CN101697368A - 有机半导体元件 - Google Patents

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Abstract

通过将新概念引入常规有机半导体元件的结构，而不使用常规超薄薄膜，提供更可靠和具有更高成品率的有机半导体元件。而且，尤其提高使用有机半导体的光电子器件的效率。在阳极和阴极之间设置有机结构，该有机结构包括交替层叠的通过使SCLC流动实现各种功能的有机薄膜层(功能有机薄膜层)，和通过用受主和施主掺杂导电薄膜层，或通过类似的方法充满暗电导率的导电薄膜层(欧姆导电薄膜层)。

Description

有机半导体元件
本申请是2002年12月5日提交的、申请号为02151825.4、发明名称为“有机半导体元件”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用有机半导体的电子器件。更特别涉及光电子器件，例如光电转换元件和EL元件。
背景技术
比较无机化合物，有机化合物包括更多种材料系统，并且通过适当的分子设计可以合成具有各种功能的有机材料。而且，有机化合物的特点在于采用有机化合物形成的薄膜等表现出极大的柔韧性，并且通过聚合作用还可以获得优越的可加工性能。根据这些优点，近年来，已经注意使用功能有机材料的光学和电子学。
利用有机化合物的光物理性质的光学技术在当代工业技术中已经扮演一个重要的角色。例如，感光材料，如光刻胶，已成为半导体精细工艺的光刻技术中必不可少的材料。此外，由于有机化合物本身具有光吸收的特性和伴随的光发射特性(荧光或磷光)，因此作为发光材料例如激光颜料等，它们具有相当大的可适用性。
另一方面，由于有机化合物自身没有载流子，所以它们基本上具有优越的绝缘性能。因此，在利用有机材料的电特性的电子领域，有机化合物主要的常规用途是绝缘体，在此有机化合物用作绝缘材料、保护材料以及覆盖材料。
但是，具有使大量的电流在基本上是绝缘体的有机材料内流动的装置，并且这些装置也开始在电子领域实际应用。这里论述的“装置”可以大致地分为两类。
第一类装置，由导电聚合物作代表，其中π-共轭系统有机化合物掺有受主(电子受主)或施主(电子施主)以给-
Figure G2009101597485D00011
共轭系统有机化合物供给载流子(参考文献1：Hideki Shirakawa，Edwin J.Louis，Alan G.MacDiarmid，Chwan K.Chiang和Alan J.Heeger“导电有机聚合物的合成：聚乙炔(polyacetyrene)的卤素衍生物，(CH)x”，Chem.Comm.1977，16，578-580)。通过增加掺杂量，载流子将增加到某一区域。因此，它的暗电导率也将随之增加，以致将有效地使电流流动。
由于流动的电流量可以达到普通半导体的水平或更多，因此表现出该性能一类材料称为有机半导体(或，有时称为有机导体)。
掺杂受主/施主以提高暗电导率从而使电流在有机材料中流动的这种装置已应用于部分电子领域。其例子包括使用聚苯胺或多并苯(polyacene)的可充电蓄电池以及使用聚吡咯的电场电容器。
使大量的电流在有机材料中流动的另一类装置使用SCLC(空间电荷限制电流)。SCLC是通过从外部注入空间电荷并移动它而使之流动的电流，其电流密度用蔡尔德定律表示，亦即，如下面的公式1所示。在公式中，J表示电流密度、ε表示相对介电常数、εo表示真空介电常数、μ表示载流子迁移率、V表示电压以及d表示施加电压V的电极之间的距离(下面称为“厚度”)：
公式1
J＝9/8·εε0μ·V2/d3
注意SCLC由公式1表示，其中假定当SCLC流动时没有任何载流子俘获(trap)。由载流子俘获限制的电流称为TCLC(俘获电荷限制的电流)，并且它与电压功率成正比，但是SCLC和TCLC都是受体积限制的电流。因此，在下文中SCLC和TCLC都用同样的方式处理。
这里，为了比较，公式2表示为根据欧姆定律的欧姆电流流动时的电流密度的公式。σ表示电导率，E表示电场强度：
公式2
J＝σE＝σ·V/d
在公式2中，由于电导率σ表示为σ＝neμ(n指载流子密度、e指电荷)，因此载流子密度是包括在决定流动的电流量因素中。因此，在具有一定程度的载流子迁移率的有机材料中，只要不通过如上所述的掺杂增加材料的载流子密度，那么欧姆电流就不会在通常几乎没有载流子的材料内流动。
但是，如公式1所示，决定SCLC的因素是介电常数、载流子迁移率、电压以及厚度。载流子密度是不相干的。换句话说，即使在有机材料绝缘体没有载流子情况下，通过使厚度d足够小，以及通过选择具有显著的载流子迁移率μ的材料，也可能从外部注入载流子以使电流流动。
即使采用该装置时，电流流动量可以达到普通半导体的水平或更多。因此，具有很大的载流子迁移率μ的有机材料，换而言之，能够潜在地输运载流子的有机材料可以称作“有机半导体”。
顺便提及，甚至在使用如上所述的SCLC的有机半导体元件中，使用功能有机材料的光性能和电性能作为光电子器件的有机电致发光元件(在下文中称为″有机EL元件″)，近年来已特别表现出非凡的进步。
由W.Tang等于1987年发表了有机EL元件的最基本结构(参考文献2：C.W.Tang和S.A.Vanslyke，“有机电致发光二极管”，《应用物理期刊》(Appliedphysics Letters)，Vol.51，No.12，913-915(1987))。在参考文献2中报道的元件是一种二极管元件，其中总厚约100nm的有机薄膜夹在电极中，且通过层叠空穴-输运有机化合物和电子-输运有机化合物构造该有机薄膜，以及该元件使用发光材料(荧光材料)作为电子-输运化合物。通过向元件施加电压，可以获得来自发光二极管的光发射。
光-发射机制被认为如下方式工作。也就是说，通过施加电压到夹在电极之间的有机薄膜，从电极注入的空穴和电子在有机薄膜内复合以形成激发分子(下面称为“分子激子”)，并且当这些分子激子回到它的基态时发射光。
注意，由有机化合物形成的分子激子的种类可以包括单重激发态和三重激发态，且基态通常是单重态。因此，来自单重激发态发射的光称为荧光，来自三重激发态发射的光称为磷光。本说明书中的论述涵盖来自两种激发态发射的光的情况。
就如上所述的有机EL元件而言，有机薄膜通常形成为约100到200nm厚的薄膜。而且，由于有机EL元件是自发光元件，其中光从有机薄膜自身发出，所以不需要一般液晶显示器中使用的背光。因此，有机EL元件具有很大的优点，它可以制成极其薄和极其轻。
而且，在约100到200nm厚的薄膜中，例如，由有机薄膜的载流子迁移率所表现的从载流子注入到发生复合的时间约几十纳秒。即使从载流子的复合到发光过程需要时间，发光之前该时间小于微秒的数量级。因此，有机薄膜一个特点是响应时间极其快。
由于薄、轻和迅速的响应时间等的上述性能，有机EL元件作为下一代平板显示元件受到关注。而且，由于它是自发光并且它的可见范围宽，因此它的可见性相对好并且被认为是用于便携式器件的显示屏的有效元件。
而且，除有机EL元件之外，有机太阳能电池是使用有机材料(亦即，有机半导体)的有机半导体元件的另一代表实例，该有机材料能潜在地输运载流子，也就是说具有一定程度的载流子迁移率。
简而言之，有机太阳能电池利用与有机EL元件相反的结构。也就是说，它的结构类似于有机EL元件的最基本结构，具有双层结构的有机薄膜夹在电极之间。(参考文献3：C.W.Tang，“双层有机光光生伏打电池”，《应用物理期刊》(Applied Physics Letters)，vol.48，No.2，183-185(1986))。用通过将光吸收到有机薄膜中产生的光电流来获得电动势。此时流动的电流可以如下理解：由光产生的载流子由于有机材料中存在的载流子迁移率而流动。
这样，认为除了它原有的作为绝缘体的用途外在电子领域被认为没有用途的有机材料，通过巧妙地没计有机半导体在各种电子器件和光电子器件中，它可以执行主要功能。由此，目前正加强对有机半导体的研究。
上面已经描述了使用有机半导体作为使电流流动到基本上是绝缘体的有机材料的装置的两种方法。但是，每种方法都有不同的问题。
首先，就受主和施主都掺杂到有机半导体以增加载流子密度而言，电导率实际上提高了，但是有机半导体本身失去它自己原有的物理性能(光吸收、磷光质等)。例如，当磷光质-发光π-共轭系统聚合物材料掺有受主/施主时，它的电导率增加，但是它停止发光。因此，以牺牲有机材料具有的其他各种功能换得导电功能。
而且，尽管具有通过调整受主或施主的掺杂量可以获得各种电导率的优点，但是不管掺杂多少受主和施主以增加载流子，难以恒定地获得相当于金属或相当于金属的无机化合物(例如，氮化钛或其他这样的无机化合物导体)的载流子密度。换句话说，就电导率而论，有机材料难以超越无机材料，个别例子例外。因此，唯一保持的优点是有机材料非常的易加工和柔韧。
另一方面，就使SCLC(在下文中，SCLC包括光电流)流动到有机半导体而言，有机半导体固有的物理特性不失去。这种的代表例子正是有机EL元件，其中即使电流流动时也可以利用从荧光物质(或磷光物质)发射的光。有机太阳能电池通过有机半导体还利用光吸收的功能。
但是，通过参见公式1可以理解，由于SCLC与厚度d的3次方成反比，SCLC只能流过由夹住非常薄的薄膜的两个表面的电极构成的结构。更具体地说，根据有机材料的一般载流子迁移率，该结构必须是约100nm到200nm的超薄薄膜。
但是，通过掺杂上述超薄薄膜结构，在低压下可以使大量的SCLC流动。有机EL元件，例如在参考资料2中论述的有机EL元件成功的一个原因就是因为其有机薄膜的厚度设计成约100nm厚的均匀超薄薄膜。
但是，事实是厚度d必须制得非常薄，实际上当使SCLC流动时这成为最大的问题。首先，在100nm薄膜中，容易形成针孔以及其他这种缺陷，且由于这一点发生短路和其他此类问题，引起对成品率下降的关注。而且，不仅薄膜的机械强度减小，而且由于薄膜必须是超薄薄膜，因此制造工艺本身也受限制。
而且，当SCLC用作电流时，有机半导体自身原有的物理特性没有失去，并且具有可以产生各种功能的优点。但是，通过使SCLC流动加速了有机半导体的功能退化。例如：观察有机EL元件作为例子，众所周知，元件的寿命(亦即，发光亮度级的半衰期)退化几乎与它原有的亮度成反比，或，换言之，与流动的电流量成反比(参考资料4：Yoshiharu SATO，“应用物理学/有机分子电子学和生物电子学日本协会”(The Japan Society of Applied Physics/OrganicMolecular Electronics and Bioelectronics，vol.11，No，1(2000)，86-99)。
如上所述，在掺杂受主或施主以产生电导率的器件中，失去电导率外其它功能。而且，在使用SCLC以产生电导率的器件中，大量电流流过超薄薄膜成为元件的可靠性等问题的原因。
顺便提及，在使用有机半导体的光电子器件中，例如有机EL元件和有机太阳能电池中，还有关于效率的问题。
有机EL元件将作为一个例子被讨论。有机EL元件的发光机制是注入的空穴和电子互相复合以转变为光。因此，理论上，从复合的一个空穴和一个电子至多可能提取一个光子，不可能提取多个光子。也就是说，内量子效率(与注入的载流子对应的发射光子的数目)至多为1。
但是，实际上，难以使内量子效率接近1。例如：就使用荧光材料作为发光体的有机EL元件来说，认为单重激发态(S*)和三单激发态(T*)产生的统计比率为S*∶T*＝1∶3(参考资料5：Tetsuo TSUTSUI，“有机分子电子学和生物电子学分部第三次讨论会教程，应用物理学日本协会(The Japan Society ofApplied Physics)”p.31(1993))。因此，内量子效率的理论极限为0.25。而且，只要来自荧光材料的荧光量子产率不是φf，那么内量子效率将甚至低于0.25。
近年来，已经尝试采用磷光材料以使用来自三激发态的发射光从而产生接近0.75至1的内量子效率理论极限，并且已经获得实际超过荧光材料的效率。但是，为了实现这些，必须使用具有高磷光质量子效率φp的磷光质材料。因此，材料的选择范围不可避免地受限制。这是因为在室温下能发射磷光的有机化合物非常稀有。
换句话说，如果可以构造提高有机EL元件的电流效率(相对于电流产生的亮度级)的装置，那么这将是一个伟大的革新。如果电流效率提高，用较小的电流就可以产生更大的亮度级。反之，由于实现一定亮度级用的电流可以减小，那么也可以减小如上所述的由大量电流流向超薄薄膜引起的退化。
有机EL元件的反向结构，也就是说例如有机太阳能电池中的光电转换，目前效率低。如上所述，在使用常规有机半导体的有机太阳能电池中，如果不采用超薄薄膜那么电流不流动。因此，也不产生电动势。但是，当采用超薄薄膜时，产生光吸收效率低的问题。(亦即，光不能被完全吸收)。该问题被认为是低效率的最大原因。
根据上文论述，使用有机半导体的电子器件的缺点在于当大电流在利用有机材料独特的物理特性的器件中流动时，器件的可靠性和成品率受到不利地影响。而且，尤其在光电子器件中，器件的效率低。这些问题基本上可以说是由常规有机半导体元件的“超薄薄膜”结构引起的。
发明内容
因此，本发明的目的是将一种新的概念引入常规有机半导体元件的结构，以提供不仅具有高可靠性而且具有高成品率的有机半导体元件，而不使用常规超薄薄膜。本发明的另一目的是提高使用有机半导体的光电子器件的效率。
本发明的发明者，多次重复研究的结果，已设计出通过结合掺有受主或施主以使之导电的有机半导体能实现上述目的的装置，有机半导体内使用SCLC以获得电导率。其最基本结构展示在图1中。
图1展示了包括有机结构的有机半导体元件，其中在阳极和阴极之间有交替层叠用于通过使SCLC流动实现各种功能的有机薄膜层(在本说明书中称为“功能有机薄膜层”)，以及通过掺杂受主或施主或通过其它方法获得暗电导率的浮置态的导电薄膜层。
这里重要的是导电薄膜层应该基本上欧姆地连接到功能有机薄膜层(在此情况下，导电薄膜层特别称为“欧姆导电薄膜层”)。换句话说，导电薄膜层和功能有机薄膜层之间的阻塞应该除去或非常小。
通过采用上述结构，空穴和电子容易分别从欧姆导电薄膜层注入到每一功能有机薄膜层中。例如：图1所示元件的n＝2时的概念图展示在图2A和2B中。在图2A和2B中，当在阳极和阴极之间施加电压时，电子容易从第一欧姆导电薄膜层注入到第一功能有机薄膜层，空穴容易从第一欧姆导电薄膜层注入第二功能有机薄膜层。当从外电路观察时，空穴从阳极向阴极移动，电子从阴极向阳极移动(图2A)。但是，可以理解电子和空穴都从欧姆导电薄膜层背向相反方向流动(图2B)。
这里，通过制造每一功能有机薄膜层为100nm至200nm或更小的厚度，可以使注入每一功能有机薄膜层的载流子流动为SCLC。也就是说，在每一功能有机薄膜层中，可以实现源于有机材料固有的物理性质的功能(例如发光等)。
而且，当应用本发明的基本结构时，可以制成具有任意厚度的有机结构，这是非常有用的。换句话说，假定在常规元件中(其中功能有机薄膜层303夹在阴极301和阳极302之间)，给定的电压V施加于薄膜厚度d以由此获得电流密度J(图3A)。这里，就本发明(图3B)而言，具有交替层叠的有相似薄膜厚度d的n个功能有机薄膜层303和(n-1)个欧姆导电薄膜层304，它只可以使SCLC流入厚度d(在常规技术中是100nm至200nm)，本发明相当于使具有电流密度J的SCLC流入薄膜厚度nd，正如图3A所示的情况。换句话说，是图3C的效果，但是在常规技术中这是不可能的，因为不管施加多大电压，如果薄膜厚度变得非常厚，那么SCLC将突然停止流动。
当然，该简单装置仅需要nV电压。但是，使用有机半导体的电子器件可以容易地克服该问题，即通过利用有机材料的固有的物理特性，当使大量的电流流动时，存在有关器件的可靠性和成品率的消极效果。
因此，通过提供具有交替层叠的功能有机薄膜层和导电薄膜层的有机结构，该有机半导体元件可以使SCLC在比常规技术更厚的薄膜厚度中流动。该概念直到现在也不存在。该概念显然可以适用于使SCLC流动以获得发光的有机EL元件和利用光电流并且据说具有与有机EL元件相反机制的有机太阳电池。该概念还可以广泛地适用于其他有机半导体元件。
因此，根据本发明，提供一种由有机结构构成的有机半导体元件，通过在阳极和阴极之间顺序层叠由第一至第n个功能有机薄膜层构成的n个功能有机薄膜层(n是等于或大于2的整数)形成该有机结构，其特征在于：浮置态的导电薄膜层毫无例外地形成在第k功能有机薄膜层(k是1≤k≤(n  1)的整数)和第(k+1)功能有机薄膜层之间；并且每一导电薄膜层与每一功能有机薄膜层欧姆接触。
在此情况下，作为导电薄膜层，优选用有机化合物代替使用金属或导电无机化合物。特别，就需要透明度的光电子器件而言，优选使用有机化合物。
因此，根据本发明，提供一种由有机结构构成的有机半导体元件，通过在阳极和阴极之间顺序层叠由第一至第n功能有机薄膜层构成的n个功能有机薄膜层(n是等于或大于2的整数)形成该有机结构，其特征在于：包括有机化合物的浮置态的导电薄膜层毫无例外地形成在第k功能有机薄膜层(k是1≤k≤(n-1)的整数)和第(k+1)功能有机薄膜层之间；并且每一导电薄膜层与每一功能有机薄膜层欧姆接触。
同样，为了使导电薄膜层与功能有机薄膜层欧姆接触或以基本上等效的方式接触，如上所述，重要的是采用该装置，其中由有机化合物形成导电薄膜层且该层掺有受主或施主。
因此，根据本发明，提供一种由有机结构构成的有机半导体元件，通过在阳极和阴极之间顺序层叠由第一至第n功能有机薄膜层构成的n个功能有机薄膜层(n是等于或大于2的整数)形成该有机结构，其特征在于：包括有机化合物的浮置态的导电薄膜层毫无例外地形成在第k功能有机薄膜层(k是1≤k≤(n-1)的整数)和第(k+1)功能有机薄膜层之间；每一导电薄膜层包括有机化合物用的受主和施主的至少一种。
同样，根据本发明，提供一种包括由有机结构构成的有机半导体元件，通过在阳极和阴极之间顺序层叠由第一至第n功能有机薄膜层构成的n个功能有机薄膜层(n是等于或大于2的整数)形成该有机结构，其特征在于：包括有机化合物的浮置态的导电薄膜层毫无例外地形成在第k功能有机薄膜层(k是1≤k≤(n-1)的整数)和第(k+1)功能有机薄膜层之间；每一导电薄膜层都包括有机化合物用的受主和施主。
注意，当导电薄膜层掺有受主或施主时，用于功能有机薄膜层的有机化合物和用于导电薄膜层的有机化合物用相同的物质连接(亦即，导电薄膜层包括用于功能有机薄膜层的有机化合物，并且导电薄膜层掺有受主或施主)。这些使元件能够根据简单工艺制造。
顺便提及，在导电薄膜层包括受主和施主的情况下，优选：通过层叠第一层和第二层构造导电薄膜层，通过添加受主到有机化合物形成第一层，以及通过添加施主到与上述有机化合物相同的有机化合物形成第二层；以及第一层比第二层更靠近阴极侧。
同样，在此情况下，优选用于功能有机薄膜层的有机化合物和用于导电薄膜层的有机化合物用相同的物质连接。
顺便提及，就导电薄膜层包括受主和施主二者的情况而言，同样优选：通过层叠第一层和第二层构造导电薄膜层，通过添加受主到第一有机化合物形成第一层，以及通过添加施主到不同于第一有机化合物的第二有机化合物形成第二层；以及第一层比第二层更靠近阴极侧。
同样，在此情况下，优选用于功能有机薄膜层的有机化合物和用于第一层的有机化合物用相同的物质连接。同样，优选用于功能有机薄膜层的有机化合物和用于第二层的有机化合物用相同的物质连接。
功能有机薄膜层的结构可以使用双极性有机化合物制造，或通过结合单极性有机化合物，例如通过层叠空穴输运层和电子输运层来制造。
上述元件结构尤其在有机半导体元件之中是非常有用的，因为在光电子领域它可以增加发光效率和光吸收效率。也就是说，通过构造具有通过使电流流动而发光的有机化合物的功能有机薄膜层，可以制造具有高可靠性和优良效率的有机EL元件。而且，通过构造具有通过吸收光而产生光电流(亦即，产生电动势)的有机化合物的功能有机薄膜层，可以产生具有高可靠性和优良效率的有机太阳能电池。
因此，本发明包括涉及有机半导体元件的所有元件，其中上述功能有机薄膜层具有能够实现有机EL元件功能和有机太阳能电池功能的结构。
注意，特别在有机EL元件中，就功能有机薄膜层用双极性有机化合物构造的情况而言，双极性有机化合物优选包括具有π-共轭系统的高分子化合物。而且，同样对于导电薄膜层，所希望的使用方法是：其中使用具有π-共轭系统的高分子化合物且该层掺有受主或施主以提高暗电导率。可选地，至于导电薄膜层，同样也可以使用添加有受主或施主的导电高分子化合物。
而且，在有机EL元件中，在这种情况下，即例如，层叠由空穴输运材料制成的空穴输运层，以及由电子输运材料制成的电子输运层以通过结合单极性有机化合物构造功能有机薄膜层，导电薄膜层也使用空穴输运材料和电子输运材料的至少一种制成，且该层应该掺有受主和施主以增加暗电导率。可选地，还可以是空穴输运材料和电子输运材料都使用。在更具体的方面，这指一种方法：其中在用作导电薄膜层的结构中彼此紧靠地层叠用于功能有机薄膜层的电子输运材料的施主-掺杂层和用于功能有机薄膜层的空穴输运材料的受主-掺杂层。
用于有机太阳能电池中的功能有机薄膜层的结构与用于有机EL元件的相同。也就是说，在有机太阳能电池中，就功能有机薄膜层用双极性有机化合物构造的情况而言，双极性有机化合物优选包括具有π-共轭系统的高分子化合物。而且，同样对于导电薄膜层，所希望的使用方法是：其中采用具有π-共轭系统的高分子化合物且该层掺有受主或施主以提高暗电导率。可选地，至于导电薄膜层，同样可以使用添加有受主或施主的导电高分子化合物。
而且，在有机太阳能电池中，在此情况下，即例如，层叠由空穴输运材料制成的层和由电子输运材料制成的层以通过结合单极性有机化合物构造功能有机薄膜层，导电薄膜层也应该使用空穴输运材料和电子输运材料的至少一种制成，且该层应该掺有受主和施主以增加暗电导率。可选地，也可以是空穴输运材料和电子输运材料都使用。在更具体的方面，这指一种方法：其中在用作导电层的结构中彼此紧靠地层叠用于功能有机薄膜层的电子输运材料的施主-掺杂层和用于功能有机薄膜层的空穴输运材料的受主-掺杂层。
注意，如果载流子可以注入上述的所有导电薄膜层(欧姆导电薄膜层)，那么不必减少他们中任何层的薄层电阻。因此，10-10S/m或更大的电导率是足够的。
附图说明
在附图中：
图1展示了本发明的基本结构；
图2A和2B展示了本发明的概念；
图3A至3C展示由本发明产生的效果；
图4A和4B图示了电流效率改进的理论；
图5展示了电流效率改进的理论；
图6A和6B描绘了常规的有机EL元件；
图7展示根据本发明的有机EL元件；
图8展示了根据本发明的有机EL元件的具体例子；
图9展示了根据本发明的有机EL元件的具体例子；以及
图10展示了根据本发明的有机EL元件的具体例子。
具体实施方式
在下文中，详细说明关于本发明的实施例，使用有机EL元件和有机太阳能电池作为例子。注意，关于有机EL元件，为了实现发光，只要使阳极和阴极至少一个透明就足以。但是，根据本实施例方式，描述元件结构，其中透明阳极形成在衬底上以从阳极侧获取光。实际上，本发明可以适用于阴极形成在衬底上以从阴极侧获取光的结构，还适用于从与衬底相对侧获取光的结构，以及适用于从电极两侧获得光的结构。在有机太阳能电池中也一样，为了使电池吸收光，元件的任何一侧都可以制成透明。
首先，在有机EL元件中，作为克服源于超薄薄膜的低可靠性和提高相对于电流的光发射比例(亦即，电流效率)的装置，为了实现简单的器件结构，例如，有机EL元件可以串联连接。这些将在下面进行解释。
如图4A所示，假定一种有机EL元件D1，其中施加一定的电压V1促使具有电荷密度J1的电流流动，且由每单位表面积L1的光能发射光(亦即，发射具有一定能量的光子，光能相当于能量与光子数目的乘积)。此时，在下面的公式中给出功率效率φe1(这指相对于所给的电能(电功率)的光发射能量，意思与“能量转换率”一样)：
公式3
Figure G2009101597485D00121
下面，考虑一种情况，其中完全等于有机EL元件D1的有机EL元件D2与有机EL元件D1串联连接(参见图4B)。注意接触点C1将两个元件D1和D2欧姆地连接在一起。
这里，元件作为整体(亦即，具有由D1和D2彼此连接构成的结构的元件D全部)施加电压V2(＝2V1)，电压V2是图4A中施加的电压的两倍。然后，由于D1和D2彼此等价，因此，如图4B所示，D1和D2分别施加电压V1，且共享电流密度J1流动。因此，由于每一个D1和D2都发射有光能L1的光，因此从作为整体的元件D全部可以获得双倍的光能2L1。
此时在下面公式4中给出功率效率φe2：
公式4
Figure G2009101597485D00122
通过比较上述公式3和公式4可以明白，图4A和4B之间在功率效率方面是相同的，并且遵守V1和J1转变为L1的能量守恒定律。但是，电流效率显然增加到两倍，亦即L1/J1增加到2L1/J1。这对于有机EL元件具有重要的意义。也就是说，通过增加串联连接的有机EL元件和通过施加与增加的元件数目成比例的更大电压并保持电流密度在固定的值，就可以增加电流效率。
更一般地检查该概念，当n个完全相等的有机EL元件欧姆连接时，通过保持电流密度在固定值和通过增加n倍电压可以获得n倍亮度级。该性能源于有机EL元件中亮度级和电流密度值之间的比例关系。
当然，甚至在此情况下：即不同的有机EL元件串联连接，从每一有机EL元件发射的亮度级将不同。但是，通过显著地增加电压，可以提取比单个有机EL元件更强的亮度。图5展示了这种情况的概念示意图。
如图5所示，当不同的有机EL元件D1和D2串联连接，且其中一个有机EL元件(D1或D2之一)施加比必须电压(V1或V2)更高的电压V1+V2以产生电流J1时，用电流J1就可以产生亮度级L1+L2(＞L1，L2)。
此时，通过配置，例如，D1作为发蓝光元件以及D2作为发黄光元件，如果可以进行颜色混合，那么将产生白光。因此，能够得到电流效率更高的白光发射元件，因此元件的寿命比常规技术的更长。
如上所述，通过欧姆地串联连接元件，用较小的电流就可以明显提高表观电流效率和获得更强的亮度。这意味着，可以使发射同样的亮度级所必须的电流保持小于常规技术。而且，只要能施加有效的电压，就可以连接所需要的所有有机EL元件，并且整体薄膜厚度可以做厚。
但是，如上所述，甚至在有机EL元件是简单串联连接的情况下也将产生一个问题。该问题源于有机EL元件的电极和源于元件结构，这些用图6进行解释。图6A以示意的方法展示了图4A所示的有机EL元件D1的剖视图，图6B以示意的方法展示了图4B所示的所有元件D全部的剖视图，。
制造一般有机EL元件的基本结构(图6A)，通过在衬底601上提供透明电极602(这里，电极是阳极，通常使用ITO等)，然后形成通过使电流流动执行发光的功能有机薄膜层(在下文中，称为“有机EL层”)604，以及然后提供阴极603。用该结构，可以从透明电极(阳极)602产生光。阴极603可以是通常采用具有低功函数的金属电极，或电子注入阴极缓冲层和金属导电薄膜(例如铝等)。
当具有上述结构的两个有机EL元件简单的串联连接时(如图6B所示)，该结构将包括从下侧依次层叠的第一透明电极(阴极)602a、第一有机EL层604a、第一阴极603a、第二有机EL层604b、第二有机EL层604b、以及第二阴极603b。然后，由第二有机EL层604b发射的光不能透过，因为第一阴极603a是金属，且因此光不能从元件发出。由此，混合上下有机EL元件发射的光以产生白光的这种革新是不可能的。
例如：已经发表了阳极和阴极都使用透明的ITO阴极的技术(参考资料6：G.Parthasarathy，P.E.Burrows，V.Khalfin，V.G.Kozlov，和S.R.Forrest，“用于有机半导体器件的无金属阴极”J.Appl.Phys.，72，2138-2140(1998))。通过使用这些，第一阴极603a可以制成透明的。因此，可以使光从第二有机EL层604b发射出来。但是，由于ITO主要由溅射形成，担心的是有机EL层604a将遭受损伤。而且，因为不得不重复通过淀积涂敷有机EL层和通过溅射涂敷ITO，因此该工艺也变得累赘。
为了克服该问题，图7展示了一种更合乎需要的实施例，该实施例具有一种结构，例如，其中使用类似于串联连接元件以提高电流效率的概念可以提高电流效率，且元件透明度也不存在问题。
图7展示了一种结构，其中在透明电极(阳极)702上依次层叠第一有机EL层704a、第一导电薄膜层705a、第二有机EL层704b以及阴极703，透明电极(阳极)702设置在衬底701上。在该结构中，通过应用其中受主或施主已经施加于有机半导体的材料，第一半导体薄膜层705a可以与有机EL层几乎欧姆地连接(亦即，可以注入空穴载流子和电子载流子)，而且，几乎可以完全保持透明度。因此，第二有机EL层703b产生的发光可以显示出来，并且通过施加双倍电压就可以使电流效率简单的加倍。
而且，由于整个工艺变得一致(例如，当使用低分子的材料时，可以使用干法工艺例如真空淀积，当使用高分子材料时，可以使用湿法工艺例如旋涂)，制造过程不再累赘。
注意，图7展示了一种结构，其中提供两个有机EL层。但是，如上所述，只要可以施加大量的电压，该结构可以是多层的(当然，导电薄膜层插入每一有机EL层之间)。因此，可以克服源于超薄薄膜结构的有机半导体的低可靠性。
如上所述的原理自然也可以适用于认为利用与有机EL元件相反机制的有机太阳能电池。这些将在下面解释。
假定有机太阳能电池S1，其中给定的光能L1产生电流密度J1的光电流，因此产生电动势V1。N个电池S1欧姆地串联连接，且当光能nL1照射时，如果相等光能的可以提供到所有n个太阳能电池S1(＝nL1/n＝L1)，那么可以获得n倍的电动势(＝nV1)。总而言之，如果所有串联连接的有机太阳能电池都可以吸收光，则电动势增加等于电池数目的乘积。
例如：一篇报告公开了通过串联连接两个有机太阳能电池提高电动势(参考文献7：Masahiro HIRAMOTO，Minoru SUEZAKI，和Masaaki YOKOYAMA，“薄金间隙-层对级联的有机太阳电池的光致电压性能的效果”(Effect of Thin GoldInterstitial-layer on the Photovoltaic Properties of Tandem OrganicSolar Cell)，《化学期刊》(即，pp.327-330，1990)。根据参考文献7，通过将金薄膜插入两个有机太阳能之间(亦即，前单元和后单元之间)，获得改善通过光照射产生的电动势的效果。
但是，参考文献7也构造3nm或更少的厚度的金薄膜以便获得透射率。换句话说，构造薄膜为足够薄的超薄薄膜，用于光通过该薄膜，如此设计以便光到达后单元。而且，当超薄薄膜的厚度为几纳米数量级时可重复性成问题。
通过使用本发明还可以解决这些问题。也就是说，在如参考文献7中公开的有机太阳能电池结构中，本发明可以适用于金薄膜部分。通过这样做，本发明可以用作比常规技术更厚和更高效的单有机太阳能电池，代替两个元件串联连接。
本发明的基本概念和结构使用有机EL元件和有机太阳能电池作为例子已在上文进行描述。下面描述用于本发明的导电薄膜层的结构的优选例子。但是，本发明不局限于这些例子。
首先，可以使用各种金属薄膜，因为它们是导电的，也就是说它们具有多个载流子。具体地，金、铝、铂、铜、镍等是可以使用的例子。注意，当这些金属用于导电薄膜层时，优选它们形成为足够薄的超薄薄膜用于透过可见光(亦即，几纳米至几十纳米)。
而且，特别从可见光透射率的观点出发，可以使用各种金属氧化物薄膜。具体例子包括ITO、氧化锌、氧化锡、氧化铜、氧化钴、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钒、氧化铋、氧化铍铝、氧化硼、氧化镁、氧化钼、氧化镧、氧化锂、氧化钌以及BeO。而且，还可以使用化合物半导体薄膜，包括ZnS、ZnSe、GaN、AlGaN以及CdS。
本发明特别的特征是导电薄膜层可以是有机化合物结构。例如：混合p型有机半导体和n型有机半导体以形成半导体薄膜层的技术。
p型有机半导体的典型实例，除了由下面的化学式1表示的CuPc之外，还包括结合其他金属或不结合金属的酞菁(由下面的化学式2表示)。以下也可以用作p型有机半导体：TTF(由下面的化学式3表示)；TTT(由下面的化学式4表示)；甲基吩噻嗪(methylphenothiazine)(由下面的化学式5表示)；N-异丙基咔唑(isopropylcarbazole)(由下面的化学式6表示)等。而且，用于有机EL等的空穴输运材料也可以使用，例如TPD(由下面的化学式7表示)、α-NPD(由下面的化学式8表示)或CBP(由下面的化学式9表示)。
n型有机半导体的典型实例，除由下面的化学式10表示的F16-CuPc外，还包括3，4，9，10-二萘嵌苯四羧酸衍生物，例如PV(由下面的化学式11表示)、Me-PTC(由下面的化学式12表示)、或PTCDA(由下面的化学式13表示)、萘羧酸酐(naphthalenecarboxylic anhydrides)(由下面的化学式14表示)、萘二甲酰亚胺(naphthalenecarboxylic diimide)(由下面的化学式15表示)等。以下也可以用作n型有机半导体：TCNQ(由下面的化学式16表示)；TCE(由下面的化学式17表示)；苯醌(由下面的化学式18表示)；2，6-萘醌(由下面的化学式19表示)；DDQ(由下面的化学式20表示)，四氟对苯醌(p-fluoranil)(由下面的化学式21表示)；四氯联苯醌(tetrachlorodiphenoquinone)(由下面的化学式22表示)；双(二苯基乙二酮肟)合镍(nickelbisdiphenylglyoxime)(由下面的化学式23表示)等。而且，用于有机EL等的电子输运材料，也可以使用例如Alq3(由下面的化学式24表示)、BCP(由下面的化学式25表示)或PBD(由下面的化学式26表示)。
化学式1
Figure G2009101597485D00171
化学式2
Figure G2009101597485D00172
化学式3
化学式4
化学式5
化学式6
Figure G2009101597485D00182
化学式7
Figure G2009101597485D00183
化学式8
化学式9
Figure G2009101597485D00185
化学式10
Figure G2009101597485D00191
化学式11
Figure G2009101597485D00192
化学式12
Figure G2009101597485D00193
化学式13
Figure G2009101597485D00194
化学式14
Figure G2009101597485D00195
化学式15
Figure G2009101597485D00201
化学式16
Figure G2009101597485D00202
化学式17
Figure G2009101597485D00203
化学式18
化学式19
化学式20
Figure G2009101597485D00206
化学式21
化学式22
Figure G2009101597485D00212
化学式23
Figure G2009101597485D00213
化学式24
Figure G2009101597485D00214
化学式25
Figure G2009101597485D00215
化学式26
Figure G2009101597485D00221
而且，在另一优选技术中，混合有机化合物受主(电子受主)和有机化合物施主(电子施主)并形成使导电薄膜层导电的电荷-转移合成物用作导电薄膜层。电荷-转移合成物容易结晶不易用作薄膜。但是，根据本发明的导电薄膜层可以形成为薄层或簇状(只要能注入载流子)。因此，不会发生大的问题。
用于电荷-转移合成物的组合的代表实例包括如下所示的化学式27中的TTF-TCNQ组合、金属/有机受主例如K-TCNQ和Cu-TCNQ。其他组合包括[BEDT-TTF]-TCNQ(下面的化学式28)、(Me)2P-C18TCNQ(下面的化学式29)、BIPA-TCNQ(下面的化学式30)以及Q-TCNQ(下面的化学式31)。注意，这些电荷-转移合成物薄膜可以适用于淀积膜、旋涂膜、LB薄膜、聚合物粘合剂分散薄膜等任一种。
化学式27
Figure G2009101597485D00222
化学式28
Figure G2009101597485D00223
化学式29
Figure G2009101597485D00231
化学式30
Figure G2009101597485D00232
化学式31
Figure G2009101597485D00233
而且，作为导电薄膜层的结构实例，优选使用掺杂受主或施主杂质到有机半导体内以应用其暗电导率的技术。由导电聚合物等代表的具有π-共轭系统的有机化合物可以用于有机半导体。导电聚合物实例包括实际使用的材料，比如聚(乙烯二羟噻吩)(缩写为PEDOT)、聚苯胺、或聚吡咯，且除此之外还有聚亚苯基衍生物、聚噻吩衍生物、以及聚(对位苯亚乙烯)衍生物。
同样，当掺杂受主时，优选p型材料用于有机半导体。p型有机半导体的实例可以包括由上述化学式1至9所表示的那些。此时，路易斯酸(强酸掺杂剂)例如FeCI3(III)、AlCl3、AlBr3、AsF6或卤素化合物可以用作受主(路易斯酸可以起受主作用)。
而且，在掺杂施主的情况下，有机半导体优选使用n型材料。n型有机半导体的实例包括上述化学式10至26等。然后，对于施主，可以使用碱金属例如Li、K、Ca、Cs等，或路易斯碱例如碱土金属(路易斯碱可以起施主的作用)。
更优选，可以结合上述的几个结构用作导电薄膜层。换句话说，例如：在无机薄膜的一侧或两侧上，例如，如上述金属薄膜、金属氧化物薄膜或化合物半导体薄膜的一侧或两侧上可以形成其中p型有机半导体与n型有机半导体混合的薄膜、或电荷-转移合成物薄膜、或掺杂的导电高分子的薄膜、或掺有受主的p型有机半导体、或掺有施主的n型有机半导体。在此情况下，使用电荷转移合成物薄膜代替无机薄膜是有效的。
而且，通过层叠掺有施主的n型有机半导体薄膜和掺有受主的p型有机半导体薄膜以让这些膜作为半导体薄膜层，这些层成为空穴和电子都可以有效地注入其内的功能有机半导体层。而且，还考虑这样一种技术：其中施主掺杂n型有机半导体薄膜和受主掺杂p型有机半导体薄膜或层叠在其中p型有机半导体薄膜和n型有机半导体薄膜混合在一起的薄膜的一侧或两侧上。
注意，上面给出的所有类型的薄膜作为用于上述半导体薄膜层的结构不必形成薄膜形状，而是还可以形成为岛状。
通过在本发明中应用上述半导体薄膜层，可以制造具有高可靠性和良好成品率的有机半导体元件。
作为一个例子，本发明的有机薄膜层可以如此构造，使得通过使电流流动获得发光，以由此获得有机EL元件。因为可以提高效率，因此本发明的有机EL元件同样是有效的。
当使用该方法时，有机薄膜层的结构(亦即有机EL层)可以是通常使用有机EL层结构和组成材料的有机EL元件。具体地，许多变化都是可能的，例如在参考文献2中描述的具有空穴输运层和电子输运层的叠层结构、使用高分子化合物的单层结构以及使用来自三重激态光发射的高效率元件。而且，如上所述，来自每一有机EL层的颜色作为不同的发光颜色，可以混合为不同的颜色，以能应用长寿命的白光发光元件。
关于有机EL元件的阳极，如果光从阳极侧面发出，通常可以使用ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)以及其他这种透明的导电无机化合物。金等的超薄薄膜也可以。如果阳极不必须透明(亦即，光从阴极侧面发出的情况)，那么可以使用不透射光但是具有稍微大的功函数的金属/合金和或导体，例如W、Ti以及TiN。
至于有机EL元件阴极，使用具有小的正常功函数的金属或合金，例如碱金属、碱土金属或稀土金属。也可以使用包括这些金属元素的合金。例如：可以使用Mg:Ag合金、Al:Li合金、Ba、Ca、Yb、Er等。而且，在光从阴极侧面发出的情况下，可以使用由金属/合金制成的超薄薄膜。
而且，例如，通过使用根据本发明的有机薄膜层作为通过吸收光而产生电动势的结构，可以获得有机太阳能电池。因此，本发明的有机太阳能电池是有效的，因为它提高效率。
当以这样的方式构造时，功能有机薄膜层的结构可以使用通常用于有机太阳能电池的功能有机薄膜层的结构和结构材料。具体实例是具有p型有机半导体和n型有机半导体的叠层结构，例如如参考文献3所述。
实施例
[实施例1]
根据本实施例，将给出根据本发明的有机EL元件的具体实例，使用电荷-转移合成物作为导电薄膜层。图8展示了有机EL元件的元件结构。
首先，在玻璃衬底801上淀积ITO作为阳极802，成为具有约100nm厚的薄膜，其上N-N′双(3-苯甲基(methylphenyl))-N，N′-二苯基-联苯胺(缩写成TPD)作为空穴输运材料，淀积到50nm以获得空穴输运层804a。紧接着，三(8-羟基喹啉)铝(缩写成Alq)作为具有电子输运性能的发光材料，淀积到50nm以获得电子输运和发光层805a。
以上述方法形成第一有机EL层810a。此后，以1∶1的比率共同淀积TTF和TCNQ作为导电薄膜层806，形成10nm厚的层。
然后，淀积50纳米的TPD作为空穴输运层804b，并且在其顶部淀积50纳米的Alq，用作电子输运层/发光层805b。这样，形成第二有机EL层810b。
最后，以10∶1的原子比共同淀积Mg和Ag作为阴极803，且形成150nm厚的阴极803，由此获得本发明的有机EL元件。
[实施例2]
根据该实施例，展示了本发明的有机EL元件的具体实例，其中导电薄膜层包括与有机EL层中所用相同的有机半导体，且掺杂受主和施主以使有机EL元件导电。图9展示了有机EL元件的元件结构的实例。
首先，在具有约100nm的ITO的玻璃衬底901上淀积50nm的TPD用作空穴输运材料，ITO作为阳极902。接下来，淀积50nm的Alq作为电子输运层/发光层905a，Alq用作电子输运发光材料。
以这种方法形成第一有机EL层910a之后，5nm的层906与Alq共同淀积以致施主TTF构成为2mol％。然后，5nm的层907与TPD共同淀积以致受主TCNQ构成为2mol％，以用作导电薄膜层911。
此后，淀积50nm的TPD作为空穴输运层904b，并且在其顶上淀积50nm的Alq，用作电子输运层/发光层905b。这样，形成第二有机EL层910b。
最后，以10∶1的原子比共同淀积Mg和Ag作为阴极903，形成具有150nm厚的阴极903，由此获得本发明的有机EL元件。通过用有机EL层中的有机半导体作为构造导电薄膜层的材料，并混合施主和受主，可以简单地制造该元件，因此这些是非常简单且有效的。
[实施例3]
根据本实施例，展示了湿-型有机EL元件的一种具体实例，其中电发光聚合物用于有机EL层并且由导电聚合物形成导电薄膜层。图10展示了有机EL元件的元件结构。
首先，在玻璃衬底1001上，其上淀积ITO作为阳极1002，ITO成为约100nm厚的薄膜，通过旋涂涂敷聚乙烯二羟基噻吩/聚苯乙烯磺酸(缩写成PEDOT/PSS)的混合水溶液使水分蒸发，以致形成30nm厚的空穴注入层1004。接下来，通过旋涂将聚(2-甲氧基-5-(2′-乙基-己氧基(hexoxy))-1，4-亚苯基亚乙烯基)(缩写成MEH-PPV)淀积为100nm厚的薄膜以获得发光层1005a。
用上述方法形成第一有机EL层1010a。之后，通过旋涂涂敷30nm厚的PEDOT/PSS作为导电薄膜层1006。
然后，通过旋涂涂敷100nm的MEH-PPV作为发光层1005b。注意，由于导电薄膜层由与空穴注入层一样的材料组成，因此该第二有机EL层1010b不必形成空穴注入层。可以，就在此上将层叠第三和第四有机EL层而言，可以根据非常简单的操作交替地层叠导电薄膜层PEDOT/PSS和发光层MEH-PPV。
最后，淀积150nm的Ca作为阴极。在其上淀积150nm的Al作为帽盖以阻止Ca氧化。
[实施例4]
根据本发明，展示了本发明的有机太阳能电池的一个具体实例，其中p型有机半导体和n型有机半导体的混合用作导电薄膜层。
首先，在其上涂敷有约100nm的ITO的玻璃衬底上淀积30nm的p型有机半导体CuPc，ITO用作透明电极。接下来，淀积50nm的PV，PV用作n型有机半导体，并且使用CuPc和PV在有机半导体中形成p-n结。这成为第一功能有机薄膜层。
然后，以1∶1共同淀积CuPc和PV作为导电薄膜层具有10nm的厚度。而且，淀积30nm的CuPc，并且在其上淀积50nm的PV，借此制成第二功能有机薄膜层。
最后，涂敷150nm的Au用作电极。如上述构造的有机太阳能电池是非常有效的，因为它通过最终仅使用两种有机化合物就可以简单地实现本发明。
通过简化本发明以实用，可以提供非常可靠且具有良好的成品率的有机半导体元件，而不使用常规超薄薄膜。而且，特别在使用有机半导体的光电子器件中，可以增加光电子器件的效率。

Claims (18)

1.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包括金属氧化物。
2.根据权利要求1的太阳能电池，
其中所述金属氧化物选自ITO、ZnO、SnO2、氧化铜、氧化钴、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钒、氧化铋、氧化铍铝、氧化硼、氧化镁、氧化钼、氧化镧、氧化锂、以及氧化。
3.根据权利要求1的太阳能电池，
其中所述金属氧化物选自氧化钛和氧化钼。
4.根据权利要求1的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有p型有机半导体和n型有机半导体的层叠结构。
5.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，以及
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包含化合物半导体。
6.根据权利要求5的太阳能电池，
其中所述化合物半导体选自ZnS、ZnSe、GaN、AlGaN和CdS。
7.根据权利要求5的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有p型有机半导体和n型有机半导体的层叠结构。
8.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，以及
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包含电荷转移合成物，该电荷转移合成物包括电子受主和电子施主。
9.根据权利要求8的太阳能电池，
其中所述电子受主和所述电子施主的每一个是有机化合物。
10.根据权利要求8的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有p型有机半导体和n型有机半导体的层叠结构。
11.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，以及
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包含π共轭有机化合物，该π共轭有机化合物通过施主和受主掺杂。
12.根据权利要求11的太阳能电池，
其中所述受主是路易斯酸。
13.根据权利要求11的太阳能电池，
其中所述施主选自碱金属或者碱土金属。
14.根据权利要求11的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有p型有机半导体和n型有机半导体的层叠结构。
15.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，以及
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包含：包括金属氧化物的第一层；以及包括第一p型有机半导体的第二层，该第一p型有机半导体被受主掺杂。
16.根据权利要求15的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有第二p型有机半导体和n型有机半导体的层叠结构。
17.一种太阳能电池，包括：
在两个电极之间的第一至第n个功能有机薄膜层，其中n是等于或大于2的整数，以及
在第k功能有机薄膜层和第k+1功能有机薄膜层之间的薄膜层，其中k是1≤k≤(n-1)的整数，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层能够通过吸收光生成光电流，以及
其中所述薄膜层包含：包括金属氧化物的第一层；以及包括第一n型有机半导体的第二层，该第一n型有机半导体被施主掺杂。
18.根据权利要求17的太阳能电池，
其中所述第一至第n个功能有机薄膜层各包含具有p型有机半导体和第二n型有机半导体的层叠结构。
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