用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层制造技术

本发明专利技术涉及一种用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层，光电组件具有阴极、阳极和阴极与阳极之间的层系统，所述层系统包括电活性层，特别是电荷载流子注入和传输层，并且包括光活性层，电荷载流子注入和传输层本身是水或氧的扩散阻挡层。或氧的扩散阻挡层。或氧的扩散阻挡层。

【技术实现步骤摘要】
用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层
[0001]本申请为申请号是“201780070887.3”，专利技术名称为“用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层”的专利技术申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种光电组件，其具有阴极、阳极和位于阴极与阳极之间的层系统，该层系统包括电活性层、特别是电荷载流子注入和传输层，并且包括光活性层，电荷载流子注入和传输层本身是水或氧的扩散阻挡层。

技术介绍

[0003]本专利技术涉及光电组件领域。技术中广泛使用光电组件，例如，由有机层和无机层制成的有机基或混合的组件。
[0004]有机发光二极管(OLED)通常由夹层结构组成，其中在两个电极之间存在多层有机半导体材料。特别地，OLED包括一个或多个发射层(EL)，在发射层中，通过电子与电子空穴的复合产生电磁辐射，该电磁辐射优选在可见光范围内。电子和电子空穴各自由阴极或阳极提供，其中优选所谓的注入层通过降低注入势垒来促进该过程。因此，OLED通常具有电子注入层或空穴注入层。此外，OLED通常具有电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)，它们支持电子和空穴向发射层的扩散方向。在OLED中，这些层由有机材料形成；在混合光电组件中，这些层可以部分由有机材料制成，部分由无机材料制成。
[0005]与传统的无机LED相比，OLED和混合LED它们的特点在于薄且柔性的层结构。出于这个原因，OLED和混合LED可以比传统的无机LED具有更多样化的用途。由于它们的柔性，OLED可以极好地用于例如屏幕、电子纸或室内照明。
[0006]包括用于产生光的有机半导体材料的光电组件(OLED或混合LED)的有利特性也可以转用于发电。因此，有机太阳能电池或混合太阳能电池的特点也在于薄层结构，与传统的无机太阳能电池相比，这显著增加了可能的用途。有机太阳能电池或混合太阳能电池的结构与OLED或混合LED具有相似性。
[0007]然而，代替发射层，存在一个或多个吸收层作为光活性层。由于入射的电磁辐射，在吸收层中产生电子
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空穴对作为自由电荷载流子。其他层包括电子传输层和空穴传输层以及电子提取层和空穴提取层。它们由有机材料组成，或者在混合物的情况下由有机材料和无机材料组成，它们的电化学电位作为供体层和受体层移动，使得它们在太阳能电池中产生内部场，该内部场将自由电荷载流子驱散至电极。由于电磁辐射的入射，在阴极上提供电子，并在阳极上提供电子空穴，以产生电压或电流。
[0008]由于薄层结构，有机太阳能电池可以廉价地制造并且可以作为膜涂层大面积地施加到建筑物上。
[0009]例如，由有机或无机
‑
有机层制成的光电组件的其他可能的应用是光电探测器。它们也利用光电效应，其中在光活性层中产生电子
‑
空穴对。它们不像在太阳能电池中那样发电，而是用于检测光，例如用于摄像机。
[0010]上述光电组件的薄层结构不仅可以在日常生活中实现显著更加灵活的使用，而且与传统的LED、太阳能电池或光电探测器相比，具有成本效益高的制造选择的特点。
[0011]然而，相反，与传统结构相比，薄层结构的缺点是这些光电组件的寿命通常较短。特别地，由水蒸气或氧在电子活性层上造成的破坏导致磨损迹象和降低的效率系数。与传统结构不同，薄层结构不涂覆玻璃或其他耐水或耐氧的材料。有机或混合组分的化学烃化合物也更易受化学或物理降解过程的影响。
[0012]为此，在已知的现有技术中使用各种封装光电组件的技术，以防止有害的水蒸气的渗透或氧造成的氧化。
[0013]例如，在WO2011/018356中描述了一种方法，其中将压敏粘合剂施加在电子装置周围作为阻挡层。该阻挡层类似胶囊地工作以防止渗透物的渗透并延长OLED的寿命。
[0014]另外，WO2014/048971公开了一种由无机物质的混合物制成的光电组件的封装物，该封装物也作为粘合剂层施加。该封装物用于实现OLED或太阳能电池的电活性区域的气密密封，特别是抵挡水蒸气或氧。
[0015]在已知的现有技术中，光电组件最初是在保护气氛(通常由氮气制成)下制造。为此目的，使用基于溶剂的工艺和真空热气相沉积。在制造了实际的有机或混合光电组件之后，再用特殊膜或玻璃来封装该光电组件以特别地保护它免受氧气和水的影响。另外，通常也可以在组件与阻挡胶囊(例如，由玻璃或特殊的塑料膜制成)之间放置吸收材料(所谓的吸气材料)的薄层。这用于结合已经存在的水或氧。作为用于封装的阻挡层，玻璃的特点在于对水的渗透性低。但是，玻璃不是柔性的。因此，对于需要柔性的薄的电子设备的应用，例如，对于显示器、传感器、晶体管、太阳能电池等，封装通常用塑料膜进行，塑料膜具有形成阻挡层的特殊涂层。塑料膜(例如，PET、PEN等)本身通常不提供足够的阻挡效果。因此，这些膜的阻挡特性基于特殊的涂层和以下现象：水或氧分子通常不能透过无机阻隔层。然而，从未制造出完美的薄的无机阻隔层，而在大多数情况下，会出现小的纳米尺寸的缺陷，这些缺陷通过分离的分子扩散或迁移。第二层是扩散限制性的并且放置在各个无机阻隔层之间，用于增加各个水或氧分子直到它们再次到达第二阻挡层中的缺陷的(扩散)路径长度。因此，阻挡膜通常包括具有交替的阻隔层或扩散阻挡层和扩散限制层的结构，这些层整体导致可接受的阻隔特性并因此防止水蒸气或氧的渗透。在现有技术中，渗透通常由蒸气透过率(VTR)来表示，或者特别是对于水，由水蒸气透过率(WVTR)来表示。来自现有技术的阻挡膜或阻挡基体的WVTR和VTR值通常在1至10
‑6克水/(24小时*cm2阻挡表面积)或cm3蒸气/(24小时*cm2阻挡表面积)之间。用于封装的商业阻挡膜或阻挡基体的厚度在25至100微米(μm)之间。对于柔性应用，通常将阻挡膜以自粘的方式施加到光电组件的两侧。在现有技术中，阻挡膜的各层和整个阻挡膜本身不具有用于传导电荷载流子的电学特征，而仅用于保护组件免受由于水或氧引起的降解过程。
[0016]已知方法和阻挡膜的使用的缺点特别地是层厚度大。由于必要的载体基体(即，通常是塑料膜)以及功能性阻挡层(即，所描述的无机阻隔层(扩散阻挡层)以及扩散限制层)，阻挡膜的总厚度至少为50微米。要封装的光电组件本身通常仅大约为50微米厚。通过在两侧封装，因此与可能的50μm相比，封装导致组件的厚度变为3倍至总的最小厚度150μm。结果，要封装的组件的刚度增加并且其柔性降低。结果，可能的应用受到显著限制，例如，与电子纸有关的应用。另外，在组件的封装中，在要粘接的组件的边缘处的阻挡膜可能会出现问
题。在这些点处，由于柔性，存在增加的机械载荷，并且尽管有粘合剂层和粘合剂，但是阻挡膜仍有可能脱落，这导致保护性降低且使用寿命缩短。另外，在封装期间，即特别是在阻挡膜的粘附期间，在阻挡膜与组件之间经常发生气穴。这增加了所制造的光电组件的故障率，并因此增加了成本。由于阻挡膜的成本相对较高以及需要额外的工艺步骤，该额外的工艺步骤增大了发生缺陷的可能性，因此进一步提高了制造成本。另外，由于阻挡膜的透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电组件(1)，其具有阴极(25)和阳极(27)以及阴极(25)与阳极(27)之间的层系统，该层系统包括：
‑
与所述阴极相邻的至少一个电子注入层(29)或电子提取层，
‑
至少一个电子传输层(33)，
‑
至少一个光活性层，
‑
至少一个空穴传输层(35)，
‑
与所述阳极相邻的至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层，其特征在于，所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性，并且所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)相当于对水和/或氧的扩散阻挡层。2.根据前述权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，阴极(25)、所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个电子传输层(33)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，和/或阳极(27)、所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层和所述至少一个电子传输层(35)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。3.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。4.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，所述至少一个电子传输层(33)具有在10
‑6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的电子迁移率，并且优选具有在3～4eV之间的LUMO，并且所述至少一个空穴传输层(35)具有在10
‑6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的空穴迁移率，并且优选具有在5和7eV之间的HOMO。5.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，所述至少一个电子传输层(33)具有掺杂的金属氧化物，优选具有掺杂的氧化锌，其中所述掺杂优选用铝、碱金属、碱土金属、茂金属和/或有机n
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掺杂剂来进行，并且所述电子传输层(33)特别优选具有氧化铝锌。6.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，所述至少一个空穴传输层(35)具有掺杂的金属硫氰酸盐和/或掺杂的金属氧化物，掺杂的金属硫氰酸盐优选为掺杂的硫氰酸铜，掺杂的金属氧化物优选为掺杂的氧化锌，
优选掺杂金属硫氰酸盐，金属硫氰酸盐优选从包括硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸银、硫氰酸钨、硫氰酸钒、硫氰酸钼、硫氰酸铜和/或其他过渡金属硫氰酸盐的组中选择，和/或优选掺杂金属氧化物，金属氧化物优选从包括氧化钨、氧化钒、氧化镍、氧化铜、氧化钼和/或其他过渡金属氧化物的组中选择，和/或优选掺杂卤素，特别优选氟。7.根据前述任一项权利要求所述的光电组件，其特征在于，所述至少一个电子传输层(33)的总的层厚度为10
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50nm，优选为25
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30nm，并且所述至少一个空穴传输层(35)的总的层厚度为10
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40nm，优选为10
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30nm，特别优选为15
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25nm。8.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，其特征在于，所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于1g/(m2*d)的水蒸气...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔钦，
申请(专利权)人：伊努鲁有限公司，
类型：发明
国别省市：