umdispositivo fotoativo orgânico é criado, em particular emuma célula fotovoltaica inorgânica, com um contato e umcontra-contato, bem como com uma região orgânica que éeletricamente conectada ao contato e ao contra-contato, emque uma região fotoativa com uma heterojunção fotoativaplana entre um material orgânico condutor de elétrons e ummaterial orgânico condutor de buraco é formada na regiãoorgânica e em que o material orgânico condutor de elétronse/ou condutor de buracos são formados de oligômeros deacordo com um dos seguintes tipos:

oligômero aceptor-doador-aceptor conjugado(oligômero A-D-A') com uma unidade aceptora (A) e uma outraunidade aceptora (A' ) que são, cada uma, conectadas a umaunidade doadora (D) , em que pelo menos a unidade doadora(D) é formada como um bloco doador estendido ou pelo menosa unidade aceptora (A) e a outra unidade aceptora (A') sãoformadas como um bloco aceptor estendido; e

- oligômero doador-aceptor-doador conjugado (oligômeroD-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outra unidadedoadora (D') que são conectadas a uma unidade aceptora (A),em que pelo menos a unidade aceptora (A) é formada como umbloco aceptor estendido ou a unidade doadora (D) e a outraunidade doadora (D' ) são formadas como um bloco doadorestendido.

Muitas vantagens resultam do estado da técnicalevando-se em conta o uso, de acordo com os aspectos dainvenção, dos conjugados de oligômero aceptor-doador-aceptor (oligômeros A-D-A) e de conjugados de oligômerodoador-aceptor-doador (oligômeros D-A-D), que serãoexplicados em detalhes a seguir.

Quando o uso de oligômeros A-D-A' / D-A-D' com umbloco doador estendido como componente condutor de buracosem uma hetero junção fotoativa, quer seja ela umaheterojunção plana ou uma heterojunção densa, para ummaterial condutor de elétrons, são gerados buracos sobre ooligômero através da separação de éxcitons na heterojunçãoque são deslocalizados dentro do bloco doador/blocosdoadores. Em virtude da deslocalização, a interaçãoeletrostática com o elétron localizado após a separaçãosobre o material condutor de elétrons cai, de modo que osdois condutores de carga podem ser separados eficazmente ejá com baixos campos elétricos. Como um resultado dadeslocalização dos buracos, eles têm uma alta mobilidade epodem ser removidos de forma rápida, eficaz e com baixasperdas de recombinação. Isso é especialmente vantajoso nocaso de heterojunções densas nas quais ambos os condutoresde carga coexistem em um volume misto consistindo de umcomponente condutor de elétrons e um condutor de buracos e,na medida em que eles não deixam o volume, estão em perigode recombinação.

De uma maneira análoga, os oligômeros A-D-A' / D-A-D',que compreendem um bloco aceptor estendido, são usados comocomponente condutor de elétrons em uma heterojunçãofotoativa para um material condutor de buracos. Asvantagens para separação de éxcitons e o transporte deelétrons resultam, analogamente, da deslocalização doselétrons sobre o bloco aceptor/blocos aceptores.

Quando de uso do oligômero A-D-A' / D-A-D' como umcomponente condutor de elétrons e/ou condução de buracos emuma heterojunção plana descobriu-se, surpreendentemente,que mesmo oligômeros sem bloco aceptor estendido podem,vantajosamente, ser usados em combinação com um condutor deburacos ou condutor de elétrons adequados mesmo embora oselétrons produzidos na separação de éxcitons não sejamdeslocalizados aqui sobre o oligômero. Tal uso emheterojunções densas resulta em eficiências muito baixaspor conta da baixa mobilidade de elétrons e,conseqüentemente, altas perdas por recombinação. Emheterojunções planas, todas as vantagens da classe dematerial sugerida têm efeito total, com exceção de umamobilidade elevada dos condutores de carga foto-gerados. 0problema da baixa mobilidade do condutor de carga ésuperado pelo fato de que, quando uma heterojunção plana éusada, não há volume no qual elétrons e buracos coexisteme, portanto, nenhuma recombinação pode ocorrer mais, umavez que os éxcitons foram separados.

Os oligômeros se distinguem, em contraste aoscompostos poliméricos, pelo fato de que eles compreendem umnúmero bem definido de monômeros (unidades de repetição)que está, tipicamente, entre três e dez. Assim, osoligômeros formam moléculas com um número definido demonômeros. Eles, portanto, também têm uma massa molar bemdefinida, tipicamente menos de 1200 g/mol e são isentos degrupos indefinidos, possivelmente reativos, no final dacadeia molecular, conforme pode estar presente como umsubproduto de uma reação em cadeia de polimerização empolímeros.

Além disso, as vantagens tecnológicas dos oligômerossão a capacidade de vaporizar em um vácuo e a possibilidadeassociada de purificação através de sublimação emgradiente. Isso resulta para os oligômeros que podem serdepositados através da deposição a vapor na possibilidadede produção de sistemas com múltiplas camadas que são quasetão complexos quanto desejado através de depósito a vaporseqüencial de diferentes materiais puros ou misturados. Ascamadas mistas com composição controlada são produzidasatravés da vaporização simultânea de diferentes materiaisde diferentes fontes de vaporizador sobre um substrato,durante a qual as taxas de depósito de vapor podem serseparadamente controladas, por exemplo, através demonitores de quartzo por oscilação.

Dessa maneira, mesmo camadas controladas tratadas comp-dopante e tratadas com n-dopante e camadas mistas dedoador-aceptor fotoativas podem ser produzidas. Então, amorfologia das camadas mistas pode ser variada sobre umagrande faixa através de seleção da temperatura do substratodurante a deposição do vapor. Sobre substratos frios, umamistura homogênea grandemente amorfa é tipicamenteproduzida, enquanto que em temperaturas maiores dosubstrato, uma separação de nanofase e possivelmente umaformação de nanodomínios cristalinos ocorre crescentemente.

Assim, o controle sobre a separação de fase em uma escalade tamanho de 10 a 100 nm ocorre com sucesso, o que éespecialmente vantajoso para as assim denominadasheterojunções fotoativas densas. Para polímeros aplicadosatravés de soluções misturadas por revestimento giratório,uma forte separação de fase freqüentemente ocorre,especialmente se um dos componentes tem uma solubilidademuito baixa.

Têm sido obtidos graus de eficiência fotovoltaicamuito maiores em comparação com todas as células solaresconhecidas, baseado em oligômeros conjugados com o auxíliode uso dos oligômeros A-D-A1 e oligômeros D-A-D1 de acordocom vários aspectos da invenção. Anteriormente, foramobtidos graus comparáveis de eficiência apenas compolitiofeno e com grandes moléculas condensadas, tais comoftalocianina ou derivados de perileno os quais, contudo,não têm um caráter oligomérico. A razão para esse avanço éconsiderada em uma combinação das propriedades únicas daclasse de material usada e de um uso objetivado dessesmateriais em dispositivos fotoativos orgânicos, de umamaneira que as propriedades de material são otimamenteutilizadas.

0 oligômero A-D-A' e o oligômero D-A-D' se distinguem,em comparação com oligômeros comuns, por um efeito doador-aceptor intramolecular já em solução, o qual resulta em umespectro de absorção óptica fortemente desviado paracomprimentos de onda mais longos. Isso supera o problemados oligômeros convencionais para fotovoltaicos, pelo fatode que eles têm um band-gap óptico maior do que polímerosanálogos.

Na construção de filmes finos dos oligômeros A-D-A1 /D-A-D1, o espectro de absorção amplia e desvia paracomprimentos de onda mais longos, como resultado do que asobreposição espectral com o espectro solar é aperfeiçoada.

Em contraste a isso, no caso de oligômeros convencionais emfilmes finos, um desvio do máximo de absorção em direção acomprimentos de onda mais curtos é freqüentemente observado(confira, por exemplo, dados para quinquetiofeno em D.Fichou e C. Ziegler, cap. 4, página 227 em: D. Fichou (ed.)Handbook of Oligo- and Polytiophenes, Wiley-VCH, Weinheim,1999 ou tabela 1 em: J. Gierschner e colaboradores, J.Chem. Phys. 123, página 144914 (2005)).

Os oligômeros A-D-A1 / D-A-D1 têm uma fluorescênciaintensa que é apenas desviada ligeiramente paracomprimentos de onda mais longos com relação ao máximo deabsorção, uma vez que a transição opticamente permitida é,ao mesmo tempo, o estado de excitação com a menor energia,de modo que pouca energia é perdida através de relaxaçãodentro de banda de excitação. A proporção do band-gapóptico e fototensão maximamente obtenível é, portanto, maisfavorável do que para oligômeros comuns, no qual umafluorescência muito ineficaz é fortemente desviada paracomprimentos de onda mais longos que ocorrem freqüentementeem camadas finas, o que pode ser rastreado para altasperdas de energia em virtude de processos de relaxação nabanda de éxciton diretamente após a excitação óptica e/ouformação de excímeros (confira J. Gierschner ecolaboradores, J. Chem. Phys. 123, página 144914 (2005)).

As energias de um orbital molecular mais baixo nãoocupado (LUMO) e/ou de um orbital molecular mais altoocupado (HOMO) de oligômeros doadores/aceptores comunspodem ser otimizadas energeticamente para os requerimentosnos dispositivos fotoativos orgânicos pela introdução nosoligômeros A-D-A1 / D-A-D1. Por exemplo, a introdução deoligômeros doadores convencionais nos oligômeros A-D-A' /D-A-D' pode resultar em uma redução do HOMO e em umaredução mais acentuada do LUMO em comparação com ooligômero doador convencional correspondente que,simultaneamente, resulta na redução do band-gap óptico e emuma elevação da fotovoltagem quando o oligômero A-D-A' / D-A-D' é usado como um condutor de buraco em uma heterojunçãofotoativa com um dado condutor eletrônico, por exemplo,Fulleren C60.

Em comparação aos oligômeros doadores-aceptoressimples (oligômero D-A) , os oligômeros A-D-A1 / D-A-D1possuem um momento dipolar menor ou imperceptível, o quediminui o distúrbio dipolar em corpos sólidos amorfos oupolicristalinos, por exemplo, camadas finas. 0 distúrbiobipolar deve ser evitado, uma vez que ele diminuidrasticamente a mobilidade do condutor de carga (confiraP.M. Borsenberger e colaboradores, J. Chem. Phys., 9 5 (7),5327-5331 (1991) ).

Além disso, oligômeros A-D-A' / D-A-D1 possuem avantagem de que eles compreendem pelo menos um bloco doadorestendido ou um bloco aceptor estendido. Uma deslocalizaçãodesejada dos éxcitons formada através de absorção da luz éobtida com o auxílio dos blocos estendidos de modo que asubseqüente separação de condutor de carga é otimizada. Poroutro lado, alternando as moléculas D-A com uma seqüênciamonomérica D-A-D-A-D... tem o problema de que a largura debanda em-cadeia diminui, uma vez que, por exemplo, a funçãode onda HOMO se concentra sobre os blocos de construçãodoadores e a interação entre os orbitais HOMO, que resultaem divisão de banda, diminui quando os componentesaceptores estão localizados entre os mesmos que nãooferecem qualquer nível que esteja em ressonância com osHOMOs doadores. Como um resultado, a extensão da conjugaçãoeficaz diminui e mesmo as menores perturbações têm aconseqüência de que condutores de carga estão grandementelocalizados sobre um único monômero que, por sua vez, temum efeito desvantajoso sobre a separação de éxcitons etransporte de condutor de carga.As designações usadas no presente pedido sãoexplicadas em maiores detalhes a seguir para umacompreensão adicional da invenção.

Um oligômero A-D-A1 conjugado com bloco doador/blocoaceptor estendido é designado aqui para fins desimplificação também como A-D-A1 BCO ("co-oligômero embloco aceptor-doador-aceptor). Analogamente, um oligômeroD-A-D1 conjugado com um bloco doador/aceptor estendido étambém designado como D-A-D1 BCO (co-oligômero em blocodoador-aceptor-doador"). É necessário aqui que pelo menosum bloco doador estendido ou dois blocos doadoresestendidos ocorram no A-D-A' BCO e um bloco aceptorestendido ou dois blocos aceptores estendidos ocorram no D-A-D' BCO.

Uma unidade, no sentido da presente invenção, é umgrupo de átomos dentro de um composto químico quecompreende pelo menos um monômero. Um monômero, no sentidodo presente pedido, é um grupo de átomos dentro de umcomposto químico que compreende pelo menos um subgrupo deátomos com um sistema de π elétrons conjugado e quepreenche a condição de que o grupo de átomos não éconstruído de várias unidades similares conectadas apenasatravés de uma ligação.

Uma unidade forma uma unidade aceptora relativa a umaunidade doadora se um orbital molecular mais baixo nãoocupado (LUMO) da unidade aceptora é pelo menos 0,2 eV,preferivelmente ao menos 0,3 eV energeticamente menor doque um orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) daunidade doadora. Para otimização adicional da açãoaceptora, uma modalidade vantajosa pode requerer que umorbital molecular mais alto ocupado (HOMO) da unidadeaceptora seja pelo menos 0,1 eV, preferivelmente pelo menos0,2 eV energeticamente menor do que um orbital molecularmais alto ocupado (H0M0) da unidade doadora.

É analogamente verdadeiro que uma unidade forma umaunidade doadora relativa a uma unidade aceptora se umorbital molecular ocupado mais alto (HOMO) da unidadedoadora é pelo menos 0,2 eV, preferivelmente pelo menos 0,3eV energeticamente mais alto do que um orbital molecularmais alto ocupado (H0M0) da unidade aceptora. Paraotimização adicional da ação aceptora, uma modalidadevantajosa pode requerer que um orbital molecular mais baixonão ocupado (LUMO) da unidade doadora seja pelo menos 0,1eV, preferivelmente pelo menos 0,2 eV energeticamente maisalto do que um orbital molecular mais baixo não ocupado(LUMO) da unidade aceptora.

Se pelo menos uma das unidades de participaçãocompreende vários monômeros, uma unidade forma uma unidadeaceptora com (i > 1) monômeros Ai com relação a uma unidadedoadora com j (j >1) monômeros Dj se, na unidade aceptora,um orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) é pelomenos 0,2 eV, pref erivelmente pelo menos 0,3 eVenergeticamente menor, pelo menos para um monômeroadjacente a uma unidade doadora, do que a um orbitalmolecular mais baixo não ocupado (LUMO) de um monômerovizinho associado na unidade doadora que forma na unidadedoadora o vizinho ao monômero adjacente na unidadeaceptora. Em um outro desenvolvimento preferido, asrelações energéticas citadas se aplicam para todos osmonômeros da unidade aceptora com relação a todos osmonômeros da unidade doadora. Os comentários anteriorespara a otimização da ação aceptora se aplicam de umamaneira correspondente. Também pode ser requerido que aunidade aceptora compreenda vários monômeros e a unidadedoadora apenas um monômero e vice-versa.

Se pelo menos uma das unidades participantescompreende vários monômeros, uma unidade forma uma unidadeaceptora com i (i > 1) monômeros Ai com relação a umaunidade doadora com j (j s 1) monômeros Dj mesmo então se aseguinte condição, que pode ser reverifiçadaexperimentalmente, por exemplo, através de mediçõeseletroquímicas em solução e/ou através de combinações deespectroscopia de fotoelétrons sobre o corpo sólido, tenhamsido preenchidas: a afixação da unidade aceptora a um ouambos os lados da unidade doadora resulta em uma diminuiçãode um orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) damolécula formada dessa maneira em pelo menos 0,2 eV,pref erivelmente em pelo menos 0,3 eV com relação a umorbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) da unidadedoadora, enquanto que um orbital molecular mais altoocupado (HOMO) da molécula formada dessa maneira permaneceenergeticamente o mesmo, é reduzido ou elevado em um máximode 0,1 eV.

Uma unidade, no sentido da presente invenção, é tambémuma unidade doadora com i (i s 1) monômeros Di com relaçãoa uma unidade aceptora com j (j a 1) monômeros Aj se, naunidade doadora, um orbital molecular mais alto ocupado(HOMO) é pelo menos 0,2 eV, preferivelmente pelo menos 0,3eV energeticamente maior, pelo menos para um monômeroadjacente à unidade aceptora, do que um orbital molecularmais alto ocupado (HOMO) de um monômero vizinho associadona unidade aceptora que forma na unidade aceptora o vizinhoao monômero adjacente na unidade doadora. No casopreferido, as relações energéticas citadas se aplicam atodos os monômeros da unidade doadora com relação a todosos monômeros da unidade aceptora. Os comentários acima paraotimização adicional da ação doadora se aplicam de umamaneira correspondente.

Uma unidade, no sentido da presente invenção, é tambémuma unidade doadora com i (i > 1) monômeros Di com relaçãoa uma unidade aceptora com j (j > 1) monômeros Aj se aseguinte condição, que pode ser reverifiçadaexperimentalmente, por exemplo, através de mediçõeseletroquímicas em solução e/ou através de combinações deespectroscopia de fotoelétrons sobre o corpo sólido, forempreenchidas: a afixação da unidade doadora a um ou ambos oslados da unidade aceptora resulta em uma elevação de umorbital molecular mais alto ocupado (HOMO) da moléculaformada dessa maneira em pelo menos 0,2 eV, preferivelmenteem pelo menos 0,3 eV com relação a um orbital molecularmais alto ocupado (HOMO) da unidade aceptora, enquanto queum orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO) damolécula formada dessa maneira permanece energeticamente amesma, é elevado ou é diminuído em um máximo de 0,1 eV.

Uma unidade aceptora é um bloco aceptor estendido se aunidade aceptora (i) compreende pelo menos dois monômeros,preferivelmente pelo menos três monômeros e/ou se a unidadeaceptora (ii) compreende pelo menos oito, preferivelmentepelo menos dez átomos com um sistema comum de elétron πconjugado formado pelos átomos de um ou vários elementosquímicos do seguinte grupo de elementos: C, Ν, Β, P, S, Sie 0. 0 último também pode ser preenchido, especialmente sea unidade aceptora compreende apenas um monômero. Em umamaneira análoga, um bloco doador estendido é determinado nabase de uma unidade doadora. Uma deslocalização desejadados éxcitons formados pela absorção de luz é sustentada como auxílio dos blocos estendidos, de modo que a subseqüenteseparação do condutor de carga é otimizada.

Um bloco aceptor estendido se distingue, em um outromodalidade ainda preferida da invenção, pelo fato de que obloco aceptor estendido compreende pelo menos um sub-blocoaceptor estendido que, por sua vez, é um bloco estendido nosentido acima e no qual o orbital molecular mais baixodesocupado (LUMO) de todos os monômeros que participam nosub-bloco aceptor estão em um intervalo energético com umalargura de aproximadamente 0,5 eV, preferivelmente nomáximo aproximadamente 0,3 eV, de modo que uma função deonda para elétrons tenha os maiores coeficientes uniformespossíveis sobre os monômeros que participam do sub-blocoaceptor estendido. Analogamente, é verdadeiro que um blocodoador estendido, em uma outra modalidade preferida dainvenção, contenha pelo menos um sub-bloco doador estendidoque, por sua vez, é um bloco estendido no sentido acima eno qual o orbital molecular mais alto ocupado (HOMO) detodos os monômeros que participam no sub-bloco doadorestendido estão em um intervalo energético com uma largurade no máximo aproximadamente 0,5 eV, preferivelmente nomáximo aproximadamente 0,3 eV, de modo que uma função deonda para buracos tenha os maiores coeficientes uniformespossíveis sobre os monômeros que participam do sub-blocodoador estendido.

A separação de carga após a absorção de luz ocorre,preferivelmente, de uma maneira tal que o tipo de condutorde carga (elétrons; buracos) formado aqui sobre o oligômerodentro do bloco estendido é deslocalizado, o que melhora aseparação de carga, bem como o subseqüente transporte decondutor de carga. Além disso, a deslocalização doscondutores de carga reduz a densidade do spin local dasmoléculas carregadas, o que reduz geralmente a reatividadedas espécies de radical e, assim, eleva sua estabilidadeeletroquímica.

Uma outra modalidade intencional da invenção requerque, no oligômero aceptor-doador-aceptor conjugado(oligômero A-D-A'), a unidade aceptora (A) e a outraunidade aceptora (A') sejam formadas de monômeros do mesmotipo. Tal construção dos oligômeros tem a vantagem de queum distúrbio energético ocorre quando uma molécula éintroduzida no corpo sólido de uma maneira irregular, porexemplo, de uma maneira espelho-invertida, permanecepequeno e, assim, as mobilidades do condutor de cargarelativamente altas podem ser obtidas mesmo em distúrbio.

Isso se aplica, de maneira análoga, ao oligômero doador-aceptor-doador conjugado (oligômero D-A-D') , para o qual aunidade doadora (D) e a outra unidade doadora (D' ) sãoformadas de monômeros do mesmo tipo.

Uma modalidade vantajosa da invenção requer que, nooligômero aceptor-doador-aceptor conjugado (oligômero A-D-A' ), a unidade doadora (D) tenha uma seqüência monoméricado tipo DiD2-Dm^Dm (m>2) e que um orbital molecular mais altoocupado (HOMO) dos monômeros Di e Dm seja pelo menos 0,2 eVenergeticamente mais alto do que um orbital molecular maisalto ocupado (HOMO) dos outros monômeros D2-Dm-I. Issocompensa, pelo menos parcialmente, a ação de atração deelétrons das unidades aceptoras sobre os monômeros doadoressobre a borda do bloco doador, de modo que monômeros sãousados aqui que são especialmente ricos em elétrons naforma isolada, por exemplo, monômeros de ED0T, se os outrosmonômeros são anéis de tiofeno. Como uma conseqüência, umaconcentração de buracos foto-gerados sobre monômeros quenão estão na proximidade imediata dos grupos aceptores écontra-atuada e a função de onda de buracos pode serdistribuída ótima e uniformemente sobre todo o blocodoador.

De uma maneira análoga, pode ser intencionalmenterequerido que, no oligômero doador-aceptor-doador conjugado(oligômero D-A-D'), a unidade aceptora (A) compreenda umaseqüência monomérica do tipo AiA2-Am-iAm (m>2) , em que umorbital molecular não mais baixo ocupado (LUMO) demonômeros Ai e Am é pelo menos 0,2 eV energeticamente menordo que um orbital molecular mais baixo não ocupado (LUMO)dos outros monômeros A2-Am-I.

Uma outra modalidade preferida requer que uma simetriade espelho ou simetria de ponto seja formada no oligômeroaceptor-doador-aceptor conjugado (oligômero A-D-A'). Tambémpode ser requerido, em um outro desenvolvimento adicionalda invenção, que uma simetria de espelho ou simetria deponto seja formada no oligômero doador-aceptor-doadorconjugado (oligômero D-A-D'). A vantagem de uma simetria deespelho ou simetria de ponto é que o momento dipoloestático dos oligômeros é minimizado e, dessa maneira, odistúrbio dipolar que reduz a mobilidade do condutor decarga é evitado. Em qualquer caso, altas simetrias quelevam à camadas altamente ordenadas podem ser formadas maisprontamente, uma vez que determinados tipos de defeitos deponto (moléculas refletidas) são excluídos desde o início.

Uma outra modalidade intencional da invenção requerque o contato e/ou o contra-contato seja(m) designado(s)como um eletrodo transparente ou semi-transparente.

Uma outra modalidade preferida da invenção poderequerer que pelo menos uma camada inorgânica de um ou maismateriais inorgânicos seja formada entre o contato e ocontra-contato.Uma modalidade vantajosa da invenção requer que ooligômero aceptor-doador-aceptor conjugado (oligômero A-D-A' ) e/ou o oligômero doador-aceptor-doador (oligômero D-A-D') seja(m) formado(s) como um oligômero que compreendegrupos nitrila em pelo menos uma unidade aceptora (A; A') eno qual pelo menos uma unidade doadora (D; D') compreendaátomos de hidrogênio periféricos tais como, por exemplo, emderivados de tiofeno. Uma interação intramolecular poratração nitrila-hidrogênio ocorre aqui entre as unidadesaceptoras de uma molécula com a unidade doadora dasmoléculas vizinhas, de modo que uma disposição vantajosadas moléculas e umas entre as outras seja suportada com umforte offset nas pilhas. A formação de tais pontes dehidrogênio-nitrila pode ser espectroscopicamentedemonstrada, uma vez que resultam em um desviocaracterístico dos modos de oscilação nos quais o átomo dehidrogênio participa.

Pode ser requerido, de maneira intencional, que ocontato seja um anodo e que uma camada orgânica tratada comp-dopante seja disposta entre o anodo e a heterojunçãofotoativa (diodo M-i-p).

Uma outra modalidade preferida requer que o contra-contato seja um catodo e que uma camada orgânica tratadacom n-dopante seja disposta entre o catodo e a heterojunçãofotoativa (diodo M-i-n ou n-i-p).Uma outra modalidade intencional da invenção poderequerer que a região orgânica seja depositada, pelo menosparcialmente, através de vaporização térmica em um vácuoelevado ou através de vaporização de materiais orgânicos emum gás carreador inerte que transporta os materiaisorgânicos vaporizados para um substrato ("deposiçãoorgânica na fase vapor").

Uma modalidade vantajosa da invenção requer que aregião orgânica seja depositada, pelo menos parcialmente, apartir de uma ou várias soluções líquidas através derevestimento giratório, aplicação com um bisturi médicoe/ou impressão.

Uma outra modalidade preferida da invenção poderequerer que a unidade doadora (D) e/ou a outra unidadedoadora (D') contém/contenha pelo menos um dos seguintesmonômeros semelhantes a doadores com ou sem substituintesperiféricos adicionais: tiofeno; tienopirazina;benzotiadiazola; dioxotiofeno de etileno (EDOT) ouditiotiofeno de etileno; isotianafteno (ITN); unidade deditiofeno ligada em ponte; 1,3 tiazol; 1,3,4-tiadiazol;tieno-tiadiazol; tieno-selenodiazol; fenila; naftila;antrazeno; tetrazeno; pentazeno; vinileno; fenilenovinileno; piridinas; pirimidinas; porfrina; ftalocianinas;fluoreno; carbazol; perileno; pireno e di- ou triarilamina.Uma outra modalidade intencional da invenção poderequerer que a unidade aceptora (A) e/ou a outra unidadeaceptora (A' ) contém/contenha pelo menos um dos seguintesmonômeros tipo aceptor com ou sem substituintes periféricosadicionais: ciano vinileno, biciano vinileno ou tricianovinileno; unidade de ditiofeno ligada em ponte com ligaçãoem ponte de atração de elétrons; benzotiadiazol; oxadiazol;triazol; benzimidazol; quinolinas; quinoxalinas;pirazolinas; anidridos de ácido naftaleno dicarboxíIico;imidas de ácido naftaleno dicarboxíIico; imidazois de ácidonaftaleno dicarboxíIico; homociclos e heterocicloshalogenados; di- ou triarilborila; derivados de dioxaboro;estruturas quinóides e arilas com substituintes cetona oudicianometano.

Além disso, um dispositivo com uma disposiçãoempilhada de vários dispositivos fotoativos orgânicos,especialmente células fotovoltaicas orgânicas, pode serproporcionado em uma das modalidades previamente citadas.

Descrição das modalidades exemplificativas preferidas dainvenção

A invenção é explicada em detalhes a seguir usandomodalidades exemplificativas e fazendo referência àsfiguras dos desenhos, nos quais:

a Fig. 1 mostra uma representação de um dispositivofotoativo orgânico;a Fig. 2 mostra a estrutura química de derivados debis(dicianovinileno) oligotiofeno: Exemplos para estruturaquímica de derivados de bis(dicianovinileno) oligotiofeno,nos quais η _> 1 e Rl - R4 são quaisquer grupos,preferivelmente um átomo de hidrogênio ou grupos dehalogênio, grupos nitrila, grupos alquila, grupos alcóxi ougrupos arila;

a Fig. 3 mostra um espectro de absorção de DCV3T emsolução (círculos) e em uma camada de deposição a vapor de30 nm de espessura sobre quartzo de vidro (retângulos);

a Fig. 4 mostra uma estrutura cristalina de DCV3Tdeterminada a partir de experimentos de difração de raio X;

a Fig. 5 mostra uma seqüência de estrutura geral paraoligômeros A-D-A conjugados com bloco doador estendido comsimetria de espelho / simetria de ponto e dicianovinilenocomo grupo aceptor;

a Fig. 6 mostra exemplos para unidades doadoras emoligômeros A-D-A' / D-A-D' conjugados;

a Fig. 7 mostra exemplos para unidades aceptorasbaseadas no grupo dioxaboro;

a Fig. 8 mostra exemplos para unidades aceptoras quepodem ser usadas em oligômeros A-D-A' conjugados;

a Fig. 9 mostra oligômeros A-D-A' conjugados nosquais unidades doadoras fortes estão dispostas sobre ambasas extremidades do bloco doador estendido, no qual Yl e Y2designam átomos de oxigênio ou átomos de enxofre e Rl - R6designam quaisquer grupos, preferivelmente, contudo, umátomo de hidrogênio ou grupos halogênio, grupos nitrila,grupos alquila, grupos alcóxi ou grupos arila;

a Fig. 10 mostra exemplos para oligômeros D-A-Dconjugados com bloco aceptor estendido;

a Fig. 11 mostra exemplos para oligômeros D-A-D / D-A-D' conjugados com blocos doadores estendidos em ambas asextremidades;

a Fig. 12 mostra exemplos para oligômeros A-D-A' / A-D-A conjugados com blocos aceptores estendidos em ambas asextremidades;

a Fig. 13 mostra um espectro de absorção em solução dediclorometano e para uma camada de deposição a vapor deDCV-2T-TPy-2T-DCV;

a Fig. 14 mostra características de corrente-tensãocom iluminação para uma célula solar com uma camada deDCV3T de 2 0 nm de espessura e uma camada de MeO-TPD de 5 nmde espessura;

a Fig. 15 mostra características de corrente-tensãocom e sem iluminação para uma célula solar com uma camadade DCV3T de 2 0 nm de espessura e uma camada de ZnPc de 10nm de espessura;

a Fig. 16 mostra características de corrente-tensãocom e sem iluminação para uma célula solar com uma camadade C6O de 20 nm de espessura e uma camada de DCV5T de 15 nmde espessura;

a Fig. 17 mostra um espectro de absorção de DCV5T(a)), bem como um espectro de fluorescência de DCV5T (b));

a Fig. 18 mostra um rendimento de quantum externo paraa célula solar medido na Fig. 16;

a Fig. 19 mostra características de corrente-tensãosob iluminação para uma célula solar baseada em umaheterojunção fotoativa entre C6o e DCV6T;

a Fig. 2 0 mostra a estrutura química de batocuproína ebatofenantrolina;

a Fig. 21 mostra a estrutura química de MeO-TPD e Di-NPB;

a Fig. 22 mostra características de corrente-tensãosob iluminação para uma célula solar de acordo com oExemplo 8; e

a Fig.23 mostra uma comparação de uma célula solarotimizada de acordo com o Exemplo 3 com heterojunçãofotoativa entre DCV5T e C6o com DiNPD tratado com p-dopantecomo transportador de buracos (retângulos) com umaestrutura análoga baseada em uma heterojunção fotoativa deftalocianina de zinco (ZnPc) e C6o (retângulos).

Os BCOs A-D-A1 / BCO D-A-D'- (oligômero aceptor-doador-aceptor conjugados (oligômeros A-D-A') / oligômerodoador-aceptor-doador conjugados (oligômeros D-A-D')) sãousados como material condutor de elétrons que absorve luz(ETM - "material de transporte de elétrons") ou materialcondutor de buracos que absorve luz (HTM - "material detransporte de buracos") em dispositivos fotoativosorgânicos com uma heterojunção fotoativa em váriasmodalidades. Aqui, o material condutor de buracos (HTM)forma o doador na heterojunção e o material condutor deelétrons (ETM) forma o aceptor da heterojunção.

A Fig. 1 mostra uma representação esquemática de umdispositivo fotoativo orgânico com um contato 1 e umcontra-contato 2, bem como com uma região orgânica 3eletricamente conectada ao contato 1 e contra-contato 2, naqual uma região fotoativa 4 com uma heterojunção fotoativaé formada entre um material orgânico condutor de elétrons6 e um material orgânico condutor de buraco 7 na regiãoorgânica 3.

Se o BCO A-D-A' é usado como material condutor deburaco (HTM), o material condutor de elétrons associado(ETM), por exemplo, Fulleren C6O/ é selecionado de umamaneira que, após excitação com luz do BCO de A-D-A' , umarápida transferência de elétrons para o material condutorde elétrons (ETM) ocorre. Se o BCO A-D-A1 é, inversamente,usado como material condutor de elétrons (ETM), o materialcondutor de buracos complementar (HTM) é selecionado de umamaneira que, após exposição com luz do BCO A-D-A' , umarápida transferência de buracos sobre o material condutorde buracos (HTM) ocorre.

A heterojunção 5 entre o material condutor de elétrons6 e o material condutor de buracos 7 é designada como umaheterojunção plana quando a interface entre o materialcondutor de elétrons e aquele condutor de buracos 6, 7 éformada como uma superfície substancialmente coesa entre asduas regiões de material, isto é, uma região do materialcondutor de elétrons 6 e uma região do material condutor deburacos 7.

A heterojunção 5 entre o material condutor de elétronse aquele condutor de buracos 6, 7 é uma heterojunção densase o material condutor de elétrons 6 e o material condutorde buracos 7 são misturados pelo menos parcialmente um como outro, de modo que a interface entre o material condutorde elétrons e aquele condutor de buracos 6, 7 compreendeuma pluralidade de seções de interface distribuídas sobre ogrosso da mistura de material.

A região fotoativa 4 com a heterojunção fotoativa 5entre um BCO A-D-A' e um material aceptor (materialcondutor de elétrons) pode ser construída como umaestrutura M-i-M-, p-i-n-, M-i-p- ou M-i-n- (M = metal, ρ =semicondutor orgânico ou inorgânico tratado com p-dopante,η = semicondutor orgânico ou inorgânico tratado com n-dopante, i = sistema intrinsecamente condutivo de camadasorgânicas).

Uma modalidade de células aleatórias que é conhecidacomo tal (confira P. Peumans e colaboradores, J. Appl.Phys., 93 (7), 3693-3723 (2003); US 4.461.922;US 6.198.091; US 6.198.092) pode ser provida. Célulasaleatórias de dois ou mais diodos de M-i-M-, p-i-n-, M-i-p-ou M-i-n empilhados também são possíveis (confira DE 103 13232).

0 dispositivo fotoativo é produzido nas variasmodalidades, de modo que as camadas sejam depositadasatravés de deposição térmica a vapor em um sistema comvácuo elevado com uma pressão de base de 1 a 0,01 Pa.

Materiais orgânicos são depositados a vapor de fontescerâmicas aquecidas através de fios resistores. Contatos demetal são depositados a vapor de cadinhos de molibdênio oucadinhos de cerâmica aquecidos diretamente por um fluxo decorrente através do cadinho, durante o qual a taxa dedeposição a vapor é medida e controlada por monitoresoscilantes de quartzo. Camadas mistas são produzidasatravés de deposição simultânea a vapor de um substrato apartir de várias fontes separadamente aquecidas controladaspor diferentes monitores oscilantes de quartzo. Osmateriais orgânicos usados foram previamente purificadosatravés de sublimação sob um vácuo elevado em um forno comum gradiente de temperatura.

Um representante simples do grupo BCO A-D-A' é DCV3T.

A Fig. 5 mostra exemplos para a estrutura química dederivados de bis(dicianovinileno) oligotiofeno, nos quais η> 1 e Rl - R4 quaisquer grupos, preferivelmentehidrogênio, halogênio, nitrila, grupo alquila, grupo alcóxiou grupo arila:

DCV3T: RI, R2 e R3 = hidrogênio, R4 = butila e n=l;

DCV5T: RI, R2 e R3 = hidrogênio, R4 = butila e n=2;

DCV7T: RI, R2 e R3 = hidrogênio, R4 = butila e n=3;

TCV3T: Rl = nitrila, R2 e R3 = hidrogênio, R4 = butilae η= 1 ;

Grupos alquila são, por exemplo, metila, etila,propila, butila, pentila, hexila ou semelhante, que podemser também ramificados, por exemplo, como butila terciária.Grupos arila são, por exemplo, fenila, naftila ou tambémheterociclos com nitrogênio ou enxofre ou oxigênio no anel.Os átomos de hidrogênio periféricos sobre grupos alquila,grupos alcóxi e grupos arila podem ser substituídos, totalou parcialmente, por átomos de halogênio ou grupos nitrila.

0 espectro de absorção de DCV3T em camadas finasmostra, em comparação com o espectro das moléculasdissolvidas, o desvio vermelho desejado (confira Fig. 3).

Isso se refere a um oligômero A-D-A1 conjugado, o qual émanifestado em comparação com tertiofeno (3T) sem gruposterminais DCV. Uma vez que a redução eletroquímica de 3Tnão pode ser medida, o caráter A-D-A' é mostrado aqui maisclaramente no desvio vermelho extremo da absorção de 3T aoDCV3T com simultânea elevação do primeiro potencial deoxidação (confira tabela 1).

A Fig. 3 mostra um espectro de absorção de DCV3T emsolução (círculos) e em uma camada de deposição a vapor de30 nm de espessura sobre vidro de quartzo (retângulos). 0espectro é claramente desviado na camada para comprimentosde onda mais longos (desvio vermelho). A estruturapronunciada do espectro na camada é uma indicação de umaplanarização dos anéis monoméricos no oligômero, o que évantajoso para maiores mobilidades do condutor de carga,uma vez que favorece a sobreposição das moléculasadjacentes ao π orbital.

Tabela 1

<table>table see original document page 39</column></row><table><table>table see original document page 40</column></row><table>

A Fig. 4 mostra uma estrutura cristalina de DCV3T. 0forte offset dos oligômeros na pilha favorece uma interaçãopor atração entre os momentos dipolares transicionaisdurante excitação em fase e, após o que, um desvio vermelhodas transições ópticas permitidas em comparação comabsorção da solução. A interação entre as unidadesaceptoras de dicianovinila com os anéis de tiofeno dosvizinhos mais próximos é indicada por setas.

A Fig. 5 mostra uma seqüência de estrutura geral paraoligômeros A-D-A conjugados com bloco doador estendido comsimetria de espelho ou simetria de ponto e dicianovinilenocomo grupo aceptor, no qual Rl = η s 1 e Rl - R4 =quaisquer grupos, preferivelmente hidrogênio, halogênio,nitrila, grupos alquila, alcóxi ou arila. Por exemplo, osmonômeros mostrados na Fig. 6 podem ser usados em qualquerseqüência no bloco doador como monômeros doadores.

A Fig. 6 mostra outros exemplos para monômerosdoadores que podem ser usados em BCO A-D-A' ou BCO D-A-D' ,nos quais XeY = CRl ou N, Z = S, CO, CR1R2, NRl e nosquais RI, respectivamente R2 = qualquer grupo,preferivelmente hidrogênio, um halogênio, nitrila, grupoalquila, alcóxi ou arila. As unidades c) e f) trazem apenascondicionalmente um caráter doador e podem ocorrer emcombinação com unidades doadoras mais fortes, mesmo comfunção aceptora em oligômeros A-D-A' / D-A-D'. Além dosgrupos doadores mostrados, mesmo vinila, fenila, naftila,antrazeno ou outros homociclos ou heterociclos podem serusados. A conexão ao monômero adjacente no oligômeroocorre, preferivelmente, de acordo com as ligaçõesrepresentadas em linhas pontilhadas, mas também pode serfeita em qualquer outro local que traz um hidrogênioperiférico ou um grupo R. Se uma ligação representada emlinhas pontilhadas aqui não é usada para ligação a umamolécula adjacente, qualquer grupo R pode ocorrer aquinovamente.

A Fig. 7 mostra exemplos para unidades do tipoaceptoras baseadas em um grupo dioxaboro, que podem serusadas em BCO A-D-A' ou BCO D-A-D' . Nos BCOs A-D-A' deacordo com a Fig. 5, os últimos podem substituir, porexemplo, os grupos terminais de dicianovinileno. 0 R équalquer grupo, preferivelmente contudo, um hidrogênio,halogênio, nitrila, grupo alquila, alcóxi ou arila. Todosos outros átomos periféricos de hidrogênio também podem sersubstituídos por qualquer grupo R. A conexão ao monômeroadjacente no oligômero ocorre, preferivelmente, de acordocom as ligações esboçadas nas linhas pontilhadas; contudo,ela também pode ser feita em qualquer outro local trazendoum hidrogênio periférico ou um grupo R. Se uma ligaçãorepresentada em linhas pontilhadas aqui não é usada paraligar uma molécula vizinha, qualquer grupo R pode ocorreraqui novamente.

A borda de absorção de BCO A-D-A' pode ser ajustadaatravés de seleção dos blocos doadores. Um desvio vermelhoda absorção ocorre, por exemplo, se monômeros doadores comum LUMO tendendo a diminuir são inseridos no bloco doador,conforme nas modalidades b) c) e f) na Fig. 6.

A Fig. 8 mostra outros exemplos para grupos aceptoresque podem ser usados em BCO A-D-A'. X designa um átomo deoxigênio ou enxofre, Y designa S ou NR, R designa qualquergrupo, preferivelmente contudo, hidrogênio, halogênio,nitrila, grupos alquila, alcóxi ou arila. As unidades deoligotiofeno em moléculas c e e g na Fig. 8 têm um caráteraceptor em virtude da estrutura quinóide. A conexão aomonômero adjacente no oligômero ocorre, preferivelmente, deacordo com as ligações representadas em linhas pontilhadas,mas também pode ocorrer em qualquer outro local que traz umhidrogênio periférico ou um grupo R. Se uma ligaçãorepresentada em linhas pontilhadas aqui não é usada paraligar uma molécula adjacente, qualquer grupo R pode ocorreraqui novamente.

A Fig. 9 mostra Exemplos para oligômeros A-D-Aconjugados nos quais unidades doadoras especialmente fortessão inseridas em ambas as extremidades do bloco doadorestendido. Aqui, Yl e Y2 designam átomos de oxigênio ouátomos de enxofre. Rl - R6 são quaisquer grupos mas,preferivelmente, hidrogênio ou halogênio, nitrila, gruposalquila, alcóxi ou arila.

A Fig. 10 mostra exemplos para estruturas de BCO D-A-Dcom um bloco aceptor estendido. Ao invés do grupo EDOTmostrado, que tem um caráter doador especialmente forte,outras unidades doadoras, por exemplo, as unidades doadorasmostradas na Fig. 6, também podem ser usadas. Também, todasas unidades da Fig. 7 e Fig. 8 podem ser usadas comomonômero aceptor.

A Fig. 11 mostra exemplos para estruturas de BCO D-A-D' com blocos doadores estendidos sobre ambas asextremidades. Os átomos de hidrogênio periféricos podem sersubstituídos, total ou parcialmente, por quaisquer gruposmas, preferivelmente, por halogênio, nitrila, gruposalquila, alcóxi ou arila. Mesmo outros blocos doadores, porexemplo, quaisquer combinações das unidades mostradas naFig. 6, podem ser usadas. Da mesma forma, todas as unidadesdas Fig. 7 e Fig. 8 podem ser usadas como monômero aceptor.

A Fig. 12 mostra exemplos para estruturas de BCO A-D-A' com blocos aceptores estendidos sobre ambas asextremidades, nos quais n>0, m>l, k>l. Os átomos dehidrogênio periféricos podem ser substituídos, total ouparcialmente, por halogênio, nitrila, grupos alcóxi ouarila. Outras unidades doadoras, por exemplo, quaisquercombinações das unidades mostradas na Fig. 6, também podemser usadas. Da mesma forma, quaisquer combinações dasunidades da Fig. 7 e Fig. 8 podem ser usadas como blocoaceptor. R designa qualquer grupo, preferivelmente umhidrogênio ou halogênio, nitrila, um grupo alquila, alcóxiou arila.

A Fig. 13 mostra espectros de absorção em solução dediclorometano e para uma camada de deposição a vapor deDCV-2T-TPy-DCV, um derivado de DCV5T com um grupotienopirazina no bloco doador, bem como a fórmulaestrutural de DCV-2T-TPy-2T-DCV.

Modalidades preferidas para dispositivos fotoativosorgânicos com uma construção estrutural de acordo com aFig. 1 com base no BCO de A-D-A' são descritas a seguir.

Exemplo 1

Em um primeiro Exemplo, DCV3T (confira estrutura naFig. 5 com η = 1 e grupo Rl = átomo de hidrogênio) é usadocomo molécula aceptora em uma heterojunção com Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrakis(4-metóxifenil) benzidina (MeOTPD) como moléculadoadora. Uma possível seqüência de camada para talheterojunção, inserida em uma estrutura M-i-p, é: Substratode vidro / ITO / C60 (opcional como camada de transporte deelétrons) / DCV3T / MeOTPD / MeOTPD tratada com p-dopante /ftalocianina de zinco tratada com p-dopante (ZnPc; opcionalpara melhora do contato ôhmico) / ouro.

Uma vez que a MeOTPD é grandemente transparente e ainterface entre C60 e DCV3T não é adequada para separaçãode éxciton, a geração de fotocorrente resulta aquiexclusivamente da absorção de luz em DCV3T e'a subseqüenteseparação de éxciton sobre a interface entre DCV3T eMeOTPD.

A Fig. 14 mostra características de corrente-tensãocom iluminação para uma célula solar com uma camada deDCV3T de 20 nm de espessura e uma camada de MeOTPD pura de5 nm de espessura que torna a interface de separação deéxcitons disponível. A seqüência precisa da camada e osdados característicos da célula solar iluminada também sãoindicados na Fig. 14. 0 formato em S das características emtorno do valor de +1 V está relacionado à injeção ineficazde elétrons de ITO em DCV3T. 0 problema pode ser superadoatravés de inserção de uma camada intermediária tratada comn-dopante com uma posição adequada do nível Fermi.

Exemplo 2

Em um segundo Exemplo, a MeOTPD transparente noExemplo 1 é substituída em cima por uma camada de ZnPc, demodo que a seqüência da camada é: Substrato de vidro / ITO/ C60 (opcional como camada de transporte de elétrons) /DCV3T / ZnPc / MeOTPD tratada com p-dopante / ZnPc tratadacom p-dopante (opcional para melhorar o contato ôhmico) /ouro.

A Fig. 15 mostra características de corrente-tensãocom e sem iluminação para uma célula solar com uma camadade DCV3T de 20 nm de espessura e uma camada de ZnPc de 10nm de espessura. Essas camadas formam a interface deseparação para éxcitons. A seqüência de camada precisa eparâmetros característicos da célula solar iluminada tambémsão indicados na Fig. 14.

O princípio funcional corresponde àquele no Exemplo 1acima. Além disso, uma geração de fotocorrente ocorreatravés de absorção de luz sobre ZnPc e separação deéxciton sobre a heterojunção ao DCV3T. Como resultado, acorrente de curto-circuito (jsc) é ampliada em comparaçãoao Exemplo 1 acima.

Nos Exemplos 1 e 2, o BCO A-D-A' de DCV3T, portanto, éusado como material aceptor e condutor de elétrons. Aspropriedades vantajosas de BCO de A-D-A' se referem aocomportamento da pilha, absorção e dinâmica de excitaçãotêm um efeito aqui já. Contudo, esse tipo de uso não éótimo, uma vez que os elétrons estão pesadamentelocalizados sobre uma unidade aceptora, de modo que BCOs deA-D-A' com unidades aceptoras curtas não são bonscondutores de elétrons. Contudo, a mobilidade de elétronsnão é tão crítica para dispositivos fotoativos orgânicoscom uma heterojunção plana e uma camada de absorção fina,como em heterojunções densas, nas quais pequenasmobilidades de elétrons resultam imediatamente em altasperdas de recombinação. Tentativas de produzir célulassolares com heterojunção densa a partir de DCV3T e, porexemplo, ZnPc ou 4P-TPD, conseqüentemente, mostraram baixaseficiências, abaixo de 0,5 %.

O uso de BCOs A-D-A' com unidades aceptoras de apenasum monômero em heterojunções densas não é intencional. BCOsD-A-D' com um bloco aceptor muito curto (m < 3), da mesmaforma, não é intencional e seu uso como condutores deelétrons em heterojunções densas também não é apropriado,uma vez que eles não têm qualquer função de onda de elétronsuficientemente deslocalizada.

Exemplo 3

Em um terceiro Exemplo, o DCV3T do Exemplo 1 ésubstituído pelo DCV5T (confira estrutura na (Fig. 5) com η= 2 e Rl = hidrogênio) para aumentar adicionalmente aabsorção de luz na faixa espectral vermelha, de modo que aseguinte seqüência de camada resulta: Substrato de vidro /ITO / C60 / DCV5T / MeOTPD / MeOTPD tratada com p-dopante /ZnPc tratada com p-dopante (opcional para melhora docontato ôhmico) / ouro.

Descobriu-se que no terceiro Exemplo, em contraste aosExemplos 1 e 2, a interface fotoativa ocorre entre DCV5T eC60, O BCO A-D-A' de DCV5T atuando, em contraste ao DCV3T,como doador na heterojunção fotoativa e como condutor deburacos. A diferença é explicada pela menor energia deionização da molécula de DCV5T, a qual tem o bloco doadormais longo.

A Figura 16 mostra características de corrente-tensãocom e sem iluminação para uma célula solar com camada deC6O com espessura de 20 nm e uma camada de DCV5T de 15 nmde espessura que atuam aqui como materiais ativos. Aseqüência da camada é indicada no inserto. A célula obtémuma tensão de circuito aberto de 0,94 V, uma densidade decorrente de curto-circuito de aproximadamente 6 mA/cm2 e,assim, uma eficácia de conversão de energia deaproximadamente 1,8 %. Uma célula solar de outro modoidêntico na qual o DCV5T de 15 nm foi substituído pordihexilquinquetiofeno (DH5T) de 15 nm, isto é, um oligômerodoador convencional, obtém apenas uma tensão de circuitoaberto de aproximadamente 0,34 %, uma densidade de correntede curto-circuito de aproximadamente 3,1 mA/cm2 e, assim,uma eficácia de conversão de energia de aproximadamente 0,4%, com a fotocorrente sendo rastreável quase queexclusivamente através de absorção de C6o ·

A Fig. 17 mostra a) espectros de absorção de DCV5Tcomo uma camada de depósito de vapor pura, como uma camadamisturada com C60 (1:1) e dissolvida em CH2Cl2. 0 desvio dopico de absorção durante a transição de DCV5T do líquidopara a fase sólida é inequivocamente visível. A Fig. 17mostra, além disso, b) um espectro de fluorescência deDCV5T puro e uma camada misturada consistindo de DCV5T eC6O (1:1). Pode ser reconhecido no espectro da camadamisturada que a fluorescência do DCV5T é extinta pelo C60.

A Fig. 18 mostra um rendimento de quantum externo dacélula solar medido na Fig. 16. Pode ser reconhecido que aabsorção de DCV5T contribui proporcionalmente ao máximopara a corrente da célula solar (veja rendimentos dequantum a 550-600 nm).

Exemplo 4

Em um quarto Exemplo, a energia de ionização cai aindapara unidades de oligotiofeno mais longas (por exemplo,DCV6T, estrutura na Fig. 5 com Dl = D3 = tiofeno, D2 =dibutiltiofeno e Rl = hidrogênio ou seletivamente com grupoR de desvio de elétrons - por exemplo, grupo alquila oualcóxi - para assegurar uma afinidade por elétronssuficientemente baixa), de modo que mesmo esses BOCs A-D-A'podem ser usados como molécula doadora em combinação comC6O como molécula aceptora. Uma seqüência de camadaexemplificativa para tal heterojunção inserida em umaestrutura m-i-p é: Substrato de vidro / ITO / C60 / DCV6T /MeOTPD tratada com p-dopante / ZnPc tratada com p-dopante(opcional para melhorar o contato ôhmico) / ouro.A Fig. 19 mostra características de corrente-tensãosob iluminação com luz solar simulada a 127 mW/cm2 paracélulas solares baseado em uma heterojunção fotoativa entreC6O e DCV6T, concretizada como uma heterojunção plana(linha sólida) ou heterojunção densa (linha pontilhada -confira Exemplo 5 abaixo).

Exemplo 5

Em um quinto Exemplo, uma camada misturada de Cêo βDCV6T é usada como heterojunção densa na estrutura doExemplo 4 ao invés da heterojunção plana para aumentar ainterface ativa. A seguinte seqüência de camada resulta:Substrato de vidro / ITO / C 60 * DCV6T (proporçãovolumétrica entre 4:1 e 1:1) / MeOTPD tratada com p-dopante/ ZnPc tratada com p-dopante (opcional para melhora docontato ôhmico) / ouro.

Exemplo 6

Todos os sistemas de camada ativa acima mencionadostambém podem ser inseridos em estruturas sem camadastratadas com dopante ao invés de células de M-i-p. Umarealização vantajosa disso é a seguinte estrutura usando osistema ativo do Exemplo 4: Substrato de vidro / ITO / 3,4-polietilenodióxitiofeno: sulfonato de poliestireno(PEDOT:PSS; opcional como camada polimérica condutor deburacos) / DCV6T / C6o / opcional para melhorar o contato;por exemplo, batocuproína, batofenantrolina ou LiF /alumínio.

A Fig. 20 mostra a estrutura química da batocuproína ebatofenantrolina.

Exemplo 7

De acordo com um sétimo Exemplo, uma estrutura p-i-n éfornecida. Por exemplo, a seguinte construção de camada foiselecionada: Substrato de vidro / ITO / MeOTPD tratada comp-dopante / C6o * DCV6T (proporção volumétrica entre 4:1 e1:1) / C6O tratado com n-dopante / alumínio.

Em modalidades alternativas, surpreendentemente,descobriu-se que uma proporção volumétrica entre 1:1 e 1:4é vantajosa.

Exemplo 8

Um oitavo Exemplo se refere a uma variante vantajosado Exemplo 3. Na heterojunção fotoativa, entre C6o e DCV5T,é inserida a seguinte estrutura p-i-I: Substrato de vidro /ITO / HTL tratado com p-dopante / HTL não tratado com n-dopante / DCV5T / C60 / BPhen / Al, em que HTL designa ummaterial de transporte de buracos com uma grande band-gap,tal como MeO-TPD ou Di-NPB aqui.

A Fig. 21 mostra a estrutura química de MeO-TPD(acima)e Di-NPB (abaixo).

A Fig. 22 mostra características de corrente-tensãosob iluminação com luz solar simulada a 127 mW/cm2 paracélulas solares de acordo com o Exemplo 8, baseado em umaheterojunção fotoativa entre C50 e DCV5T em uma estruturap-i-i com MeO-TPD ou Di-NPB (confira Fig. 21) como omaterial de transporte de buracos. A célula solar comDi-NPB obtém um grau de eficiência energética deaproximadamente 3 % para luz do sol simulada.

A Fig. 23 mostra uma comparação de uma célula solarotimizada de acordo com o Exemplo 3 com heterojunçãofotoativa entre DCV5T e C6o com DiNPD tratado com p-dopantecomo transportador de buracos (retângulos) com umaestrutura análoga baseada em uma heterojunção fotoativa deftalocianina de zinco (ZnPc) e C6o (retângulos) . 0 DCV5Tmostra quase aproximadamente 4,3 % do grau duplo deeficácia através de uma camada misturada de 10 nm deespessura de ZnPc e C6o é inserido na célula solar deZnPc/C6o de forma a aumentar a fotocorrente. Sem essaadição, a f otocorrente cai na célula de ZnPc/C60 paraaproximadamente 6 mA/cm2.

Exemplo 9

Em um nono Exemplo, heterojunções planas eheterojunções densas são combinadas de forma a elevar afotocorrente e, por exemplo, a seguinte estrutura éformada: Substrato de vidro / ITO / MeOTPD tratada com p-dopante / DCV6T / DCV6T * C6o (proporção volumétrica entre4:1 e 1:1) / C6o / C6o tratado com n-dopante / alumínio.Aqui, por exemplo, éxcitons que são excitados nacamada de DCV6T pura podem se difundir para a camada mistavizinha onde eles são separados em pares de transportadoresisentos de carga quando eles encontram moléculas de C60.Uma situação correspondente se aplica a éxcitons gerados nacamada de C60 puro.

Em uma heterojunção combinada, conforme no Exemplo 8,mesmo diferentes materiais podem ser combinados paraaumentar adicionalmente o espectro de excitação: substratode vidro / ITO / MeOTPD tratada com p-dopante / ED0T-DCV5T/ C6O * DCV6T (proporção volumétrica entre 4:1 e 1:1) /TCV3T / C6O tratado com p-dopante/ alumínio.

As camadas puras de ED0T-DCV5T (derivado de DCV5T, compelo menos um anel de tiofeno no bloco doador sendosubstituído pelo grupo EDOT (Fig. 6d com Yl = Y2 = 0 e Rl =R2 = H) ou TCV3T (confira estrutura na Fig. 2 com η = 1 eRl = CN) ), são selecionadas de uma maneira aqui que umatransferência de buracos da camada misturada sobre EDOT-DCV5T e uma transferência de elétrons da camada mista sobreTCV3T se torna possível de uma maneira isenta de barreira.

As características da invenção divulgadas na descriçãoanterior, nas reivindicações e nos desenhos podem sersignificativas individualmente, bem como em qualquercombinação para realização da invenção em suas váriasmodalidades.

Claims (19)

1. Dispositivo fotoativo orgânico, especialmente umacélula fotovoltaica orgânica, com um contato e um contra-contato, bem como com uma região orgânica que éeletricamente conectada ao contato e ao contra-contatocaracterizado pelo fato de uma região fotoativa com umaheterounião fotoativa densa entre um material orgânico decondução de elétrons e um material orgânico de condução deburaco ser formada na região orgânica e o material orgânicode condução de buraco ser formado de oligômeros de acordocom qualquer um dos seguintes tipos:oligômero aceitador-doador-aceitador conjugado(oligômero A-D-A') com uma unidade aceitadora (A) e umaoutra unidade aceitadora (A') que são, cada uma, conectadasa uma unidade doadora (D) , em que a unidade doadora (D) éformada como um bloco doador estendido; eoligômero doador-aceitador-doador conjugado(oligômero D-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outraunidade doadora (D' ) que são, cada uma, conectadas a umaunidade aceitadora (A), em que a unidade doadora (D) e aoutra unidade doadora (D') são formadas como um blocodoador estendido.

2. Dispositivo fotoativo orgânico, especialmente umacélula fotovoltaica orgânica, com um contato e um contra-contato, bem como com uma região orgânica que éeletricamente conectada ao contato e ao contra-contatocaracterizado pelo fato de uma região fotoativa com umaheterounião fotoativa densa entre um material orgânico decondução de elétrons e um material orgânico de condução deburaco ser formada na região orgânica e o material orgânicode condução de elétrons ser formado de oligômeros de acordocom qualquer um dos seguintes tipos:oligômero aceitador-doador-aceitador conjugado(oligômero A-D-A') com uma unidade aceitadora (A) e umaoutra unidade aceitadora (A') que são, cada uma, conectadasa uma unidade doadora (D) , em que a unidade aceitadora (A)e a outra unidade aceitadora (A' ) são formadas como umbloco aceitador estendido; eoligômero doador-aceitador-doador conjugado(oligômero D-A-D') com uma unidade doadora (D) e uma outraunidade doadora (D' ) que são, cada uma, conectadas a umaunidade aceitadora (A) , em que a unidade aceitadora (A) éformada como um bloco aceitador estendido.

3. Dispositivo fotoativo orgânico, especialmente umacélula fotovoltaica orgânica, com um contato e um contra-contato, bem como com uma região orgânica que éeletricamente conectada ao contato e ao contra-contatocaracterizado pelo fato de uma região fotoativa com umaheterounião fotoativa plana entre um material orgânico decondução de elétrons e um material orgânico de condução deburaco ser formada na região orgânica e o material decondução de elétrons e/ou o material orgânico de conduçãode buraco ser/serem formados de oligômeros de acordo comqualquer um dos seguintes tipos:oligômero aceitador-doador-aceitador conjugado(oligômero A-D-A') com uma unidade aceitadora (A) e umaoutra unidade aceitadora (A') que são, cada uma, conectadasa uma unidade doadora (D) , em que pelo menos a unidadedoadora (D) é formada como um bloco doador estendido oupelo menos a unidade aceitadora (A) e a outra unidadeaceitadora (A') são formadas como um bloco aceitadorestendido; eoligômero doador-aceitador-doador conjugado(oligômero D-A-D' ) com uma unidade doadora (D) e uma outraunidade doadora (D' ) que são conectadas a uma unidadeaceitadora (A), em que pelo menos a unidade aceitadora (A)é formada como um bloco aceitador estendido ou a unidadedoadora (D) e a outra unidade doadora (D' ) são formadascomo um bloco doador estendido.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de, nooligômero aceitador-doador-aceitador conjugado (oligômeroA-D-A'), a unidade aceitadora (A) e a outra unidadeaceitadora (A') serem formadas de monômeros do mesmo tipo.

5. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de, nooligômero doador-aceitador-doador conjugado (oligômero D-A-D' ), a unidade doadora (D) e a outra unidade doadora (D' )serem formadas de monômeros do mesmo tipo.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de, nooligômero aceitador-doador-aceitador conjugado (oligômeroA-D-A'), a unidade doadora (D) ter uma seqüência monoméricado tipo D1D2--Dm-IDm (m > 2), em que um orbital molecularocupado mais alto (HOMO) dos monômeros D1 e Dm é pelo menos-0,2 eV energeticamente mais alto do que um orbitalmolecular ocupado mais alto (HOMO) dos outros monômerosD2--Dm-1.

7. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de, nooligômero doador-aceitador-doador conjugado (oligômero D-A-D'), a unidade aceitadora (A) ter uma seqüência monoméricado tipo A1A2--Am-IAn (m>2) , em que um orbital molecular nãoocupado mais baixo (LUMO) dos monômeros A1 e Am é pelomenos 0,2 eV energeticamente menor do que um orbitalmolecular não ocupado mais baixo (LUMO) dos outrosmonômeros A2-Am-I.

8. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de umasimetria de espelho ou simetria de ponto ser formada nooligômero aceitador-doador-aceitador conjugado (oligômero A-D-A').

9. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de umasimetria de espelho ou simetria de ponto ser formada nooligômero doador-aceitador-doador conjugado (oligômero D-A-D' ).

10. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de ocontato e/ou o contra-contato ser/serem designado(s) comoum eletrodo transparente ou semi-transparente.

11. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de pelomenos uma camada inorgânica de um ou mais materiaisinorgânicos ser formada entre o contato e o contra-contato.

12. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de ooligômero aceitador-doador-aceitador conjugado (oligômeroA-D-A') e/ou o oligômero doador-aceitador-doador (oligômeroD-A-D') ser/serem formado(s) como um oligômero que temgrupos nitrilo sobre pelo menos uma unidade aceitadora (A;A' ) e no qual pelo menos uma unidade doadora (D; D' ) temátomos de hidrogênio periféricos.

13. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de ocontato ser um anodo e uma camada orgânica tratada com p-dopante estar disposta entre o anodo e a heterouniãofotoativa (diodo M-i-p).

14. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de ocontra-contato ser um catodo e uma camada orgânica tratadacom n-dopante estar disposta entre o catodo e a heterouniãofotoativa (diodo M-i-n ou n-i-p).

15. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de aregião orgânica ser depositada, pelo menos parcialmente,através de vaporização térmica em um vácuo elevado ouvaporização de materiais orgânicos em um gás veículo inerteque transporta os materiais orgânicos vaporizados para umsubstrato ("depósito de fase vapor orgânica").

16. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de aregião orgânica ser depositada, pelo menos parcialmente, deuma ou várias soluções líquidas através de revestimentogiratório, aplicação com um bisturi médico e/ou prensagem.

17. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de aunidade doadora (D) e/ou a outra unidade doadora (D' )conter/conterem pelo menos um dos seguintes monômeros comodoador, com ou sem substituintes periféricos adicionais:a) tiofenob) tienopirazina (fig. 6 b))c) benzotiadiazola (fig. 6 c) )d) dioxotiofeno de etileno (EDOT) ou ditiotiofeno deetileno (fig. 6 d) com Y = O / S)e) isotianafteno (ITN) (fig. 6 e))f) unidade de ditiofeno ligada em ponte (cf., emparticular, fig. 6 f), i) e j))g) 1,3 tiazola (fig. 6 g)) h) 1,3,4-tiadiazola (fig. 6 h) )i) tieno-tiadiazola (fig. 6 k) )j) tieno-selenodiazola (fig . 6 1))k) fenila 1) naftila m) antrazeno n) tetrazeno o) pentazeno-vinileno q) fenileno vinileno r) piridinas s) pirimidinas t) porfrina u) ftalocianinas v) fluoreno w) carbazola x) perileno y) pireno z) di- ou triarilamina.

18. Dispositivo de acordo com pelo menos uma dasreivindicações precedentes caracterizado pelo fato de aunidade aceitadora (A) e/ou a outra unidade aceitadora (A')conter/conterem pelo menos um dos seguintes monômeros comoaceitador, com ou sem substituintes periféricos adicionais:a) ciano-, biciano ou triciano vinilenob) unidade de ditiofeno ligada em ponte com ligaçãoem ponte de atração de elétrons (fig. 8 m), n))c) benzotiadiazola (fig. 6c))d) oxadiazolae) triazolaf) benzimidazolag) quinolinash) quinoxalinasi) pirazolinasj) anidridos de ácido naftaleno dicarboxilicok) imidas de ácido naftaleno dicarboxilicol) imidazolas de ácido naftaleno dicarboxilicom) homociclos e heterociclos halogenadosn) di- ou triarilborilao) derivados de dioxaboro (cf., em particular, fig.p) estruturas quinóides (cf., em particular, fig. 8a) to 8 g) )q) arilas com substituintes cetona ou dicianometano(cf., em particular, fig. 8 h), j), k) e 1))

19. Dispositivo com disposição empilhada de váriosdispositivos fotoativos orgânicos empilhados, especialmentecélulas fotovoltaicas orgânicas, caracterizado pelo fato deser acordo com pelo menos uma das reivindicaçõesprecedentes.