光電設備的製作方法

2023-08-11 15:28:51 2

專利名稱：光電設備的製作方法
技術領域：
本文公開的內容涉及一種光電設備，其用於在暴露於寬光譜光線一例如日光一時產生電流。本文所述的材料可用於有機太陽能電池。
背景技術：
光電設備通常包含一層夾在兩個電極(即陰極和陽極)間的光敏材料。該光敏層可吸收由輻射——例如日光——發射的光子的能量。該光子能產生激子，或結合電子-空穴對。依據材料，在自發重組發生前，電子和空穴可移動較短的距離(幾納米數量級)。激子可移至一個接合點，在該處電子和空穴可分開，從而電子被集中於一個電極且空穴被集中於另一個電極。這使得電流流經外電路。這種光吸收和電荷產生限於有機光電設備中。由於有機半導體材料的低成本潛力、輕質和易於加工，其引起了人們的興趣。然而，通常用於有機太陽能電池中的材料不能最佳地匹配太陽光譜，導致通過設備的大部分光能損失(即沒有轉化成電流)和較低的功率轉化效率。由於總太陽輻射的一半以上位於高於650nm波長處，所以俘獲約650nm至約 IOOOnm的這個近紅外(NIR)範圍內的較長波長是有利的。一組已深入研究過的材料是金屬酞菁，其為在環狀分子的中心包含金屬原子的小分子。金屬酞菁通常具有高吸收係數(α > IO5CnT1)和約10_3cm2/V · sec的空穴遷移率。 其通常在紅光至近紅外波長處具有Q-帶波峰。然而，其也具有相對較窄的吸收曲線。有利的是提供一種能俘獲更多存在於日光中的光能並產生更大量的電，以提高設備的功率轉化效率的光電設備。

發明內容
在本文的多個實施方案中公開了具有改進的總功率轉化效率(PCE)的光電設備。 一般而言，所述光電設備包括兩個半導體層。第一層包含酞菁。第二層包含聚噻吩和電子受體的摻合物。第一層靠近陽極，第二層靠近陰極。在其他實施方案中公開了一種光電設備，其包括基材；所述基材之上的陽極；包含酞菁的第一半導體層；包含聚噻吩和電子受體的第二半導體層；和陰極。第一和第二半導體層位於陽極和陰極之間。第一半導體層比第二半導體層在距離上更靠近陽極。所述的聚噻吩具有式(II)的結構
權利要求
1. 一種光電設備，其包括 基材；所述基材上的第一電極； 包含酞菁的第一半導體層； 包含聚噻吩和電子受體的第二半導體層；和第二電極；其中所述的第一和第二半導體層位於所述的第一電極和第二電極之間，第一半導體層比第二半導體層在距離上更靠近第一電極；且其中所述的聚噻吩為式(II)
2.權利要求1的光電設備，其中酞菁為式(I)其中M為二價、三價或四價金屬原子；X為羥基或滷素，且η為從0至2的整數，或(X) n = 0 ；每個m代表苯環上R取代基的數量，且獨立地為0至6的整數；每個R獨立地選自滷素、烷基、被取代的烷基、烷氧基、被取代的烷氧基、苯氧基、苯硫基、芳基、被取代的芳基、雜芳基、-CN和-NO2 ；且ρ為0或1。
3.權利要求1的光電設備，其中所述的酞菁為氧化鈦酞菁、氯化銦酞菁、二氫酞菁或銅酞菁。
4.權利要求1的光電設備，其中所述的聚噻吩為式(III)式(I)
5.權利要求1的光電設備，其中聚噻吩為式(8)
6.權利要求1的光電設備，其中聚噻吩與電子受體的重量比為1 99至99 1。
7.權利要求1的光電設備，其中電子受體為C6tl富勒烯、W，6]_苯基-C61-丁酸甲酯 (PCBM)、C70富勒烯、W，6]_苯基-C71- 丁酸甲酯或富勒烯衍生物。
8.權利要求1的光電設備，其中所述的第一電極包括氧化銦錫、氧化氟錫、摻雜的氧化鋅、聚(3，4-亞乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)、碳納米管或石墨烯。
9.一種光電設備，其按順序包括 基材；所述基材上的陽極； 電子阻擋層；包括酞菁的第一半導體層；包括聚噻吩和W，6]_苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的第二半導體層；和所述第二半導體層上的陰極； 其中所述的聚噻吩為式(II)
10. 一種光電設備，其按順序包括 透光基材；所述基材上的氧化銦錫電極；包括聚(3，4_亞乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)的電子阻擋層； 包括氧化鈦酞菁的第一半導體層；包括聚(3，3』」-雙十二烷基四噻吩)和W，6]_苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的第二半導體層；和置於所述第二半導體層上的鋁電極。
全文摘要
公開了一種光電設備。該光電設備包括基材、陽極、陰極和兩個半導體層。第一半導體層包括酞菁。第二半導體層包括聚噻吩與電子受體的摻合物。這些層的互補吸收曲線導致具有更大的吸收和效率的設備。
文檔編號H01L51/42GK102544372SQ20111031486
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月17日 優先權日2010年10月22日
發明者A·P·阮, N·M·巴姆塞, R·A·克蘭科勒 申請人:施樂公司