[发明专利]光生伏打部件及其制造方法

说明书

本申请是2003年11月21日提交的题为“光生伏打部件及其制造方法”的发明专利申请200380107254.3的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包含有经改进的顶部电极的有机部件及其制造方法。

背景技术

例如，从2002P14485DE中可以得知通常具有如下电池结构的光生伏打元件。

正极(通常是ITO，氧化铟锡)淀积在基板上。在其上淀积中间层，其中适当地为例如由具有PSS作为阴离子的PEDOT制成的空穴导通层。邻接的层是吸附层，即，光生伏打活性层，这通常是有机半导体(例如，具有富勒烯的共轭聚合物的混合物)。之后接着是负极，阴极(例如，Ca/Ag或LiF/Al)。迄今为止，用作阴极材料的是非贵金属，比如钙、钡、氟化锂、或类似的具有低逸出功的材料。这些电极是通过气相沉积或溅射产生的。但是，这些阴极材料的感光度要求由它们制备的层必须是在真空中产生以得到最好的结果。

由于几个原因，使用真空施加的顶部电极作为阴极通常不是令人满意的，其一是因为在真空中进行气相沉积工艺步骤成本高昂，另外就是因为从制造工程的观点来看，其较慢且维护程度高。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种有机光生伏打部件，该有机光生伏打部件至少包括具有底部电极、功能层和顶部电极的基板，并且无需真空制造步骤即可生产。

本发明涉及包括主要由有机材料制成的顶部电极的光生伏打部件。本发明还涉及制造光生伏打部件的方法，其中，在基板上施加底部导电功能层(电极)，其上是半导体性的光生伏打活性功能层，最后，将顶部有机导电功能层施加到该半导体性的光生伏打活性功能层上。

具体实施方式

术语“光生伏打部件”指代任何这样的部件，其包含半导体性的光敏功能层和由有机或无机材料制备的底部电极；半导体性的光生伏打活性功能层；以及由主要的有机材料制成的上导电功能层(电极)。

在一个实施例中，顶部电极是由半透明的材料形成，因为光子通过半透明的顶部电极撞击该半导体性的光生伏打活性功能层，所以基板不再需要具有任何透明性。迄今为止，ITO由于其导电性和透明性而主要被用作基板和/或底部电极，但在该情形中，这种昂贵的ITO材料可以被替换为更便宜的材料，比如Al、Ti、Cu或其他金属板或箔。

在一个实施例中，产生了反转的结构，即，将公知的由非贵金属制成的上阴极性电极由有机导电材料(其在该情形中不是半透明的而是非透明的)替换，这倒转了电流的方向，使得在ITO(氧化铟锡)作为底部电极和/或基板的情形中，顶部电极是正极，而负极在基板一侧。

在一个实施例中，有机光生伏打元件是由如下有机材料构建的。

施加到由ITO制成的基板的是半导体层，例如，P3HT:PCBM(聚3-己基噻吩：[6，6]-苯基C₆₁丁酸甲脂)混合物(低带隙)，其形成了光生伏打活性功能层。之后接着的是例如PEDOT的有机导电功能层。

本文中，术语“有机材料”和/或“功能聚合物”涵盖了所有类型的有机、金属有机和/或无机合成材料，它们在英语中例如表述为术语“塑料”。这包括除用于常规二极管(镓、硅)的半导体以及典型的金属性导体以外的所有类型的材料。因此，本文并非意于将有机材料教条地限定为含碳的材料，而相反，例如广泛使用的硅酮也可以在考虑之中。而且，该术语也并不打算对分子量暗示任何限制，尤其是高聚物的和/或低聚物的材料，而相反，也以任何可能的方式使用“小分子”。

在本方法的一个实施例中，有机电子光生伏打活性元件可以通过如下的工艺步骤生产：

首先，对半透明的基板，例如ITO基板涂覆半导体性的有机材料。该涂层优选地通过适合于大规模生产的技术完成，比如印刷、旋涂等。顶部电极层优选地由导电有机材料制成，并优选地通过印刷技术施加到半导体性功能层。

在一个实施方案中，在制造顶部电极层之后，印上例如银导电浆的漏泄连接件以减少欧姆损耗。或者，例如可以使用碳丝网印刷浆料，但是也可以想到通过低成本的金属化，比如溅射或气相沉积来产生导电路径。

在本文中，术语“有机电子光生伏打活性元件”例如指代太阳能电池、光电检测器或任何其他类型的具有光生伏打活性功能层作为它的基本元件的电子模块。

下面参考示范性的附图对本发明进行更加详细地说明，附图示意性地呈现了有机光生伏打活性元件。