纤维光电器件及其应用制造技术

本发明专利技术涉及有机光电子器件，特别涉及具有纤维结构的有机光电器件。在一个实施方案中，光电器件包括：包括铟锡氧化物纤维的第一电极，至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光敏有机层，和围绕有机层并电连接到有机层的第二电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有机光电子器件，特别涉及具有纤维结构的有机光电 器件。
技术介绍
采用有机材料的光电子器件由于许多原因而在各种应用中变得越 来越令人期待。用于构建有机光电子器件的材料与它们的无机对应物 相比相对便宜，从而提供了优于用无机材料制造的光电子器件的成本 优点。另外，有机材料提供了所希望的物理特性，诸如柔性，这使得 它们可用在不适合刚性材料的应用中。有机光电子器件的例子包括有 机光电电池，有机发光器件(OLED)和有机光检测器。光电器件当跨接在负载上并暴露在光下时通过产生光生电流而将 电磁辐射转换成电。由光电电池产生的电能可用在许多应用中，包括 发光、发热、电池充电和需要电能的供电装置。当在无限大负载下被辐射时，光电器件产生其最大可能的电压， 即，开路电压或V。e。当在其电接触短路条件下被辐射时，光电器件产生其最大电流，即，短路电流或Ise。在工作条件下，将光电器件连接 到有限负载，并且电功率输出等于电流和电压的乘积。由光电器件产 生的最大功率不能超过V。e和Ise的乘积。当为产生最大功率而优化负 载值时，电流和电压分别具有Im^值和V皿值。在评价光电单元的性能中，关键特征是填充因子#。填充因子是 光电单元的实际功率与当电流和电压二者都处在其最大值时光电单元 的功率的比。光电单元的填充因子根据以下方程式(l)被提供(wvmax y(iscVoc) (i)光电填充因子总是低于1，因为绝不能在工作条件下同时获得Isc和V。c。虽然如此，当填充因子接近l时，器件显示较小内阻，并因此在优化条件下向负载递送更大百分数的电能。光电器件另外的特征在于它们将电磁能转换成电能的效率。光电器件的转换效率!lp根据方程式(2)被提供，其中P^是入射到光电器件 上的光的功率"P f (IscVoc)/Pi^ (2)采用晶体硅或非晶硅的器件在商业应用中占主导，并且一些器件实现了 23%或更大的效率。然而，基于结晶的高效器件，特别是具有大的表面积的器件，制造困难并且成本高，由于在制造不含促进激子 重组的晶体缺陷的较大结晶中的问题所致。市售的非晶硅光电电池的转换效率为约4到12%。构建与无机器件相比具有效率的有机光电器件是一项技术挑战。 一些有机光电器件显示了约1%或更低的转换效率。有机光电器件显示低效率的原因是在激子扩散长度(LD)和有机层厚度之间的严重的长度9比不匹配。为了高效率地吸收可见光电磁辐射，有机膜的厚度必须为约500纳米。这一厚度大大地超过了激子扩散长度(其一般为约50纳米)，通常引发激子重组。已经开发了包括纤维结构的光电器件和在将电磁能转换成电能的方法中采用导波(wave-guiding)，如2006年5月1日提交并转让给Wake Forest University 的PCT 申请"Organic Optoelectronic Devices and Applications Thereof (有机光电子器件及其应用)"中所述的。具有纤 维结构的有机光电器件可以提供可与无机器件相比的并高于无机器件 的转换效率。然而，希望进一步提高具有纤维结构的有机光电器件的效率。专利技术概述本专利技术提供了具有纤维结构的有机光电器件。在一实施方案中，本专利技术提供了有机光电器件，其包括包括铟锡氧化物纤维的第一电 极，至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光敏有机层，和围 绕有机层并电连接到有机层的第二电极。在另一个实施方案中，本专利技术提供了有机光电器件，其包括纤维 芯，围绕纤维芯的可透辐射的第一电极，至少一个围绕第一电极并电 连接到第一电极的光敏有机层，和围绕有机层并电连接到有机层的第二电极，其中光敏有机层包括至少一种上转换材料(upconverter)、反斯 托克斯材料(anti-Strokes material)、激光染料、防伪染料、量子点 (quantum dot)或其组合。在另一个实施方案中，本专利技术提供了包括至少一个像素的光电器 件，该像素包括至少一个光电单元，该光电单元包括包括铟锡氧化 物纤维的第一电极，至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光 敏有机层，和围绕有机层并电连接到有机层的第二电极。在另一个实施方案中，光电器件包括至少一个像素，该像素包括 至少一个光电单元，该光电单元包括纤维芯，围绕纤维芯的可透辐 射的第一电极，至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光敏有 机层，和围绕有机层并电连接到有机层的第二电极，其中光敏有机层 包括至少一种上转换材料、反斯托克斯材料、激光染料、防伪染料、 量子点或其组合。在一些实施方案中，像素包括多个光电单元。在其它实施方案中， 光电器件包括像素阵列。在另外的实施方案中，光电器件包括像素阵 列，每个像素包括多个光电单元。本专利技术还提供了制造纤维光电器件的方法，该方法包括提供光 学纤维芯，在光学纤维芯的表面上布置可透辐射的第一电极，布置至 少一个与第一电极电相通的光敏有机层，和布置与有机层电相通的第 二电极，其中至少一个光敏有机层包括至少一种上转换材料、反斯托 克斯材料、激光染料、防伪染料、量子点或其组合。在另一个实施方案中，制造纤维光电器件的方法包括提供铟锡 氧化物纤维芯，布置至少一个与铟锡氧化物纤维芯电相通的光敏有机 层，和布置与光敏有机层电相通的第二电极。本专利技术另外提供了将电磁能转换成电能的方法。在一个实施方案 中，将电磁能转换成电能的方法包括沿着光学纤维的纵轴接收辐射， 将辐射透射进入至少一个光敏有机层，在有机层内产生激子，和将激 子分离成电子和孔穴，其中有机层包括至少一种上转换材料、反斯托 克斯材料、激光染料、防伪染料、量子点或其组合。在一些实施方案 中，将电磁能转换成电能的方法还包括移动电子进入外部回路。在另一个实施方案中，将电磁能转换成电能的方法包括沿着铟 锡氧化物纤维的纵轴接收电磁辐射，将电磁辐射透射进入至少一个围11绕铟锡氧化物纤维的光敏有机层，在有机层内产生激子，和将激子分 离成电子和孔穴。在本专利技术的方法的一些实施方案中，被接收的电磁辐射包括可见 光电磁辐射、红外电磁辐射、紫外电磁辐射或其组合。本专利技术的这些和其它实施方案在以下的专利技术的详细说明中更详细 进行描述。附图说明图1表示根据本专利技术实施方案包括纤维结构的光电器件的截面图。图2表示根据本专利技术实施方案包括纤维结构的光电器件的截面图。图3表示根据本专利技术实施方案包括纤维结构的光电器件的截面图。图4表示根据本专利技术实施方案的有机光电器件在纤维端面处作为 入射角的函数的吸收强度谱图。图5表示在根据本专利技术实施方案的纤维光电器件中行进的电磁辐 射的折射。图6表示根据本专利技术实施方案为实现在光敏有机层的界面处的全 内反射而作为折射率的函数的入射角的理论曲线。本专利技术的详细说明本专利技术提供了具有纤维结构的有机光电器件。在一个实施方案中， 本专利技术提供了有机光电器件，其包括包括铟锡氧化物纤维的第一电 极，至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光敏有机层，和围 绕有机层并电连接到有机层的第二电极。在另一个实施方案中，本专利技术提供了有机光电器件，其包括光学纤维芯，围绕光学纤维芯的可透辐射的第一电极，至少一个围绕第一 电极并电连接到第一电极的有机层，和围绕有机层并电连接到有机层 的第二电极，其中有机层包括至少一种上转换材料、反斯托克斯材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电仪器，其包括：　包括铟锡氧化物纤维的第一电极；　至少一个围绕第一电极并电连接到第一电极的光敏有机层；和　围绕有机层并电连接到有机层的第二电极。

【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：戴维L卡罗尔，谢默斯A库兰，詹姆斯L德沃尔德，
申请(专利权)人：维克森林大学，箭头中心有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]