横向有机光电器件及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种包括有机光伏器件的有机光电器件。在本发明专利技术的某些实施方案中，有机光电器件可实现将在光学纤维芯侧面或周围区域的一个或多个点处接受的电磁能转换成电能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有机光电器件，特别是涉及有机光伏器件。
技术介绍
由于许多原因，在多种多样的应用中越来越希望采用有机材料的光电器件。用于 构造有机光电器件的材料，与其无机相应物相比相对廉价，从而比利用无机材料制造的光 电器件提供了成本优势。而且，有机材料提供了期望的物理性能如柔性，使得它们可用于刚 性材料不适合的应用中。有机光电器件的实例包括有机光伏电池、有机发光装置(OLED)和 有机光检测器。当跨负载连接并暴露于光下时，光伏器件通过产生光生电流而将电磁辐射转换成 电。光伏电池产生的电力能够用于许多用途，包括照明、加热、电池充电以及需要电能的动 力装置。当在无限负载下照射时，光伏器件产生其最大可能的电压，开路电压或V。。。当其 发生电短路下照射时，光伏器件产生其最大电流，Is。。在工作条件下，将光伏器件连 接到有限负载上，且电力输出等于电流和电压的乘积。由光伏器件产生的最大功率不能超 过V。。和Isc的乘积。当对负载值进行优化以最大化发电时，电流和电压的值分别为Imax和Vmax °在评价光伏电池性能时，关键特性是填充因数ff。所述填充因数为光伏电池的实 际功率与电流和电压两者都为其最大值时其功率之比。根据方程(1)提供光伏电池的填充 因数。ff = (ImaxVmax)/(IscVoc)(1)光伏电池的填充因数始终小于1，因为在工作条件下，绝不能同时获得Ise和1。。 然而，在填充因数的值接近1的值时，器件展示了较小的内部电阻，因此在最佳条件下向负 载传递了更大百分比的电力。光伏器件的其他特征是其将电磁能转换成电能的效率。根据方程(2)提供光伏器 件的转换效率，np，其中pin。为入射到光伏器件上的光的能量。np = ff* (iscVoc)/Pinc(2)禾U用结晶或无定形硅的器件占据了商业应用的优势地位，且某些已经达到了23 % 以上的效率。然而，高效的晶体基器件、尤其是大表面积的器件，制造起来困难且昂贵，这是因为问题在于制造大晶体时不能存在晶体缺陷，晶体缺陷会促进激子复合。商购可得的无 定形硅光伏电池展示了约4 12%的效率。构造与无机器件效率相当的有机光伏器件是一个技术难题。某些有机光伏器件展 示了 以下级别的效率。激子扩散长度(Ld)与有机层厚度之间严重的长度规模不匹配， 造成了有机光伏器件所展示的低效率。为了有效吸收可见光的电磁辐射，有机膜的厚度必 须为约500nm。这种厚度大大超出典型为约50nm的激子扩散长度，从而经常造成激子复合。希望能提供表现出提高电磁能转换成电能的效率的有机光伏器件。考虑到本文中 所讨论的有机光电器件的优势，所以希望提供的有机光伏器件能够提供与无机光伏器件相 当且在某些情况下大于无机光伏器件的效率。
技术实现思路
本专利技术提供包括有机光伏器件且具有纤维结构的有机光电器件及其制造方法。在一个实施方案中，本专利技术提供一种光电器件，所述器件包括纤维芯、围绕所述纤 维芯的透辐射的第一电极、围绕所述第一电极并与所述第一电极电连接的至少一个光敏有 机层、以及部分覆盖所述有机层并与所述有机层电连接的不透辐射的第二电极。在某些实 施方案中，在部分覆盖所述有机层中，所述不透辐射的第二电极并不完全覆盖所述有机层。在某些实施方案中，不透辐射的第二电极覆盖小于约95%的所述光敏有机层。 在其他实施方案中，所述不透辐射的第二电极覆盖小于约90%、小于约80%、或者小于约 70%的所述光敏有机层。在另一个实施方案中，所述不透辐射的第二电极覆盖小于约60% 的所述光敏有机层。在另外的实施方案中，所述不透辐射的第二电极覆盖小于约50%的所 述光敏有机层。在某些实施方案中，所述不透辐射的第二电极覆盖小于约30%或者小于约 20%的所述光敏有机层。在某些实施方案中，所述不透辐射的第二电极覆盖小于约10%的 所述光敏有机层。在某些实施方案中，本专利技术的光电器件包含光伏电池。在某些实施方案中，所述光电器件的纤维芯以一定角度弯曲而形成V形结构。例 如，在一个实施方案中，所述光电器件的纤维芯以90度角弯曲。在另一个实施方案中，所述 光电器件的纤维芯以小于约90度的角弯曲。在另外的实施方案中，所述光电器件的纤维芯 以大于约90度的角弯曲。在另一个实施方案中，本专利技术提供一种光电器件，其包括至少一个含至少一个 光伏电池的元件(pixel)，所述光伏电池包含纤维芯；围绕所述纤维芯的透辐射的第一电 极；围绕所述第一电极并与所述第一电极电连接的至少一个光敏有机层；以及部分覆盖所 述有机层并与所述有机层电连接的第二电极。在某些实施方案中，一个元件包含多个光伏 电池。在其他实施方案中，一个光电器件包含元件阵列。在另外的实施方案中，光电器件包 含元件阵列，各个元件包含多个光伏电池。在另一个方面中，本专利技术提供制造光电器件的方法。根据本专利技术的实施方案，制造 光电器件的方法包括提供纤维芯；在所述芯的表面上布置透辐射的第一电极；布置与所 述第一电极电连通的至少一个光敏有机层；以及布置与所述有机层电连通的不透辐射的第 二电极，其中所述不透辐射的第二电极部分地覆盖所述光敏有机层。在某些实施方案中，所 述光电器件包含光伏电池。本专利技术还提供将电磁能转换成电能的方法。在一个实施方案中，本专利技术的方法利 用波导来提高电磁能转换成电能的效率。本文中所述的本专利技术光电器件的实施方案能够利 用波导来提高这种效率。在某些实施方案中，将电磁能转换成电能的方法包括在光电器件的侧面或周边区 域处接受辐射，所述光电器件包括纤维芯、围绕所述纤维芯的透辐射的第一电极、围绕所述 第一电极并与所述第一电极电连接的至少一个光敏有机层、以及部分覆盖所述有机层并与 所述有机层电连接的不透辐射的第二电极。一旦在沿光电器件侧面的一个或多个点处接受 辐射时，与在器件端部处接受而沿纤维芯的长轴向下传输的情况相反，所述辐射被传输到 至少一个光敏有机层中，从而在有机层中产生激子。所产生的激子随后分离成空穴和电子， 且所述电子移动到与光电器件连通的外部电路中。在某些实施方案中，辐射可以以任意期望角度入射到光电器件的侧面上。在一个 实施方案中，光电器件在与纤维芯长轴正交的平面中接受辐射。在某些实施方案中，光电器 件的纤维结构使得可在宽的角度范围内接受并收集入射的辐射。在某些实施方案中，本发 明的光电器件能够接受和/或收集以约0度 约180度的角度入射到光电器件侧面或周边 区域上的辐射。在另一个实施方案中，光电器件能够接受和/或收集入射角度为约0度 约90度的辐射。为了可在宽角度范围上接受入射的辐射，在某些实施方案中，未将本专利技术的光电 器件限制为任何特殊取向来最大化辐射的接受和/或捕获。因此，本专利技术的光电器件被认 为具有与其集成的辐射收集器或集中器。将电磁能转换成电能的方法的实施方案还考虑到对光电器件侧面处辐射的入射 角进行调整。在某些实施方案中，调整入射角包括改变光电器件相对于入射辐射源的取向 或位置。在其他实施方案中，调整入射角包括相对于光电器件的位置来改变提供辐射的光 源位置。在下面的专利技术详述中，对本专利技术的这些和其他实施方案进行更详细描述。 附图说明图1显示了本专利技术一个实施方案的光电器件的截面图。图2显示了本专利技术一个实施方案的光电器件。图3显示了本专利技术实施方案的光电器件的短路电流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包括：纤维芯；围绕所述纤维芯的透辐射的第一电极；围绕所述第一电极并与所述第一电极电连接的至少一个光敏有机层；以及部分覆盖所述有机层并与所述有机层电连接的不透辐射的第二电极。

【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：大卫劳伦卡罗尔，刘纪文，马诺伊AG纳姆布迪里，
申请(专利权)人：维克森林大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]