有序结晶有机膜的生长制造技术

本发明专利技术公开了利用有机气相淀积生长用于有机光敏器件的本体有机结晶层的方法，通过这类方法制造的异质结和膜，以及使用这类异质结的器件。本发明专利技术还公开了制造异质结和有机光敏器件的新方法，以及由此制造的异质结和器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有序结晶有机膜的生长 临时申请的交叉参考 本申请主张2007年8月24日提交的美国临时申请60/957902号的权益，其内容 通过参考并入本文中。 依靠美国政府支持完成了本专利技术，空军科学研究处(Air ForceOffice of Scientific Research)授予的合同号为FA9550-07-l_0364。在本专利技术中，政府享有特定的 权利。 本专利技术一般涉及用于电子器件中的有机光敏膜，制造这类膜的方法，以及使用这 类膜的器件。 光电器件依靠材料的光学和电子性能来电子地制造或检测的电磁辐射、或由周围 的电磁辐射发电。 光敏光电器件将电磁辐射转化成电流。太阳能电池，也称作光电池(photovoltaic) (PV)器件，是一种具体用于发电的光敏光电器件。可以由太阳光之外的光源产生电能的PV器件，能够用于驱动功率消耗的负载，以提供例如照明、加热，或给电子电路或器件如计算器、收音机、计算机或远距离监控设备或通讯设备以动力。这些发电应用通常也涉及电池或其它能量存储装置的充电，使得当源自太阳或其它光源的直接照射不能使用时可以继续运行，或者用于平衡具有特定应用需求的PV器件的功率输出。如本文中所使用的，术语"电阻负载"是指所有功率消耗或储存电路、器件、设备或系统。 另一种光敏光电器件为光敏电阻(photocondutor cell)。在该功能中，信号检测电路对器件的电阻进行监测以检测因光吸收引起的变化。 另一种光敏光电器件为光检测器。在运行中，将光检测器用于连接电流检测电路， 其测量当光检测器暴露于电磁辐射下时所产生的电流，且可具有施加的偏压。如本文中所 述的检测电路能够为光检测器提供偏压并测量光检测器对电磁辐射的电子响应。 根据是否存在如下所定义的整流结且还根据是否利用外部施加的电压来运行所 述器件，可以表征这三种光敏光电器件，所述外部施加的电压也称作偏压。如本文中所使用 的，术语"整流"尤其是指界面具有不对称传导特性，即界面支持优选在一个方向上的电子 电荷传输。光敏电阻没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 需要偏压来运行。光检测器具有至少一个整流结且通常但不总是利用偏压运行。作为一般 规则，光电池为电路、器件或设备提供电力，但不提供信号或电流来控制检测电路或者源自 检测电路的信号输出。相反，光检测器或光电导体提供信号或电流来控制检测电路或者源 自检测电路的信号输出，但不为电路、器件或设备提供电力。 传统地，光敏光电器件由大量无机半导体如结晶、多晶和无定形的硅、砷化镓、碲 化镉和其它物质构成。此处，术语"半导体"是指当因热或电磁激发而诱导电荷载流子时能 够传导电流的材料。术语"光电导"通常是指电磁辐射能被吸收并由此转化成电荷载流子激 发能，使得所述载流子能够在材料中传导即传输电荷的过程。本文中使用术语"光电导体" 或"光电导材料"来表示因它们吸收电磁辐射而产生电荷载流子的性质而被选择的半导体 材料。4 可以对PV器件进行优化，使得在标准照明条件下(即标准试验条件，1000W/m2、 AMI. 5的光谱照明)产生最大功率，使得光电流与光电压的乘积最大。这种电池在标准照明 条件下的功率转化效率取决于下列三个参数(1)零偏压下的电流，即短路电流Isc ; (2)开 路电压条件下的光电压，即开路电压V。c;和(3)填充因子，ff。 当PV器件跨负载连接且被光照射时，它们产生光生电流。当在无限负载下照射 时，PV器件产生其最大的可能电压，V^^^h或V『当在使其电接触短路的条件下照射时， PV器件产生其最大的可能电流I ，@或Isc。当实际上用来发电时，将PV器件连接至有限的 电阻负载上，并由电流和电压的乘积IXV来给出功率输出。PV器件产生的最大总功率自 然不能超过乘积IscXV。e。当优化负载值以实现最大的功率提取时，电流和电压的值分别为 I 禾口 V 。 PV器件的质量因数是填充因子ff，定义如下:ff = (I隨V隨)/(IscXV。c) (l)，其 中ff始终小于1，因为在实际使用中，绝不会同时获得ISJ『尽管如此，随着ff接近1，器件具有较小的串联电阻或内阻，因此在优化条件下向负载递送较大百分比的k和V。c的乘积。如果P^为入射到器件上的功率，那么可通过如下计算器件的功率效率nP:nP =fiX(IscXV0C)/Pinc。 PV器件可以由它们能够将入射的太阳能功率转化成有用的电功率的效率表征。利 用结晶或无定形硅的器件统治了商业应用，且某些器件的效率已经达到23%以上。然而，因为制造没有明显的效率降低缺陷的大晶体过程中固有的问题，有效的晶体基器件，尤其是 大表面积的晶体基器件制造起来困难且昂贵。另一方面，高效的无定形硅器件仍遭遇稳定性的问题。目前商购获得的无定形硅电池的稳定效率为4 8%。更多近期的努力集中在有机光电池用来以节省的制造成本获得可接受的光电池转化效率的用途。 当与常规的硅基器件相比时，有机PV电池具有许多潜在的优点。有机PV电池轻质、所使用的材料节省，并能够淀积在低成本的衬底如挠性塑料箔上。 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 发分子状态。在有机光电导材料中，通常相信所产生的分子状态为"激子"，即作为准粒子来 传输的处于结合状态的电子-空穴对。在成对复合("猝灭")之前，激子能够具有可观的 寿命，所述猝灭是指原始电子和空穴相互复合(与来自其它对的空穴或电子的复合相对)。 为了产生光电流，典型地是在整流结处将形成激子的电子-空穴分开。 在光敏器件的情况下，将整流结称作光电池异质结。有机光电池异质结的类型包 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。 图1为说明施主_受主异质结实例的能级图。在有机材料的背景中，术语"施主" 和"受主"是指两种接触但不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，那么所述材料为受主。反之，其为施主。在缺少外部偏压的条件下，在施主-受主结处 的电子移入受主材料中在能量方面是有利的。 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在整流界面处离解。施主152通过空穴传导(空心圆)且受主154传输电子(黑圆)。 有机半导体中的重要性质是载流子迁移率。迁移率测量了电荷载流子能够响应电场而移动通过导电材料的容易。在有机光敏器件的背景中，因高电子迁移率而优先通过电 子传导的材料可称作电子传输材料。因高空穴迁移率而优先通过空穴传导的材料可称作空 穴传输材料。因在器件中的迁移率和/或位置而优先通过电子传导的层，可以称作电子传 输层("ETL")。因在器件中的迁移率和/或位置而优先通过空穴传导的层，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，而施主材料为空穴传 输材料。 如何根据载流子迁移率及相对HOMO和LUM0能级使得两种有机光电导材料成对而充当光电异质结中的施主和受主，在本领域内是熟知的，在此不作描述。 关于有机光敏器件现有技术的其它背景解释和说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成有机光敏光电器件中的层的方法，所述方法包括：提供衬底：和通过有机气相淀积，在所述衬底上生长第一有机材料的结晶层，其中所述结晶层具有长程有序的结晶度。

【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：理查德R轮特，史蒂芬R福里斯特，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]