[發明專利]層疊有機光敏器件

有效

• 申請號: 200910148892.9
• 申請日: 2005-07-29
• 公開（公告）號: CN101651183A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·福里斯特;薛劍耿;內田聰一;巴里·P·蘭德
• 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;H01L51/46;H01L51/44
• 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: 秦 晨

本分案申請是基于申請號為2005800330119，申請日為2005年 7月29日，發明名稱為“層疊有機光敏器件”的中國專利申請的分 案申請。

本申請是Forrest于2004年8月5日提交的美國申請系列號 10/911,560的部分繼續申請，在此引用其主題的全部內容作為參考。

技術領域

本發明一般地涉及有機光敏光電子器件。更特別地，其涉及具 有增加效率的有機光敏光電子器件。

背景技術

光電子器件依賴于材料的光學和電子性質用電子學方法產生或 檢測電磁輻射或者從周圍的電磁輻射中產生電。

光敏光電子器件將電磁輻射轉換成電。太陽能電池，也稱作光 生伏打(PV)器件，是特別地用來產生電力的一種類型的光敏光電 子器件。可以從除了太陽光之外的光源產生電能的PV器件可以用來 驅動耗電負載以提供例如照明、供暖，或者為電子電路系統或設備例 如計算器、收音機、計算機或遠程監控或通信裝備提供動力。這些發 電應用也經常涉及電池或其他能量存儲設備的充電，使得當來自太陽 或其他光源的直接照射不可用時操作可以繼續，或者平衡PV器件的 功率輸出與專門應用的需求。如這里使用的，術語“電阻性負載”指任 何功率消耗或存儲電路、設備、裝備或系統。

另一種類型的光敏光電子器件是光電導體單元。在該功能中， 信號檢測電路系統監控器件的電阻以檢測因光的吸收而引起的變化。

另一種類型的光敏光電子器件是光電檢測器。在操作中，光電 檢測器結合電流檢測電路一起使用，電流檢測電路測量當光電檢測器 暴露于電磁輻射并且可能具有外加偏壓時產生的電流。這里描述的檢 測電路能夠提供偏壓到光電檢測器并且測量光電檢測器對電磁輻射的 電子響應。

這三類光敏光電子器件可以根據如下定義的整流結是否存在以 及根據器件是否使用外加電壓，也稱作偏壓或偏置電壓操作來表征。 光電導體單元不具有整流結并且通常使用偏壓操作。PV器件具有至 少一個整流結并且不使用偏壓操作。光電檢測器具有至少一個整流結 并且通常但不總是使用偏壓操作。作為一般規則，光生伏打電池為電 路、設備或裝備提供電源，但是不提供控制檢測電路系統的信號或電 流，或者來自檢測電路系統的信息的輸出。相反地，光電檢測器或光 電導體提供控制檢測電路系統的信號或電流，或者來自檢測電路系統 的信息的輸出，但是不為電路系統、設備或裝備提供電源。

傳統地，光敏光電子器件由許多無機半導體，例如晶體、多晶 和非晶硅、砷化鎵、碲化鎘等構成。這里術語“半導體”表示當電荷載 流子由熱量或電磁激發誘導時可以導電的材料。術語“光電導”通常指 電磁輻射能被吸收從而轉換成電荷載流子的激發能使得載流子可以傳 導也就是傳輸材料中的電荷的過程。術語“光電導體”和“光電導材料” 在這里使用以指因它們吸收電磁輻射以產生電荷載流子的性質而選擇 的半導體材料。

PV器件可以由它們可以將入射的太陽能轉換成有用的電功率的 效率表征。利用結晶或非晶硅的器件主導商業應用，并且一些已經實 現23％或更大的效率。但是，有效的基于結晶體的器件，特別是具 有大的表面積，因生產沒有顯著降低效率缺陷的大結晶體所固有的問 題而生產起來困難且昂貴。另一方面，高效率非晶硅器件仍然遭受穩 定性問題。當前商業可獲得的非晶硅電池具有4-8％的穩定效率。最 近的努力集中于有機光生伏打電池的使用從而以經濟的生產成本獲得 可接受的光生伏打轉換效率。

PV器件可以為標準照射條件(也就是，標準測試條件，即 1000W/m²，AM?1.5光譜照射)下的最大電功率產生，為光電流與 光電壓的最大乘積而優化。標準照射條件下這種電池的功率轉換效率 依賴于下面三個參數：(1)零偏壓下的電流，也就是短路電流I_SC， (2)開路條件下的光電壓，也就是開路電壓V_OC，以及(3)占空因 數^。