[发明专利]层叠有机光敏器件

说明书

本申请是Forrest于2004年8月5日提交的美国申请系列号10/911,560的部分继续申请，在此引用其主题的全部内容作为参考。

技术领域

本发明一般地涉及有机光敏光电子器件。更特别地，其涉及具有增加效率的有机光敏光电子器件。

背景技术

光电子器件依赖于材料的光学和电子性质用电子学方法产生或检测电磁辐射或者从周围的电磁辐射中产生电。

光敏光电子器件将电磁辐射转换成电。太阳能电池，也称作光生伏打(PV)器件，是特别地用来产生电力的一种类型的光敏光电子器件。可以从除了太阳光之外的光源产生电能的PV器件可以用来驱动耗电负载以提供例如照明、供暖，或者为电子电路系统或设备例如计算器、收音机、计算机或远程监控或通信装备提供动力。这些发电应用也经常涉及电池或其他能量存储设备的充电，使得当来自太阳或其他光源的直接照射不可用时操作可以继续，或者平衡PV器件的功率输出与专门应用的需求。如这里使用的，术语“电阻性负载”指任何功率消耗或存储电路、设备、装备或系统。

另一种类型的光敏光电子器件是光电导体单元。在该功能中，信号检测电路系统监控器件的电阻以检测因光的吸收而引起的变化。

另一种类型的光敏光电子器件是光电检测器。在操作中，光电检测器结合电流检测电路一起使用，电流检测电路测量当光电检测器暴露于电磁辐射并且可能具有外加偏压时产生的电流。这里描述的检测电路能够提供偏压到光电检测器并且测量光电检测器对电磁辐射的电子响应。

这三类光敏光电子器件可以根据如下定义的整流结是否存在以及根据器件是否使用外加电压，也称作偏压或偏置电压操作来表征。光电导体单元不具有整流结并且通常使用偏压操作。PV器件具有至少一个整流结并且不使用偏压操作。光电检测器具有至少一个整流结并且通常但不总是使用偏压操作。作为一般规则，光生伏打电池为电路、设备或装备提供电源，但是不提供控制检测电路系统的信号或电流，或者来自检测电路系统的信息的输出。相反地，光电检测器或光电导体提供控制检测电路系统的信号或电流，或者来自检测电路系统的信息的输出，但是不为电路系统、设备或装备提供电源。

传统地，光敏光电子器件由许多无机半导体，例如晶体、多晶和非晶硅、砷化镓、碲化镉等构成。这里术语“半导体”表示当电荷载流子由热量或电磁激发诱导时可以导电的材料。术语“光电导”通常指电磁辐射能被吸收从而转换成电荷载流子的激发能使得载流子可以传导也就是传输材料中的电荷的过程。术语“光电导体”和“光电导材料”在这里使用以指因它们吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质而选择的半导体材料。

PV器件可以由它们可以将入射的太阳能转换成有用的电功率的效率表征。利用结晶或非晶硅的器件主导商业应用，并且一些已经实现23％或更大的效率。但是，有效的基于结晶体的器件，特别是具有大的表面积，因生产没有显著降低效率缺陷的大结晶体所固有的问题而生产起来困难且昂贵。另一方面，高效率非晶硅器件仍然遭受稳定性问题。当前商业可获得的非晶硅电池具有4-8％的稳定效率。最近的努力集中于有机光生伏打电池的使用从而以经济的生产成本获得可接受的光生伏打转换效率。

PV器件可以为标准照射条件(也就是，标准测试条件，即1000W/m²，AM 1.5光谱照射)下的最大电功率产生，为光电流与光电压的最大乘积而优化。标准照射条件下这种电池的功率转换效率依赖于下面三个参数：(1)零偏压下的电流，也就是短路电流I_SC，(2)开路条件下的光电压，也就是开路电压V_OC，以及(3)占空因数^。

当PV器件跨越负载而连接并且由光照射时，它们产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV器件产生它的最大可能电压，V开路电压或V_OC。当被照射且其电触点短路时，PV器件产生它的最大可能电流，I短路或I_SC。当实际用来发电时，PV器件连接到有限电阻性负载并且功率输出由电流和电压的乘积给出，I×V。由PV器件产生的最大总功率本质上不能超出乘积I_SC×V_OC。当负载值为最大功率提取而优化时，电流和电压分别具有值I_max和V_max。

PV器件的品质因数是占空因数^，定义为：

ff＝{I_maxV_max}/{I_SCV_OC}    (1)