一种具有改善的杂化平面块体异质结的光敏光电子器件，包括布置在阳极（１２０）和阴极（１７０）之间的多种光电导材料（９５０）。光电导材料（９５０）包括施体材料的第一连续层（１５２）和受体材料的第二连续层（１５４）。施体材料的第一网络（９５３ｃ）从第一连续层（１５２）朝向第二连续层（１５４）延伸，提供了将空穴传导到第一连续层（１５２）的连续路径。受体材料的第二网络（９５３ｂ）从第二连续层（１５４）朝向第一连续层（１５２）延伸，提供了将电子传导到第二连续层（１５４）的连续路径。第一网络（９５３ｃ）和第二网络（９５３ｂ）相互交错。至少一种其他光电导材料（９５３ａ、９５３ｄ）散布在交错的网络之间。该其他的光电导材料（９５３ａ、９５３ｄ）具有与施体和受体材料不同的吸收光谱。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及有机光敏光电子器件。更具体地，涉及具有纳米 晶块体施体-受体异质结的有机光敏光电子器件。
技术介绍
光电子器件依赖于材料的光特性和电子学特性，以电子地产生或 探测电磁辐射，或者从环境电磁辐射中产生电。光敏光电子器件将电磁辐射转换为电信号或者电。太阳能电池， 也被称为光伏("PV")器件，是专用于产生电力的一种类型的光敏光 电子器件。光电导体元件(cell)是与监测器件的电阻的信号探测电路 结合使用以探测由于吸收光导致的变化的一种类型的光敏光电子器 件。可以接收施加的偏置电压的光电探测器是与电流探测电路结合使 用的一种类型的光敏光电子器件，所述电流探测电路测量当光电探测 器暴露在电磁辐射中时产生的电流。根据是否存在如下定义的整流结，以及根据器件是否在外部施加 的电压下操作，可以区分上述三类光敏光电子器件，其中，所述外部 施加的电压也被公知为偏置或者偏置电压。光电导体元件不具有整流 结，并且通常在偏置下操作。PV器件具有至少一个整流结，并且在没 有偏置的情况下操作。光电探测器具有至少一个整流结，并且通常但 不总是在偏置下操作。如在此使用的，术语"整流"尤其是表示，具有不对称传导特性 的界面，g卩，优选在一个方向上支持电荷传输的界面。术语"半导体" 表示能够在通过热或者电磁激励感生电荷载流子时导电的材料。术语 "光电导"通常涉及其中吸收电磁辐射能量，并且从而将其转换为电 荷载流子的激励能量，从而载流子能够在材料中传导(即，传输)电 荷的过程。术语"光电导材料"指的是利用其吸收电磁辐射特性来产 生电荷载流子的半导体材料。如在此使用的，"顶部"表示距离衬底最 远，而"底部"表示距离衬底最近。除非具体说明第一层与第二层"物 理接触"或者第一层"直接在"二层上，否则可能存在居间层(例如， 如果第一层在第二层"上"或者第一层在第二层"上方")；然而，这不排除(preclude)表面处理(例如，将第一层暴露于氢等离子体)。当适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子能够被 吸收以产生激发的分子态。在有机光导材料中，激发的分子态一般被 认为是"激子"，即，被作为准粒子传输的束缚态中的电子-空穴对。激子能够具有在对重组(geminate recombination)("淬灭")之前的可观察 到的寿命，所述对重组表示原始的电子和空穴彼此重组(与和来自其 它对的空穴或电子重组相反)。为了产生光电流，形成激子的电子-空穴 通常在整流结处被分离。在光敏器件的情况下，整流结被称为光伏异质结。有机光伏异质 结的类型包括形成在施体材料和受体材料的界面处的施体-受体异质结，以及形成在光电导材料和金属的界面处的肖特基势垒异质结。图1是示出示例施体-受体异质结的能级图。在有机材料的背景中， 术语"施体"和"受体"指两种接触的但是不同的有机材料的最高占据分子轨道("HOMO")和最低未占据分子轨道("LUMO")能级的相 对位置。如果与另一材料接触的一种材料的LUMO能级较低，那么该 材料为受体。否则，为施体。在没有外部偏置的情况下，施体-受体结 处的电子积极有利地进入受体材料。如在此使用的，如果第一能级更接近真空能级10，那么第一 HOMO或LUMO能级"大于"或者"高于"第二 HOMO或LUMO能 级。较高的HOMO能级与具有相对于真空级较小的绝对能量的电离 电势("IP")相对应。相似地，较高的LUMO能级与具有相对于真空 级的较小的绝对能量的电子亲和势("EA")相对应。在传统的能级图 中，在真空级在顶部的情况下，材料的LUMO能级高于相同材料的 HOMO能级。在施体152或受体154中的光子6的吸收而产生激子8之后，激 子8在整流界面处分开。施体152传输空穴(空心圈)，并且受体传输 电子(黑心圈)。有机半导体中的一个重要性质是载流子迁移率。迁移率测量电荷 载流子能够响应于电场移动通过导电材料的容易程度。在有机光敏器 件的背景下，由于高的电子迁移率导致优选通过电子导电的材料被称 为电子传输材料。由于高的空穴迁移率导致优选通过空穴导电的材料 被称为空穴传输材料。由于器件中的位置和/或迁移率导致优选通过电 子导电的层可以被称为电子传输层("ETL")。由于器件中的位置和/ 或迁移率导致优选通过空穴导电的层可以被称为空穴传输层("HTL")。 优选地，但不是必须地，受体材料是电子传输材料，而施体材料是空 穴传输材料。如何基于载流子迁移率以及相对的HOMO和LUMO级，来配对 两种有机光电导材料以用作光伏异质结中的施体和受体是本领域中公 知的，并且在此不再阐述。如在此使用的，术语"有机"包括聚合材料以及可以被用于制造 有机光电子器件的小分子有机材料。"小分子"指不是聚合物的任何有 机材料，并且实际上"小分子"可以非常大。在一些环境中小分子可 以包括重复单位。例如，使用长链烷基作为替代物分子没有将分子从 "小分子"类中去除。小分子也可以被并入聚合物，例如，作为聚合 物主链(backbone)上的侧基或者主链的一部分。小分子还可以用作由 在核心部分(moiety)上建造的一系列化学外壳(chemical shell)构成 的树枝状化合物的核心部分。树枝状化合物的核心部分可以是荧光的 或磷光的小分子辐射体。树枝状化合物可以是"小分子"。 一般来说， 小分子具有用分子之间彼此相同的分子量定义的化学式；而聚合物具有用分子之间可能不同的分子量定义的化学式。如在此使用的，"有 机"包括烃基的金属络合物和杂原子取代烃基配位体。对于对包括有机光敏器件的一般结构、特征、材料、以及性质的有机光敏器件的领域的情况的额外的背景说明和描述，Forrest等人的 美国专利No. 6,657,378、 Forrest等人的美国专利No. 6,580,027、以及 Bulovic等人的美国专利No. 6,352,777，在这里通过引用而被并入。
技术实现思路
本专利技术包括用于形成具有改进的杂化平面块体异质结的光电子器 件的方法，以及获得的器件。具有改进的杂化平面块体异质结的光敏光电子器件的示例包括布 置在阴极和阳极之间的多种光电导材料。光电导材料包括施体材料的 第一连续层和受体材料的第二连续层。施体材料或多种施体材料的第一网络从第一连续层朝向第二连续层延伸，提供了用于将空穴传导到 第一连续层的连续路径。受体材料或多种受体材料的第二网络从第二 连续层朝向第一连续层延伸，提供了用于将电子传导到第二连续层的 连续路径。第一网络和第二网络彼此交错。在交错的网络之间，至少 散布有一种其他的光电导材料。该其他的光电导材料具有与施体以及受体材料不同的吸收光谱。优选地，第一网络、第二网络、以及散布在交错的网络之间的光 电导材料每个都基本上由各有机光电导材料的多个微晶构成。优选地，每个微晶不具有大于100nm的尺寸。作为吸收光谱感光剂，能够利用多种多样的材料来作为散布的光 电导材料。例如，具有比施体和受体材料更宽能带隙的光电导材料能 够散布在交错的网络中，并且/或者具有比施体和受体材料更窄能带隙 的光电导材料能够散布在交错的网络中。作为进一步的示例，下述光电导材料可以散布在交错的网络之间，所述光电导材料具有低于第一连续层的施体材料的HOMO并且高于第 二连续层的受本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光敏光电子器件，包括： 阳极和阴极； 多种光电导材料，所述多种光电导材料设置在所述阳极和所述阴极之间，所述光电导材料包括 施体材料的第一连续层和受体材料的第二连续层； 施体材料或多种施体材料的第一网络，所述施体材 料或多种施体材料的第一网络从所述第一连续层朝向所述第二连续层延伸，提供用于将空穴传导至所述第一连续层的连续路径；以及受体材料或多种受体材料的第二网络，所述受体材料或多种受体材料的第二网络从所述第二连续层朝向所述第一连续层延伸，提供用于将电子传导至第二连续层的连续路径，其中所述第一网络和所述第二网络相互交错；以及 散布在所述交错的网络之间的至少一种其他的光电导材料，所述至少一种其他的光电导材料具有与所述施体和所述受体材料不同的吸收光谱。
【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：史蒂芬R福里斯特，杨帆，
申请(专利权)人：普林斯顿大学理事会，密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。