穩定的有機器件的製作方法

2023-07-28 08:01:11 2

專利名稱：穩定的有機器件的製作方法
穩定的有機器件相關申請的交叉引用本申請要求2005年12月23日提交的美國臨時申請序號No. 60/753,884和2005年7月14日提交的美國臨時申請序號No. 60/699,124的優先權，其內容特此引入作為參考。技術領域本公開涉及穩定的有機器件、以及相關的組件、系統、和方法。
技術背景聚合物光電池可用於將太陽能轉化為電能。這種電池通常包括在兩個 電極之間設置的含電子供體材料和電子受體材料的光活性層。通常，光穿 過所述電極之一或兩者以與光活性層相互作用，將太陽能轉化為電能。發明內容一方面，本發明特徵在於一種製品，其包括第一和第二電極、在第一 和第二電極之間的光活性層、以及在該光活性層與第一和第二電極的至少 一個之間設置的材料。該材料不同於第一和第二電極的至少一個，且包括 半導體金屬氧化物或能夠形成半導體金屬氧化物的金屬。該光活性層包括 電子受體材料和電子供體材料。該製品是光電池。另一方面，本發明特徵在於一種器件，其包括第一和第二電極、在第 一和第二電極之間的有機半導體層、以及在該半導體層與第一和第二電極 的至少一個之間設置的材料。該材料不同於第一和第二電極的至少一個， 且包括半導體金屬氧化物或能夠形成半導體金屬氧化物的金屬。另一方面，本發明特徵在於一種方法，其包括通過連續過程形成上述 的製品或器件。實施方案可包括下列方面的一個或多個。該材料可包括半導體金屬氧化物，諸如氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鴒、氧化銅、氧化鉻、氧化銀、氧化鎳、氧化金、或其組合。該材料可包括能夠形成半導體金屬氧化物的金屬，諸如鈦、金、銀、 銅、鉻、錫、鎳、鋅、或鴒、或其組合。該材料可具有至多約1,000歐姆/平方(Ohm/sq)(例如，至多約10歐姆/平方、至多約O.l歐姆/平方)的表面電阻率。該材料可形成厚度為至少約0.1 nm或至多約50 nm的層。 該電子受體材料可包括選自以下的材料球碳、無機納米顆粒、嚅二唑、碟狀液晶、碳納米棒、無機納米棒、含CN基團的聚合物、含CF3基團的聚合物、及其組合。在一些實施方案中，該電子受體材料可包括取代的球碳。該電子供體材料可包括選自以下的材料碟狀液晶、聚噻吩、聚亞苯 基、聚苯基亞乙烯基、聚矽烷、聚噻吩基亞乙烯基、聚異硫茚 (polyisothianaphthalene)、及其組合。在一些實施方案中，該電子供體材料可 包括聚(3-己基噻吩)。第一和第二電極的至少一個可包括網狀電極。在一些實施方案中，第一和第二電極的至少一個包括金屬。該器件可為有機光電池、有機光探測器、有機發光二極體、或有機場 效應電晶體。該連續過程可為巻裝進出(roll-to-roll)過程。實施方案可提供下列優點的一個或多個。在有機器件(例如，有機光電池)中的電極在水或氧的存在下可氧化，這導致大的接觸電阻率。不希望受理論束縛，據信在有機器件中使用的電極 和半導體聚合物之間包括含半導體金屬氧化物或能夠形成該金屬氧化物的金屬的保護層可防止對電極的氧化或損害，由此顯著增加電極穩定性。此 外，由於金屬氧化物是半導體，該保護層可使接觸電阻率的增加最小化， 由此保持有機器件的性能。根據說明書、附圖和權利要求，本發明的其它特徵、目的和優點將變 得明晰。


圖1是光電池的實施方案的橫截面圖；圖2是網狀電極的實施方案的正視圖；圖3是圖2的網狀電極的橫截面圖；圖4是網狀電極的一部分的橫截面圖；圖5是光電池的另一實施方案的橫截面圖；圖6是含串聯電連接的多個光電池的系統的示意圖；和圖7是含並聯電連接的多個光電池的系統的示意圖。在各個附圖中相同的附圖標記代表相同的元件。
具體實施方式
圖1示出光電池100的4黃截面圖，該光電元件100包括透明基底110、 網狀陰極120、保護層125、空穴載流子層130、光活性層(含電子受體材料 和電子供體材料)140、空穴阻擋層150、保護層155、陽極160、和基底170。 通常，在使用過程中，光撞擊在基底IIO表面上，並穿過基底110、陰極120 中的開口、保護層125、和空穴載流子層130。然後，光與光活性層140相 互作用，導致電子從層140中的電子供體材料轉移至層140中的電子受體 材料。然後該電子受體材料傳輸電子通過空穴阻擋層150和保護層155至 陽極160,該電子供體材料傳輸空穴通過空穴載流子層130和保護層125至 網狀陰極120 。陽極160和網狀陰極120通過外載荷(external load)電連接， 使得電子從陽極160通過載荷至陰極120。保護層125和155可包括半導體金屬氧化物或能夠形成半導體金屬氧 化物的金屬。半導體金屬氧化物的例子包括氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧 化鴒、氧化銅、氧化鉻、氧化銀、氧化鎳、氧化金、或其組合。能夠形成 半導體金屬氧化物的金屬的例子包括鈦、金、銀、銅、鉻、錫、鎳、鋅、 鴒、或其組合。不希望受理論束縛，據信保護層125和155可防止對電極 120和160的氧化或損害(例如，由空穴載流子層130或空穴阻擋層150氧 化)，由此顯著增加電極和該光電池的穩定性。在一些實施方案中，在光電 元件中包括保護層可增加該光電池的穩定性100倍或更多。保護層125和155各自可包括p-型或n-型半導體金屬氧化物或能夠形 成p-型或n-型半導體金屬氧化物的金屬。在一些實施方案中，保護層125包 括p-型半導體金屬氧化物(例如，氧化銅)或能夠形成p-型半導體金屬氧化物 的金屬。在一些實施方案中，保護層155包括n-型半導體金屬氧化物(例如，氧化鈦)或能夠形成n-型半導體金屬氧化物的金屬。在一些實施方案中，保護層125和155可包括金屬氧化物，該金屬氧 化物是本徵半導體(intrinsically semiconductive)。在某些實施方案中，保護層 125和155可包括摻雜的半導體金屬氧化物。在一些實施方案中，該半導體金屬氧化物可具有至少約2eV(例如，至 少約2.5 eV、至少約3 eV、至少約3.5 eV、至少約4 eV)的帶隙。在一些實施方案中，該半導體金屬氧化物可具有至少約10"cmVVs(例 如，至少約l(T5 cm2/Vs、至少約l(T4 cm2/Vs、至少約l(T3 cm2/Vs^々電子遷 移率。在一些實施方案中，該半導體金屬氧化物可具有至少約10"S/cm (例 如，至少約l(T8 S/cm、至少約l(T7 S/cm、至少約l(T6 S/cm、至少約l(T5 S/cm、 至少約10—4 S/cm 、至少約10-3 S/cm 、至少約10-2 S/cm)的電導率。在一些實施方案中，該半導體金屬氧化物可具有在約3.0 eV和約5.0 eV (例如，約4.0 eV)之間的導帶。在一些實施方案中，保護層125和155各自可具有至少約0.1 nm(例如，至少約1 nm、至少約5 nm)或至多約50 nm (例如，至少約25 nm、至少約 10nm)的厚度。在一些實施方案中，保護層125和155各自可具有這樣的厚 度，在該厚度下保護層在UV/Vis/NIR區域中具有50%吸收。在一些實施方案中，保護層125和155各自可具有至多約1,000歐姆/ 平方(例如，至多約100歐姆/平方、至多約10歐姆/平方、至多約1歐姆/ 平方、至多約0.1歐姆/平方)的表面電阻率。保護層125可由與用於形成保護層155的相同或不同的材料形成。在 一些實施方案中，光電池100可包括僅一個保護層。雖然圖1示出保護層125用於增加網狀電極120的穩定性(例如，通過 使其氧化最小化)，但在一些實施方案中，其還可用於增加非網狀電極(例如， ITO電極)的穩定性。可通過本領域中已知的方法形成保護層125和155。在一些實施方案 中，當保護層125和155包括半導體金屬氧化物時，它們可通過真空沉積 或溶液沉積形成(例如，由納米顆粒分散體或由溶膠凝膠前體形成)。例如， 在WO 2004/112162中已描述了溶液沉積的例子，其內容在此？)入作為參考。 在一些實施方案中，當保護層125和155包括能夠形成半導體金屬氧化物的金屬時，它們可通過真空沉積形成。轉向光電元件100的其它組件，如圖2和3中所示，網狀陰極120包 括實心區域122和開口區域124。通常，區域122由導電材料形成，使得網 狀陰極120可容許光經區域124穿過網狀陰極120並經區域122傳導電子。可根據需要選擇由開口區域124佔據的網狀陰極120的面積(網狀陰極 120的開口面積)。通常，網狀陰極120的開口面積是網狀陰極120總面積 的至少約10% (例如，至少約20% 、至少約30% 、至少約40% 、至少約50% 、 至少約60%、至少約70%、至少約80%)和/或至多約99% (例如，至多約95%、 至多約90%、至多約85%)。可用各種方式製備網狀陰極120。在一些實施方案中，網狀陰極120 是編織網，其通過編織形成固體區域122的材料的線形成。可使用例如平 織、荷蘭編織((Dutch weave)、 斜糹丈織、荷蘭斜糹丈織、或其組合編織線。在 某些實施方案中，網狀陰極120由焊接絲網形成。在一些實施方案中，網 狀陰極120是成形的多孔網(expanded mesh)。例如，可通過從材料(例如， 導電材料如金屬)片去除區域124 (例如，經雷射去除、經化學蝕刻、經穿孔)， 然後拉伸該片(例如，在二維上拉伸該片)製備多孔金屬網。在某些實施方案 中，網狀陰極120是通過如下形成的金屬片去除區域124(例如，經雷射 去除、經化學蝕刻、經穿孔)，而沒有隨後拉伸該片。在某些實施方案中，實心區域122完全由導電材料形成(例如，區域122 由基本均質的導電材料形成)。可在區域122中使用的導電材料的例子包括 導電金屬、導電合金和導電聚合物。示例性的導電金屬包括金、銀、銅、 鋁、鎳、釔、柏和鈦。示例性的導電合金包括不鏽鋼(例如，332不鏽鋼、 316不鏽鋼)、金合金、銀合金、銅合金、鋁合金、鎳合金、鈀合金、4白合 金和鈦合金。示例性的導電聚合物包括聚p塞吩(例如、聚(3,4-亞乙二氧基p塞 吩)(PEDOT))、聚苯胺(例如，摻雜的聚苯胺)、聚吡咯(例如，摻雜的聚吡咯)。 在一些實施方案中，使用導電材料的組合。在一些實施方案中，實心區域 122可具有小於約3歐姆/平方(ohmper square)的電阻率。如圖4中所示，在一些實施方案中，實心區域122由塗布有不同材料 304 (例如，使用鍍金屬法、使用蒸汽沉積)的材料302形成。通常，材料302 可由任意需要的材料(例如，電絕緣材料、導電材料、或半導體材料)形成， 和材料304是導電材料。可形成材料302的電絕緣材料的例子包括紡織品、光纖材料、聚合物材料(例如，尼龍)和天然材料(例如，亞麻、棉、羊毛、 絲)。可形成材料302的導電材料的例子包括上面公開的導電材料。可形成材料302的半導體材料的例子包括氧化銦錫、氟化的氧化錫、氧化錫和氧 化鋅。在一些實施方案中，材料302是纖維的形式，和材料304是在材料 302上塗布的導電材料。在某些實施方案中，材料302是網的形式(見以上 討論)，其在形成網後用材料304塗布。作為例子，材料302可為多孔金屬 網，和材料304可為塗布在多孔金屬網上的PEDOT。通常，網狀陰極120的最大厚度(即，在基本垂直於與網狀陰極120接 觸的基底IIO表面的方向上網狀陰極120的最大厚度)應小於空穴載流子層 130的總厚度。典型地，網狀陰極120的最大厚度是至少0.1微米(例如，至 少約0.2微米、至少約0.3微米、至少約0.4微米、至少約0.5微米、至少 約0.6微米、至少約0.7微米、至少約0.8微米、至少約0.9微米、至少約l 微米)和/或至多約10微米(例如，至多約9微米、至多約8微米、至多約7 微米、至多約6微米、至多約5微米、至多約4微米、至多約3微米、至 多約2微米)。儘管如圖2所示具有矩形形狀，但開口區域124 —般可具有任意需要 的形狀(例如，方形、圓形、半圓形、三角形、菱形、橢圓形、梯形、不規 則形狀)。在一些實施方案中，在網狀陰極120中的不同開口區域124可具有不同的形狀。儘管如圖3所述具有方形橫截面形狀，實心區域122 —般可具有任意 需要的形狀(例如，矩形、圓形、半圓形、三角形、菱形、橢圓形、梯形、 不規則形狀)。在一些實施方案中，在網狀陰極120中的不同實心區域122 可具有不同形狀。在其中實心區域122具有圓形橫截面的實施方案中，橫 截面可具有約5微米至約200微米的直徑。在其中實心區域122具有梯形 橫截面的實施方案中，橫截面可具有約0.1微米至約5微米的高度和約5 微米至約200微米的寬度。在一些實施方案中，網狀陰極120是柔性的(例如，充分柔軟以使用 連續的巻裝進出製造過程引入光電池100中)。在某些實施方案中，網狀陰 極120是半剛性的或不可彎曲的。在一些實施方案中，網狀陰極120的不 同區域可為柔性的，半剛性的或不可彎曲的(例如， 一個或多個區域柔性和 一個或多個不同區域半剛性， 一個或多個區域柔性和一個或多個不同區域不可彎曲)。通常，網狀電極120可布置在基底110上。在一些實施方案中，網狀電極120可部分嵌入基底110中。基底110通常由透明材料形成。本申請中所提及的透明材料是在光電 池100中使用的厚度下傳輸在光電池運行過程中使用的波長或範圍波長的 入射光的至少約60%(例如，至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少 約85%、至少約90%、至少約95%)的材料。可形成基底110的示例性材料 包括聚對苯二曱酸乙二醇酯、聚醯亞胺、聚萘二曱酸乙二醇酯、聚合烴、 纖維素聚合物、聚碳酸酯、聚醯胺、聚醚和聚醚酮。在某些實施方案中， 該聚合物可為氟化的聚合物。在一些實施方案中，使用聚合物材料的組合。 在某些實施方案中，基底110的不同區域可由不同材料形成。'通常，基底110可為柔性的、半剛性的或剛性的(例如，玻璃)。在一些 實施方案中，基底110具有小於約5，000兆帕的彎曲模量。在某些實施方案 中，基底110的不同區域可為柔性的、半剛性的或不可彎曲的(例如， 一個 或多個區域柔性和一個或多個不同區域半剛性， 一個或多個區域柔性和一 個或多個不同區域不可彎曲)。典型地，基底110為至少約l微米(例如，至少約5微米、至少約10微 米)厚和/或至多約1,000微米(例如，至多約500微米厚、至多約300微米 厚、至多約200微米厚、至多約100微米、至多約50微米)厚。通常，基底110可為著色的或非著色的。在一些實施方案中，基底IIO 的一個或多個部分是著色的，而基底110的一個或多個不同部分是非著色 的。基底110可具有一個平坦的表面(例如，光撞擊其上的表面)、兩個平坦 的表面(例如，光撞擊其上的表面和相反(opposite)表面)、或無平坦的表面。 基底110的非平坦表面可為，例如，彎曲的或階梯狀的。在一些實施方案 中，使基底110的非平坦表面圖案化(例如，具有圖案化的階梯(steps)，以 便形成菲涅耳透鏡、雙凸透鏡或雙凸稜鏡)。空穴載流子層130通常由在光電池100中使用的厚度下傳輸空穴至網 狀陰極120且基本上阻擋電子傳輸至網狀陰極120的材料形成。可形成層 130的材料的例子包括聚噻吩(例如，PEDOT)、聚苯胺、聚乙烯基。卡唑、聚 亞苯基、聚苯基亞乙烯基、聚矽烷、聚亞噻吩基亞乙烯基和/或聚異硫茚(polyisothianaphthanenes)。在一些實施方案中，空穴載流子層130可包括空 穴載流子材料的組合。通常，可根據需要改變在空穴載流子層130的上表面(即，空穴載流子 層130與光活性層140接觸的表面)和基底IIO的上表面(即，基底IIO與網 狀電極120接觸的表面)之間的距離。典型地，在空穴載流子層130的上表 面和網狀陰極120的上表面之間的距離為至少0.01微米(例如，至少約0.05 微米、至少約O.l微米、至少約0.2微米、至少約0.3微米、至少約0.5微 米)和/或至多約5微米(例如，至多約3微米、至多約2微米、至多約1微米)。 在一些實施方案中，在空穴載流子層130的上表面和網狀陰極120的上表 面之間的距離為約O.Ol微米至約0.5微米。光活性層140通常包含電子受體材料和電子供體材料。電子受體材料的例子包括球碳、嚅二唑、碳納米棒、碟狀液晶、無機 納米顆粒(例如，由氧化鋅、氧化鴒、磷化銦、硒化鎘和/或硫化鉛形成的納 米顆粒)、無機納米棒(例如，由氧化鋅、氧化鴒、磷化銦、硒化鎘和/或碌b 化鉛形成的納米棒)、或含能接受電子或形成穩定的陰離子的部分的聚合物 (例如，含CN基團的聚合物、含CF3基團的聚合物)。在一些實施方案中， 該電子受體材料是取代的球碳(例如，PCBM)。在一些實施方案中，活性層 140可包括電子受體材料的組合。電子供體材料的例子包括碟狀液晶、聚噻吩、聚亞苯基、聚苯基亞乙 烯基、聚矽烷、聚噻吩基亞乙烯基、和聚異硫茚。在一些實施方案中，該 電子供體材料是聚(3-己基噻吩)。在某些實施方案中，光活性層140可包括 電子供體材料的組合。通常，光活性層140足夠厚以相對有效地吸收撞擊其上的光子，形成 對應的電子和空穴，和足夠薄以相對有效地分別傳輸空穴和電子至層130 和150。在某些實施方案中，光活性層140為至少0.05微米(例如，至少約 0.1微米、至少約0.2微米、至少約0.3微米)厚和/或至多約l微米(例如， 至多約0.5微米、至多約0.4微米)厚。在一些實施方案中，光活性層140 為約0.1微米至約0.2微米厚。空穴阻擋層150通常由在光電元件100中使用的厚度下傳輸電子至陽 極160並基本上阻擋空穴傳輸至陽極160的材料形成。可形成層150的材 料的例子包括LiF和金屬氧化物(例如，氧化鋅、氧化鈦)。典型地，空穴阻擋層150為至少0.02糹效米(例如，至少約0.03農t米、 至少約0.04微米、至少約0.05微米)厚和/或至多約0.5微米(例如，至多 約0.4微米、至多約0.3微米、至多約0.2微米、至多約O.l微米)厚。陽極160通常由導電材料形成，諸如上述的導電材料的一種或多種。 在一些實施方案中，陽極160由導電材料的組合形成。基底170可由透明材料或不透明材料形成。例如，在其中光電池利用 在使用過程中穿過陽極160的光的實施方案中，基底170期望地由透明材 料形成。可形成基底170的示例性材料包括聚對苯二曱酸乙二醇酯、聚醯亞胺、 聚萘二曱酸乙二醇酯、聚合烴、纖維素聚合物、聚碳酸酯、聚醯胺、聚醚 和聚醚酮。在某些實施方案中，該聚合物可為氟化的聚合物。在一些實施 方案中，使用聚合物材料的組合。在某些實施方案中，基底110的不同區 域可由不同材料形成。通常，基底170可為柔性的、半剛性的或剛性的。在一些實施方案中， 基底170具有小於約5,000兆帕的彎曲模量。在某些實施方案中，基底170 的不同區域可為柔性的、半剛性的或不可彎曲的(例如， 一個或多個區域柔 性和一個或多個不同區域半剛性， 一個或多個區域柔性和一個或多個不同 區域不可彎曲)。通常，基底170是基本上非散射的。典型地，基底170為至少約1微米(例如，至少約5微米、至少約10微 米)厚和/或至多約200微米(例如，至多約100微米、至多約50微米)厚。通常，基底170可為著色的或非著色的。在一些實施方案中，基底170 的一個或多個部分是著色的，而基底170的一個或多個不同部分是非著色 的。基底170可具有一個平坦的表面(例如，在其中在使用過程中光電池100 使用穿過陽極160的光的實施方式中光撞擊其上的基底170的表面)、兩個 平坦的表面(例如，在其中在使用過程中光電元件IOO使用穿過陽極160的 光的實施方式中光撞擊其上的基底170的表面和基底170的相反表面)、或 沒有平坦的表面。基底170的不平坦表面可為，例如，彎曲的或階梯形的。 在一些實施方案中，使基底170的不平坦表面圖案化(例如，具有圖案化的 階梯，以形成菲涅耳透鏡、雙凸透鏡或雙凸稜4免)。圖5示出在基底110和空穴載流子層130之間包括粘合層410的光電池400的橫截面圖。在一些實施方案中，光電池400可在陰極120和空穴 載流子層130之間包括保護層(在圖5中未示出)和/或可在陽極160和空穴阻 擋層150之間包括保護層(在圖5中未示出)。保護層可包括半導體金屬氧化 物或能夠形成該金屬氧化物的金屬。通常，可在粘合層410中使用能將網狀陰極130原位的任意材料。通 常，粘合層410由在光電元件400中使用的厚度下是透明的材料形成。粘 合劑的例子包括環氧樹脂類和聚氨酯。可在粘合層410中使用的可商購的 材料的例子包括BynelTM粘合劑(DuPont)和615粘合劑(3M)。在一些實施方 案中，層410可包括氟化的粘合劑。在某些實施方案中，層410含導電粘 合劑。導電粘合劑可由例如固有導電聚合物形成，諸如上面公開的導電聚 合物(例如，PEDOT)。導電粘合劑也可由含一種或多種導電材料(例如，導 電顆粒)的聚合物(例如，非固有導電的聚合物)形成。在一些實施方案中， 層410包含包括一種或多種導電材料的固有導電聚合物。在一些實施方案中，層410的厚度(即，在基本垂直於與層410接觸的 基底110表面的方向上層410的厚度)小於網狀陰極120的最大厚度。在一 些實施方案中，層410的厚度為網狀陰極120最大厚度的至多約90% (例如， 至多約80%、至多約70%、至多約60%、至多約50%、至多約40%、至多 約30%、至多約20%)。然而，在某些實施方案中，層410的厚度為約等於 或大於網狀陰極130的最大厚度。通過查，可根據需要製造光電池。在一些實施方案中，可如下製備光電池IOO。使用常規技術在基底170 上形成電極160,且在電極160上^l次形成保護層155和空穴阻擋層150(例 如，使用真空沉積法或溶液塗覆法)。然後在空穴阻擋層150上形成光活性 層140(例如，使用溶液塗覆法如縫隙塗布(slotcoating)、旋塗或凹版塗布)。 在光活性層140上形成空穴載流子層130 (例如，使用溶液塗覆法如縫隙塗 布、旋塗或凹版塗布)。然後在空穴載流子層130上形成保護層125 (例如， 使用真空沉積或溶液塗覆法)。在保護層125上設置網狀陰極120。然後使 用常規方法在網狀陰極120和空穴載流子層130上形成基底110。在某些實施方案中，可如下製備光電池。使用常規技術在基底170上 形成電極160,且在電極160上形成空穴阻擋層150 (例如，使用真空沉積 或溶液塗覆法)。在空穴阻擋層150上形成光活性層140(例如，使用溶液塗覆法如縫隙塗布、旋塗或凹版塗布)。在光活性層140上形成空穴載流子層 130(例如，使用溶液塗覆法如縫隙塗布、旋塗或凹版塗布)。使用常身見方法在空穴載流子層130上設置粘合層410。網狀陰極120部分地設置在粘合層 410和空穴載流子層130中(例如，通過在粘合層410表面上設置網狀陰極 120，並壓制網狀陰極120)。然後使用常規方法在網狀陰極120和粘合層410 上形成基底110。在一些實施方案中，可在電才及160或空穴載流子層130上 形成保護層(例如，使用真空沉積或溶液塗覆法)。儘管前述過程涉及將網狀陰極120部分地設置在空穴載流子層130中， 但在一些實施方案中，通過在載流子層130或粘合層410表面上印刷陰極 材料以提供具有圖中示出的開口結構的電極而形成網狀陰極120。例如，可 使用浸塗、^^出塗覆、噴塗、噴墨印刷、絲網印刷和凹版印刷來印刷網狀 陰極120。可將該陰極材料設置在加熱或輻射(例如，UV輻射、可見光輻 射、IR輻射、電子束輻射)時固化的糊料。例如，可通過篩網以網狀圖案真 空沉積該陰極材料，或沉積後可通過光刻法使其圖案化。可使多個光電池電連接以形成光電系統。作為例子，圖6是具有組件 510的光電系統500的示意圖，該組件510包含光電池520。將電池520串 聯電連接，和使系統500與載荷電連接。作為另一個例子，圖7是具有組 件610的光電系統600的示意圖，該組件610包含光電池620。將電池620 並聯電連接，和使系統600與載荷電連接。在一些實施方案中，在光電系 統中一些(例如，全部)光電池可具有一個或多個公共(common)基底。在某些 實施方案中，在光電系統中的一些光電池串聯電連接，和在光電系統中的 一些光電池並聯電連接。在一些實施方案中，可使用連續製造過程諸如巻裝進出或絲網(web)工 藝製造包括多個光電池的光電系統。在一些實施方案中，連續製造過程包 括在第一前進(advancing)基底上形成一組光電池部分；在第一基底上的電 池部分的至少兩個之間設置電絕緣材料；在第 一基底上的至少兩個光電池 部分之間的電絕緣材料中嵌入導線；在第二前進基底上形成一組光電池部 分；將第一和第二基底與光電池部分組合以形成多個光電池，其中至少兩 個光電池通過導線串聯電連接。在一些實施方案中，第一和第二基底可連 續前進、周期性地前進、或不規則地前進。在一些實施方案中，上述的保護層可用於增加串聯型電池中電極的穩定性。在美國專利申請序號No. 10/558,878和美國臨時申請序列號No. 60/790,606、 60/792,635、 60/792,485、 60/793,442、 60/795,103、 60/797,881、 和60/798,258中討論了串聯型光電池的例子，其內容特此引入作為參考。在一些實施方案中，光電池還可包括出上述之外的層。例如，光電池 可包括一個或多個阻擋(barrier)層，以使空氣和溼氣向該光電池中的滲透最 小化。該阻擋層可由金屬(例如，鋁)或聚合物(例如，有機-無機雜化聚合物 如ORMOCER)形成。在一些實施方案中，可在電極和支撐該電極的鄰近基 底之間設置阻擋層。作為另一個例子，光電池可包括一個或多個介電層。 不希望受理論束綽，據信介電層可用於控制光電池界面的電學和/或光學性 質。在一些實施方案中，介電層可包括氧化矽、碳化矽、氮化矽(silicon nitrile)、氧化鈦、氧化鋅、或氟化鎂。儘管已經公開了某些實施方案，其它實施方案也是可能的。作為另一個例子，儘管已經描述了由網形成的陰極，但在一些實施方 案中可使用網狀陽極。這可以是合乎需要的，例如，當使用通過由陽極傳 輸的光時。在某些實施方案中，可使用網狀陰極和網狀陽極兩者。這可以 是合乎需要的，例如，當使用通過由陰極和陽極兩者傳輸的光時。作為例子，儘管已經概括地描述了其中使用通過電池的陰極側傳輸的 光的實施方案，但在某些實施方案中使用通過電池的陽極側傳輸的光(例如， 當使用網狀陽極時)。在一些實施方案中，使用通過電池的陰極和陽極側兩 者傳輸的光(當使用網狀陰極和網狀陽極時)。作為再一個例子，儘管已經描述了由導電材料形成的電極(例如，網狀 電極、非網狀電極)，但在一些實施方案中光電池可包括由半導體材料形成 的一個或多個電極(例如， 一個或多個網狀電極、 一個或多個非網狀電極)。 半導體材料的例子包括氧化銦錫、氟化的氧化錫、氧化錫和氧化鋅。作為額外的例子，在一些實施方案中，可在網狀電極的開口區域中設 置一種或多種半導體材料(例如，在網狀陰極的開口區域中、在網狀陽極的 開口區域中、在網狀陰極的開口區域中和在網狀陽極的開口區域中)。半導 體材料的例子包括氧化錫、氟化的氧化錫、氧化錫和氧化鋅。也可在網狀 電極的開口區域中設置其它半導體材料如部分透明半導體聚合物。例如， 部分透明聚合物可為在光電池中使用的厚度下傳輸在該光電池運行過程中 使用的波長或範圍波長的入射光的至少約60%(例如，至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、至少約95%)的聚合物。典 型地，在網狀電極的開口區域設置的半導體材料在光電元件中使用的厚度 下是透明的。作為另一個例子，在某些實施方案中，保護層可施加至所述基底的一 個或兩者上。保護層可用於例如使光電池隔離汙染物(例如，灰塵、水、氧、 化學品)和/或使該元件耐用。在某些實施方案中，保護層可由聚合物(例如， 氟化聚合物)形成。作為另一個例子，儘管已經描述了具有一個或多個網狀電極的某些類 型的光電池，也可在其它類型的光電池中使用一個或多個網狀電極(網狀陰 極、網狀陽極、網狀陰極和網狀陽極)。這種光電池的例子包括具有活性材 料的光電池，該活性材料由非晶矽、硒化鎘、碲化鎘、硫化銅銦、和砷化 銅銦鎵形成。作為額外的例子，儘管已經描述了材料302和304由不同材料形成， 但在 一些實施方案中材料3 02和3 04由相同材料形成。作為另一個例子，儘管在圖4中示出的實心區域122由一種材料塗布 在不同材料上形成，但在一些實施方案中實心區域122可由多於兩種的塗 覆材料(例如，三種塗覆材料、四種塗覆材料、五種塗覆材料、六種塗覆材 料)形成。作為又一個例子，儘管已經描述了具有一個或多個保護層的光電池， 但也可在其它有機器件(例如，其中電極可被氧化的器件)中使用一個或多個 保護層。該有機器件的例子包括有機光探測器、有機發光二極體、或有機 場效應電晶體。以下例子是說明性的且不用於限制本發明。實施例製備具有以下組成的光電元件玻璃/ITO/ 50 nm PEDOT PH/來自 OCDB的> 1 (am共混物(> 1 |am blend from OCDB)/10 nm Ti〃0 nm Al。選擇 Ti作為Al陽極的保護層，因為它具有潛在的優點(l)Ti具有與PCBM的 LUMO良好匹配的導帶(即，約4.3 eV)和(2)Ti形成具有與PCBM的LUMO 良好匹配的導帶的導電氧化物。上面製備的光電池經歷在具有UV過濾器的室中進行的光吸收(soak)測 試。該光電池不包括封裝(encapsulation)層。在時間零點和16小時光吸收後的測試結果概括在下面表1中。表1Ti/Al電極面積(cm2)Voc(V)(mA/cm2)效率(％)填充因數 (%)時間零點0.1720.568.2292.1847.316小時的 光吸收後0.1720.416.171.0340.7結果表明，在16小時的光吸收之後，該光電池的效率輕微退化。還繪 制了該光電池的J-C曲線。曲線表明，在光電池中Ti層可與Al電極結合 使用。其它實施方案在權利要求中。
權利要求
1.一種製品，包括第一和第二電極；在該第一和第二電極之間的光活性層，該光活性層包括電子受體材料和電子供體材料；和在該光活性層與該第一和第二電極的至少一個之間設置的材料，該材料不同於該第一和第二電極的至少一個和包括半導體金屬氧化物或能夠形成半導體金屬氧化物的金屬，其中該製品是光電池。
2. 權利要求l的製品，其中該材料包括半導體金屬氧化物。
3. 權利要求2的製品，其中該半導體金屬氧化物包括氧化鈦、氧化鋅、 氧化錫、氧化鵠、氧化銅、氧化鉻、氧化銀、氧化鎳、氧化金、或其組合。
4. 權利要求1的製品，其中該材料包括能夠形成半導體金屬氧化物的金屬。
5. 權利要求4的製品，其中該金屬包括鈦、金、銀、銅、鉻、錫、鎳、 鋅、或鴒、或其組合。
6. 權利要求1的製品，其中該材料具有至多約1,000歐姆/平方(Ohm/sq) 的表面電阻率。
7. 權利要求1的製品， 阻率。
8. 權利要求1的製品， 阻率。
9. 權利要求1的製品，
10. 權利要求1的製品
11. 權利要求1的製品其中該材料具有至多約10歐姆/平方的表面電其中該材料具有至多約0.1歐姆/平方的表面電其中該材料形成厚度為至少約0.1 nm的層。 其中該材料形成厚度為至多約50nm的層。 其中該電子受體材料包括選自以下的材料球 碳、無機納米顆粒、哺二唑、碟狀液晶、碳納米棒、無機納米棒、含CN基 團的聚合物、含CF3基團的聚合物、及其組合。
12. 權利要求l的製品，其中該電子受體材料包括取代的球碳。
13. 權利要求1的製品，其中該電子供體材料包括選自以下的材料碟狀液晶聚噻吩、聚亞苯基、聚苯基亞乙烯基、聚矽烷、聚噻吩基亞乙烯基、和聚異石充茚(polyisothianaphthalenes)。
14. 權利要求l的製品，其中該電子供體材料包括聚(3-己基噻吩)。
15. 權利要求1的製品，其中該第一和第二電極的至少一個包括網狀電極。
16. 權利要求l的製品，其中該第一和第二電極的至少一個包括金屬。
17. —種器件，包括 第一和第二電極；在該第一和第二電極之間的有機半導體層；和在該半導體層與該第一和第二電極的至少一個之間設置的材料，該材 料不同於該第一和第二電極的至少一個和包括半導體金屬氧化物或能夠形 成半導體金屬氧化物的金屬。
18. 權利要求17的器件，其中該材料包括半導體金屬氧化物。
19. 權利要求18的器件，其中該半導體金屬氧化物包括氧化鈦、氧化 鋅、氧化錫、氧化鴒、氧化銅、氧化鉻、氧化銀、氧化鎳、氧化金、或其 組合。
20. 權利要求17的器件，其中該材料包括能夠形成半導體金屬氧化物 的金屬。
21. 權利要求20的器件，其中該金屬包括鈦、金、銀、銅、鉻、錫、 鎳、鋅、或鴒、或其組合。
22. 權利要求17的器件，其中該器件是有機光電池、有機光探測器、 有機發光二才及管、或有機場效應電晶體。
23. —種方法，包括 通過連續過程形成權利要求1的製品。
24. 權利要求23的方法，其中該連續過程是巻裝進出過程。
25. —種方法 ，包括 通過連續過程形成權利要求17的器件。
26. 權利要求25的方法，其中該連續過程是巻裝進出過程。
全文摘要
公開了一種穩定的有機器件、以及相關組件、系統、和方法。
文檔編號H01L51/00GK101228644SQ200680025574
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月13日 優先權日2005年7月14日
發明者克裡斯託夫·布拉貝克, 克裡斯託夫·沃爾道夫, 凱文·科克利, 派屈克·登克, 李光錫, 馬庫斯·沙伯, 馬庫斯·科佩 申請人:科納卡技術股份有限公司