本发明专利技术提供光电子器件和制造光敏光电子器件的方法，所述方法包括：在第一电极上淀积第一有机半导体材料以形成连续的第一层；在所述第一层上淀积第二有机半导体材料层以形成不连续的第二层，所述第一层的部分保持暴露；且在所述第二层上淀积所述第一有机半导体材料以形成不连续的第三层，至少所述第二层的部分保持暴露。将淀积所述第一和第二有机半导体材料交替多次，直至添加所述第二有机材料的最终层以形成连续层。在该最终层上淀积第二电极。所述第一电极和所述第二电极中的一个是透明的，并且所述第一有机半导体材料相对于所述第二有机半导体材料，是一种或多种施主型材料或一种或多种受主型材料，所述第二有机半导体材料为一种或多种其他材料类型的材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及有机光敏光电子器件。更具体地，本专利技术涉及在其活性区域内具 有全有机纳米晶网络的光敏光电子器件。
技术介绍
光电子器件依靠材料的光学和电子性质，从而利用电子学产生或检测电磁辐射、 或者从周围的电磁辐射产生电流。光敏光电子器件将电磁辐射转变成电信号或电流。太阳能电池，也称作光电 (“PV”)器件，是一种特定用于产生电能的光敏光电子器件。光电导体电池是一种与信号检 测电路一起使用的光敏光电子器件，所述信号检测电路监测器件电阻，以检测因吸收光而 发生的变化。光检测器可接收所施加的偏压，是一种与电流检测电路一起使用的光敏光电 子器件，当将所述光检测器暴露在电磁辐射下时，所述电流检测电路可测量所产生的电流。根据是否存在如下所定义的整流结，且还根据是否利用外加电压、也称作偏压或 偏置电压来运行所述器件，可以对这三种光敏光电子器件进行区分。光电导体电池不具有 整流结且通常利用偏压来运行。PV器件具有至少一个整流结且不利用偏压运行。光检测 器，一种PV器件，具有至少一个整流结且通常利用但不总是利用偏压来运行。如本文中所使用的，术语“整流”特别是指界面具有不对称传导的特性，即界面支 持电荷优选在一个方向上传输。术语“半导体”是指当热或电磁激发诱导电荷载流子时，能 够传导电流的材料。术语“光电导的”通常是指一种过程，在所述过程中，电磁辐射能被吸收 并由此被转化成电荷载流子的激发能，使得所述载流子能够在材料中传导(即传输)电荷。 术语“光电导材料”是指半导体材料，因它们吸收电磁辐射的性质而利用其来产生电荷载流 子。如本文中所使用的，“顶部”是指最远离衬底，而“底部”是指最接近衬底。可以存在居间层(例如，如果第一层位于第二层“上”或“上方”)，除非指明第一层“在物理上接触”或 “直接位于”第二层上；然而，这不排除表面处理(例如，将第一层暴露在紫外线-臭氧或等 离子体下)。当将适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子能够被吸收而产生激 发的分子状态。在有机光电导材料中，通常认为所产生的分子状态为“激子”，即作为准粒子 传输的束缚态的电子-空穴对。在成对再结合(“猝灭”)之前，激子具有明显的寿命，成对 再结合是指原生电子和空穴相互再结合(而不是与来自其他对的空穴或电子再结合)。为 了产生光电流，典型地在整流结处将形成激子的电子-空穴分开。在光敏器件的情况中，将整流结称作光电异质结。有机光电异质结的类型包括在 施主材料和受主材料界面处形成的施主_受主异质结、和在光电导材料和金属的界面处形 成的肖特基(Schottky)-势垒异质结。附图说明图1是显示施主_受主异质结实例的能级图。在有机材料的情形下，术语“施主” 和“受主”是指两个接触但不相同的有机材料的最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低未占 据分子轨道(“LUM0”)能级的相对位置。如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO能级 较低，那么所述材料是受主。反之，其是施主。它是能量上有利的，在缺少外部偏压时，用于 施主_受主结处的电子移入受主材料中。如本文中所使用的，如果第一能级更接近真空能级10，则第一 HOMO或LUMO能级 “大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级。较高的HOMO能级对应于具有比真空能级小的绝 对能量的电离势(“IP”)。同样地，较高的LUMO能级对应于具有比真空能级小的绝对能量 的电子亲和势(“EA”)。在常规能级图中，真空能级在顶部，材料的LUMO能级比相同材料 的HOMO能级高。在施主152或受主154中吸收光子6产生激子8之后，所述激子8在整流界面处 脱离。施主152传输空穴(空心圆)且受主154传输电子(黑色圆)。有机半导体的显著性质是载流子迁移率。迁移率测量了电荷载流子响应电场而移 动通过导电材料的难易。在有机光敏器件的情形下，因高电子迁移率而优先传导电子的材 料可称作电子传输材料。因高空穴迁移率而优先传导空穴的材料可称作空穴传输材料。由 于在器件中的迁移率和/或位置而优先传导电子的层，可以称作电子传输层(“ETL”)。因 在器件中的迁移率和/或位置而优先传导空穴的层，可以称作空穴传输层(“HTL”)。优选 地，但不是必须地，受主材料为电子传输材料且施主材料为空穴传输材料。如何根据载流子迁移率和相对HOMO和LUMO能级来配对两种有机光电导材料充当 光电异质结中的施主和受主，这在本领域内是熟知的，在此不再描述。如本文中所使用的，术语“有机”包括聚合物材料和可用于制造有机光电子器件的 小分子有机材料。“小分子”是指不是聚合物的任意有机材料，且“小分子”实际上可以很 大。在某些情况下，小分子可以包括重复单元。例如，将长链烷基用作取代基不会使分子从 “小分子”类别中除去。还可将小分子并入聚合物中，例如作为聚合物骨架上的侧基或作为 骨架的一部分。小分子还可充当树枝状化合物的核心部分，所述树枝状化合物由一系列堆 积在核心部分上的化学壳构成。树枝状化合物的核心部分可以为荧光或磷光性小分子发射 体。树枝状化合物可以为“小分子”。通常，小分子具有确定的化学式且分子之间的分子量 相同，而聚合物具有确定的化学式且分子之间的分子量可以发生变化。如本文中所使用的，“有机物”包括烃基和杂原子取代的烃基配体的金属络合物。关于有机光敏器件领域的其他背景的解释和技术状态的说明，包括它们的一般结构、特性、材料和特征，将Forrest等人的美国专利6，657，378号、Forrest等人的美国专利 6，580，027号和Bulovic等人的美国专利6，352，777号并入本文中以供参考。专利技术概述根据本专利技术实施方案制造光敏光电子器件的方法包括在第一电极上淀积第一有 机半导体材料，从而形成连续的、平面的第一层。所述第一有机材料是施主型材料或受主型 材料。如果需要，可通过添加相同类型的其他有机半导体材料来改变所述第一层的形貌。在 形成第一层之后，在所述第一层上淀积第二有机半导体材料层以形成不连续的第二层，使 得第一层的一部分暴露。所述第二有机半导体材料是与所述第一有机半导体材料不同类型 的材料(施主或受主)。可以将所述第一有机半导体材料淀积在所述第二层上，以形成不连 续的第三层，使得至少第二层的一部分保持暴露。根据需要，交替淀积第一和第二有机半导 体材料淀积多次。淀积第二有机材料的最后层以形成连续层。在所述最后层上淀积第二电 极，其中所述第一电极和第二电极中的至少一个是透明的。附图简述图1是显示施主_受主异质结的能级图。图2显示了包含施主_受主异质结的有机光敏器件。图3显示了形成平面异质结的施主_受主双层。图4显示了包含位于施主层和受主层之间的混合异质结的混杂异质结。图5显示了本体异质结。图6显示了包含肖特基_势垒异质结的有机光敏器件。图7显示了串联的级联光敏电池。图8显示了并联的级联光敏电池。图9a 9b显示了 6纳米晶网络生长进展的模拟，并绘制了 均方根(rms)表面粗糙度和相对于平面施主/受主结的界面面积的图；以及在C6(l/CuPc结 构的有机气相淀积期间记录的质量流速和压力变化，其中筒阀处于关闭位置是防止有机物 从筒中向外扩散，而筒阀处于打开位置是使得载流子气体能够将有机物分子传送至筒外。图IOa IOc显示了在氧化铟锡物(ITO)衬本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造光敏光电子器件的方法，包括：在第一电极上淀积第一有机半导体材料以形成连续的第一层；在所述第一层上淀积第二有机半导体材料以形成不连续的第二层，所述第一层的部分保持暴露；在所述第二层上直接淀积所述第一有机半导体材料以形成不连续的第三层，至少所述第二层的部分保持暴露；交替淀积所述第一和第二有机半导体材料；淀积所述第二有机半导体材料以形成连续的第四层；和在所述第四层上淀积第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个是透明的，以及所述第一有机半导体材料相对于所述第二有机半导体材料，是一种或多种施主型材料或一种或多种受主型材料，所述第二有机半导体材料是一种或多种其他材料类型的材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，史蒂芬R福里斯特，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，普林斯顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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