CN102282694B - 倒置有机光敏器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以倒置方式生成的有机光敏光电器件。本公开的倒置有机光敏光电器件包含反射电极、反射电极上方的有机供体-受体异质结和供体-受体异质结上方的透明电极。

Description

倒置有机光敏器件
与相关申请的交叉引用
本申请基于2008年10月27日提交的题为“倒置有机光伏器件”(Inverted Organic Photovoltaics)的美国临时专利申请号61/108,817和2008年10月29日提交的题为“倒置有机光伏器件”(Inverted OrganicPhotovoltaics)的美国临时专利申请号61/109,305并要求其优先权，两份临时专利申请的全部内容在此为所有目的以其全文引为参考。
关于联邦资助的研究的陈述
本发明在能源部(Department of Energy)资助DE-FG36-08GO18022和空军科学研究办公室(Air Force Office of Scientific Research)资助FA9550-07-1-0364的政府支持下做出。政府在本发明中具有一定权利。
联合研究协议
本公开的主题内容由下列大学-公司联合研究协议的一个或多个参与方、以其名义和/或由其共同做出：普林斯顿大学(PrincetonUniversity)、密歇根大学(The University of Michigan)和环球光能公司(Global Photonic Energy Corporation)。协议在本公开的主题内容做出之时及之前有效，并且其作为协议范围内所从事的活动的结果而做出。
技术领域
本公开总的来说涉及有机光敏光电器件。更具体来说，它涉及以倒置方式生成的有机光敏光电器件，其包含反射性基材和透明顶部电极。
背景技术
光电器件依靠材料的光学和电子学性质，通过电子学方法产生或检测电磁辐射，或从环境电磁辐射产生电。光敏光电器件将电磁辐射转变成电。太阳电池、也称为光伏(PV)器件，是一类特别用于产生电力的光敏光电器件。可以从太阳光之外的其他光源产生电能的PV器件，可用于驱动耗电负载以提供例如照明或加热，或为电子线路或装置例如计算器、无线电、计算机或远程监测或通讯设备供电。这些发电应用通常还包括为电池或其他能量储存装置充电，以便当来自太阳或其他光源的直接照射不可用时能够继续运行，或根据特定应用的要求平衡PV器件的电力输出。当在本文中使用时，术语“电阻性负载”是指任何耗电或储电电路、装置、设备或系统。
另一种类型的光敏光电器件是光电导体单元。在这种操作过程中，信号检测电路监测器件的阻抗以检测由光的吸收所引起的变化。
另一种类型的光敏光电器件是光探测器。在操作中，光探测器与电流检测线路联合使用，所述电流检测线路测量当光探测器暴露于电磁辐射并可以具有施加的偏电压时所产生的电流。本文描述的检测线路能够向光探测器提供偏电压，并测量光探测器对电磁辐射的电子学响应。
这三种类型的光敏光电器件可以根据是否存在下文定义的整流结，并且也根据器件的运行是否使用外加电压、也称为偏压或偏电压来鉴别。光电导体单元不具有整流结，并且通常使用偏压来运行。PV器件具有至少一个整流结，并且不使用偏压运行。光探测器具有至少一个整流结，并且通常但不总是使用偏压运行。典型情况下，PV电池向电路、装置或设备提供电力，但是不能提供信号或电流以控制检测电路，或从检测电路输出信息。相反，光探测器或光电导体单元提供信号或电流以控制检测电路或从检测电路输出信息，但是不向电路、装置或设备提供电力。
传统上，光敏光电器件由多种无机半导体构造而成，例如晶体、多晶和无定形硅、砷化镓、碲化镉等。在本文中，术语“半导体”是指当电荷载流子受到热或电磁激发诱导时能够导电的材料。术语“光导”一般是指电磁辐射能量被吸收从而转变成电荷载流子的激发能，以便载流子能够传导、例如运输材料中的电荷的过程。术语“光电导体”或“光导材料”在本文中用于指称由于其吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质而被选择的半导体材料。
PV器件的性质可以由它们能够将入射日光能转变成有用电能的效率来描述。利用晶体或无定形硅的器件在商业应用中占主导地位，并且其中某些已经达到23％或更高的效率。但是，有效的基于晶体的器件、特别是大表面积器件，由于在生产没有明显的降低效率的缺陷的大晶体中固有的问题，生产起来困难且昂贵。另一方面，高效无定形硅器件仍然受到稳定性问题的困扰。目前可商购的无定形硅电池的稳定转换效率在4到8％之间。更近的尝试聚焦于使用有机PV电池以经济的生产成本获得可接受的光伏转换效率。
可以对PV器件进行优化，以在标准照射条件(即标准测试条件，其为1000W/m2、AM1.5光谱照射)下最大化电力产生，用于最大化光电流乘以光电压的乘积。这种电池在标准照射条件下的电能转换效率取决于下列三个参数：(1)零偏压下的电流，即短路电流(JSC)，单位为安培；(2)开路条件下的光电压，即开路电压(VOC)，单位为伏特(V)；以及(3)填充因子FF。
PV器件在与负载相连并用光照射时，产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV器件产生其最大可能电压或VOC。当在其电触点短路的情况下照射时，PV器件产生其最大可能电流——短路电流或ISC。当实际用于产生电力时，PV器件与有限电阻性负载相连，电力输出由电流和电压的乘积I×V给出。由PV器件产生的最大总电力必然不能超过乘积ISC×VOC。当对负载值进行优化以获得最大功率提取时，电流和电压分别具有值Imax和Vmax。
PV器件的性能指数是填充因子FF，其定义为：
FF＝{Imax Vmax}/{ISC VOC}                (1)
其中FF总是小于1，因为在实际使用中永远不能同时获得ISC和VOC。但是，在最适条件下，当FF接近1时，器件具有较低的串联或内部电阻，因此向负载提供较高百分率的ISC与VOC的乘积。当Pinc是器件上的入射功率时，器件的功率效率ηP可以由下式计算：
ηP＝FF*(ISC*VOC)/Pinc
当适合能量的电磁辐射入射在半导体有机材料例如有机分子晶体(OMC)材料或聚合物上时，光子可以被吸收以产生被激发的分子状态。这用符号表示为S0+hvΨS0 *。这里S0和S0 *分别表示分子的基态和激发态。这种能量吸收伴有电子从最高占据分子轨道(HOMO)能级中的基态——其可以是B-键(B-bond)提升到最低未占分子轨道(LUMO)能级——其可以是B-键(B-bond)，或等价地，空穴从LUMO能级提升到HOMO能级。在有机薄膜光电导体中，一般相信产生的分子状态是激子，即作为准粒子运输的处于束缚态的电子-空穴对。激子在成对重结合之前可以具有可观的寿命，所述成对重结合是指原始的电子和空穴彼此重新结合的过程，这与同来自其他对的空穴或电子的重新结合相反。为了产生光电流，将电子-空穴对分离，典型是在两个不同的相接触的有机薄膜之间的供体-受体界面处。如果电荷没有分离，它们可以在成对重结合过程、也称为淬灭过程中，以辐射的形式通过发射比入射光的能量更低的光，或以非辐射的形式通过产生热而重新结合。在光敏光电器件中，这些结果中的任一种都是不想要的。
电场或触点的不均匀性可能使激子淬灭而不是在供体-受体界面处分离，导致对电流没有净贡献。因此，希望使光生激子保持远离触点。这具有限制激子向节附近的区域扩散，以便关联电场有更多的机会分离由节附近的激子解离所释放的电荷载流子的作用。
为了产生占据显著体积的内生电场，常用的方法是将两层特别是在其分子的量子能态分布方面具有适当选择的导电性质的材料并置。这两种材料的界面被称为PV异质结。在传统半导体理论中，用于形成PV异质结的材料一般被称为n或p型。这里n型是指大部分载流子类型是电子。这可以被视为具有许多处于相对自由能态中的电子的材料。p型是指大部分载流子类型是空穴。这样的材料具有许多处于相对自由能态中的空穴。背景的类型、即非光生的大部分载流子浓度，主要取决于由缺陷或杂质引起的无意掺杂。杂质和类型和浓度决定了HOMO能级与LUMO能级之间的能隙、被称为HOMO-LUMO能隙中的费米能(Fermi energy)或能级的值。费米能描述了分子的量子能态的统计学占据情况，其用占据概率等于1/2时的能量值表示。费米能接近LUMO能级表明电子是优势载流子。费米能接近HOMO能级表明空穴是优势载流子。因此，费米能是传统半导体的重要定性性质，并且原型PV异质结传统上是p-n界面。
术语“整流”尤其是指具有不对称导电特性的界面，即界面支持优选一个方向上的电荷运输。整流一般与适当选择的材料之间的异质结处产生的内建电场相关。
当在本文中使用时，并且正如本技术领域的专业人员所通常理解的，如果第一个HOMO或LUMO能级与第二个HOMO或LUMO能级相比更接近真空能级，则所述第一个能级“大于”或“高于”所述第二个能级。因为电离电势(IP)被测量为相对于真空能级的负能量，因此较高的HOMO能级对应于具有较小绝对值的IP(负得较少的IP)。同样，较高的LUMO能级对应于具有较小绝对值的电子亲和势(EA)(负得较少的EA)。在常规能级图上，真空能级位于顶部，材料的LUMO能级高于同一材料的HOMO能级。“较高的”HOMO或LUMO能级与“较低的”HOMO或LUMO能级相比，显得更接近于这种能级图的顶部。
在有机材料的情形下，术语“供体”和“受体”是指两种相接触但是不同的有机材料的HOMO和LUMO能级的相对位置。这与这些术语在无机材料情形中的使用相反，在无机材料情形中，“供体”和“受体”可以是指分别可用于产生无机n型层和p型层的掺杂物类型。在有机材料的情形中，如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO能级较低，那么该材料是受体。否则，它是供体。在不存在外部偏压的情况下，供体-受体节处的电子移动到受体材料中，以及空穴移动到供体材料中，在能量上是有利的。
有机半导体的显著性质是载流子迁移率。迁移率度量了电荷载流子能够对电场做出响应通过导电材料移动的容易性。在有机光敏器件的情形中，包含有由于高的电子迁移率而倾向于通过电子进行传导的材料的层，可以被称为电子传输层或ETL。包含有由于高的空穴迁移率而倾向于通过空穴进行传导的材料的层，可以被称为空穴传输层或HTL。在一个实施方案中，受体材料可以是ETL，并且供体材料可以是HTL。
常规的无机半导体PV电池可以利用p-n节建立内部电场。但是，现在认识到，除了p-n型节的建立之外，异质结的能级失谐也发挥重要作用。由于有机材料中光生过程的基本性质，有机供体-受体(D-A)异质结处的能级失谐据信对于有机PV器件的运行来说是重要的。在有机材料光激发后，产生了局部化的弗伦克尔(Frenkel)或电荷转移激子。为了进行电检测或产生电流，必须将结合的激子解离成它们的组分电子和空穴。这样的过程可以由内建电场诱导，但是在有机器件中典型发现的电场(F～106V/cm)下效率低。有机材料中最有效的激子解离发生在D-A界面处。在这种界面处，具有低电离电势的供体材料与具有高电子亲和势的受体材料形成异质结。取决于供体和受体材料的能级排列，激子在这种界面处的解离可能变得能量上有利，在受体材料中产生自由电子极化子，并在供体材料中产生自由空穴极化子。
有机PV电池与传统的硅基器件相比具有许多潜在优点。有机PV电池重量轻，材料的使用经济，并且可以沉积在低成本基材例如柔性塑料箔片上。但是，有机PV器件典型地具有相对低的量子效率(被吸收的光子与产生的载流子对的比率，或电磁辐射到电能的转换效率)，其在1％或更低的量级上。据认为，这部分是由于固有的光导过程的次级性质。也就是说，载流子产生需要激子的产生、扩散和电离或收集。这些过程每个都伴有效率η。下标可以如下使用：P表示功率效率，EXT表示外部量子效率，A表示光子吸收，ED表示扩散，CC表示收集，并且INT表示内部量子效率。使用该表示法：
ηP～ηEXT＝ηA*ηED*ηCC
ηEXT＝ηA*ηINT
激子的扩散长度(LD)典型情况下远小于光吸收长度，因此在使用具有多个或高度折叠界面的厚的并因此高阻抗的电池或具有低的光吸收效率的薄电池之间，需要折衷。
常规的有机PV电池在透明基材、例如包被有透明导体例如铟锡氧化物(ITO)的玻璃或塑料上制造。因为这些基材可能是昂贵的和/或是器件总体成本结构的重要要素，这种透明导电基材的使用可能限制整个器件的成本效益，特别是在大面积应用中。倒置有机PV电池利用反射性基材和透明顶部触点。这种体系结构消除了对相对高成本的透明基材的需要，并允许在任意表面上制造。这种设计显著扩展了有机PV电池的应用，例如可以允许发电涂层或生成在柔性和廉价的不透明基材例如金属箔上。因此，对于开发更有效的倒置有机光敏结构存在着需求。
发明概述
本公开涉及以倒置方式生成的有机光敏光电器件例如有机PV器件。出于本公开的目的，以倒置方式生成意味着从反射电极开始并使用透明顶部电极。在某些实施方案中，本文描述的倒置有机PV器件包含：
反射电极；
所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及
所述供体-受体异质结上方的透明电极。
在某些实施方案中，反射电极可以包含基材例如金属阳极。在某些实施方案中，电极可以包含低功函数金属，其选自钢、Ni、Ag、Al、Mg、In及其混合物或合金。
在某些实施方案中，本文描述的倒置有机PV器件包含：表面处理过的反射电极；所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及所述供体-受体异质结上方的透明电极。
在某些实施方案中，有机供体-受体异质结的供体可以选自酞菁、卟啉、亚酞菁及其衍生物或过渡金属络合物。在某些实施方案中，供体包含铜酞菁(CuPc)。在某些实施方案中，有机供体-受体异质结的受体选自聚合或非聚合的苝类、聚合或非聚合的萘类以及聚合或非聚合的富勒烯类。在某些实施方案中，受体包含3，4，9，10-苝四羧基双-苯并咪唑(PTCBI)。
在某些实施方案中，透明电极选自具有足以使其透明或半透明的厚度的透明氧化物和金属或金属替代物。在某些实施方案中，透明电极选自透明导电氧化物例如铟锡氧化物(ITO)、镓铟锡氧化物(GITO)和锌铟锡氧化物(ZITO)。
在某些实施方案中，本文描述的倒置有机PV器件可以在反射电极与透明电极之间任选包含一个或多个阻挡层，例如激子阻挡层(EBL)。在某些实施方案中，EBL可以选自N，N′-二苯基-N，N′-双-α-萘基联苯胺(NPD)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、联苯咔唑(CBP)、浴铜灵(BCP)和三(乙酰丙酮根)钌(III)(Ru(acac)3)。
本文还描述了包含至少一个有机PV器件的发电器件，所述有机PV器件包含：
反射电极；
所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及
所述供体-受体异质结上方的透明电极。
在某些实施方案中，发电器件形成在基材薄膜或箔片上。在某些实施方案中，发电器件直接形成在器件外壳上，其中器件外壳起到基材的作用，并且反射电极形成在基材上方。
还描述了用于生产有机PV器件的方法，所述方法包括：
提供反射电极；
在所述反射电极上进行至少一种表面处理；
在所述反射电极上形成有机供体-受体异质结；以及
在所述有机供体-受体异质结上形成透明电极。
还描述了用于产生和/或测量电的方法。在某些实施方案中，方法包括：
向有机PV器件提供光，所述有机PV器件包含：
反射电极；
所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及
所述供体-受体异质结上方的透明电极。
在某些实施方案中，基材是反射性的，例如金属箔，并且最接近所述反射性基材的电极由本文定义的适合的透明或半透明材料形成。
附图说明
图1显示了倒置有机PV器件，其包含形成在基材上的反射电极、所述反射电极上方的有机供体-受体异质结以及所述供体-受体异质结上方的透明电极。
图2a是PTCBI厚度对η(ηp-功率转换效率)和响应率(JSC/P0)的图，其中A/WV表示安培/瓦特，“sim”表示“模拟的”。
图2b是PTCBI对VOC和FF的图。
图2c是PTCBI厚度对串联电阻(Rs)和n的图。
图2d是PTCBI厚度对反向饱和电流(JS)的图。
图3a是CuPc厚度对η和JSC/P0的图。
图3b是CuPc对VOC和FF的图。
图3c是CuPc厚度对Rs和n的图。
图3d是CuPc厚度对JS的图。
图4a显示了在玻璃上生成的对照PV器件上执行的标准转移矩阵模拟的计算：ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag。显示了在CuPc的峰值吸收625nm(正方形)和PTCBI的峰值吸收540nm(星形)处的光场。
图4b显示了在符合本文描述的实施方案的倒置PV器件上执行的标准转移矩阵模拟的计算：石英/Ag/BCP/PTCBI /CuPc/ITO。显示了在CuPc的峰值吸收625nm(正方形)和PTCBI的峰值吸收540nm(星形)处的光场。
图4c显示了在符合本文描述的实施方案的倒置PV器件上执行的标准转移矩阵模拟的计算：石英/Ni/CuPc/PTCBI /BCP/ITO。显示了在CuPc的峰值吸收625nm(正方形)和PTCBI的峰值吸收540nm(星形)处的光场。
图5a显示了在暗处(实心正方形)和模拟的1-sun光照下(空心圆形)，在玻璃上生成的对照PV器件的电流-电压曲线：ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag(1000A)。图5a还显示了在暗处(实心三角形)和模拟的1-sun光照下(空心三角形)，符合本文描述的实施方案的倒置PV器件的电流-电压曲线：石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP/ITO。将线拟合于暗电流曲线。
图5b显示了对于Ar等离子体处理的符合本文描述的实施方案的倒置PV器件，ηp(正方形)、VOC(星形)和FF(三角形)随入射功率密度的变化：石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO
图6a显示了对照器件(玻璃/ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag)在暗处(正方形)和模拟的1sunAM1.5G光照(虚线)下，以及符合本文描述的实施方案的倒置PV器件：石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP/ITO在暗处(三角形)和光照下(虚点线)的电流-电压特征曲线。
图6b显示了倒置PV器件的ηp(圆形)、VOC(三角形)和FF(正方形)，所述器件包含石英/Ni/CuPc/PTCBI /BCP/ITO。
图7a显示了具有不同CuPc厚度的倒置PV器件在1sun强度下的模拟(线)和计算(实心正方形)光电流，所述器件的结构包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO。
图7b显示了具有不同CuPc厚度的倒置PV器件在1sun AM1.5G光照下的ηp(正方形)、VOC(三角形)和FF，所述器件的结构包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO。
图8a显示了具有不同PTCBI厚度的倒置PV器件在1sun强度下的模拟(线)和计算(实心正方形)光电流，所述器件的结构包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP/ITO。
图8b显示了具有不同PTCBI厚度的倒置PV器件在1sun AM1.5G光照下的ηp(正方形)、VOC(三角形)和FF，所述器件的结构包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO。
图9a显示了JSC作为CuPc和PTCBI厚度的函数的模拟等高线图。
图9b显示了ηp作为CuPc和PTCBI厚度的函数的模拟等高线图。
详细描述
本文描述了倒置有机光敏光电器件。所描述的有机器件可用于例如从入射电磁辐射产生可用电流(例如PV器)，或者可用于检测入射电磁辐射。某些实施方案可以包含阳极、阴极以及阳极与阴极之间的光活性区。光活性区是光敏器件吸收电磁辐射产生激子的部分，所述激子可以解离以产生电流。本文描述的器件还可以包括至少一个透明电极，以允许入射辐射被吸收在器件内。几种PV器件材料和构型描述在美国专利No.6,657,378、6,580,027和6,352,777中，所述专利在此以其关于PV器件材料和构型的公开内容引为参考。
当在本文中使用时，术语“层”是指光敏器件的构件或部件，其主要维度是X-Y，即沿着其长度和宽度。应该理解，术语层不是必定限于材料的单层或片。此外应该理解，某些层、包括这些层与其他材料或层的界面的表面，可以是不完整的，其中所述表面代表与其他材料或层的穿插的、纠缠的或复杂难解的网络。同样还应该理解，层可以是不连续的，使得所述层沿着X-Y维度的连续性可以被其他层或材料扰乱或中断。
在本文中使用的术语“电极”和“触点”是指为向外部电路输送光生电流或向器件提供偏电流或电压提供介质的层。也就是说，电极或触点在有机光敏光电器件的活性区与电线、导线、迹线或用于向或从外部电路运输电荷载流子的其他手段之间提供界面。其实例是阳极和阴极。在此以其关于电极的公开内容引为参考的美国专利No.6,352,777，提供了可用于光敏光电器件的电极或触点的实例。在光敏光电器件中，可能希望使最大量的来自器件外部的环境电磁辐射进入光导活性内部区域。也就是说，电磁辐射必须到达光导层，它在那里能够通过光导吸收转变成电。这通常要求至少一个电触点应该最少地吸收并最少地反射入射电磁辐射。在某些情况下，这样的触点应该是基本上透明的。相反的电极可以是反射性材料，以便将通过电池而未被吸收的光通过电池反射回去。当在本文中使用时，材料层或一系列不同材料的几个层，当允许至少约50％的相关波长的环境电磁辐射穿过层透射时，被称为是“透明的”。同样地，允许一些、但少于约50％的相关波长的环境电磁辐射透射的层，被称为是“半透明的”。
术语“阴极”以下列方式使用。在环境辐射并连有电阻性负载并且没有外加电压的条件下，在非叠层式PV器件或叠层式PV器件的单个单元、例如PV器件中，电子从光导材料向阴极移动。同样地，本文中使用的术语“阳极”是指在PV器件中，在光照下，空穴从光导材料向阳极移动，其等价于电子以相反的方式移动。应该指出，当术语在本文中使用时，阳极和阴极可以是电极或电荷转移层。当在本文中使用时，“顶部”是指最远离基材结构(如果存在的话)，而“底部”是指最接近基材结构。如果器件不含基材结构，那么“顶部”是指最远离反射电极。例如，对于具有两个电极的器件来说，底部电极是最接近基材结构的电极，并且一般是第一个制造的电极。底部电极具有两个表面，底表面最接近基材，而顶表面离基材较远。当第一层被描述成“置于”第二层“之上”或“位于”第二层“顶部”时，第一层被放置得离基材更远。在第一和第二层之间可以存在其他层，除非指明第一层与第二层“物理接触”。例如，阴极可以被描述成“置于”阳极“之上”或“位于”阳极“顶部”，尽管在其之间存在各种有机层。
图1显示了倒置有机光敏光电器件100。图不是必定按比例绘制的。器件100可以包括反射性基材110、供体层115、受体层120、任选的阻挡层125和透明电极130。器件100可以通过按照次序沉积所描述的层来制造。在某些实施方案中，图1中描述的器件可以在阻挡层125与透明电极130之间任选包含非常薄的诱导损伤的金属层，以便透明性不受影响。器件100还可以任选包括基材结构135。在某些实施方案中，基材结构可以直接承载反射电极110。
图1中显示的层的具体排列方式仅仅是示例性的而不打算是限制性的。例如，可以省略某些层(例如阻挡层)。可以添加其他层(例如反射电极或附加的受体和供体层)。层的次序可以改变。可以使用具体描述的之外的其他排列方式。此外，有机PV器件可以作为包含一个或多个附加供体-受体层的叠层器件存在。叠层器件在叠层的供体-受体层之间可以具有电荷转移层、电极或电荷重新结合层。基材和反射电极可以合并，基材可以是反射性的并且电极是透明的。
可以在其上生成或放置器件的基材135，可以是能够提供所需结构性质的任何适合材料。基材可以是柔性或刚性、平面或非平面的。基材可以是透明、半透明或不透明的。塑料和玻璃和石英是刚性基材材料的实例。塑料和金属箔是柔性基材材料的实例。可以对基材的材料和厚度进行选择，以获得所需结构和光学性质。
在某些实施方案中，反射电极110可以包含电极例如金属阳极。在某些实施方案中，反射电极110可以包含低功函数金属，其选自钢、Ni、Ag、Al、Mg、In及其混合物或合金。在某些实施方案中，电极可以包含一种作为基极的金属和一种作为电极材料的金属，例如Ti、不锈钢或Al片，其上部带有或不带有Ag。
在某些实施方案中，反射电极110和基材材料135可以组合或由两种金属形成。在某些实施方案中，基材135是反射性的，并且电极110是透明的。
在某些实施方案中，本文描述的“电极”可以由“金属”或“金属替代物”构成。在本文中，术语“金属”的使用既包含由元素纯的金属例如Mg构成的材料，也包含金属合金，其是由两种或多种元素纯的金属例如Mg和Ag一起构成的被称为Mg:Ag的材料。在这里，术语“金属替代物”是指不是规范定义范围内的金属，但是具有在某些特定应用中所需的金属样性质的材料。常用的电极和电荷转移层的金属替代物包括掺杂的宽禁带半导体，例如透明的导电氧化物例如铟锡氧化物(ITO)、镓铟锡氧化物(GITO)和锌铟锡氧化物(ZITO)。具体来说，ITO是高度掺杂的简并n+半导体，具有约3.2eV的光学带隙，使其对大于约的波长透明。另一种适合的金属替代物是透明导电聚合物聚苯胺(PANI)及其化学相关物。
金属替代物还可以选自广泛的非金属材料，其中术语“非金属”是指涵盖了广范围的材料，只要所述材料不含化学未化合形式的金属即可。当金属以其化学未化合形式单独或与一种或多种其他金属组合作为合金存在时，金属也可以被称为以其金属形式存在或是“游离金属”。因此，本文描述的金属替代物电极有时可以被称为“不含金属”，其中术语“不含金属”明确意味着涵盖了不含化学未化合形式的金属的材料。游离金属典型地具有金属键合形式，其来自于在整个金属晶格中在电子导带中自由移动的大量价电子。尽管金属替代物可以含有金属组成成分，但根据几方面来说，它们是“非金属”。它们不是纯的游离金属，它们也不是游离金属的合金。当金属以其金属形式存在时，除了其他金属性质之外，电子导带倾向于提供高导电性以及对光学辐射的高反射性。
透明电极130可以选自具有足以使其透明的厚度的透明氧化物和金属或金属替代物。常用于电极和电荷转移层的金属替代物包括掺杂的宽禁带半导体，例如透明的导电氧化物。在某些实施方案中，透明电极130可以选自ITO、GITO和ZITO。其他实例性电极包括高度透明、非金属、低阻抗的阴极，例如在Parthasarathy等的美国专利No.6,420,031中所公开的，或高效、低阻抗的金属/非金属化合物阴极，例如在Forrest等的美国专利No.5,703,436中所公开的，两份专利申请在此以其关于阴极的公开内容引为参考。每种类型的阴极典型地在制造工艺中制备，所述制造工艺包括将ITO层溅射沉积在有机材料例如CuPc上以形成高度透明、非金属、低阻抗的阴极，或沉积在薄的Mg:Ag层上以形成高效、低阻抗的金属/非金属化合物阴极的步骤。
本文描述的器件包含至少一个“光活性区”，在该区域中光被吸收以形成激发态或“激子”，所述激子可以随后解离成电子和空穴。激子的解离典型地在通过并置受体层和供体层所形成的异质结处发生。例如，在图1的器件中，“光活性区”可以包括供体层115和受体层120。电荷分离可以主要在供体层115与受体层120之间的有机异质结处发生。异质结处的内建电势由互相接触形成异质结的两种材料之间的HOMO-LUMO能级差决定。供体与受体材料之间的HOMO-LUMO能隙偏差在供体/受体界面处产生电场，其促进在界面的激子扩散长度内产生的激子解离成符号相反的载流子(空穴和电子)。
构成受体层120的适合材料可以包括例如聚合或非聚合的苝类、萘类、富勒烯类或纳米管。在某些实施方案中，受体层120可以包含3，4，9，10-苝四羧基双-苯并咪唑(PTCBI)。在其他实施方案中，受体层120可以包含如美国专利No.6,580,027中所述的富勒烯材料，所述专利关于富勒烯材料的描述在此以其全文引为参考。在某些实施方案中，供体层115可以包含方酸、酞菁、卟啉、亚酞菁(SubPc)、铜酞菁(CuPc)或其衍生物或过渡金属络合物例如氯铝酞菁(AlClPc)。
其他适合用于光活性层的有机材料可以包括环金属化的有机金属化合物。当在本文中使用时，术语“有机金属”如本技术领域的专业人员所通常理解的，并且如例如Gary L.Miessler和Donald A.Tarr的《无机化学》(第二版)(Inorganic Chemistry，Prentice Hall(1998))中所给出的。因此，术语有机金属可以是指具有通过碳-金属键结合到金属上的有机基团的化合物。除了连接到有机基团的一个或多个碳-金属键之外，有机金属化合物可以包含一个或多个来自杂原子的供体键。连接到有机基团的碳-金属键可以是指例如金属与有机基团例如苯基、烷基、烯基等的碳原子之间的直接连键。术语环金属化是指化合物包含双配位的有机金属配基，使得在与金属键合后形成包含金属作为环成员之一的环结构。
正如上述关于术语“层”所暗示的，应该理解，如图1中所示的受体层120与供体层115的边界可以是不完整的、不连续的，和/或代表了供体和受体材料的穿插的、纠缠的或复杂难解的网络。例如，在某些实施方案中，尽管有机供体-受体异质结可以形成平面异质结，但在其他情况下它可以形成体异质结，纳晶体异质结、杂化平面-混合异质结或混合异质结。在某些实施方案中，可以使用两个或多个有机供体-受体异质结以产生叠层倒置PV器件。
有机层可以使用真空沉积、旋涂、有机气相沉积、喷墨印刷和本技术领域已知的其他方法来制造。
本文描述的实施方案的有机光敏光电器件可以作为PV器件、光探测器或光电导体起作用。当本文描述的有机光敏光电器件作为PV器件起作用时，可以对光导有机层中使用的材料及其厚度进行选择，以例如优化器件的外部量子效率。当本文描述的有机光敏光电器件作为光探测器或光电导体起作用时，可以对光导有机层中使用的材料及其厚度进行选择，以例如最大化器件对所需光谱范围的灵敏度。
可以通过考虑可用于层厚度选择的几个准则来实现所需结果。对于层厚度L来说，小于激子扩散长度LD或与其在同一量级上可能是理想的，因为据信大部分激子解离将在供体-受体界面的扩散长度内发生。在该描述中，L是从激子形成位点到供体-受体界面的距离。如果L大于LD，那么许多激子可能在解离前重结合。此外，对于光导层的总厚度来说，理想的是在电磁辐射吸收长度1/α的量级上(其中α是吸收系数)，以便入射在PV器件上的几乎所有辐射被吸收用于产生激子。此外，光导层的厚度应该尽可能薄，以避免由有机半导体的高体电阻引起的过量串联电阻。
因此，这些互相竞争的准则可能固有地要求在选择光敏光电电池的光导有机层厚度时进行折衷。因此，一方面，为了吸收最大量的入射辐射可能需要相当于或大于吸收长度的厚度。另一方面，随着光导层厚度的增加，两种不想要的效应也增加。一种可能是由于有机半导体的高串联电阻，当有机层厚度增加时可能增加器件电阻并降低效率。另一种不想要的效应是增加光导层厚度可能增加激子在远离电荷分离界面处产生的概率，导致成对重结合概率的增加并同样降低效率。因此，以能够为总体器件产生高的外部量子效率的方式在这些相互竞争的效应之间取得平衡的器件构型，可能是理想的。
图1的器件还可以包含一个或多个阻挡层125，例如激子阻挡层(EBL)，正如在美国专利No.6,097,147、Peumans等，Applied PhysicsLetters 2000，76，2650-52和Forrest等的美国专利No.6,451,415中所述，所有这些文献在此以其关于阻挡层的公开内容引为参考。在某些实施方案中，通过包含EBL以将光生激子约束在解离界面附近的区域中并防止寄生激子在光敏有机/电极界面处的淬灭，获得了更高的内部和外部量子效率。除了限制激子可以扩散的体积之外，EBL也可以对电极沉积过程中引入的物质起到扩散阻挡的作用。在某些情况下，可以将EBL制造成厚得足以填满针孔或短路缺陷，否则它们将使有机PV器件不能工作。因此，EBL可以协助保护脆弱的有机层免于将电极沉积在有机材料上时产生的损伤。
不受任何具体理论的限制，据信EBL的激子阻挡性质源自于它们具有明显大于激子被阻挡的相邻有机半导体的LUMO-HOMO能隙。因此，由于能量因素，被约束的激子不能存在于EBL中。尽管希望EBL阻挡激子，但不希望EB阻挡所有电荷。但是，由于相邻能级的性质，EBL可能阻挡一种符号的电荷载流子。在设计上，EBL将存在于两个其他层之间，通常为有机光敏半导体层与电极、电荷转移层或电荷重结合层之间。相邻的电极或电荷转移层将位于阴极或阳极前后。因此，用于器件给定位置中的EBL的材料将被选择成使得所需符号的载流子向电极或电荷转移层的运输不受阻碍。正确的能级排列确保不存在对电荷运输的阻挡，防止串联电阻的增加。在某些实施方案中，对于用作阴极侧EBL的材料来说，可能希望其具有与相邻受体材料的LUMO能级紧密匹配的LUMO能级，以便将对电子的任何不想要的阻挡降到最小。
应该认识到，材料的激子阻挡性质不必然是其HOMO-LUMO能隙的固有性质。给定材料是否将起到激子阻挡物的作用，取决于相邻有机光敏材料的相对HOMO和LUMO能级。因此，不可能无视一类化合物在器件中可能被使用的上下关系而将其孤立地鉴定为激子阻挡物。但是，根据本文的讲述，本技术领域的专业人员可以鉴定出给定材料在与一组选定材料一起用于构建有机PV器件时是否将起到激子阻挡层的作用。
在某些实施方案中，阻挡层125可以包含位于受体层120与透明电极130之间的EBL。适合的EBL材料的实例包括但不限于2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(也称为浴铜灵或BCP)，其据信具有约3.5eV的LUMO-HOMO能级分离，或双(2-甲基-8-羟基喹啉根合)-苯酚铝(III)(Alq2OPH)。BCP可以是有效的激子阻挡物，其可以容易地将电子从受体层运输到阴极。在其他实施方案中，EBL可以选自N，N′-二苯基-N，N′-双-α-萘基联苯胺(NPD)、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、联苯咔唑(CBP)和三(乙酰丙酮根)钌(III)(Ru(acac)3)。
在某些实施方案中，阻挡层125可以包含掺杂有适合的掺杂物的EBL，所述掺杂物包括但不限于3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA)、3，4，9，10-苝四羧酸二酰亚胺(PTCDI)、3，4，9，10-苝四羧基-双-苯并咪唑(PTCBI)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)及其衍生物。沉积在本文所述的器件中的BCP可以是无定形的。无定形的BCP激子阻挡层可以表现出在高光强度下特别快的薄膜重结晶现象。所得的向多晶材料的形态变化产生了具有可能的缺陷例如电极材料的短路、孔隙或下沉的质量较低的薄膜。因此，已经发现，向某些表现出这种缺陷的EBL材料例如BCP掺入适合的、相对大且稳定的分子，能够使EBL结构稳定，阻止引起性能降低的形态变化。还应该认识到，向在给定器件中运输电子的EBL掺入具有与EBL接近的LUMO能级的材料，可以帮助确保不形成可能产生空间电荷积累并降低性能的电子阱。此外，应该认识到，相对低的掺杂密度将在孤立的掺杂物位点处最小化激子的产生。因为周围的EBL材料有效地禁止这些激子扩散，因此这种吸收降低了器件的光转换效率。
在某些实施方案中，图1的器件还可以包含一个或多个透明电荷转移层或电荷重结合层。正如本文所述，电荷转移层与受体和供体层的区别在于下述事实，即电荷转移层通常、但不是必定是无机的(通常为金属)，并且它们可以被选择成不具有光导活性。术语“电荷转移层”在本文中用于指称与电极相似但是不同的层，所述不同之处在于电荷转移层仅仅从光电器件的一个小部分向相邻小部分输送电荷载流子。术语“电荷重结合层”在本文中用于指称与电极相似但是不同的层，所述不同之处在于电荷重结合层允许叠层光敏器件之间的电子和空穴的重新结合，并且也可以增强一个或多个活性层附近的内部光场强度。电荷重结合层可以由美国专利No.6,657,378中所述的半透明金属纳米团簇、纳粒或纳米棒构成，所述专利的公开内容在此引为参考。
在其他实施方案中，平滑层可以位于反射电极110(例如阳极)与供体层115之间。该层的实例性材料包含3，4-聚亚乙二氧基噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)薄膜。在反射电极110(例如包含ITO的阳极)与供体层115(CuPc)之间导入PEDOT:PSS层，可以导致制造得率极大提高。不受任何理论的限制，据信制造得率的提高可能是旋涂的PEDOT:PSS薄膜使ITO平面化的能力的结果，否则所述ITO的粗糙表面可能产生贯穿薄分子层的短路。
在另一个实施方案中，图1器件的一个或多个层可以经历表面处理。例如，一个或多个层在沉积下一层之前可以用等离子体进行处理。层可以用例如温和的氩或氧等离子体处理。这种处理在降低串联电阻方面可能是有益的。在沉积下一层之前对任选的PEDOT:PSS层进行温和等离子体处理，可能是有利的。可选地，一个或多个层可以暴露于紫外臭氧(UV-O3)处理。在至少一个实施方案中，将反射电极(例如阳极层)暴露于表面处理。
本文描述的实施方案还包括图1的有机PV器件的生产方法，所述方法包括：提供反射电极110，在反射电极110上进行至少一种表面处理，在反射电极110上形成有机供体-受体异质结(例如供体层115和受体层120)，以及在所述有机供体-受体异质结上形成透明电极130。
本文描述的实施方案还包括用于产生和/或测量电的方法。在某些实施方案中，所述方法包括：向图1的器件提供光，所述器件包含反射电极110、所述反射电极上方的有机供体-受体异质结(例如供体层115和受体层120)以及所述供体-受体异质结上方的透明电极130。
在某些实施方案中，描述了发电器件，其可以包括至少一个图1的器件，所述器件包含：反射电极110、所述反射电极上方的有机供体-受体异质结(例如供体层115和受体层120)以及所述供体-受体异质结上方的透明电极130。在某些实施方案中，器件可以采取涂料、薄膜或箔片的形式。例如，在一个实施方案中，器件100可以形成在基材结构135上，所述基材结构包含薄膜、箔片等，或直接形成在器件的外壳上，例如施加涂料。在某些实施方案中，器件显示出约0.3至约0.4范围内的ηp。在某些实施方案中，器件显示出约0.2至约1.5、例如约0.4至约0.5范围内的VOC。在某些实施方案中，器件显示出约0.4至约0.85范围内、例如约0.5的FF。在某些实施方案中，器件显示出约0.002至约0.025A/W范围内、例如0.02的JSC/P0。在某些实施方案中，器件显示出约5至约12范围内的RSA。在某些实施方案中，器件显示出约2×10-7至约7×10-7范围内的JS。在某些实施方案中，器件显示出小于约2、例如接近约1的η。
在其他实施方案中，本文描述的有机光敏光电器件可以起到光探测器的作用。在这种实施方案中，器件100可以是例如在美国专利No.6,972,431中描述的多层有机器件，所述专利的公开内容在此引为参考。在这种情况下，一般可以施加外部电场以协助被分离电荷的提取。
可以使用涂层将光能聚焦于器件的所需区域中。参见例如美国专利No.7,196,835、美国专利申请No.10/915,410，所述专利和申请在此引为参考以提供这些涂层的实例。
作为非限制性的实例提供了图1中所示的简单分层的结构，并且应该理解，本文描述的实施方案可以与广泛的各种其他结构联合使用。所描述的具体材料和结构在本质上是示例性的，并且其他材料和结构也可以使用。以不同方式组合所述各种层可以获得功能性有机光敏光电器件，或者可以根据设计、性能和成本因素完全省略某些层。还可以包含其他没有具体描述的层。尽管本文提供的许多实例将各个层描述成包含单一材料，但是应该理解，可以使用材料的组合例如基质与掺杂物的混合物或更广义来说混合物。此外，层可以具有各种子层。为本文中的各个层提供的名称不打算是严格限制性的。不是光活性区的一部分的有机层，即一般来说不吸收光子并对光电流做出显著贡献的有机层，可以被称为“非光活性层”。非光活性层的实例包括EBL和阳极平滑层。也可以使用其他类型的非光活性层。
本文所述的器件将通过下面的非限制性实施例进一步描述，这些实施例打算是完全示例性的。
实施例
实施例1
使用由CuPc和PTCBI形成的原型供体-受体双层系统证实倒置结构。使用光模拟预测器件性能并优化倒置结构。执行标准转移矩阵计算以预测JSC。参见例如Appl.Phys.Rev.93，3693(2003)和J.Appl.Phys.86，487(1999)，在此以其关于转移矩阵计算的公开内容引为参考。厚度研究的结果显示在图2和图3中。
实施例2
使用椭圆偏光法测量了在Si基材上生成的有机薄膜的光学常数，而在Ni基材上的那些从文献获得。参见例如J Phys.F：Metal Phys.9，2491(1979)，为此目的将其在此引为参考。CuPc和PTCBI的激子扩散长度分别取为和寿命取为2纳秒。参见例如Appl.Phys.Rev.93，3693(2003)，为此目的将其在此引为参考。在模拟中研究了三种结构：一种对照PV和两种倒置PV。倒置PV器件是玻璃/ITO /CuPc/PTCBI/BCP/Ag。该对照PV的结果可以在图4a中看到。第一种倒置PV器件是石英/Ag /BCP/PTCBI/CuPc/ITO。该对照PV的结果可以在图4b中看到。第二种倒置PV器件是石英/Ni /CuPc/PTCBI/BCP/ITO。该对照PV的结果可以在图4c中看到。
实施例3
通过用溶剂清理准备石英基材，形成了三种不同类型的第二种倒置PV器件(石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO)。参见例如Organic Electron 6，242(2005)，为此目的将其在此引为参考。将石英基础结构装载在电子束蒸发器中，在那里以的速率沉积。参见例如Appl.Phys.Lett.86，263502(2005)，为此目的将其在此引为参考。将Ni阳极暴露于三种不同的表面处理下。第一种是暴露于紫外臭氧(UV-O3)处理下30分钟。第二种是暴露于功率为120W的O2等离子体下80秒。第三种是暴露于功率为70W的Ar等离子体下2分钟，然后进行30分钟的UV-O3处理。然后将所述结构装载在基础压力为5×10-7Torr的高真空热沉积室中。使纯化的有机物源在1×10-6Torr的压力下并以的速率生长。参见例如Organic Electron 6，242(2005)，为此目的将其在此引为参考。所生成的平面双异质结太阳电池PV结构由厚的CuPc供体层、厚的PTCBI受体层和厚的BCP激子阻挡(参见例如Appl.Phys.Lett.76，2650(2000)，为此目的将其在此引为参考)和损伤吸收层构成。在氮气大气气氛中附上荫罩之前，需要破坏真空并暴露于空气。顶部触点由在15W和13.56MHz下通过定义了直径为1mm的孔的荫罩溅射沉积的厚的ITO阴极层形成。
使用电流-电压测量来定性研究电池在暗处和使用150W氙弧灯模拟的AM1.5G日光照射(没有对日光光谱错配进行校正)下的性能。Ar等离子体处理的器件的性能数据显示在图5中。暗电流(实心三角形)和1sun光照(空心三角形)电流-电压曲线显示在图5a中，并拟合于暗电流(线条)。该电池的性能随光照强度的变化显示在图5b中。
对照PV在相似条件下，在同样的室中并使用同样的有机材料，在溶剂清理过的、10分钟UV-O3处理的ITO涂层的玻璃上生成，其包含：ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag 。在AM1.5G 1sun日光照射下，对照器件显示出0.44V的VOC，0.46的FF，0.44A/W的JSC/P0，产生1.2±0.1％的ηp。将暗电流-电压电流曲线拟合于修改过的理想二极管方程：
J D = J S { exp [ q ( V - J D R SA ) nkT ] - 1 } |
其中n为1.66，RSA为0.75Ω-cm2，并且JS为9.8x10-8A/cm2。图5a显示了在暗处(实心正方形)和1sun光照下(空心圆形)的器件电流。线表示与暗电流的拟合。
表1(下面)列出了上面讨论的在暴露于三种不同表面处理下的基材上生成的器件的暗处曲线拟合参数和AM1.5G 1sun性能数据。
表1
实施例4
如下制备了具有不同厚度的CuPc层和PTCBI层的倒置PV器件。将石英基材进行溶剂清理，然后装载在电子束蒸发器中，在那里以的速率沉积厚的Ni层。将Ni阳极暴露于紫外臭氧处理下30分钟，然后装载在基础压力为5×10-7Torr的高真空热沉积室中。使纯化的有机物源在1×10-6Torr的压力下并以的速率生长。在将沉积的层和基材在高纯度(＜1ppm H2O和O2)N2气氛中附上荫罩之前，进行真空破坏。顶部触点由在20W下以的速率通过定义了一排直径为1mm的圆形阴极的荫罩溅射沉积的厚的ITO层形成。通过这种方法制备的器件的性能参数公开在下文中。
包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP /ITO的倒置PV器件的性能公开在图6中。图6a显示了对照器件(玻璃/ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag)在暗处(正方形)和模拟的1sun AM1.5G光照下(虚线)以及倒置器件在暗处(三角形)和光照下(虚点线)的电流-电压特征。图6b显示了倒置器件的功率转换系数(圆形)、开路电压(三角形)和填充因子(正方形)。
图7和图8显示了具有不同厚度的CuPc层和PTCBI层的倒置器件的性能。图7的结构包含石英/Ni/CuPc/PTCBI/BCP/ITO。图7a显示了这种器件在1sun强度下的模拟光电流(线)和测量光电流(实心正方形)。图7b显示了在1sun AM1.5G光照下的ηp(正方形)、VOC(三角形)和FF。图8的结构包含石英/Ni/CuPc /PTCBI/BCP/ITO。图8a显示了这种器件在1sun强度下的模拟光电流(线)和测量光电流(实心正方形)。图8b显示了在1sun AM1.5G光照下的ηp(正方形)、VOC(三角形)和FF。
图9显示了具有不同CuPc和PTCBI厚度的器件的模拟等高线图。图9a显示了对JSC的模拟等高线图，而图9b显示了对ηp的模拟等高线图。对于图9来说，假定理想因子n＝1.78，反向饱和电流JS＝1.46×10-7A/cm2，并且串联电阻随CuPc和PTCBI厚度的变化(tCuPc和tPTCBI)服从CuPc和PTCBI的扩散长度取为80±20和寿命为2纳秒。对于这些模拟来说，Ni阳极、ITO阴极和BCP层的厚度值分别为和
尽管根据具体实例和实施方案对本公开进行了描述，但应该理解，本文描述的器件不限于这些实例和实施方案。因此，正如本技术领域的专业人员显然看出的，所要求保护的实施方案可以包括从本文描述的具体实例和优选实施方案进行的修改。

Claims (31)

1.倒置光敏器件，其包含：
反射电极，所述反射电极已暴露于至少紫外臭氧表面处理；
所述反射电极上方的有机供体-受体异质结；以及
所述供体-受体异质结上方的透明电极。
2.权利要求1的倒置光敏器件，其中反射电极形成在基材上方。
3.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的供体包含选自酞菁、卟啉、亚酞菁及其衍生物或过渡金属络合物的材料。
4.权利要求1的倒置光敏器件，其中供体-受体异质结的供体包含铜酞菁。
5.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的受体包含选自聚合和非聚合的苝类、聚合和非聚合的萘类以及聚合和非聚合的富勒烯类的材料。
6.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结的受体包含3,4,9,10-苝四羧基双-苯并咪唑。
7.权利要求1的倒置光敏器件，其中透明电极包含选自透明氧化物和金属或金属替代物的材料。
8.权利要求1的倒置光敏器件，其中透明电极允许至少约50％的环境电磁辐射透射通过所述电极。
9.权利要求7的倒置光敏器件，其中透明电极包含选自锡氧化物、镓铟锡氧化物和锌铟锡氧化物的材料。
10.权利要求1的倒置光敏器件，其中器件还包含激子阻挡层。
11.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层位于反射电极与透明电极之间。
12.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层位于有机供体-受体异质结的受体与透明电极之间。
13.权利要求10的倒置光敏器件，其中激子阻挡层包含选自N,N'-二苯基-N,N'-双-α-萘基联苯胺、三(8-羟基喹啉)铝、联苯咔唑、浴铜灵和三(乙酰丙酮根)钌(III)的材料。
14.权利要求1的倒置光敏器件，其中有机供体-受体异质结包含选自平面异质结、体异质结、纳晶体异质结、杂化平面-混合异质结和混合异质结的结构。
15.权利要求1的倒置光敏器件，其中器件还包含至少一个另外的有机供体-受体异质结以产生叠层器件。
16.权利要求1的倒置光敏器件，其中所述反射电极在已暴露于紫外臭氧表面处理之前还已暴露于氩等离子体处理。
17.生产倒置光敏器件的方法，所述方法包括：
提供反射电极；
在所述反射电极上进行至少紫外臭氧表面处理；
在所述反射电极上形成有机供体-受体异质结；以及
在所述有机供体-受体异质结上形成透明电极。
18.权利要求17的方法，其中基材包含反射电极。
19.权利要求17的方法，其中有机供体-受体异质结的供体包含选自酞菁、卟啉、亚酞菁及其衍生物或过渡金属络合物的材料。
20.权利要求17的方法，其中供体-受体异质结的供体包含铜酞菁。
21.权利要求17的方法，其中有机供体-受体异质结的受体包含选自聚合或非聚合的苝类、萘类和富勒烯类的材料。
22.权利要求17的方法，其中有机供体-受体异质结的受体包含3,4,9,10-苝四羧基双-苯并咪唑。
23.权利要求17的方法，其中透明电极包含选自透明氧化物和金属或金属替代物的材料。
24.权利要求17的方法，其中透明电极允许至少约50％的环境电磁辐射透射通过所述电极。
25.权利要求17的方法，其中透明电极包含选自锡氧化物、镓铟锡氧化物和锌铟锡氧化物的材料。
26.权利要求17的方法，其还包括提供激子阻挡层的步骤。
27.权利要求26的方法，其中激子阻挡层位于反射性基材与透明电极之间。
28.权利要求26的方法，其中激子阻挡层位于有机供体-受体异质结的受体与透明电极之间。
29.权利要求26的方法，其中激子阻挡层包含选自N,N'-二苯基-N,N'-双-α-萘基联苯胺、三(8-羟基喹啉)铝、联苯咔唑、浴铜灵和三(乙酰丙酮根)钌(III)的材料。
30.权利要求17的方法，其中有机供体-受体异质结包含选自平面异质结、体异质结、纳晶体异质结、杂化平面-混合异质结和混合异质结的结构。
31.权利要求17的方法，所述方法还包括在所述反射电极上进行紫外臭氧表面处理之前进行氩等离子体处理。
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