[發明專利]有機光敏器件

有效

• 申請號: 200580038604.4
• 申請日: 2005-09-15
• 公開（公告）號: CN101421863A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 彼得·皮曼斯;斯蒂芬·R·弗里斯特
• 申請（專利權）人: 普林斯頓大學理事會
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王 萍

本申請要求2004年9月22日申請的美國臨時申請60/＿＿＿＿號 (律師案卷號12992/90901)的優先權，該申請整體收錄在此作為參考。

由于通過美國空軍科學研究局的撥款，美國政府擁有本發明中的 某些權利。

技術領域

本發明總體上涉及有機光敏光電器件。更具體地，本發明涉及一 種具有施主受主結的有機光敏光電器件。

背景技術

光電器件依賴材料的光特性和電子特性，以便電子地產生或檢測 電磁輻射或者從環境電磁輻射產生電力。

光敏光電器件把電磁輻射轉換成電力。也稱為光生伏打 (photovoltaic，PV)器件的太陽電池是特別用來產生電力的光敏光 電型器件?？赡軓奶柟庵獾墓庠串a生電能的PV器件可以用來驅 動耗能負載，以便例如提供照明、供熱或者對諸如計算器、收音機、 計算機或者遠程監視或通信設備的電路或器件供電。這些動力產生應 用通常還涉及對電池或者其它貯能器件充電，以便當不能得到來自太 陽或其它光源的直接照射時可以繼續操作，或者利用特定應用的要求 來平衡PV器件的電力輸出。如本文中使用那樣，術語“電阻負載” 指的是任何耗能或貯能電路、器件、設備或系統。

另一種類型的光敏光電器件是光電導電池。在此功能下，信號檢 測電路監視這種器件的電阻以便檢測由于對光的吸收造成的變化。

另一種類型的光敏光電器件是光電探測器。在操作中，連帶著電 流檢測電路一起使用光電探測器，該電流檢測電路測量當該光電探測 器暴露在電磁輻射之中時產生的電流，并且可能具有施加的偏壓。本 文說明的一種檢測電路能對光電探測器提供偏壓，并且能測量光電探 測器對電磁輻射的電子響應。

可以根據是否存在下面所定義的整流結并且還可以根據該器件是 否在帶有外部施加電壓(也稱為偏置或偏壓)來表征這三種類別的光 敏光電器件。光電導電池不具有整流結，并且通常在帶有偏壓的情況 下操作。PV器件具有至少一個整流結，并且在不帶有偏壓的情況下 操作。光電探測器具有至少一個整流結，并且通常在帶有但不總是帶 有偏壓的情況下操作。作為一條普遍規律，光生伏打電池對電路、器 件或設備提供功率，但是不提供控制檢測電路的信號或電流，或者不 從該檢測電路提供信號輸出。相反，光電探測器或光電導元件提供控 制檢測電路的信號或電流，或者從該檢測電路提供信息輸出，但是不 對電路、器件或設備提供功率。

傳統上，光敏光電器件是用若干無機半導體構建的，例如結晶、 多晶、和非晶硅、砷化鎵、碲化鎘等等。本文中術語“半導體”表示 當通過熱或電磁激勵感應載流子時可以導電的材料。術語“光電導” 通常和這樣的過程有關，在該過程中吸收電磁輻射能量并從而轉換成 電荷載流子的激勵能量，使得這些載流子可以在材料中傳導即傳送電 荷。術語“光電導元件”和“光電導材料”用來表示針對它們的吸收 電磁輻射以產生電荷載流子的特性而被選擇的半導體材料。

可以通過它們能把入射的太陽功率轉換成有用的電功率的效率表 征PV器件。采用結晶或非晶硅的器件在商業應用中占主導地位，其 中一些器件已經達到23％或更高的效率。但是，由于生產出不帶有明 顯降低效率缺陷的大晶體的固有難題，制造高效的基于結晶體的器件 (尤其具有大的表面面積)是困難的和昂貴的。另一方面，高效非晶 硅器件仍遭受穩定性問題。目前商業上可買到的非晶硅電池的穩定的 效率在4％和8％之間。較近的努力集中在使用有機光生伏打電池以低 廉的生產成本達到可接受的光生伏打轉換效率上。

可以在標準照射條件(即1000W/m²、AM1.5譜照射的標準檢測 條件下)對于最大電功率生成方面，對于光電流和光電壓的乘積最大 方面來最優化PV器件。標準照射條件下這種電池的功率轉換效率取 決于以下三個參數：(1)零偏壓下的電流，即短路電流I_SC，(2)開路 條件下的光電壓，即開路電壓V_OC，以及(3)占空因數ff。