[发明专利]具有三重态捕获的有机光敏光电器件

说明书

本申请是申请日为2008年8月12日、申请号为200880103387.6的中国国家专利申请的分案申请。

本申请主张2007年8月13日提交的美国临时申请60/955485号的权益，其内容通过参考并入本文中。

技术领域

本发明一般涉及含有机光电导材料的有机光敏光电器件，所述有机光电导材料包含掺杂有形成三重态的材料的单重态裂变主体材料。

背景技术

光电器件依靠材料的光学和电子性能来电子地制造或检测的电磁辐射或由周围的电磁辐射发电。

光敏光电器件将电磁辐射转化成电信号或电流。太阳能电池，也称之为光电池(photovoltaic)(“PV”)器件，是一种具体用于发电的光敏光电器件。光导电池(photocondutor cell)是一种用于连接信号检测电路的光敏光电器件，其监测器件的电阻从而检测因吸收的光而发生的变化。可接收施加的偏压的光检测器是一种用于连接电流检测电路的光敏光电器件，其测量在将光检测器暴露于电磁辐射时所产生的电流。

根据是否存在整流结并还根据器件是否利用外部施加的电压运行，可以区分这三种光敏光电器件，所述外部施加的电压也称作偏压。光导电池没有整流结且通常利用偏压来运行。PV器件具有至少一个整流结且不需要偏压来运行。光检测器具有至少一个整流结且通常但不总是利用偏压运行。

如本文中所使用的，术语“整流”尤其是指界面具有不对称传导特性，即界面支持优选在一个方向上的电子电荷传输。术语“半导体”是指当因热或电磁激发诱导电荷载流子时能够导电的材料。术语“光电导”通常是指电磁辐射能被吸收并由此转化成电荷载流子激发能量，使得所述载流子能够在材料中传导(即传输)电荷的过程。术语“光电导材料”是指因它们吸收电磁辐射而产生电荷载流子的性质而被利用的半导体材料。

当将适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子能够被吸收而产生激发分子状态。在有机光电导材料中，通常认为产生的分子状态为“激子”，即作为准粒子传输的处于结合状态的电子-空穴对。在成对复合(“猝灭”)之前，激子能够具有可观的寿命，所述猝灭是指原始电子和空穴相互复合(与来自其它对的空穴或电子的复合相对)。为了产生光电流，典型地是在整流结处将形成激子的电子-空穴分开。

在光敏器件的情况下，将整流结称作光电异质结。有机光电异质结的类型包括在施主材料和受主材料界面处形成的施主-受主异质结、在光电导材料和金属的界面处形成的肖特基(Schottky)-势垒异质结。

图1为说明施主-受主异质结实例的能级图。在有机材料的背景中，术语“施主”和“受主”是指两种接触但不同的有机材料的最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低未占据分子轨道(“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能级较低，那么所述材料为受主。反之，其为施主。在缺少外部偏压的条件下，在施主-受主结处的电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，如果第一能级更接近真空能级10，则第一HOMO或LUMO能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级。较高的HOMO能级对应于具有比真空能级小的绝对能量的电离电位(“IP”)。同样地，较高的LUMO能级对应于具有比真空能级小的绝对能量的电子亲和势(“EA”)。在常规能级图中，真空能级在顶部的情况下，材料的LUMO能级比相同材料的HOMO能级高。

在施主152或受主154中吸收光子6产生激子8之后，所述激子8在整流界面处离解。施主152传输空穴(空心圆)且受主154传输电子(黑圆)。

有机半导体中的重要性质是载流子迁移率。迁移率测量了电荷载流子能够响应电场而移动通过导电材料的容易。在有机光敏器件的背景中，因高电子迁移率而优先通过电子传导的材料可称作电子传输材料。因高空穴迁移率而优先通过空穴传导的材料可称作空穴传输材料。因在器件中的迁移率和/或位置而优先通过电子传导的层，可以称作电子传输层(“ETL”)。因在器件中的迁移率和/或位置而优先通过空穴传导的层，可以称作空穴传输层(“HTL”)。优选地，但不是必须地，受主材料为电子传输材料，而施主材料为空穴传输材料。

如何根据载流子迁移率及相对HOMO和LUMO能级使得两种有机光电导材料成对而充当光电异质结中的施主和受主，在本领域内是熟知的，在此不作描述。