倒置有机光敏器件制造技术

本发明专利技术涉及倒置有机光敏器件，即，以倒置方式生成的有机光敏光电器件。本公开的倒置有机光敏光电器件包含反射电极、反射电极上方的有机供体-受体异质结和供体-受体异质结上方的透明电极。

【技术实现步骤摘要】
本申请为国际申请PCT/US2009/062097于2011年4月15日进入中国国家阶段、申请号为200980141147.X、专利技术名称为“倒置有机光敏器件”的分案申请。与相关申请的交叉引用本申请基于2008年10月27日提交的题为“倒置有机光伏器件”(Inverted Organic Photovoltaics)的美国临时专利申请号61/108,817和2008年10月29日提交的题为“倒置有机光伏器件”(Inverted Organic Photovoltaics)的美国临时专利申请号61/109,305并要求其优先权，两份临时专利申请的全部内容在此为所有目的以其全文引为参考。关于联邦资助的研究的陈述本专利技术在能源部(Department of Energy)资助DE-FG36-08GO18022和空军科学研究办公室(Air Force Office of Scientific Research)资助FA9550-07-1-0364的政府支持下做出。政府在本专利技术中具有一定权利。联合研究协议本公开的主题内容由下列大学-公司联合研究协议的一个或多个参与方、以其名义和/或由其共同做出：普林斯顿大学(Princeton University)、密歇根大学(The University of Michigan)和环球光能公司(Global Photonic Energy Corporation)。协议在本公开的主题内容做出之时及之前有效，并且其作为协议范围内所从事的活动的结果而做出。
本公开总的来说涉及有机光敏光电器件。更具体来说，它涉及以倒置方式生成的有机光敏光电器件，其包含反射性基材和透明顶部电极。
技术介绍
光电器件依靠材料的光学和电子学性质，通过电子学方法产生或检测电磁辐射，或从环境电磁辐射产生电。光敏光电器件将电磁辐射转变成电。太阳电池、也称为光伏(PV)器件，是一类特别用于产生电力的光敏光电器件。可以从太阳光之外的其他光源产生电能的PV器件，可用于驱动耗电负载以提供例如照明或加热，或为电子线路或装置例如计算器、无线电、计算机或远程监测或通讯设备供电。这些发电应用通常还包括为电池或其他能量储存装置充电，以便当来自太阳或其他光源的直接照射不可用时能够继续运行，或根据特定应用的要求平衡PV器件的电力输出。当在本文中使用时，术语“电阻性负载”是指任何耗电或储电电路、装置、设备或系统。另一种类型的光敏光电器件是光电导体单元。在这种操作过程中，信号检测电路监测器件的阻抗以检测由光的吸收所引起的变化。另一种类型的光敏光电器件是光探测器。在操作中，光探测器与电流检测线路联合使用，所述电流检测线路测量当光探测器暴露于电磁辐射并可以具有施加的偏电压时所产生的电流。本文描述的检测线路能够向光探测器提供偏电压，并测量光探测器对电磁辐射的电子学响应。这三种类型的光敏光电器件可以根据是否存在下文定义的整流结，并且也根据器件的运行是否使用外加电压、也称为偏压或偏电压来鉴别。光电导体单元不具有整流结，并且通常使用偏压来运行。PV器件具有至少一个整流结，并且不使用偏压运行。光探测器具有至少一个整流结，并且通常但不总是使用偏压运行。典型情况下，PV电池向电路、装置或设备提供电力，但是不能提供信号或电流以控制检测电路，或从检测电路输出信息。相反，光探测器或光电导体单元提供信号或电流以控制检测电路或从检测电路输出信息，但是不向电路、装置或设备提供电力。传统上，光敏光电器件由多种无机半导体构造而成，例如晶体、多晶和无定形硅、砷化镓、碲化镉等。在本文中，术语“半导体”是指当电荷载流子受到热或电磁激发诱导时能够导电的材料。术语“光导”一般是指电磁辐射能量被吸收从而转变成电荷载流子的激发能，以便载流子能够传导、例如运输材料中的电荷的过程。术语“光电导体”或“光导材料”在本文中用于指称由于其吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质而被选择的半导体材料。PV器件的性质可以由它们能够将入射日光能转变成有用电能的效率来描述。利用晶体或无定形硅的器件在商业应用中占主导地位，并且其中某些已经达到23％或更高的效率。但是，有效的基于晶体的器件、特别是大表面积器件，由于在生产没有明显的降低效率的缺陷的大晶体中固有的问题，生产起来困难且昂贵。另一方面，高效无定形硅器件仍然受到稳定性问题的困扰。目前可商购的无定形硅电池的稳定转换效率在4到8％之间。更近的尝试聚焦于使用有机PV电池以经济的生产成本获得可接受的光伏转换效率。可以对PV器件进行优化，以在标准照射条件(即标准测试条件，其为1000W/m2、AM1.5光谱照射)下最大化电力产生，用于最大化光电流乘以光电压的乘积。这种电池在标准照射条件下的电能转换效率取决于下列三个参数：(1)零偏压下的电流，即短路电流(JSC)，单位为安培；(2)开路条件下的光电压，即开路电压(VOC)，单位为伏特(V)；以及(3)填充因子FF。PV器件在与负载相连并用光照射时，产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV器件产生其最大可能电压或VOC。当在其电触点短路的情况下照射时，PV器件产生其最大可能电流——短路电流或ISC。当实际用于产生电力时，PV器件与有限电阻性负载相连，电力输出由电流和电压的乘积I×V给出。由PV器件产生的最大总电力必然不能超过乘积ISC×VOC。当对负载值进行优化以获得最大功率提取时，电流和电压分别具有值Imax和Vmax。PV器件的性能指数是填充因子FF，其定义为：FF＝{ImaxVmax本文档来自技高网...

【技术保护点】
倒置光敏器件，其包含：反射电极，所述反射电极已暴露于氧等离子体表面处理和氩等离子体表面处理的至少一种；所述反射电极上方的有机供体‑受体异质结；以及所述供体‑受体异质结上方的透明电极。

【技术特征摘要】
2008.10.27 US 61/108,817;2008.10.29 US 61/109,3051.倒置光敏器件，其包含：
反射电极，所述反射电极已暴露于氧等离子体表面处理和氩等离子体
表面处理的至少一种；
所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及
所述供体-受体异质结上方的透明电极。
2.权利要求1的倒置光敏器件，其中反射电极形成在基材上方。
3.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的供体包
含选自酞菁、卟啉、亚酞菁及其衍生物或过渡金属络合物的材料。
4.权利要求1的倒置光敏器件，其中供体-受体异质结的供体包含铜
酞菁。
5.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的受体包
含选自聚合和非聚合的苝类、聚合和非聚合的萘类以及聚合和非聚合的富
勒烯类的材料。
6.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的受体包
含3,4,9,10-苝四羧基双-苯并咪唑。
7.权利要求1的倒置光敏器件，其中透明电极包含选自透明氧化物和
金属或金属替代物的材料。
8.权利要求1的倒置光敏器件，其中透明电极允许至少约50％的环境
电磁辐射透射通过所述电极。
9.权利要求7的倒置光敏器件，其中透明电极包含选自锡氧化物、镓

\t铟锡氧化物和锌铟锡氧化物的材料。
10.权利要求1的倒置光敏器件，其中器件还包含激子阻挡层。
11.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层位于反射电极与透
明电极之间。
12.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层位于有机供体-受
体异质结的受体与透明电极之间。
13.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层包含选自N,N'-二苯
基-N,N'-双-α-萘基联苯胺、三(8-羟基喹啉)铝、联苯咔唑、浴铜灵和三(乙
酰丙酮根)钌(III)的材料。
14.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结包含选自<...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·R·福里斯特，朗达·F·贝雷萨尔兹曼，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US