本发明专利技术涉及光敏光电子器件，其包括电子阻挡层或空穴阻挡层中的至少一个。本发明专利技术还公开了通过利用电子阻挡层或空穴阻挡层中的至少一个而增大在光敏光电子器件中的功率转换效率的方法。通过降低光伏电池的暗电流成分，本发明专利技术公开的电子阻挡层和空穴阻挡层可以降低电子泄漏电流。该效果显示了降低暗电流以改进光伏电池的功率转换效率的重要性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及光敏光电子器件，其包括选自电子阻挡层和空穴阻挡层的至少一个阻挡层。本专利技术还涉及利用此处所述的至少一个阻挡层以提高在光敏光电子器件中的功率转换效率的方法。本专利技术公开的器件的电子阻挡层和空穴阻挡层可以用于降低暗电流并且增大开路电压。
技术介绍
光电子器件依赖材料的光学性能和电子性能，从而以电子方式产生或检测电磁辐射，或者从周围电磁辐射生成电。光敏光电子器件将电磁辐射转换为电。太阳能电池，也被称为光伏(PV)器件，是一种被专门用于生成电功率的光敏光电子器件。可以从除阳光之外的光源生成电能的PV 器件能够用于驱动功率消耗负载，从而提供例如照明、加热，或者用于提供功率给电子电路或例如计算器、收音机、计算机的器件或远程监视或通信设备。这些功率生成应用通常也涉及当来自太阳或其它光源的直接照明不可得时，使电池或其它能量存储设备充电，以使操作可以持续，或者对于特定应用的需要用于平衡PV器件的功率输出。如此处使用的术语 “电阻性负载”是指是任何消耗功率或存储功率的电路、器件、设备或系统。另一类型的光敏光电子器件是光导电池。在该功能中，信号检测电路监控设备的电阻，从而检测由于光吸收引起的改变。另一类型的光敏光电子器件是光检测器。在操作中，光检测器与电流检测电路结合使用并且可具有施加的偏置电压，其中所述电流检测电路测量当所述光检测器暴露于电磁辐射时生成的电流。此处描述的检测电路能够向光检测器提供偏置电压并且测量所述光检测器对电磁辐射的电子响应。可以根据如下定义的整流功能是否存在以及还根据器件是否在外部施加电压下操作，来表征这三种类型的光敏光电子器件，所述外部施加电压也被称为偏压或偏置电压。 光导电池没有整流功能并且通常在偏压下操作。PV器件具有至少一个整流功能，并且在没有偏压的情况下操作。光检测器具有至少一个整流功能，并且通常但不总在偏压下操作。作为一般的规则，光伏电池向电路、器件或设备提供功率，但是不提供信号或电流以控制检测电路，或者来自检测电路的信息的输出。相反，光检测器或光导体提供信号或电流以控制检测电路，或者来自检测电路的信息的输出，但是不向电路、器件或设备提供功率。按惯例，光敏光电子器件由大量的无机半导体构造，例如，晶体、多晶和非晶硅、砷化镓、碲化镉和其它。此处术语“半导体”表示当电荷载流子被热或电磁激发诱发时能够导电的材料。术语“光导”通常是指如下的过程，其中，电磁辐射能量被吸收并且因此被转化为电荷载流子的激发能，从而载流子能够传导即传输材料中的电荷。此处使用术语“光导体” 和“光导材料”以表示如下的半导体材料，该半导体材料由于它们吸收电磁辐射以生成电荷载流子的性能而被选择。PV器件可以根据它们能够将入射太阳功率转化为有用的电功率的效率而表征。 利用晶体硅或非晶硅的器件在商业应用占支配地位，并且一些已经达到了 23%或更高的效率。然而，由于生产不含明显效率降低缺陷的大晶体所固有的问题，有效的晶体基器件特别是大表面面积器件的生产是困难和昂贵的。另一方面，高效率非晶硅器件仍然具有稳定性方面的问题。目前商业可用的非晶硅电池的稳定效率在4%和8%之间。近来的努力集中在使用有机光伏电池以通过经济的生产成本实现可接受的光伏转换效率。可以在标准照明条件(即，1000W/m2，AM 1. 5光谱照明的标准测试条件)下将PV器件最优化以得到最大电功率生成，以得到光电流与光电压的最大乘积。在标准照明条件下的这种电池的功率转换效率取决于如下的三个参数(1)在零偏压下的电流，即短路电流 Ise，以安培计，⑵在开路条件下的光电压，即开路电压vre，以伏特计，和(3)填充因子ff。当PV器件被连接跨过负载并且被光照射时，其产生光生电流。当在无限大负载下照射PV器件时，其生成它的最大可能的电压Vffs或\c。当在电接触件短路的情况下照射 PV器件时，其生成它的最大可能的电流I ^^或Ise。当实际使用PV器件生成功率时，其被连接到有限的电阻性负载，并且通过电流和电压的乘积IXV来给出功率输出。由PV器件生成的最大总功率固有地不能超过乘积Isexvre。当将负载值最优化以得到最大功率提取时， 电流和电压分别具有值Imax和vmax。PV器件的品质因数是填充因子ff，其定义如下ff = UmaxVJ/{Iscv。c}其中ff总是小于1，因为在实际使用中从来不能同时获得Is。和vre。虽然如此，ff 越接近1，所述器件具有越小的串联的或内部的电阻，并且因此在最佳条件下向负载传递了 Isc和Vre的乘积的更大的百分比。其中，Pin。是入射在器件上的功率，器件的功率效率ηρ 可以通过下式计算η ρ = ff* (Isc^voc)/Pinc当适当能量的电磁辐射入射到半导体有机材料，例如，有机分子晶体(OMC) 材料或者聚合物时，光子能够被吸收，从而产生激发的分子态。这被用符号表示为 So + hv ^ So*。Maiic^nsc；分别表示基态和激发分子态。该能量吸收与电子从可能是B带的在最高占据分子轨道(HOMO)能级的束缚态到可能是『带的最低未占分子轨道 (LUMO)能级的提升相关，或者等效地，与空穴从LUMO能级到HOMO能级的提升相关。在有机薄膜光导体中，生成的分子态一般被认为是激子，即，作为准粒子被传输的处于束缚态中的电子-空穴对。激子在成对重结合之前可以具有可观的寿命，其中所述成对重结合是指初始的电子和空穴彼此重新结合的过程，与来自其它对的空穴或电子的重新结合相对。为了产生光电流，电子空穴对通常在两个不同的接触有机薄膜之间的施主-受主界面处分离开。如果电荷没有分离，则它们能够在成对重结合中重新结合，也被称为猝灭，该过程或者通过发射比入射光更低能量的光辐射地进行，或者通过产生热非辐射地进行。在光敏光电子器件中，这些结果的任何一种都是不期望的。在接触处的电场或非均勻性可能引起激子猝灭而不是在施主-受主界面解离，导致对电流没有贡献。因此，期望的是，保持光生激子远离接触处。这具有限制激子扩散到结附近的区域，从而相关的电场更加有可能分离由在所述结附近的激子的解离所释放的电荷载流子的效果。为了产生占有相当体积的内部生成的电场，通常的方法是并置具有适当选择的传导性能的两层材料，特别是考虑到它们的分子量子能态的分布。所述两种材料的界面被称为光伏异质结。在传统的半导体理论中，用于形成PV异质结的材料已经通常被表示为η或 P型。此处η型表示多数载流子类型是电子。这可以被视为材料具有很多处于相对自由的能态的电子。P型表示多数载流子类型是空穴。这种材料具有很多处于相对自由的能态的空穴。背景的类型，即，非光生的多数载流子浓度主要取决于缺陷或杂质的无意掺杂。在被称为H0M0-LUM0间隙的、最高占据分子轨道(HOMO)能级和最低未占分子轨道(LUMO)能级之间的间隙内，杂质的类型和浓度决定费米能量或能级的值。费米能量表征由如下的能量值所表示的分子量子能态的统计占据，对于所述能量值，占据的概率等于1/2。在LUMO能级附近的费米能量指示电子是主要的载流子。在HOMO能级附近的费米能量指示空穴是主要的载流子。因此，费米能量是传统半导体的主要特征属性，并且原型PV异质结传统地是 p-n界面。其中，术语“整流”表示尤其是界面具有非对称导电特性，即本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种有机光敏光电子器件，其包括：两个电极，所述两个电极包括处于重叠关系的阳极和阴极；至少一种施主材料，和至少一种受主材料，其中，所述施主材料和受主材料在所述两个电极之间形成感光区域；位于所述两个电极之间的至少一个电子阻挡层或空穴阻挡层，其中，所述电子阻挡层和所述空穴阻挡层包括选自有机半导体、无机半导体、聚合物、金属氧化物或者其组合的至少一种材料。
【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，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：US
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