[發(fā)明專(zhuān)利]基于純有機(jī)材料的高遷移率高效率有機(jī)膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680043977.5
• 申請(qǐng)日: 2006-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101313424A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隆達(dá)·F·薩爾茲曼;史蒂芬·R·福里斯特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 普林斯頓大學(xué)理事會(huì)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 郇春艷;郭國(guó)清

相關(guān)的申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求在2005年9月30日提交的U.S.臨時(shí)申請(qǐng)No.60/721,975的優(yōu)先權(quán)的利益，其內(nèi)容引入本文作為參考。

美國(guó)政府的權(quán)益

本發(fā)明是在美國(guó)政府支持下按照美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室(U.S.Air?Force?Office?of?Scientific?Research)授予的合同第339-6002號(hào)和美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(U.S.Department?of?Energy，NationalRenewable?Energy?Laboratory)授予的合同第339-4012號(hào)取得的。政府在本發(fā)明中具有確定的權(quán)利。

共同研究協(xié)議

所要求保護(hù)的發(fā)明是由下列團(tuán)體中的一個(gè)或多個(gè)為代表和/或組合成大學(xué)-公司聯(lián)合研究協(xié)議而取得：普林斯頓大學(xué)(PrincetonUniversity)、南加利福尼亞大學(xué)(The?University?of?Southern?California)和全球光能公司(Global?Photonic?Energy?Corporation)。該協(xié)議在取得要求保護(hù)的發(fā)明的日期及其之前都處于生效中，并且要求保護(hù)的發(fā)明作為在該協(xié)議范圍內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)的結(jié)果而取得。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及有機(jī)光敏性光電子裝置。更具體地，本發(fā)明涉及包括至少一種高純化的光電導(dǎo)材料的有機(jī)光敏性光電子裝置，和純化所述材料的方法。

背景技術(shù)

光電子裝置依賴(lài)于材料的光學(xué)和電子性能，從而電子產(chǎn)生或檢測(cè)電磁輻射或從環(huán)境電磁輻射產(chǎn)生電。

光敏性光電子裝置將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或電。太陽(yáng)能電池，也稱(chēng)為光伏(“PV”)裝置，是一類(lèi)特別用來(lái)產(chǎn)生電能的光敏性光電子裝置。光電導(dǎo)體電池是一類(lèi)與信號(hào)檢測(cè)電路聯(lián)合使用的光敏性光電子裝置，信號(hào)檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)裝置的電阻來(lái)檢測(cè)吸收光而產(chǎn)生的變化?？梢越邮帐┘拥钠妷旱墓鈾z測(cè)器是一類(lèi)與電流檢測(cè)電路聯(lián)合使用的光敏性光電子裝置，電流檢測(cè)電路測(cè)量光檢測(cè)器暴露于電磁輻射時(shí)產(chǎn)生的電流。

這三類(lèi)光敏性光電子裝置可以根據(jù)是否存在如下面定義的整流結(jié)并還根據(jù)是否用外加電壓(也稱(chēng)為偏壓或偏電壓)運(yùn)行該裝置來(lái)區(qū)分。光電導(dǎo)體電池沒(méi)有整流結(jié)，并通常用偏壓運(yùn)行。PV裝置具有至少一個(gè)整流結(jié)，不用偏壓運(yùn)行。光檢測(cè)器具有至少一個(gè)整流結(jié)，通常但并不總是用偏壓運(yùn)行。

這里使用的術(shù)語(yǔ)“整流”尤其表示界面具有非對(duì)稱(chēng)傳導(dǎo)特性，即該界面優(yōu)先在一個(gè)方向上支持電子電荷傳輸。術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體”表示當(dāng)電荷載流子子是由熱或電磁激發(fā)誘發(fā)時(shí)能導(dǎo)電的材料。術(shù)語(yǔ)“光電導(dǎo)”通常指電磁輻射能被吸收并從而轉(zhuǎn)變成電荷載流子的激發(fā)能使得電荷載流子能在材料中傳導(dǎo)(即傳輸)電荷的過(guò)程。術(shù)語(yǔ)“光電導(dǎo)性材料”是指利用其吸收電磁輻射來(lái)產(chǎn)生電荷載流子的性能的半導(dǎo)體材料。這里使用的“頂部”是指離基底最遠(yuǎn)，而“底部”是指離基底最近。可以有居間層，除非指明第一層“物理接觸”第二層。

當(dāng)適當(dāng)能量的電磁輻射入射在有機(jī)半導(dǎo)體材料上時(shí)，可以吸收光子以產(chǎn)生激發(fā)的分子態(tài)。在有機(jī)光電導(dǎo)材料中，一般認(rèn)為產(chǎn)生的分子態(tài)是“激子”，即以準(zhǔn)粒子傳輸?shù)氖`態(tài)的電子-空穴對(duì)。激子在成雙(geminate)復(fù)合(“淬滅”)之前可具有可感知的壽命，成雙復(fù)合指原配的電子和空穴彼此復(fù)合(與來(lái)自其它對(duì)的空穴或電子復(fù)合相反)。為產(chǎn)生光電流，形成激子的電子-空穴通常在整流結(jié)處分開(kāi)。

在光敏性裝置的情況中，整流結(jié)稱(chēng)為光伏異質(zhì)結(jié)。有機(jī)光伏異質(zhì)結(jié)的類(lèi)型包括在給體材料與受體材料的界面形成的給體-受體異質(zhì)結(jié)，和在光電導(dǎo)材料與金屬的界面處形成的肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)。

圖1是說(shuō)明實(shí)例給體-受體異質(zhì)結(jié)例子的能級(jí)圖。在有機(jī)材料的背景下，術(shù)語(yǔ)″給體″和″受體″是指兩種接觸但不同的有機(jī)材料的最高占據(jù)分子軌道(“HOMO”)和最低空分子軌道(“LUMO”)能級(jí)的相對(duì)位置。如果與另一種材料接觸的一種材料的LUMO能級(jí)較低，那么所述材料是受體。否則它是給體。這在缺乏外加偏壓時(shí)，對(duì)于給體-受體結(jié)處的電子移動(dòng)到受體材料中是能量上有利的。

用在這里，如果第一能級(jí)更接近真空能級(jí)10，那么第一HOMO或LUMO能級(jí)“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級(jí)。較高的HOMO能級(jí)對(duì)應(yīng)著相對(duì)于真空級(jí)具有較小絕對(duì)能量的電離勢(shì)能(“IP”)。類(lèi)似地，較高的LUMO能級(jí)對(duì)應(yīng)著相對(duì)于真空級(jí)具有較小絕對(duì)能量的電子親和勢(shì)(“EA”)。在常規(guī)的能級(jí)圖中，頂端是真空級(jí)，材料的LUMO能級(jí)高于相同材料的HOMO能級(jí)。