CN101228644A - 稳定的有机器件 - Google Patents

Abstract

公开了一种稳定的有机器件、以及相关组件、系统、和方法。

Description

稳定的有机器件

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年12月23日提交的美国临时申请序号No.60/753,884和2005年7月14日提交的美国临时申请序号No.60/699,124的优先权，其内容特此引入作为参考。

技术领域

本公开涉及稳定的有机器件、以及相关的组件、系统、和方法。

背景技术

聚合物光电池可用于将太阳能转化为电能。这种电池通常包括在两个电极之间设置的含电子供体材料和电子受体材料的光活性层。通常，光穿过所述电极之一或两者以与光活性层相互作用，将太阳能转化为电能。

发明内容

一方面，本发明特征在于一种制品，其包括第一和第二电极、在第一和第二电极之间的光活性层、以及在该光活性层与第一和第二电极的至少一个之间设置的材料。该材料不同于第一和第二电极的至少一个，且包括半导体金属氧化物或能够形成半导体金属氧化物的金属。该光活性层包括电子受体材料和电子供体材料。该制品是光电池。

另一方面，本发明特征在于一种器件，其包括第一和第二电极、在第一和第二电极之间的有机半导体层、以及在该半导体层与第一和第二电极的至少一个之间设置的材料。该材料不同于第一和第二电极的至少一个，且包括半导体金属氧化物或能够形成半导体金属氧化物的金属。

另一方面，本发明特征在于一种方法，其包括通过连续过程形成上述的制品或器件。

实施方案可包括下列方面的一个或多个。

该材料可包括半导体金属氧化物，诸如氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化铜、氧化铬、氧化银、氧化镍、氧化金、或其组合。

该材料可包括能够形成半导体金属氧化物的金属，诸如钛、金、银、铜、铬、锡、镍、锌、或钨、或其组合。

该材料可具有至多约1,000欧姆/平方(Ohm/sq)(例如，至多约10欧姆/平方、至多约0.1欧姆/平方)的表面电阻率。

该材料可形成厚度为至少约0.1nm或至多约50nm的层。

该电子受体材料可包括选自以下的材料：球碳、无机纳米颗粒、二唑、碟状液晶、碳纳米棒、无机纳米棒、含CN基团的聚合物、含CF₃基团的聚合物、及其组合。在一些实施方案中，该电子受体材料可包括取代的球碳。

该电子供体材料可包括选自以下的材料：碟状液晶、聚噻吩、聚亚苯基、聚苯基亚乙烯基、聚硅烷、聚噻吩基亚乙烯基、聚异硫茚(polyisothianaphthalene)、及其组合。在一些实施方案中，该电子供体材料可包括聚(3-己基噻吩)。

第一和第二电极的至少一个可包括网状电极。在一些实施方案中，第一和第二电极的至少一个包括金属。

该器件可为有机光电池、有机光探测器、有机发光二极管、或有机场效应晶体管。

该连续过程可为卷装进出(roll-to-roll)过程。

实施方案可提供下列优点的一个或多个。

在有机器件(例如，有机光电池)中的电极在水或氧的存在下可氧化，这导致大的接触电阻率。不希望受理论束缚，据信在有机器件中使用的电极和半导体聚合物之间包括含半导体金属氧化物或能够形成该金属氧化物的金属的保护层可防止对电极的氧化或损害，由此显著增加电极稳定性。此外，由于金属氧化物是半导体，该保护层可使接触电阻率的增加最小化，由此保持有机器件的性能。

根据说明书、附图和权利要求，本发明的其它特征、目的和优点将变得明晰。

附图说明

图1是光电池的实施方案的横截面图；

图2是网状电极的实施方案的正视图；

图3是图2的网状电极的横截面图；

图4是网状电极的一部分的横截面图；

图5是光电池的另一实施方案的横截面图；

图6是含串联电连接的多个光电池的系统的示意图；和

图7是含并联电连接的多个光电池的系统的示意图。

在各个附图中相同的附图标记代表相同的元件。

具体实施方式

图1示出光电池100的横截面图，该光电元件100包括透明基底110、网状阴极120、保护层125、空穴载流子层130、光活性层(含电子受体材料和电子供体材料)140、空穴阻挡层150、保护层155、阳极160、和基底170。通常，在使用过程中，光撞击在基底110表面上，并穿过基底110、阴极120中的开口、保护层125、和空穴载流子层130。然后，光与光活性层140相互作用，导致电子从层140中的电子供体材料转移至层140中的电子受体材料。然后该电子受体材料传输电子通过空穴阻挡层150和保护层155至阳极160，该电子供体材料传输空穴通过空穴载流子层130和保护层125至网状阴极120。阳极160和网状阴极120通过外载荷(external load)电连接，使得电子从阳极160通过载荷至阴极120。

保护层125和155可包括半导体金属氧化物或能够形成半导体金属氧化物的金属。半导体金属氧化物的例子包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化铜、氧化铬、氧化银、氧化镍、氧化金、或其组合。能够形成半导体金属氧化物的金属的例子包括钛、金、银、铜、铬、锡、镍、锌、钨、或其组合。不希望受理论束缚，据信保护层125和155可防止对电极120和160的氧化或损害(例如，由空穴载流子层130或空穴阻挡层150氧化)，由此显著增加电极和该光电池的稳定性。在一些实施方案中，在光电元件中包括保护层可增加该光电池的稳定性100倍或更多。

保护层125和155各自可包括p-型或n-型半导体金属氧化物或能够形成p-型或n-型半导体金属氧化物的金属。在一些实施方案中，保护层125包括p-型半导体金属氧化物(例如，氧化铜)或能够形成p-型半导体金属氧化物的金属。在一些实施方案中，保护层155包括n-型半导体金属氧化物(例如，氧化钛)或能够形成n-型半导体金属氧化物的金属。

在一些实施方案中，保护层125和155可包括金属氧化物，该金属氧化物是本征半导体(intrinsically semiconductive)。在某些实施方案中，保护层125和155可包括掺杂的半导体金属氧化物。

在一些实施方案中，该半导体金属氧化物可具有至少约2eV(例如，至少约2.5eV、至少约3eV、至少约3.5eV、至少约4eV)的带隙。

在一些实施方案中，该半导体金属氧化物可具有至少约10^-6cm²/Vs(例如，至少约10^-5cm²/Vs、至少约10^-4cm²/Vs、至少约10^-3cm²/Vs)的电子迁移率。

在一些实施方案中，该半导体金属氧化物可具有至少约10^-9S/cm(例如，至少约10^-8S/cm、至少约10^-7S/cm、至少约10^-6S/cm、至少约10^-5S/cm、至少约10^-4S/cm、至少约10^-3S/cm、至少约10^-2S/cm)的电导率。

在一些实施方案中，该半导体金属氧化物可具有在约3.0eV和约5.0eV(例如，约4.0eV)之间的导带。

在一些实施方案中，保护层125和155各自可具有至少约0.1nm(例如，至少约1nm、至少约5nm)或至多约50nm(例如，至少约25nm、至少约10nm)的厚度。在一些实施方案中，保护层125和155各自可具有这样的厚度，在该厚度下保护层在UV/Vis/NIR区域中具有50％吸收。

在一些实施方案中，保护层125和155各自可具有至多约1,000欧姆/平方(例如，至多约100欧姆/平方、至多约10欧姆/平方、至多约1欧姆/平方、至多约0.1欧姆/平方)的表面电阻率。

保护层125可由与用于形成保护层155的相同或不同的材料形成。在一些实施方案中，光电池100可包括仅一个保护层。

虽然图1示出保护层125用于增加网状电极120的稳定性(例如，通过使其氧化最小化)，但在一些实施方案中，其还可用于增加非网状电极(例如，ITO电极)的稳定性。

可通过本领域中已知的方法形成保护层125和155。在一些实施方案中，当保护层125和155包括半导体金属氧化物时，它们可通过真空沉积或溶液沉积形成(例如，由纳米颗粒分散体或由溶胶凝胶前体形成)。例如，在WO 2004/112162中已描述了溶液沉积的例子，其内容在此引入作为参考。在一些实施方案中，当保护层125和155包括能够形成半导体金属氧化物的金属时，它们可通过真空沉积形成。

转向光电元件100的其它组件，如图2和3中所示，网状阴极120包括实心区域122和开口区域124。通常，区域122由导电材料形成，使得网状阴极120可容许光经区域124穿过网状阴极120并经区域122传导电子。

可根据需要选择由开口区域124占据的网状阴极120的面积(网状阴极120的开口面积)。通常，网状阴极120的开口面积是网状阴极120总面积的至少约10％(例如，至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％)和/或至多约99％(例如，至多约95％、至多约90％、至多约85％)。

可用各种方式制备网状阴极120。在一些实施方案中，网状阴极120是编织网，其通过编织形成固体区域122的材料的线形成。可使用例如平织、荷兰编织((Dutch weave)、斜纹织、荷兰斜纹织、或其组合编织线。在某些实施方案中，网状阴极120由焊接丝网形成。在一些实施方案中，网状阴极120是成形的多孔网(expanded mesh)。例如，可通过从材料(例如，导电材料如金属)片去除区域124(例如，经激光去除、经化学蚀刻、经穿孔)，然后拉伸该片(例如，在二维上拉伸该片)制备多孔金属网。在某些实施方案中，网状阴极120是通过如下形成的金属片：去除区域124(例如，经激光去除、经化学蚀刻、经穿孔)，而没有随后拉伸该片。

在某些实施方案中，实心区域122完全由导电材料形成(例如，区域122由基本均质的导电材料形成)。可在区域122中使用的导电材料的例子包括导电金属、导电合金和导电聚合物。示例性的导电金属包括金、银、铜、铝、镍、钯、铂和钛。示例性的导电合金包括不锈钢(例如，332不锈钢、316不锈钢)、金合金、银合金、铜合金、铝合金、镍合金、钯合金、铂合金和钛合金。示例性的导电聚合物包括聚噻吩(例如、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT))、聚苯胺(例如，掺杂的聚苯胺)、聚吡咯(例如，掺杂的聚吡咯)。在一些实施方案中，使用导电材料的组合。在一些实施方案中，实心区域122可具有小于约3欧姆/平方(ohm per square)的电阻率。

如图4中所示，在一些实施方案中，实心区域122由涂布有不同材料304(例如，使用镀金属法、使用蒸汽沉积)的材料302形成。通常，材料302可由任意需要的材料(例如，电绝缘材料、导电材料、或半导体材料)形成，和材料304是导电材料。可形成材料302的电绝缘材料的例子包括纺织品、光纤材料、聚合物材料(例如，尼龙)和天然材料(例如，亚麻、棉、羊毛、丝)。可形成材料302的导电材料的例子包括上面公开的导电材料。可形成材料302的半导体材料的例子包括氧化铟锡、氟化的氧化锡、氧化锡和氧化锌。在一些实施方案中，材料302是纤维的形式，和材料304是在材料302上涂布的导电材料。在某些实施方案中，材料302是网的形式(见以上讨论)，其在形成网后用材料304涂布。作为例子，材料302可为多孔金属网，和材料304可为涂布在多孔金属网上的PEDOT。

通常，网状阴极120的最大厚度(即，在基本垂直于与网状阴极120接触的基底110表面的方向上网状阴极120的最大厚度)应小于空穴载流子层130的总厚度。典型地，网状阴极120的最大厚度是至少0.1微米(例如，至少约0.2微米、至少约0.3微米、至少约0.4微米、至少约0.5微米、至少约0.6微米、至少约0.7微米、至少约0.8微米、至少约0.9微米、至少约1微米)和/或至多约10微米(例如，至多约9微米、至多约8微米、至多约7微米、至多约6微米、至多约5微米、至多约4微米、至多约3微米、至多约2微米)。

尽管如图2所示具有矩形形状，但开口区域124一般可具有任意需要的形状(例如，方形、圆形、半圆形、三角形、菱形、椭圆形、梯形、不规则形状)。在一些实施方案中，在网状阴极120中的不同开口区域124可具有不同的形状。

尽管如图3所述具有方形横截面形状，实心区域122一般可具有任意需要的形状(例如，矩形、圆形、半圆形、三角形、菱形、椭圆形、梯形、不规则形状)。在一些实施方案中，在网状阴极120中的不同实心区域122可具有不同形状。在其中实心区域122具有圆形横截面的实施方案中，横截面可具有约5微米至约200微米的直径。在其中实心区域122具有梯形横截面的实施方案中，横截面可具有约0.1微米至约5微米的高度和约5微米至约200微米的宽度。

在一些实施方案中，网状阴极120是柔性的(例如，充分柔软以使用连续的卷装进出制造过程引入光电池100中)。在某些实施方案中，网状阴极120是半刚性的或不可弯曲的。在一些实施方案中，网状阴极120的不同区域可为柔性的，半刚性的或不可弯曲的(例如，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域半刚性，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域不可弯曲)。

通常，网状电极120可布置在基底110上。在一些实施方案中，网状电极120可部分嵌入基底110中。

基底110通常由透明材料形成。本申请中所提及的透明材料是在光电池100中使用的厚度下传输在光电池运行过程中使用的波长或范围波长的入射光的至少约60％(例如，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％)的材料。可形成基底110的示例性材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚合烃、纤维素聚合物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚和聚醚酮。在某些实施方案中，该聚合物可为氟化的聚合物。在一些实施方案中，使用聚合物材料的组合。在某些实施方案中，基底110的不同区域可由不同材料形成。

通常，基底110可为柔性的、半刚性的或刚性的(例如，玻璃)。在一些实施方案中，基底110具有小于约5,000兆帕的弯曲模量。在某些实施方案中，基底110的不同区域可为柔性的、半刚性的或不可弯曲的(例如，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域半刚性，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域不可弯曲)。

典型地，基底110为至少约1微米(例如，至少约5微米、至少约10微米)厚和/或至多约1,000微米(例如，至多约500微米厚、至多约300微米厚、至多约200微米厚、至多约100微米、至多约50微米)厚。

通常，基底110可为着色的或非着色的。在一些实施方案中，基底110的一个或多个部分是着色的，而基底110的一个或多个不同部分是非着色的。

基底110可具有一个平坦的表面(例如，光撞击其上的表面)、两个平坦的表面(例如，光撞击其上的表面和相反(opposite)表面)、或无平坦的表面。基底110的非平坦表面可为，例如，弯曲的或阶梯状的。在一些实施方案中，使基底110的非平坦表面图案化(例如，具有图案化的阶梯(steps)，以便形成菲涅耳透镜、双凸透镜或双凸棱镜)。

空穴载流子层130通常由在光电池100中使用的厚度下传输空穴至网状阴极120且基本上阻挡电子传输至网状阴极120的材料形成。可形成层130的材料的例子包括聚噻吩(例如，PEDOT)、聚苯胺、聚乙烯基咔唑、聚亚苯基、聚苯基亚乙烯基、聚硅烷、聚亚噻吩基亚乙烯基和/或聚异硫茚(polyisothianaphthanenes)。在一些实施方案中，空穴载流子层130可包括空穴载流子材料的组合。

通常，可根据需要改变在空穴载流子层130的上表面(即，空穴载流子层130与光活性层140接触的表面)和基底110的上表面(即，基底110与网状电极120接触的表面)之间的距离。典型地，在空穴载流子层130的上表面和网状阴极120的上表面之间的距离为至少0.01微米(例如，至少约0.05微米、至少约0.1微米、至少约0.2微米、至少约0.3微米、至少约0.5微米)和/或至多约5微米(例如，至多约3微米、至多约2微米、至多约1微米)。在一些实施方案中，在空穴载流子层130的上表面和网状阴极120的上表面之间的距离为约0.01微米至约0.5微米。

光活性层140通常包含电子受体材料和电子供体材料。

电子受体材料的例子包括球碳、二唑、碳纳米棒、碟状液晶、无机纳米颗粒(例如，由氧化锌、氧化钨、磷化铟、硒化镉和/或硫化铅形成的纳米颗粒)、无机纳米棒(例如，由氧化锌、氧化钨、磷化铟、硒化镉和/或硫化铅形成的纳米棒)、或含能接受电子或形成稳定的阴离子的部分的聚合物(例如，含CN基团的聚合物、含CF₃基团的聚合物)。在一些实施方案中，该电子受体材料是取代的球碳(例如，PCBM)。在一些实施方案中，活性层140可包括电子受体材料的组合。

电子供体材料的例子包括碟状液晶、聚噻吩、聚亚苯基、聚苯基亚乙烯基、聚硅烷、聚噻吩基亚乙烯基、和聚异硫茚。在一些实施方案中，该电子供体材料是聚(3-己基噻吩)。在某些实施方案中，光活性层140可包括电子供体材料的组合。

通常，光活性层140足够厚以相对有效地吸收撞击其上的光子，形成对应的电子和空穴，和足够薄以相对有效地分别传输空穴和电子至层130和150。在某些实施方案中，光活性层140为至少0.05微米(例如，至少约0.1微米、至少约0.2微米、至少约0.3微米)厚和/或至多约1微米(例如，至多约0.5微米、至多约0.4微米)厚。在一些实施方案中，光活性层140为约0.1微米至约0.2微米厚。

空穴阻挡层150通常由在光电元件100中使用的厚度下传输电子至阳极160并基本上阻挡空穴传输至阳极160的材料形成。可形成层150的材料的例子包括LiF和金属氧化物(例如，氧化锌、氧化钛)。

典型地，空穴阻挡层150为至少0.02微米(例如，至少约0.03微米、至少约0.04微米、至少约0.05微米)厚和/或至多约0.5微米(例如，至多约0.4微米、至多约0.3微米、至多约0.2微米、至多约0.1微米)厚。

阳极160通常由导电材料形成，诸如上述的导电材料的一种或多种。在一些实施方案中，阳极160由导电材料的组合形成。

基底170可由透明材料或不透明材料形成。例如，在其中光电池利用在使用过程中穿过阳极160的光的实施方案中，基底170期望地由透明材料形成。

可形成基底170的示例性材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚合烃、纤维素聚合物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚醚和聚醚酮。在某些实施方案中，该聚合物可为氟化的聚合物。在一些实施方案中，使用聚合物材料的组合。在某些实施方案中，基底110的不同区域可由不同材料形成。

通常，基底170可为柔性的、半刚性的或刚性的。在一些实施方案中，基底170具有小于约5,000兆帕的弯曲模量。在某些实施方案中，基底170的不同区域可为柔性的、半刚性的或不可弯曲的(例如，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域半刚性，一个或多个区域柔性和一个或多个不同区域不可弯曲)。通常，基底170是基本上非散射的。

典型地，基底170为至少约1微米(例如，至少约5微米、至少约10微米)厚和/或至多约200微米(例如，至多约100微米、至多约50微米)厚。

通常，基底170可为着色的或非着色的。在一些实施方案中，基底170的一个或多个部分是着色的，而基底170的一个或多个不同部分是非着色的。

基底170可具有一个平坦的表面(例如，在其中在使用过程中光电池100使用穿过阳极160的光的实施方式中光撞击其上的基底170的表面)、两个平坦的表面(例如，在其中在使用过程中光电元件100使用穿过阳极160的光的实施方式中光撞击其上的基底170的表面和基底170的相反表面)、或没有平坦的表面。基底170的不平坦表面可为，例如，弯曲的或阶梯形的。在一些实施方案中，使基底170的不平坦表面图案化(例如，具有图案化的阶梯，以形成菲涅耳透镜、双凸透镜或双凸棱镜)。

图5示出在基底110和空穴载流子层130之间包括粘合层410的光电池400的横截面图。在一些实施方案中，光电池400可在阴极120和空穴载流子层130之间包括保护层(在图5中未示出)和/或可在阳极160和空穴阻挡层150之间包括保护层(在图5中未示出)。保护层可包括半导体金属氧化物或能够形成该金属氧化物的金属。

通常，可在粘合层410中使用能将网状阴极130原位的任意材料。通常，粘合层410由在光电元件400中使用的厚度下是透明的材料形成。粘合剂的例子包括环氧树脂类和聚氨酯。可在粘合层410中使用的可商购的材料的例子包括Bynel^TM粘合剂(DuPont)和615粘合剂(3M)。在一些实施方案中，层410可包括氟化的粘合剂。在某些实施方案中，层410含导电粘合剂。导电粘合剂可由例如固有导电聚合物形成，诸如上面公开的导电聚合物(例如，PEDOT)。导电粘合剂也可由含一种或多种导电材料(例如，导电颗粒)的聚合物(例如，非固有导电的聚合物)形成。在一些实施方案中，层410包含包括一种或多种导电材料的固有导电聚合物。

在一些实施方案中，层410的厚度(即，在基本垂直于与层410接触的基底110表面的方向上层410的厚度)小于网状阴极120的最大厚度。在一些实施方案中，层410的厚度为网状阴极120最大厚度的至多约90％(例如，至多约80％、至多约70％、至多约60％、至多约50％、至多约40％、至多约30％、至多约20％)。然而，在某些实施方案中，层410的厚度为约等于或大于网状阴极130的最大厚度。

通过查，可根据需要制造光电池。

在一些实施方案中，可如下制备光电池100。使用常规技术在基底170上形成电极160，且在电极160上依次形成保护层155和空穴阻挡层150(例如，使用真空沉积法或溶液涂覆法)。然后在空穴阻挡层150上形成光活性层140(例如，使用溶液涂覆法如缝隙涂布(slot coating)、旋涂或凹版涂布)。在光活性层140上形成空穴载流子层130(例如，使用溶液涂覆法如缝隙涂布、旋涂或凹版涂布)。然后在空穴载流子层130上形成保护层125(例如，使用真空沉积或溶液涂覆法)。在保护层125上设置网状阴极120。然后使用常规方法在网状阴极120和空穴载流子层130上形成基底110。

在某些实施方案中，可如下制备光电池。使用常规技术在基底170上形成电极160，且在电极160上形成空穴阻挡层150(例如，使用真空沉积或溶液涂覆法)。在空穴阻挡层150上形成光活性层140(例如，使用溶液涂覆法如缝隙涂布、旋涂或凹版涂布)。在光活性层140上形成空穴载流子层130(例如，使用溶液涂覆法如缝隙涂布、旋涂或凹版涂布)。使用常规方法在空穴载流子层130上设置粘合层410。网状阴极120部分地设置在粘合层410和空穴载流子层130中(例如，通过在粘合层410表面上设置网状阴极120，并压制网状阴极120)。然后使用常规方法在网状阴极120和粘合层410上形成基底110。在一些实施方案中，可在电极160或空穴载流子层130上形成保护层(例如，使用真空沉积或溶液涂覆法)。

尽管前述过程涉及将网状阴极120部分地设置在空穴载流子层130中，但在一些实施方案中，通过在载流子层130或粘合层410表面上印刷阴极材料以提供具有图中示出的开口结构的电极而形成网状阴极120。例如，可使用浸涂、挤出涂覆、喷涂、喷墨印刷、丝网印刷和凹版印刷来印刷网状阴极120。可将该阴极材料设置在加热或辐射(例如，UV辐射、可见光辐射、IR辐射、电子束辐射)时固化的糊料。例如，可通过筛网以网状图案真空沉积该阴极材料，或沉积后可通过光刻法使其图案化。

可使多个光电池电连接以形成光电系统。作为例子，图6是具有组件510的光电系统500的示意图，该组件510包含光电池520。将电池520串联电连接，和使系统500与载荷电连接。作为另一个例子，图7是具有组件610的光电系统600的示意图，该组件610包含光电池620。将电池620并联电连接，和使系统600与载荷电连接。在一些实施方案中，在光电系统中一些(例如，全部)光电池可具有一个或多个公共(common)基底。在某些实施方案中，在光电系统中的一些光电池串联电连接，和在光电系统中的一些光电池并联电连接。

在一些实施方案中，可使用连续制造过程诸如卷装进出或丝网(web)工艺制造包括多个光电池的光电系统。在一些实施方案中，连续制造过程包括：在第一前进(advancing)基底上形成一组光电池部分；在第一基底上的电池部分的至少两个之间设置电绝缘材料；在第一基底上的至少两个光电池部分之间的电绝缘材料中嵌入导线；在第二前进基底上形成一组光电池部分；将第一和第二基底与光电池部分组合以形成多个光电池，其中至少两个光电池通过导线串联电连接。在一些实施方案中，第一和第二基底可连续前进、周期性地前进、或不规则地前进。

在一些实施方案中，上述的保护层可用于增加串联型电池中电极的稳定性。在美国专利申请序号No.10/558,878和美国临时申请序列号No.60/790,606、60/792,635、60/792,485、60/793,442、60/795,103、60/797,881、和60/798,258中讨论了串联型光电池的例子，其内容特此引入作为参考。

在一些实施方案中，光电池还可包括出上述之外的层。例如，光电池可包括一个或多个阻挡(barrier)层，以使空气和湿气向该光电池中的渗透最小化。该阻挡层可由金属(例如，铝)或聚合物(例如，有机-无机杂化聚合物如ORMOCER)形成。在一些实施方案中，可在电极和支撑该电极的邻近基底之间设置阻挡层。作为另一个例子，光电池可包括一个或多个介电层。不希望受理论束缚，据信介电层可用于控制光电池界面的电学和/或光学性质。在一些实施方案中，介电层可包括氧化硅、碳化硅、氮化硅(siliconnitrile)、氧化钛、氧化锌、或氟化镁。

尽管已经公开了某些实施方案，其它实施方案也是可能的。

作为另一个例子，尽管已经描述了由网形成的阴极，但在一些实施方案中可使用网状阳极。这可以是合乎需要的，例如，当使用通过由阳极传输的光时。在某些实施方案中，可使用网状阴极和网状阳极两者。这可以是合乎需要的，例如，当使用通过由阴极和阳极两者传输的光时。

作为例子，尽管已经概括地描述了其中使用通过电池的阴极侧传输的光的实施方案，但在某些实施方案中使用通过电池的阳极侧传输的光(例如，当使用网状阳极时)。在一些实施方案中，使用通过电池的阴极和阳极侧两者传输的光(当使用网状阴极和网状阳极时)。

作为再一个例子，尽管已经描述了由导电材料形成的电极(例如，网状电极、非网状电极)，但在一些实施方案中光电池可包括由半导体材料形成的一个或多个电极(例如，一个或多个网状电极、一个或多个非网状电极)。半导体材料的例子包括氧化铟锡、氟化的氧化锡、氧化锡和氧化锌。

作为额外的例子，在一些实施方案中，可在网状电极的开口区域中设置一种或多种半导体材料(例如，在网状阴极的开口区域中、在网状阳极的开口区域中、在网状阴极的开口区域中和在网状阳极的开口区域中)。半导体材料的例子包括氧化锡、氟化的氧化锡、氧化锡和氧化锌。也可在网状电极的开口区域中设置其它半导体材料如部分透明半导体聚合物。例如，部分透明聚合物可为在光电池中使用的厚度下传输在该光电池运行过程中使用的波长或范围波长的入射光的至少约60％(例如，至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％)的聚合物。典型地，在网状电极的开口区域设置的半导体材料在光电元件中使用的厚度下是透明的。

作为另一个例子，在某些实施方案中，保护层可施加至所述基底的一个或两者上。保护层可用于例如使光电池隔离污染物(例如，灰尘、水、氧、化学品)和/或使该元件耐用。在某些实施方案中，保护层可由聚合物(例如，氟化聚合物)形成。

作为另一个例子，尽管已经描述了具有一个或多个网状电极的某些类型的光电池，也可在其它类型的光电池中使用一个或多个网状电极(网状阴极、网状阳极、网状阴极和网状阳极)。这种光电池的例子包括具有活性材料的光电池，该活性材料由非晶硅、硒化镉、碲化镉、硫化铜铟、和砷化铜铟镓形成。

作为额外的例子，尽管已经描述了材料302和304由不同材料形成，但在一些实施方案中材料302和304由相同材料形成。

作为另一个例子，尽管在图4中示出的实心区域122由一种材料涂布在不同材料上形成，但在一些实施方案中实心区域122可由多于两种的涂覆材料(例如，三种涂覆材料、四种涂覆材料、五种涂覆材料、六种涂覆材料)形成。

作为又一个例子，尽管已经描述了具有一个或多个保护层的光电池，但也可在其它有机器件(例如，其中电极可被氧化的器件)中使用一个或多个保护层。该有机器件的例子包括有机光探测器、有机发光二极管、或有机场效应晶体管。

以下例子是说明性的且不用于限制本发明。

实施例

制备具有以下组成的光电元件：玻璃/ITO/～50nm PEDOT PH/来自OCDB的＞1μm共混物(＞1μm blend from OCDB)/10nm Ti/70nm Al。选择Ti作为Al阳极的保护层，因为它具有潜在的优点(1)Ti具有与PCBM的LUMO良好匹配的导带(即，约4.3eV)和(2)Ti形成具有与PCBM的LUMO良好匹配的导带的导电氧化物。

上面制备的光电池经历在具有UV过滤器的室中进行的光吸收(soak)测试。该光电池不包括封装(encapsulation)层。在时间零点和16小时光吸收后的测试结果概括在下面表1中。

                                    表1

Ti/Al电极	面积(cm2)	Voc(V)	Jsc(mA/cm2)	效率(％)	填充因数(％)
						时间零点	0.172	0.56	8.229	2.18	47.3
16小时的光吸收后	0.172	0.41	6.17	1.03	40.7

结果表明，在16小时的光吸收之后，该光电池的效率轻微退化。还绘制了该光电池的J-C曲线。曲线表明，在光电池中Ti层可与Al电极结合使用。

其它实施方案在权利要求中。

Claims (26)

1.一种制品，包括：

第一和第二电极；

在该第一和第二电极之间的光活性层，该光活性层包括电子受体材料和电子供体材料；和

在该光活性层与该第一和第二电极的至少一个之间设置的材料，该材料不同于该第一和第二电极的至少一个和包括半导体金属氧化物或能够形成半导体金属氧化物的金属，

其中该制品是光电池。

2.权利要求1的制品，其中该材料包括半导体金属氧化物。

3.权利要求2的制品，其中该半导体金属氧化物包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化铜、氧化铬、氧化银、氧化镍、氧化金、或其组合。

4.权利要求1的制品，其中该材料包括能够形成半导体金属氧化物的金属。

5.权利要求4的制品，其中该金属包括钛、金、银、铜、铬、锡、镍、锌、或钨、或其组合。

6.权利要求1的制品，其中该材料具有至多约1,000欧姆/平方(Ohm/sq)的表面电阻率。

7.权利要求1的制品，其中该材料具有至多约10欧姆/平方的表面电阻率。

8.权利要求1的制品，其中该材料具有至多约0.1欧姆/平方的表面电阻率。

9.权利要求1的制品，其中该材料形成厚度为至少约0.1nm的层。

10.权利要求1的制品，其中该材料形成厚度为至多约50nm的层。

11.权利要求1的制品，其中该电子受体材料包括选自以下的材料：球碳、无机纳米颗粒、二唑、碟状液晶、碳纳米棒、无机纳米棒、含CN基团的聚合物、含CF₃基团的聚合物、及其组合。

12.权利要求1的制品，其中该电子受体材料包括取代的球碳。

13.权利要求1的制品，其中该电子供体材料包括选自以下的材料：碟状液晶、聚噻吩、聚亚苯基、聚苯基亚乙烯基、聚硅烷、聚噻吩基亚乙烯基、和聚异硫茚(polyisothianaphthalenes)。

14.权利要求1的制品，其中该电子供体材料包括聚(3-己基噻吩)。

15.权利要求1的制品，其中该第一和第二电极的至少一个包括网状电极。

16.权利要求1的制品，其中该第一和第二电极的至少一个包括金属。

17.一种器件，包括：

第一和第二电极；

在该第一和第二电极之间的有机半导体层；和

在该半导体层与该第一和第二电极的至少一个之间设置的材料，该材料不同于该第一和第二电极的至少一个和包括半导体金属氧化物或能够形成半导体金属氧化物的金属。

18.权利要求17的器件，其中该材料包括半导体金属氧化物。

19.权利要求18的器件，其中该半导体金属氧化物包括氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化铜、氧化铬、氧化银、氧化镍、氧化金、或其组合。

20.权利要求17的器件，其中该材料包括能够形成半导体金属氧化物的金属。

21.权利要求20的器件，其中该金属包括钛、金、银、铜、铬、锡、镍、锌、或钨、或其组合。

22.权利要求17的器件，其中该器件是有机光电池、有机光探测器、有机发光二极管、或有机场效应晶体管。

23.一种方法，包括：

通过连续过程形成权利要求1的制品。

24.权利要求23的方法，其中该连续过程是卷装进出过程。

25.一种方法，包括：

通过连续过程形成权利要求17的器件。

26.权利要求25的方法，其中该连续过程是卷装进出过程。

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