有机叠层太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了包含位于第一电极和第二电极之间的两个或更多个有机光活性区的有机光伏器件，其中每个有机光活性区包含供体和受体，并且其中有机光伏器件在两个或更多个光活性区之间包含至少一个激子阻挡层和至少一个电荷重结合层或电荷转移层。已经发现，本发明专利技术公开的有机叠层太阳电池能够获得高的开路电压。本发明专利技术还公开了所述有机光伏器件的制造方法和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总的来说涉及有机叠层太阳电池。还公开了制造这些器件的方法，所述方法可以包括至少一个用于沉积方酸化合物的升华步骤。
技术介绍
光电器件依靠材料的光学和电子学性质，通过电子学方法产生或检测电磁辐射， 或从环境电磁辐射产生电。光敏光电器件将电磁辐射转变成电。太阳电池、也称为光伏(PV)器件，是一类特别用于产生电力的光敏光电器件。可以从太阳光之外的其他光源产生电能的PV器件，可用于驱动耗电负载以提供例如照明、加热，或为电子线路或装置例如计算器、无线电、计算机或远程监测或通讯设备供电。这些发电应用通常还包括为电池或其他能量储存装置充电， 以便当来自太阳或其他光源的直接照射不可用时能够继续运行，或根据特定应用的要求平衡PV器件的电力输出。当在本文中使用时，术语“电阻性负载”是指任何耗电或储电电路、 装置、设备或系统。另一种类型的光敏光电器件是光电导体电池。在这种操作过程中，信号检测电路监测器件的阻抗以检测由光的吸收所引起的变化。另一种类型的光敏光电器件是光探测器。在操作中，光探测器与电流检测线路联合使用，所述电流检测线路测量当光探测器暴露于电磁辐射并可以具有施加的偏电压时所产生的电流。本文描述的检测线路能够向光探测器提供偏电压，并测量光探测器对电磁辐射的电子学响应。这三种类型的光敏光电器件可以根据是否存在下文定义的整流结，并且也根据器件的运行是否使用外加电压、也称为偏压或偏电压来表征。光电导体电池不具有整流结，并且通常使用偏压来运行。PV器件具有至少一个整流结，并且不使用偏压运行。光探测器具有至少一个整流结，并且通常但不总是使用偏压运行。典型情况下，光伏电池向电路、装置或设备提供电力。光探测器或光电导体电池提供信号或电流以控制检测电路或从检测电路输出信息，但是不向电路、装置或设备提供电力。传统上，光敏光电器件由多种无机半导体构造而成，例如晶体、多晶和无定形硅、 砷化镓、碲化镉等。在本文中，术语“半导体”是指当电荷载流子受到热或电磁激发诱导时能够导电的材料。术语“光电导”一般是指电磁辐射能量被吸收从而转变成电荷载流子的激发能，以便载流子能够传导、例如运输材料中的电荷的过程。术语“光电导体”或“光电导材料”在本文中用于指称由于其吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质而被选择的半导体材料。PV器件的性质可以由它们能够将入射日光能转变成有用电能的效率来表征。利用晶体或无定形硅的器件在商业应用中占主导地位，并且其中某些已经达到23%或更高的效率。但是，基于晶体的器件、特别是大表面积器件，由于在生产没有明显的降低效率的缺陷的大晶体中固有的问题，生产起来困难且昂贵。另一方面，高效无定形硅器件仍然受到稳定性问题的困扰。目前可商购的无定形硅电池的稳定转换效率在4到8%之间。更近的尝试聚焦于使用有机光伏电池以经济的生产成本获得可接受的光伏转换效率。可以对PV器件进行优化，以在标准照射条件(即标准测试条件，其为1000W/m2、 AMI. 5光谱照射)下最大化电力产生，用于最大化光电流乘以光电压的乘积。这种电池在标准照射条件下的电能转换效率取决于下列三个参数(1)零偏压下的电流，即短路电流Isc， 单位为安培；(2)开路条件下的光电压，即开路电压V…单位为伏特；以及(3)填充因子ff。PV器件在与负载相连并用光照射时，产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV 器件产生其最大可能电压，即开路电压或\c。当在其电触点短路的情况下照射时，PV器件产生其最大可能电流，即短路电流或Isc。当实际用于产生电力时，PV器件与有限电阻性负载相连，电力输出由电流和电压的乘积IX V给出。由PV器件产生的最大总电力必然不能超过乘积IseXVf当对负载值进行优化以获得最大功率提取时，电流和电压分别具有值Imax和 VfflaxOPV器件的性能指数是填充因子FF，其定义为FF= IImaxVfflJ/{IscVoJ (1)其中FF总是小于1，因为在实际使用中永远不能同时获得Is。和Vre。但是，在最适条件下，当FF接近1时，器件具有较低的串联或内部电阻，因此向负载提供较高百分率的Isc 与Vre的乘积。当Pin。是器件上的入射功率时，器件的功率效率ηΡ可以由下式计算np = FF*(Isc*Voc)/Pinc。当适合能量的电磁辐射入射在半导体有机材料例如有机分子晶体(OMC)材料或聚合物上时，光子可以被吸收以产生被激发的分子状态。这用符号表示为&+^屯&*。这里 S0和Stl*分别表示分子的基态和激发态。这种能量吸收伴有电子从HOMO能级中的基态—— 其可以是B-键(B-bond)提升到LUMO能级——其可以是B*-键(B*-bond)，或等价地，空穴从LUMO能级提升到Η0Μ0能级。在有机薄膜光电导体中，一般相信产生的分子状态是激子， 即作为准粒子运输的处于束缚态的电子-空穴对。激子在成对重结合之前可以具有可观的寿命，所述成对重结合是指原始的电子和空穴彼此重新结合的过程，这与同来自其他对的空穴或电子的重新结合相反。为了产生光电流，将电子-空穴对分离，典型是在两个不同的相接触的有机薄膜之间的供体-受体界面处。如果电荷没有分离，它们可以在成对重结合过程、也称为淬灭过程中，以辐射的形式通过发射比入射光的能量更低的光，或以非辐射的形式通过产生热而重新结合。在光敏光电器件中，这些结果中的任一种都是不想要的。电场或触点的不均勻性可能使激子淬灭而不是在供体-受体界面处分离，导致对电流没有净贡献。因此，希望使光生激子保持远离触点。这具有限制激子向节附近的区域扩散，以便关联电场有更多的机会分离由节附近的激子解离所释放的电荷载流子的作用。为了产生占据显著体积的内生电场，常用的方法是将两层特别是在其分子的量子能态分布方面具有适当选择的导电性质的材料并置。这两种材料的界面被称为光伏异质结。在传统半导体理论中，用于形成PV异质结的材料一般被称为η或P型。这里η型是指大部分载流子类型是电子。这可以被视为具有许多处于相对自由能态中的电子的材料。P 型是指大部分载流子类型是空穴。这样的材料具有许多处于相对自由能态中的空穴。背景的类型、即非光生的大部分载流子浓度，主要取决于由缺陷或杂质引起的无意掺杂。杂质和类型和浓度决定了最高占据分子轨道(HOMO)能级与最低未占分子轨道(LUMO)能级之间的能隙、被称为H0M0-LUM0能隙中的费米能(Fermi energy)或能级的值。费米能描述了分子的量子能态的统计学占据情况，其用占据概率等于1/2时的能量值表示。费米能接近LUMO 能级表明电子是优势载流子。费米能接近HOMO能级表明空穴是优势载流子。因此，费米能是传统半导体的重要定性性质，并且原型PV异质结传统上是p-n界面。术语“整流”尤其是指具有不对称导电特性的界面，即界面支持优选一个方向上的电荷运输。整流一般与适当选择的材料之间的异质结处产生的内建电场相关。当在本文中使用时，并且正如本
的专业人员所通常理解的，如果第一个 “最高占据分子轨道” (HOMO)或“最低未占分子轨道”(LUMO)能级与第二个HOMO或LUMO能级相比更接近真空能级，则所述第一个能级“大于”或“高于”所述第二个能级。因为电离电势(IP)被测量为相对于真空能级的负能量，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．有机光伏器件，其包含位于第一电极和第二电极之间的两个或更多个有机光活性区，其中每个所述有机光活性区包含供体和受体，并且其中所述有机光伏器件在两个或更多个光活性区之间包含至少一个激子阻挡层和至少一个电荷重结合层或电荷转移层。

【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