光生伏打部件及其製造方法
2023-05-05 13:57:36
專利名稱：光生伏打部件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種包含有經改進的頂部電極的有機部件及其製造方法。
背景技術：
例如，從2002P14485DE中可以得知通常具有如下電池結構的光生伏打元件。
正極(通常是ITO，氧化銦錫)澱積在基板上。在其上澱積中間層，其中適當地為例如由具有PSS作為陰離子的PEDOT製成的空穴導通層。鄰接的層是吸附層，即，光生伏打活性層，這通常是有機半導體(例如，具有富勒烯的共軛聚合物的混合物)。之後接著是負極，陰極(例如，Ca/Ag或LiF/Al)。迄今為止，用作陰極材料的是非貴金屬，比如鈣、鋇、氟化鋰、或類似的具有低逸出功的材料。這些電極是通過氣相沉積或濺射產生的。但是，這些陰極材料的感光度要求由它們製備的層必須是在真空中產生以得到最好的結果。
由於幾個原因，使用真空施加的頂部電極作為陰極通常不是令人滿意的，其一是因為在真空中進行氣相沉積工藝步驟成本高昂，另外就是因為從製造工程的觀點來看，其較慢且維護程度高。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種有機光生伏打部件，該有機光生伏打部件至少包括具有底部電極、功能層和頂部電極的基板，並且無需真空製造步驟即可生產。
本發明涉及包括主要由有機材料製成的頂部電極的光生伏打部件。本發明還涉及製造光生伏打部件的方法，其中，在基板上施加底部導電功能層(電極)，其上是半導體性的光生伏打活性功能層，最後，將頂部有機導電功能層施加到該半導體性的光生伏打活性功能層上。
具體實施例方式
術語「光生伏打部件」指代任何這樣的部件，其包含半導體性的光敏功能層和由有機或無機材料製備的底部電極；半導體性的光生伏打活性功能層；以及由主要的有機材料製成的上導電功能層(電極)。
在一個實施例中，頂部電極是由半透明的材料形成，因為光子通過半透明的頂部電極撞擊該半導體性的光生伏打活性功能層，所以基板不再需要具有任何透明性。迄今為止，ITO由於其導電性和透明性而主要被用作基板和/或底部電極，但在該情形中，這種昂貴的ITO材料可以被替換為更便宜的材料，比如Al、Ti、Cu或其他金屬板或箔。
在一個實施例中，產生了反轉的結構，即，將公知的由非貴金屬製成的上陰極性電極由有機導電材料(其在該情形中不是半透明的而是非透明的)替換，這倒轉了電流的方向，使得在ITO(氧化銦錫)作為底部電極和/或基板的情形中，頂部電極是正極，而負極在基板一側。
在一個實施例中，有機光生伏打元件是由如下有機材料構建的。
施加到由ITO製成的基板的是半導體層，例如，P3HTPCBM(聚3-己基噻吩[6，6]-苯基C61丁酸甲脂)混合物(低帶隙)，其形成了光生伏打活性功能層。之後接著的是例如PEDOT的有機導電功能層。
本文中，術語「有機材料」和/或「功能聚合物」涵蓋了所有類型的有機、金屬有機和/或無機合成材料，它們在英語中例如表述為術語「塑料」。這包括除用於常規二極體(鎵、矽)的半導體以及典型的金屬性導體以外的所有類型的材料。因此，本文並非意於將有機材料教條地限定為含碳的材料，而相反，例如廣泛使用的矽酮也可以在考慮之中。而且，該術語也並不打算對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」。
在本方法的一個實施例中，有機電子光生伏打活性元件可以通過如下的工藝步驟生產首先，對半透明的基板，例如ITO基板塗覆半導體性的有機材料。該塗層優選地通過適合於大規模生產的技術完成，比如印刷、旋塗等。頂部電極層優選地由導電有機材料製成，並優選地通過印刷技術施加到半導體性功能層。
在一個實施方案中，在製造頂部電極層之後，印上例如銀導電漿的漏洩連接件以減少歐姆損耗。或者，例如可以使用碳絲網印刷漿料，但是也可以想到通過低成本的金屬化，比如濺射或氣相沉積來產生導電路徑。
在本文中，術語「有機電子光生伏打活性元件」例如指代太陽能電池、光電檢測器或任何其他類型的具有光生伏打活性功能層作為它的基本元件的電子模塊。
下面參考示範性的附圖
對本發明進行更加詳細地說明，附圖示意性地呈現了有機光生伏打活性元件。
向基板1施加底部電極2，其中，基板1例如可以由薄箔或薄(超薄)的玻璃製成，底部電極2例如可以由ITO製備為半透明的，或由比如鋁、鉻、鉬、銅和/或鋅的金屬製備為非透明的。向底部電極2施加半導體層3，該半導體層3是光生伏打活性的，可以由有機物或金屬或混合材料形成，並優選地具有溶劑處理性。在該層之後是上導電功能層或頂部電極4，這可以實施為半透明的或完全吸收性的。
尤其由美國專利第5,454,880號和第5,333,183號已知了適合的光敏層，其可以包括一種或多種半導體性的合成材料，這可以是以單分子、低聚物和/或高聚物形式出現，其也可以包括無機顆粒和/或非顆粒。可以存在具有相似或不同電子親和性和/或不同帶隙的兩種或更多的共軛有機合成材料、無機顆粒和/或非顆粒的混合物。
例如，可以通過熱氣相沉積或化學/物理氣相沉積(CVD)來製造有機分子、低聚物和分子混合物的薄層。
共軛聚合物和含有共軛聚合物的混合物的薄層可以通過旋塗製造，但是也可以通過其他通常的方法製造，例如絲網印刷、噴墨印刷、柔版印刷、凹版印刷、凸版印刷或平版印刷(或其它/類似溶劑沉積工藝)。如果使用聚合物，這些層可以被澱積在撓性基板上。
典型的半導體共軛聚合物的示例包括聚乙炔(PA)及其衍生物，聚異硫茚(PITN)及其衍生物，聚噻吩(PT)及其衍生物，聚吡咯(PPr)及其衍生物，聚2，5-噻吩乙烯(PTV)及其衍生物，聚芴(PF)及其衍生物，聚p-亞苯(PPP)及其衍生物，聚亞苯乙烯(PPV)及其衍生物，以及聚喹啉及其衍生物，聚咔唑及其衍生物，和半導體性聚苯胺(leucomeraldine和/或leuceemeraldine基)。
在施主/受主聚合物混合物中受主的示例包括，但不限於聚苯腈乙烯、比如C60的富勒烯及其功能性衍生物(比如PCBM，PCBR)以及有機分子、有機金屬分子或無機納米顆粒(比如，CdTe、CdSe、CdS、CIS)。
此外，任何所使用的太陽能電池還可以被構建為兩個分開的層，其中，施主與受主在空間上分開(例如，PT/C60或PPV/C60)。
本發明涉及包含有經改進的頂部電極的有機部件及其製造方法。頂部電極是由有機材料製成的，該有機材料優選地，但並不一定是通過印刷方法施加的。該有機材料使得可以將靠上的電極製備為半透明的，從而可以使用便宜的非透明電極來替代ITO作為底部電極；在另外的情形中，其中，頂部電極是非透明的，而底部電極是半透明且由ITO製成，以產生了具有反轉結構和相反電流的光生伏打部件，因為此時頂部電極成為了正極。
權利要求
1.一種光生伏打部件，包括底部電極；光生伏打活性層；以及在其上主要由有機材料製成的頂部電極。
2.根據權利要求1所述的部件，其中，所述頂部電極是半透明的。
3.根據權利要求1所述的部件，其中，所述頂部電極是正極。
4.根據前述一個權利要求所述的部件，其中，有漏洩連接件澱積於所述頂部電極上以降低歐姆損耗。
5.根據權利要求4所述的部件，其中，所述漏洩連接件由銀導電漿製成。
6.一種用於製造光生伏打部件的方法，其中，向基板施加底部導電功能層，在其上是半導體性的光生伏打活性功能層，最後，將頂部有機導電功能層施加到所述半導體性的光敏功能層。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述頂部基板通過印刷技術施加。
全文摘要
本發明涉及一種包括經改進的頂部電極的有機部件及其製造方法。頂部電極由通過印刷技術方式施加的有機材料製成。
文檔編號H01L51/42GK1729580SQ200380107254
公開日2006年2月1日 申請日期2003年11月21日 優先權日2002年11月29日
發明者克里斯多福·布拉比克, 克里斯多福·沃爾多夫 申請人:科納卡技術股份有限公司