[發明專利]具有三重態捕獲的有機光敏光電器件

無效

• 申請號: 201110281302.7
• 申請日: 2008-08-12
• 公開（公告）號: CN102447065A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 馬克·E·湯普森;瑪麗亞·多洛雷斯·佩雷斯;卡斯滕·博熱克;彼得·I·久羅維奇
• 申請（專利權）人: 南加利福尼亞大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

本申請是申請日為2008年8月12日、申請號為200880103387.6的中國國家專利申請的分案申請。

本申請主張2007年8月13日提交的美國臨時申請60/955485號的權益，其內容通過參考并入本文中。

技術領域

本發明一般涉及含有機光電導材料的有機光敏光電器件，所述有機光電導材料包含摻雜有形成三重態的材料的單重態裂變主體材料。

背景技術

光電器件依靠材料的光學和電子性能來電子地制造或檢測的電磁輻射或由周圍的電磁輻射發電。

光敏光電器件將電磁輻射轉化成電信號或電流。太陽能電池，也稱之為光電池(photovoltaic)(“PV”)器件，是一種具體用于發電的光敏光電器件。光導電池(photocondutor?cell)是一種用于連接信號檢測電路的光敏光電器件，其監測器件的電阻從而檢測因吸收的光而發生的變化。可接收施加的偏壓的光檢測器是一種用于連接電流檢測電路的光敏光電器件，其測量在將光檢測器暴露于電磁輻射時所產生的電流。

根據是否存在整流結并還根據器件是否利用外部施加的電壓運行，可以區分這三種光敏光電器件，所述外部施加的電壓也稱作偏壓。光導電池沒有整流結且通常利用偏壓來運行。PV器件具有至少一個整流結且不需要偏壓來運行。光檢測器具有至少一個整流結且通常但不總是利用偏壓運行。

如本文中所使用的，術語“整流”尤其是指界面具有不對稱傳導特性，即界面支持優選在一個方向上的電子電荷傳輸。術語“半導體”是指當因熱或電磁激發誘導電荷載流子時能夠導電的材料。術語“光電導”通常是指電磁輻射能被吸收并由此轉化成電荷載流子激發能量，使得所述載流子能夠在材料中傳導(即傳輸)電荷的過程。術語“光電導材料”是指因它們吸收電磁輻射而產生電荷載流子的性質而被利用的半導體材料。

當將適當能量的電磁輻射入射到有機半導體材料上時，光子能夠被吸收而產生激發分子狀態。在有機光電導材料中，通常認為產生的分子狀態為“激子”，即作為準粒子傳輸的處于結合狀態的電子-空穴對。在成對復合(“猝滅”)之前，激子能夠具有可觀的壽命，所述猝滅是指原始電子和空穴相互復合(與來自其它對的空穴或電子的復合相對)。為了產生光電流，典型地是在整流結處將形成激子的電子-空穴分開。

在光敏器件的情況下，將整流結稱作光電異質結。有機光電異質結的類型包括在施主材料和受主材料界面處形成的施主-受主異質結、在光電導材料和金屬的界面處形成的肖特基(Schottky)-勢壘異質結。

圖1為說明施主-受主異質結實例的能級圖。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LUMO能級較低，那么所述材料為受主。反之，其為施主。在缺少外部偏壓的條件下，在施主-受主結處的電子移入受主材料中在能量方面是有利的。

如本文中所使用的，如果第一能級更接近真空能級10，則第一HOMO或LUMO能級“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級。較高的HOMO能級對應于具有比真空能級小的絕對能量的電離電位(“IP”)。同樣地，較高的LUMO能級對應于具有比真空能級小的絕對能量的電子親和勢(“EA”)。在常規能級圖中，真空能級在頂部的情況下，材料的LUMO能級比相同材料的HOMO能級高。

在施主152或受主154中吸收光子6產生激子8之后，所述激子8在整流界面處離解。施主152傳輸空穴(空心圓)且受主154傳輸電子(黑圓)。

有機半導體中的重要性質是載流子遷移率。遷移率測量了電荷載流子能夠響應電場而移動通過導電材料的容易。在有機光敏器件的背景中，因高電子遷移率而優先通過電子傳導的材料可稱作電子傳輸材料。因高空穴遷移率而優先通過空穴傳導的材料可稱作空穴傳輸材料。因在器件中的遷移率和/或位置而優先通過電子傳導的層，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傳導的層，可以稱作空穴傳輸層(“HTL”)。優選地，但不是必須地，受主材料為電子傳輸材料，而施主材料為空穴傳輸材料。

如何根據載流子遷移率及相對HOMO和LUMO能級使得兩種有機光電導材料成對而充當光電異質結中的施主和受主，在本領域內是熟知的，在此不作描述。