光电部件制造技术

本发明专利技术涉及一种包括光敏层的光电部件，该光敏层被安排在电极与对电极之间。除了供体-受体体系之外，该光敏层还包括第三材料，该第三材料影响该供体-受体体系的结晶。该第三材料选自：冠醚、三联苯、山梨糖醇、喹吖啶酮以及双(4-(叔丁基)苯甲酰-氧)-羟基铝。冠醚是尤其优选的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有光敏层的光电部件，该光敏层布置在电极和对电极之间。
技术介绍
光电部件，例如太阳能电池或LED、TFT等，现在在日常生活中并且在工业领域中 获得广泛应用。 例如，存在已知的薄膜太阳能电池，这些薄膜太阳电池具有一种柔性实施方案并 且因此允许安排在弯曲表面上。这种类型的太阳能电池优选地具有由非晶硅（a-Si)或 CIGS(Cu(In，Ga) (S，Se)2)组成的活性层。 这些薄膜太阳能电池的具体的缺点是由材料引起的高的生产成本。 另外还已知的是具有柔性实施方案的具有有机活性层的太阳能电池（科纳卡光 电塑料系列（KonarkaKonarka-PowerPlasticSerie))。这些有机活性层可以由聚合物 (例如US7825326B2)或小分子（例如EP2385556A1)形成。然而聚合物的一个特征是 它们不是可蒸发的并且因此仅可以从溶液施用，小分子是可蒸发的。 与常规的无机基部件（半导体如硅、砷化镓）相比，此类有机基部件的优点是光学 吸收系数中的一些是非常高的（最高达2X105cm^，并且因此有可能以低的材料需求和能 量消耗生产非常薄的太阳能电池。另外的技术方面是低的成本、在塑料薄膜上生产柔性大 面积部件的可能性、以及有机化学的事实上无限制的变化选项和无限制的可用性。另一个 优点是能够生产可以例如在玻璃应用中使用的透明部件的可能性。 太阳能电池将光能转化为电能。在太阳能电池的情况下术语"光敏的"指的是光 能到电能的转化。与无机太阳能电池相比，在有机太阳能电池中光不能直接地产生自由的 电荷载流子；而是，首先形成激发子，即，电中性激发态（束缚的电子-空穴对）。仅在一个 第二步骤中，这些激发子被分离成自由电荷载流子，然后这些自由电荷载流子有助于电流 的流动。 已经在文献中提出的实施有机太阳能电池的可能的方式是具有以下层结构的PIN 二极管： 0·载流子，基材， 1.底部触点，通常是透明的， 2. -个或多个p层， 3. -个或多个i层， 4. 一个或多个η层， 5.顶部触点。 在此背景下，η和ρ分别是指导致在热平衡状态下自由电子或空穴的密度增加的 η_掺杂和ρ_掺杂。然而，由于材料的特性（例如不同的迀移率）、由于未知的杂质（例如 来自层产生过程中的合成、分解或者反应产物的剩余的残余物）、或者由于环境影响（例如 邻接的层、金属或其他有机材料的向内扩散、来自周围大气的气体掺杂），还可能的是该一 个或多个η层以及一个或多个p层是至少部分名义上未掺杂的并且仅具有优先地η-传导 特性或优先地Ρ-传导特性。在此背景下，这种类型的层主要被认为是传输层。相比之下， 术语"i层"指的是名义上未掺杂的层（本征层）。一个或多个i层在此可以是由或者一种 材料或者两种或更多种材料的混合物组成的层（被称为互穿网络或本体异质结）。通过透 明的底部接触进入的入射光在i层或n/p层中产生激发子（束缚的电子-空穴对）。仅通 过非常高的电场或在适合的界面处可以将这些激发子分离。在有机太阳能电池中，足够高 的场是难以获得的，并且因此用于有机太阳能电池的所有有希望的设计是基于在光敏界面 上的激发子分离。这些激发子扩散至此类活性界面，其中电子和空穴彼此分离。接受这些 电子的材料被称为受体，并且接受这些空穴的材料被称为供体。分离界面可以在该Ρ(η)层 与该i层之间，或者在两个i层之间。在太阳能电池中的安装的电场中，然后电子被传输离 开到该η区域并且空穴被传输离开到该ρ区域。优选地，传输层是透明的或基本上透明的 具有大带隙（宽隙）的材料，如例如在W0 2004083958中描述的。宽隙材料在此指的是在 <450nm、优选地<400nm的波长范围内具有最大吸收的材料。 调节LUM0能级或HOMO能级的手段是本领域技术人员已知的，因为具有不同的HOMO和LUM0的能级位置的非常多的有机材料是已知的。因此该调节通过选择并且使用一 种具有所希望的HOMO和LUM0的能级位置的材料进行。此外，例如通过吸电子基团或供电 子基团的结合，有可能降低或增加有机材料的Η0Μ0和LUM0能级并且因此根据要求调节材 料。 因为光总是首先产生激发子并且尚不产生任何自由的电荷载流子，激发子至该活 性界面的低复合扩散在有机太阳能电池中起关键作用。 如果该i层是一种混合层，则光吸收的功能或者由这些组分中的仅仅一种亦或由 两种承担。混合层的优点是在所产生的激发子到达其中它们被分离的域边界之前它们必须 仅仅覆盖非常短的距离。这些电子和空穴分别被传输离开进入对应的材料中。因为这些材 料在整个混合层中接触，在这个概念的情况下关键的是分开的电荷在特别的材料上具有长 的寿命，并且对于两种电荷载流子类型存在从任何点至对应的接触的连续的渗流路径。 至今，在小分子的领域中，吸收层的厚度已经被限制至约30-40nm(在最好的情况 下60nm)，然而在保持良好的填充因数（FF) (>60% )下，最高达200nm在聚合物领域中是可 能的。原因是与聚合物相比，电荷载流子在SM-0PV(包含小分子的有机太阳能电池）中的 较差的传输，因为不存在链上的传输。在包含小分子的有机太阳能电池的领域中，至今通过 越来越高的消光系数（在溶液中，最高达100000或更高）已经解决了该问题，越来越高的 消光系数已经导致与良好的FF结合的良好的效率。然而，因为菁蓝限制，这不能够无限的 改进。因此，存在对解决方案的寻找，通过这些解决方案，混合的供体-受体层（被称为本 体异质结，BHJ)可以制得更厚，以便增加量子产率。
技术实现思路
本专利技术的目的是详细说明光电部件以及用于制造具有改进的量子产率的光电部 件的方法。 该目的是通过如权利要求1所述的光电部件实现的。在从属权利要求中详细说明 了有利的实施方案实施方案。 通过该光敏层的层厚度的增加可能实现增加的量子产率。然而，在此的问题是在 低聚物单元上的扭转以及过度结晶的发生，这经常导致短路。 因此，根据本专利技术，提出了光电部件，该光电部件包括至少一个光敏层，其中该光 敏层包括含有至少三种材料的混合的多层，其中至少一种有机材料是由小分子构成的，其 中至少一种材料是供体并且至少一种材料是受体，其中该供体和该受体形成一种供体-受 体体系其中设置至少一种第三材料以便影响该供体和/或受体结晶的倾向。 在本专利技术的上下文中，小分子应理解为是指具有在100与2000之间的单分散摩尔 质量的非聚合的有机分子，这些分子在标准压力（周围大气的空气压力）下并且在室温下 处于固相。更具体地，这些小分子还可能是光敏的，"光敏的"应理解为是指当供应能量时 这些分子经受荷电状态的改变。能量供应应理解为是指光能量供应（例如可见光或UV光） 亦或电能供应。 在本专利技术的一个实施形式中，该第三材料具有能级，在该能级下LUM0的量值〈= 该受体的LUM0,并且HOMO的量值 >=该供体的HOMO。根据图30,因此该第三材料的HOMO 与LUM0之间的差值大于或至少等于该供体的HOMO与该受体的LUM0之间的差值。 术语"Η0Μ0"和"LUM0"像往常在化学中一样应理解为是指最高已占分子轨道和 最低未占分子轨道。术语涉及单独的分子以及固体或材料薄膜两者。Η0Μ0和LU本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电部件(1)，该光电部件包括至少一个布置在电极(3)与对电极(7)之间的光敏层(5)，其中该光敏层(5)包括含有至少三种材料的混合的多层，其中至少一种材料是由小分子构成的有机材料，其中至少一种材料是供体并且至少一种材料是受体，其中该供体和该受体形成供体‑受体体系并且设置至少一种第三材料以便影响该供体和/或受体结晶的倾向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯滕·瓦尔策，马丁·法伊弗，安德烈·魏斯，克里斯蒂安·乌里希，玛丽埃塔·列维奇科娃，京特·马特斯，
申请(专利权)人：赫里亚泰克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE