[發明專利]改進的聚合物包裹的碳納米管近紅外光活性器件

無效

• 申請號: 200980120718.1
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN102057499A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: S·R·福里斯特;J·D·茲米爾曼;M·S·阿諾德;R·朗特
• 申請（專利權）人: 密執安州立大學董事會
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/101
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

政府權利

本發明是利用來自美國陸軍夜視和電子傳感器董事會的政府支持作出的，撥款號DAAB07-01-D-G602。美國政府對本發明享有一定的權利。

相關申請的交叉引用

本申請按照35U.S.C.§119(e)要求2008年5月1日提交的美國臨時申請序列號61/049,594和2008年10月31日提交的美國臨時申請序列號61/110,220的權益，通過引用將它們的公開內容整體并入本文。本申請是2005年11月2日提交的美國實用新型專利申請序列號11/263,865和2009年1月9日提交的美國實用新型專利申請序列號12/351,378的部分繼續申請，通過引用將它們的公開內容整體并入本文。

發明領域

本發明涉及有機半導體、碳納米管和光活性器件領域。

背景技術

光電子器件依靠材料的光學和電子特性來電子地產生或檢測電磁輻射或者由周圍的電磁輻射產生電。

光敏光電子器件將電磁輻射轉變成電信號或電。太陽能電池，也稱為光伏(“PV”)器件，是一種可特別用于產生電能的光敏光電子器件。光電導體單元是一種與監測器件電阻的信號檢測電路結合使用以檢測由吸收光引起的變化的光敏光電子器件。光電檢測器(可接受所施加的偏置電壓)是一種與電流檢測電路一起使用的光敏光電子器件，所述電流檢測電路測量當光電檢測器暴露于電磁輻射時產生的電流。

這三類光敏光電子器件可以根據是否存在下面定義的整流結以及根據是否用外加電壓(也稱作偏壓或偏置電壓)操作該器件進行區分。光電導體單元不具有整流結且通常使用偏壓進行操作。PV器件具有至少一個整流結并且不使用偏壓進行操作。光電檢測器可以具有整流結并且通常但不一定使用偏壓進行操作。

當適當能量的電磁輻射入射到有機半導體材料上時，光子可以被吸收產生受激的分子狀態。在有機光電導材料中，受激的分子狀態通常被認為是“激子”，即作為準粒子而傳遞的處于束縛態的電子-空穴對。激子在成對復合(“猝滅”)之前可以具有可觀的壽命，所述成對復合是指原始電子和空穴彼此復合(與來自其它對的空穴或電子的復合不同)。為產生光電流，形成激子的電子-空穴典型地在整流結處分離。

對于光敏器件，整流結被稱作光伏異質結。有機光伏異質結的類型包括在施主材料與受主材料的界面處形成的施主-受主異質結，和在光電導材料與金屬的界面處形成的肖特基(Schottky)勢壘異質結。

在有機材料的背景中，術語“施主”和“受主”是指兩種接觸但不同的有機材料的最高占據分子軌道(“HOMO”)和最低未占據分子軌道(“LUMO”)能級的相對位置。如果與另一種材料接觸的一種材料的HOMO和LUMO能級較低，那么該材料是受主。如果與另一種材料接觸的一種材料的HOMO和LUMO能級較高，那么該材料是施主。在沒有外部偏壓的情況下，這對于施主-受主結處的電子移動至受主材料中在能量方面是有利的。

如本文所使用的，如果第一HOMO或LUMO能級更接近真空能級，第一HOMO或LUMO能級“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級。較高的HOMO能級對應于相對真空能級具有較小絕對能量的電離電勢(“IP”)。類似地，較高的LUMO能級對應于相對真空能級具有較小絕對能量的電子親和勢(“EA”)。在真空能級處于頂部的常規能級圖上，材料的LUMO能級高于相同材料的HOMO能級。

在材料中吸收光子產生激子之后，激子在整流界面處離解。施主材料將傳遞空穴，而受主材料將傳遞電子。

有機半導體的重要性質是載流子遷移率。遷移率量度電荷載流子可以響應電場移動通過導電材料的容易程度。在有機光敏器件的背景中，因高的電子遷移率而優先通過電子導電的材料可以稱作電子傳輸材料。因高的空穴遷移率而優先通過空穴導電的材料可以稱作空穴傳輸材料。因在器件中的遷移率和/或位置而優先通過電子導電的層可以稱作電子傳輸層(“ETL”)。因在器件中的遷移率和/或位置而優先通過空穴導電的層可以稱作空穴傳輸層(“HTL”)。優選但不一定，受主材料是電子傳輸材料而施主材料是空穴傳輸材料。

如何基于載流子遷移率和相對的HOMO和LUMO能級使兩種有機光電導材料配對以便在光伏異質結中充當施主和受主在本領域中是公知的，并且在此不作敘述。