有机光伏器件的杂化平面缓变异质结的制作方法_4

文档序号:8927139阅读:来源:国知局
VW内的材料。在某些实施方式中,所具有的HOMO能在所述至少一种供体材料的 HOMO能的0. 3eVW内、0. 2eVW内、0.leVW内或0. 〇5eVW内的材料是与所述至少一种供体 材料相同的材料。
[0069] 在一些实施方式中,所述第二光活性层120具有的厚度在所具有的HOMO能在所 述至少一种供体材料的HOMO能的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的2倍W内,1. 5倍W 内,或1倍W内。在一些实施方式中,所述第二光活性层具有的厚度在所具有的HOMO能在 所述至少一种供体材料的HOMO能的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的5nmW内,4nmW 内,3皿W内,2皿W内,1皿W内,或0. 5皿W内。在某些实施方式中,所述第二光活性层具 有的厚度小于60皿,小于50皿,小于40皿,小于30皿,小于25皿,小于20皿,小于15皿,小于 lOnm,小于8nm,小于5nm,小于3nm,或小于Inm。
[0070] 在一些实施方式中,所述第一光活性层140具有的厚度在所具有的LUMO能在所述 至少一种受体材料的LUMO能的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的2倍W内、1.5倍W内、 或1倍W内,并且所述第二光活性层120具有的厚度在所具有的HOMO能在所述至少一种供 体材料的HOMO的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的2倍W内、1. 5倍W内、或1倍W内。
[0071] 如图3中所示,本文中还公开了有机光敏光电子器件200,其包含;处于叠置关系 的两个电极210和250 ;位于所述两个电极之间的混合光活性层230,其中所述混合光活性 层具有第一边界界面260和第二边界界面270并包含具有HOMO能的至少一种供体材料和 具有LUM0能的至少一种受体材料,其中所述混合层中的所述至少一种受体材料的浓度在 第一边界界面260处最高并朝着第二边界界面270的方向降低,并且其中所述混合层中的 所述至少一种供体材料的浓度在第二边界界面270处最高并朝着第一边界界面260的方向 降低讯
[0072] 与所述混合光活性层相邻并与第二边界界面270面接的光活性层220,其中所述 光活性层包含所具有的HOMO能在所述至少一种供体材料的HOMO能的0. 3eVW内的材料。
[0073] 如图3所示,在一些实施方式中,混合光活性层230与电极250相邻和面接。在 其他实施方式中,所述器件还可W包含在电极250和混合光活性层230之间的至少一个 缓冲层。所述至少一个缓冲层可W与所述混合光活性层相邻布置并可W与其面接。所述 缓冲层可W选择,W免抑制电子传输到电极250。在一些实施方式中,所述缓冲层是电子 传输材料。在一些实施方式中,所述缓冲层是激子阻挡型电子传输材料。所述缓冲层可 W包含本领域已知的材料,例如有机材料。缓冲材料的实例包括但不限于浴铜灵炬CP), 红菲绕咐炬化en),l,4, 5, 8-蒙-四駿酸二酢(NTCDA),3, 4, 9, 10-巧四駿酸双苯并咪挫 (PTCBI),1,3,5-S(N-苯基苯并咪挫-2-基)苯(TPBi),S(己酷基丙酬酸根合)钉(III) (Ru(acac)3),和苯酪侣(III) (Alq20PH),N,N'-二苯基-N,N'-双-a-蒙基联苯胺(NPD), S(8-哲基嗟咐)侣(Alq3),和巧挫联苯(CB巧。在一些实施方式中,所述缓冲层是自组装 单层。
[0074] 如前所述,所述电极的一个可W是阳极,而另一个电极可W是阴极。例如,在图3 中,电极210可W是阳极,而电极250可W是阴极。
[0075] 混合光活性层230是缓变异质结层。它包含如本文中描述的至少一种具有HOMO 能的供体材料和至少一种具有LUM0能的受体材料。
[0076] 如图3中所示,光活性层220与混合光活性层230相邻并与第二边界界面270面 接。所述光活性层相对于所述混合光活性层的所述至少一种受体材料可W是供体,并且可 W促进空穴传输到电极210。在所述光活性层中产生的激子可扩散到所述混合光活性层 (即,所述缓变异质结层),在其中它们可W解离成电子和空穴。所述光活性层包含所具有 的HOMO能在所述混合光活性层的所述至少一种供体材料的HOMO能的0. 3eVW内、0. 2eV W内、0.levW内、或0. 〇5eVW内的材料。在一些实施方式中,构成所述光活性层的材料的 至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少96%、至少97%、至 少98%、至少99%或至少99. 9%是所具有的HOMO能在所述至少一种供体材料的HOMO能 的0. 3eVW内、0. 2eVW内、0.levW内或0. 〇5eVW内的材料。在某些实施方式中,所具有 的HOMO能在所述至少一种供体材料的HOMO能的0. 3eVW内、0. 2eVW内、0.leVW内、或 0. 05eVW内的材料是与所述至少一种供体材料相同的材料。
[0077] 在一些实施方式中,所述光活性层220具有的厚度在所具有的HOMO能在所述至少 一种供体材料的HOMO的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的2倍W内、1. 5倍W内、或1倍 W内。在一些实施方式中,所述光活性层具有的厚度在所具有的HOMO能在所述至少一种供 体材料的HOMO能的0. 3eVW内的材料的激子扩散长度的5皿W内,4皿W内,3皿W内,2皿W内,InmW内,或0. 5nmW内。在某些实施方式中,所述光活性层具有的厚度小于60nm,小 于50nm,小于40加1,小于30nm,小于25nm,小于20nm,小于15nm,小于lOnm,小于8nm,小于 5nm,小于3nm,或小于Inm。
[007引本公开的有机光敏光电子器件还可W包含本领域已知用于该样的器件的附加层。 例如,器件还可W包含电荷载流子传输层和/或缓冲层例如一个或多个阻挡层,例如激子 阻挡层巧化)。该些附加层可W位于电极和所述光活性层之间。阻挡层的实例描述于美国 专利公布No. 2012/0235125和 2011/0012091 中与美国专利No. 7, 230, 269和6, 451,415 中, 它们针对它们的阻挡层公开内容在此引为参考。
[0079] 另外,所述器件还可W包含至少一个平滑层。平滑层可W位于,例如,所述光活 性层与所述电极的任一个或二者之间。包含3, 4-聚己締二氧唾吩:聚苯己締横酸醋 (PED0T:PS巧的膜是平滑层的实例。
[0080] 本公开的有机光敏光电子器件可W作为包含两个或更多个子电池的串联器件存 在。子电池,在本文中使用时,是指器件的组件,其包含至少一个供体-受体异质结。当子 电池独立地用作光敏光电子器件时,它通常包括整套电极。串联器件可W包含电荷转移材 料、电极、或电荷复合材料或在串联的供体-受体异质结之间的隧道结。在一些串联构造 中,相邻的子电池利用共同的、即共用的电极、电荷转移区或电荷复合区是可能的。在其它 情况下,相邻的子电池不共用共同的电极或电荷转移区。所述子电池可W并联或串联电连 接。
[0081] 在一些实施方式中,电荷转移层或电荷复合层可W选自A1、Ag、Au、Mo〇3、Li、LiF、 811、1'1、胖〇3、氧化铜锡(11'0)、氧化锡订0)、氧化嫁铜锡佑口0)、氧化锋狂0)、或氧化锋铜锡 狂ITO)。在另一种实施方式中,所述电荷转移层或电荷复合层可W包含金属纳米簇、纳米粒 子、或纳米椿。
[0082] 本公开的器件可W是,例如光电检测器、光电导体、或光伏器件,例如太阳能电池。
[0083] 层和材料可W利用本领域已知的技术沉积。例如,本文中描述的层和材料可W从 溶液、蒸气或二者的组合沉积或共同沉积。在一些实施方式中,有机材料或有机层可通过溶 液加工沉积或共同沉积,例如通过选自旋涂、旋转诱铸、喷涂、浸涂、刮刀涂布、喷墨印刷、或 转印的一种或多种技术。
[0084] 在其他实施方式中,有机材料可W利用真空蒸发例如真空热蒸发、有机气相沉积 或有机蒸气喷印沉积或共同沉积。
[0085] 本公开的缓变异质结层可W通过改变沉积条件来制造。例如,所述混合层中供体 和受体材料的浓度梯度可通过改变各材料的沉积速率来控制。
[0086] 应该理解,本文中描述的实施方式可W结合多种多样的结构使用。功能性有机光 伏器件可W通过W不同的方式组合所描述的各种层而获得,或者层可W根据设计、性能和 成本因素整个省去。也可W包括没有特别说明的附加层。可W使用具体描述的材料W外的 材料。本文中给予各种层的名称没有严格限制的意图。
[0087] 除了在实施例中,或者在另外指明的情况下,说明书和权利要求书中使用的表示 成分的量、反应条件、分析测量值等等的所有数值将被理解为在所有情况下被术语"约"修 饰。因此,除非有相反的指示,说明书和所附的权利要求书中阐述的数值参数是近似值,其 可w根据本公开希求获得的期望性质而变动。起码,并且不试图限制权利要求范围的等效 原则的应用,每个数值参数应该根据有效位数的数量和平常的四舍五入方式来解读。
[008引尽管阐述本公开的广义范围的数值范围和参数是近似值,但除非另有说明,在具 体实施例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而,任何数值,固有地包含必然从它们各 自的试验测量值中存在的标准差产
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