所述两个电极之间 的无机亚电池和布置在所述无机亚电池上的有机敏化窗口层，其中所述无机亚电池包含具 有带隙能（Ee)的至少一种无机半导体材料。这一器件的非限制性实例示于图1中。所述 有机敏化窗口层可能与具有带隙能（Ee)的所述至少一种有机半导体材料物理接触。在一 些实施方式中，所述有机敏化窗口层不与具有带隙能（Ee)的所述至少一种有机半导体材料 物理接触。
[0064] 本文中谈及和描述的无机亚电池可能包含p_n结，例如本领域已知的用于常规高 效无机太阳能电池的任何P_n结。这示于图2中。尽管图2显示了包含形成p-n结的基 极（base)和发射极的简单无机亚电池，应理解所述无机亚电池可能包含本领域已知的用 于无机太阳能电池的另外的层和/或P-n结可以以本领域已知的任何方式取向。所述p-n 结可以包含选自例如如下的至少一种半导体材料：III-V族材料Ge、Si、CdTe、ZnTe、铜铟镓 (二）硒化物（CIGS)和其组合。在一些实施方式中，所述III-V族材料是GaAs、InP、GaN 和AIN。
[0065] 如本文中描述的有机敏化窗口层被设计用于增加下伏无机亚电池的效率。
[0066] 在一个方面，所述有机敏化窗口层包含单线态裂变材料。所述单线态裂变材料在 300nm-700nm范围内的一个或多个波长处可显示至少103cm1的光吸收率。
[0067] 在这一方面，在所述单线态裂变材料吸收光后，通过能量从所述单线态裂变材料 的三线态经扩散至所述有机层和所述无机亚电池的界面的直接Dexter转移（即非辐射 的），发生向下伏无机亚电池的能量转移。因此，在一些实施方式中，所述单线态裂变材料显 示与所述至少一种无机半导体材料的带隙能Ee基本上匹配的激发三线态能量（ETSF)。在整 个这一公开内容中使用的"基本上匹配"是指< 〇. 3eV的能量差。在一些实施方式中，能量 差为< 0. 2eV、< 0.leV、或< 0. 05eV。可通过给体/受体和/或氮取代来很好地调谐所述 单线态裂变材料的单线态/三线态能量。在这种方式下，可以调谐所述单线态裂变材料的 激发三线态能量（ETSF)以与所述至少一种无机半导体层的带隙能Ee基本上匹配。
[0068] 用于使所述单线态裂变材料的激发三线态能量（ETSF)与所述至少一种无机半导 体层的带隙能Ee基本上匹配的另一种方法是通过使用无机能量匹配层。因此，在一些实施 方式中，所述无机亚电池包含至少一个P-n结和安置在所述至少一个p-n结和所述有机敏 化窗口层之间的无机能量匹配层，其中所述无机能量匹配层包含所述至少一种无机半导体 材料。在这一实施方式中，所述至少一种无机半导体材料的带隙能（Ee)能够与所述单线态 裂变材料的激发三线态能量（ETSF)基本上匹配。例如，可以选择无机能量匹配层以提供与 所述单线态裂变材料的激发三线态能量（ETSF)基本上匹配的带隙能Ee。所述至少一种无机 半导体层可包含III-V族材料。如在图5中的非限制性实例中示出的，在所述有机敏化窗 口层和所述发射极之间安置Ir^Gai xAs能量匹配层。例如，通过将In/Ga浓度从x=0调节 至0. 2,可以将这一三元件的带隙从1. 42eV调谐至1.leV。单线态裂变材料例如并四苯的 单晶片，可通过OVH)生长和通过诸如压焊的技术直接连接至InGaAs表面。生长可以在模 板基底上通过ovro反应器的冷壁上的成核来进行，或者可以通过溶液生长从熔体沉淀。
[0069] 上面提到的Dexter能量转移示于图3中。虚线椭圆显示混合型Wannier-Mott/ Frenkel电荷转移态，其由从所述单线态裂变材料向无机亚电池如Si电池的直接Dexter转 移形成。如示出的，在单线态裂变后，三线态激子扩散至所述有机层和所述无机亚电池的界 面。在那儿，其与无机半导体例如具有带隙能（Ee)的所述至少一种半导体材料的能带耦合， 并将其能量转移至弱结合的无机激子态，或直接转移至能带边缘自由载子态。无机激子态 被快速热化，产生自由载子。在电池的后部接触层（发射极）处收集一种载流子类型，并将 反型载流子扫除至顶部电池接触层。
[0070]图4还显示了所述有机材料的三线态向无机半导体的直接能量转移。各种速率 (k)如下定义：kflg裂变的速率，1^是三线态衰变的速率，1^是单线态衰变的速率，kDM是 Dexter转移的速率，和是所述亚电池的无机半导体中的自由载子重组的效率。"Dexter 能量转移"机制在激子三线态是非辐射型时占优势。Dexter转移的速率可以表示如下：
[0071] kDex=KJ; -fexp(_2z/L) (1)
[0072] 其中K是常数，J^f是三线态的发射与半导体介质的吸收之间的重叠的积分（即， 其是激发态物种的初始态和最终态之间的轨道能量共振的测量），z是分子与半导体之间 的距离，和L是特征隧道距离。总之，这一过程涉及电子和空穴从初始态（有机）向最终态 (无机半导体）在距离z上的一致的和同时的转移。
[0073] 根据方程式（1)，所述无机亚电池内的自由电荷生成应在所述无机亚电池基极区 的扩散长度LD内发生。因此，例如在图3中所示的，所述发射极层不应厚于电子扩散长度。 还要注意，在所述无机亚电池表面上的原生氧化物可以对三线态转移制造屏障。因此，在一 些实施方式中，通过例如用HF蚀刻剥离所述无机亚电池的表面。另外，带CH3端基的表面 可能给出所述有机敏化窗口层向所述无机亚电池表面如Si表面的提高的粘合/润湿。
[0074] 在一些实施方式中，以使得不超过所述单线态裂变材料的三线态扩散长度的 方式选择有机敏化窗口层的厚度。在特定实施方式中，所述有机敏化窗口层的厚度在 0. 01ym_2ym、0. 1ym_2ym或0. 1ym-1ym的范围内。尽管应该以使得不超过所述单线 态裂变材料的激子扩散长度的方式选择有机敏化窗口层的厚度，以防止三线态损失成非辐 射衰变，但是这因期望实现窗口层中的高光学密度而加以平衡。因此，在一些实施方式中， 所述单线态裂变材料显示长程晶体有序。在一些实施方式中，所述单线态裂变材料是单晶 膜。这种晶体有机材料显示长的扩散长度，其允许更厚的有机敏化窗口层，产生更高的光学 密度。长程晶体有序的有机材料和有机单晶膜可使用本领域已知的有机气相沉积（0VPD) 技术进行生长。
[0075] 在一些实施方式中，包含所述单线态裂变材料的所述有机敏化窗口层与所述无机 亚电池的所述至少一种无机半导体材料物理接触。在一些实施方式中，包含所述单线态裂 变材料的所述有机敏化窗口层与所述无机亚电池的所述至少一种无机半导体材料的距离 在< 2nm范围内。
[0076] 在一些实施方式中，所述单线态裂变材料可以被沉积到模板层表面如 3, 4, 9, 10-二萘嵌苯四甲酸二酐（PTCDA)的lnm厚的膜上，以形成连续性膜。例如，在PTCDA 的表面上沉积二苯基异苯并呋喃可以生成连续性膜。如在图12中所示，沉积的二苯基异苯 并呋喃膜的吸光度测量确认了，所述膜具有200%单线态裂变效率所需的相同形态。
[0077] 可以从满足如上定义的条件EsSF多2ETSF的材料中选择所述单线态裂变材料。合 适的单线态裂变材料的实例包括多并苯、萘嵌苯、红荧烯和类双自由基。在特定实施方式 中，所述单线态裂变材料选自蒽、并四苯（ESSF= 2. 3eV，ETSF= 1.25eV)、并五苯、红荧烯和 其衍生物。在特定实施方式中，所述单线态裂变材料选自苯并呋喃和相关化合物。这些示 例性材料的二聚体分子也可以适用于所述单线态裂变材料。例如，如在图13A中所示的，通 过围绕二苯撑环烷烃中心制备并苯二聚体如并四苯二聚体，可以形成滑出式堆垛（slipped stack)布置。因此，共价二聚体的厚膜，单独地或掺杂到主体基质中，可给出迅速的和有效 的单线态裂变。如在图13B中所示的，也可以使用芳族连接。在一些实施方式中，所述并苯 具有在边缘的闭合Jr-接触，但不是在整个面上。诸如在图13C中描述的那些的分子在边 缘上具有接近3A的并苯间的间距，但是因为体系不是共平面的，各个并苯的平衡点相 互之间为4-5A远。可以使用图13中示出的R基团来通过空间控制对并苯的相互作用进行 微调。
[0078] 在特定实施方式中，所述单线态裂变材料可选自还满足条件EaSF)2>2ETSF的材料， 其中SF)2为下一个最高三线态。
[0079] 本文中描述的所述至少一种无机半导体材料可包含选自如下的材料：III-V族材 料，Si，Ge，CdTe，ZnTe和铜铟镓（二）硒化物（CIGS)。在特定实施方式中，所述至少一种 无机半导体材料选自GaAs、InP、GaN、A1N和InGaAs。
[0080] 在另一方面，所述有机敏化窗口层包含单线态裂变主体和磷光发射体掺杂剂，其 中所述单线态裂变主体显示比所述磷光发射体掺杂剂显示的激发三线态能量（E