[发明专利]具有非平面卟啉的有机光敏光电子器件

说明书

共同研究协议

请求被保护的本发明以以下当事人的名义遵守大学-公司的联合 研究协议：南方加利福尼亚大学和全球光子能量公司(The University of Southern California and Global Photonic Energy Corporation)。该协议 在请求被保护的本发明的进行日之前生效并且请求被保护的本发明是 在该协议范围内被约定的行为的结果。

技术领域

本发明一般地涉及有机光敏光电子器件。更具体地说，本发明涉 及包含至少一个非平面卟啉的有机光敏光电子器件。

背景技术

光电子器件依靠材料的光学和电子学性质，以电子学方式产生或 检测电磁辐射，或从周围电磁辐射产生电。

光敏光电子器件将电磁辐射转化成电信号或电。太阳能电池，还 称作光致电压(“PV”)器件，是一种类型的被特别地用于产生电能的光 敏光电子器件。光导电池是一种类型的被用于与信号检测线路连接的 光敏光电子器件，所述信号检测线路监控所述器件对由于吸收的光所 导致的检测改变的阻抗。光检测器，其可接受被施加的偏压，是一种 类型的被用于与电流检测线路连接的光敏光电子器件，所述电流检测 线路检查当所述光检测器暴露于电磁辐射下时产生的电流。

这三种类型的光敏光电子器件可根据是否存在整流结而有所区 别，还根据所述器件是否采用外加电压(亦称偏压)进行操作而有所 区别。光导电池不具有整流结，一般使用偏压进行操作。PV器件具有 至少一个整流结，不使用偏压进行操作。光检测器具有至少一个整流 结，然而通常不总是使用偏压进行操作。

本文使用的术语“整流”特别地是指具有不对称传导特征的界面， 即，该界面支持电荷传输优选位于一个方向上。术语“半导体”是指 当载流子通过热激发或电磁激发被诱导时可导电的材料。术语“光导” 一般地是指这样一种过程，在该过程中，电磁辐射能被吸收并从而被 转化为电荷载体的激发能，使得该载体可以在材料内传导(即，传输) 电荷。术语“光导材料”是指半导体材料，该半导体材料由于它们吸 收电磁辐射以产生电荷载体的性质而被利用。

当适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子可以被 吸收以产生激发的分子态。在有机光导材料中，这一产生的分子态一 般被认为是“激子”，即，处于束缚状态的电子-空穴对，其作为准粒 子被传输。激子在成对重组合(“猝熄”)之前具有明显的寿命，这 是指最初的电子和空穴彼此重组合(与来自其它对的空穴或电子的重组 合相反)。为了产生光电流，形成激子的电子-空穴一般地在整流结处被 分离。

在光敏器件的情况中，整流结被称为光致电压异质结。有机光致 电压异质结的类型包括在供体材料和受体材料的界面处形成的供体-受 体异质结，和在光导材料和金属的界面处形成的肖特基-势垒异质结。

图1是说明一个供体-受体异质结的例子的能级图。在有机材料的 背景下，术语“供体”和“受体”是指两种接触但不同的有机材料的 最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低未占分子轨道(“LUMO”)能级 的相对位置。如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO能级低，则后 一种材料被称为受体。否则该材料被称作供体。在缺乏外加偏压时， 对于电子在供体-受体结处移动进入受体材料是能量有利的。

如果第一能级接近真空能级10，则本文使用的第一HOMO或 LUMO能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级。更高的HOMO 能级相当于相对于真空能级具有更小的绝对能量的电离电势(“IP”)。 类似地，更高的LUMO能级相当于相对于真空能级具有更小的绝对能量 的电子亲合势(“EA”)。在常规的能级图上(真空能级位于顶部)， 材料的LUMO能级高于该相同材料的HOMO能级。

在供体152内吸收光子6或受体154产生激子8之后，激子8在整流界 面处分离。供体152传输空穴(空心圈)和受体154传输电子(黑圈)。