CN109964329A - 用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层 - Google Patents

用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光电组件，具有阴极、阳极和阴极与阳极之间的层系统，所述层系统包括电活性层，特别是电荷载流子注入和传输层，并且包括光活性层，电荷载流子注入和传输层本身是水或氧的扩散阻挡层。

Description

用于光电组件的扩散限制性的电活性阻挡层
技术领域
本发明涉及一种光电组件，其具有阴极、阳极和位于阴极与阳极之间的层系统，该层系统包括电活性层、特别是电荷载流子注入和传输层，并且包括光活性层，电荷载流子注入和传输层本身是水或氧的扩散阻挡层。
背景技术
本发明涉及光电组件领域。技术中广泛使用光电组件，例如，由有机层和无机层制成的有机基或混合的组件。
有机发光二极管(OLED)通常由夹层结构组成，其中在两个电极之间存在多层有机半导体材料。特别地，OLED包括一个或多个发射层(EL)，在发射层中，通过电子与电子空穴的复合产生电磁辐射，该电磁辐射优选在可见光范围内。电子和电子空穴各自由阴极或阳极提供，其中优选所谓的注入层通过降低注入势垒来促进该过程。因此，OLED通常具有电子注入层或空穴注入层。此外，OLED通常具有电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL)，它们支持电子和空穴向发射层的扩散方向。在OLED中，这些层由有机材料形成；在混合光电组件中，这些层可以部分由有机材料制成，部分由无机材料制成。
与传统的无机LED相比，OLED和混合LED它们的特点在于薄且柔性的层结构。出于这个原因，OLED和混合LED可以比传统的无机LED具有更多样化的用途。由于它们的柔性，OLED可以极好地用于例如屏幕、电子纸或室内照明。
包括用于产生光的有机半导体材料的光电组件(OLED或混合LED)的有利特性也可以转用于发电。因此，有机太阳能电池或混合太阳能电池的特点也在于薄层结构，与传统的无机太阳能电池相比，这显著增加了可能的用途。有机太阳能电池或混合太阳能电池的结构与OLED或混合LED具有相似性。
然而，代替发射层，存在一个或多个吸收层作为光活性层。由于入射的电磁辐射，在吸收层中产生电子-空穴对作为自由电荷载流子。其他层包括电子传输层和空穴传输层以及电子提取层和空穴提取层。它们由有机材料组成，或者在混合物的情况下由有机材料和无机材料组成，它们的电化学电位作为供体层和受体层移动，使得它们在太阳能电池中产生内部场，该内部场将自由电荷载流子驱散至电极。由于电磁辐射的入射，在阴极上提供电子，并在阳极上提供电子空穴，以产生电压或电流。
由于薄层结构，有机太阳能电池可以廉价地制造并且可以作为膜涂层大面积地施加到建筑物上。
例如，由有机或无机-有机层制成的光电组件的其他可能的应用是光电探测器。它们也利用光电效应，其中在光活性层中产生电子-空穴对。它们不像在太阳能电池中那样发电，而是用于检测光，例如用于摄像机。
上述光电组件的薄层结构不仅可以在日常生活中实现显著更加灵活的使用，而且与传统的LED、太阳能电池或光电探测器相比，具有成本效益高的制造选择的特点。
然而，相反，与传统结构相比，薄层结构的缺点是这些光电组件的寿命通常较短。特别地，由水蒸气或氧在电子活性层上造成的破坏导致磨损迹象和降低的效率系数。与传统结构不同，薄层结构不涂覆玻璃或其他耐水或耐氧的材料。有机或混合组分的化学烃化合物也更易受化学或物理降解过程的影响。
为此，在已知的现有技术中使用各种封装光电组件的技术，以防止有害的水蒸气的渗透或氧造成的氧化。
例如，在WO2011/018356中描述了一种方法，其中将压敏粘合剂施加在电子装置周围作为阻挡层。该阻挡层类似胶囊地工作以防止渗透物的渗透并延长OLED的寿命。
另外，WO2014/048971公开了一种由无机物质的混合物制成的光电组件的封装物，该封装物也作为粘合剂层施加。该封装物用于实现OLED或太阳能电池的电活性区域的气密密封，特别是抵挡水蒸气或氧。
在已知的现有技术中，光电组件最初是在保护气氛(通常由氮气制成)下制造。为此目的，使用基于溶剂的工艺和真空热气相沉积。在制造了实际的有机或混合光电组件之后，再用特殊膜或玻璃来封装该光电组件以特别地保护它免受氧气和水的影响。另外，通常也可以在组件与阻挡胶囊(例如，由玻璃或特殊的塑料膜制成)之间放置吸收材料(所谓的吸气材料)的薄层。这用于结合已经存在的水或氧。作为用于封装的阻挡层，玻璃的特点在于对水的渗透性低。但是，玻璃不是柔性的。因此，对于需要柔性的薄的电子设备的应用，例如，对于显示器、传感器、晶体管、太阳能电池等，封装通常用塑料膜进行，塑料膜具有形成阻挡层的特殊涂层。塑料膜(例如，PET、PEN等)本身通常不提供足够的阻挡效果。因此，这些膜的阻挡特性基于特殊的涂层和以下现象：水或氧分子通常不能透过无机阻隔层。然而，从未制造出完美的薄的无机阻隔层，而在大多数情况下，会出现小的纳米尺寸的缺陷，这些缺陷通过分离的分子扩散或迁移。第二层是扩散限制性的并且放置在各个无机阻隔层之间，用于增加各个水或氧分子直到它们再次到达第二阻挡层中的缺陷的(扩散)路径长度。因此，阻挡膜通常包括具有交替的阻隔层或扩散阻挡层和扩散限制层的结构，这些层整体导致可接受的阻隔特性并因此防止水蒸气或氧的渗透。在现有技术中，渗透通常由蒸气透过率(VTR)来表示，或者特别是对于水，由水蒸气透过率(WVTR)来表示。来自现有技术的阻挡膜或阻挡基体的WVTR和VTR值通常在1至10-6克水/(24小时*cm2阻挡表面积)或cm3蒸气/(24小时*cm2阻挡表面积)之间。用于封装的商业阻挡膜或阻挡基体的厚度在25至100微米(μm)之间。对于柔性应用，通常将阻挡膜以自粘的方式施加到光电组件的两侧。在现有技术中，阻挡膜的各层和整个阻挡膜本身不具有用于传导电荷载流子的电学特征，而仅用于保护组件免受由于水或氧引起的降解过程。
已知方法和阻挡膜的使用的缺点特别地是层厚度大。由于必要的载体基体(即，通常是塑料膜)以及功能性阻挡层(即，所描述的无机阻隔层(扩散阻挡层)以及扩散限制层)，阻挡膜的总厚度至少为50微米。要封装的光电组件本身通常仅大约为50微米厚。通过在两侧封装，因此与可能的50μm相比，封装导致组件的厚度变为3倍至总的最小厚度150μm。结果，要封装的组件的刚度增加并且其柔性降低。结果，可能的应用受到显著限制，例如，与电子纸有关的应用。另外，在组件的封装中，在要粘接的组件的边缘处的阻挡膜可能会出现问题。在这些点处，由于柔性，存在增加的机械载荷，并且尽管有粘合剂层和粘合剂，但是阻挡膜仍有可能脱落，这导致保护性降低且使用寿命缩短。另外，在封装期间，即特别是在阻挡膜的粘附期间，在阻挡膜与组件之间经常发生气穴。这增加了所制造的光电组件的故障率，并因此增加了成本。由于阻挡膜的成本相对较高以及需要额外的工艺步骤，该额外的工艺步骤增大了发生缺陷的可能性，因此进一步提高了制造成本。另外，由于阻挡膜的透射率降低和色散更高，光学特性可能受到限制。
从现有技术中还已知了层状OLED，其具有的各个的功能元件(例如电极)具有类似阻挡层的特性。然而，没有已知的OLED的相关联的各个注入层或提取层和传输层也都对水和氧具有类似阻挡层的性质。此外，使用印刷方法来构造这种OLED并不是已知的。
发明目的
因此，本发明的目的是提供一种光电组件，其改善了现有技术的上述缺点。特别地，应该提供一种光电组件，其与现有技术的区别在于制造的成本有效性、耐久性高以及由于厚度小而柔性高。
发明内容
根据本发明的目的通过根据独立权利要求的光电组件和用于制造该组件的方法来实现。独立权利要求代表本发明的优选的实施方式。
在优选的实施方式中，本发明涉及一种光电组件，其具有阴极和阳极以及阴极与阳极之间的层系统，该层系统包括与阴极相邻的至少一个电子注入层或电子提取层、至少一个电子传输层、至少一个光活性层、至少一个空穴传输层、与阳极相邻的至少一个空穴注入层或空穴提取层，该光电组件的特征在于，所述至少一个电子注入层或电子提取层和所述至少一个空穴注入层或空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性，并且所述至少一个电子传输层和所述至少一个空穴传输层相当于对水和/或氧的扩散阻挡层。
根据本发明的光电组件的特征优选在于，其包括电极(即，阳极或阴极)、光活性层和电活性层(即，特别是电荷载流子注入层或电荷载流子提取层和电荷载流子传输层)。光电组件的功能的特点优选在于光活性层，该光活性层特别是用于产生光或电。出于本发明的目的，电活性层优选是指确保组件的电功能性并设置在光活性层与电极之间的层。出于本发明的目的，电荷载流子注入层或电荷载流子提取层和电荷载流子传输层是电活性层。此外，出于本发明的目的，电荷载流子优选是指电子或电子空穴。术语空穴和电子空穴优选在下文中同义地使用。本领域技术人员知道如何根据光活性层来设置电活性层以实现光电组件所需的功能。
基本上，本发明优选涉及两组光电组件。在第一组中，光活性层优选为用于产生光的发射层。在这种情况下，光电组件优选用作有机或混合发光二极管(LED)。在第二组中，光活性层优选为吸收层，其中通过吸收电磁辐射产生自由电荷载流子。因此，在第二组中，光电组件优选为有机或混合太阳能电池或光电探测器。
如上所述，选择电学层以确保组件的光活性层的功能。
在优选的实施方式中，本发明涉及一种用于产生光的光电组件，例如作为发光二极管。在该优选的实施方式中，光电组件具有阴极和阳极以及阴极与阳极之间的层系统，该层系统包括与阴极相邻的至少一个电子注入层、至少一个电子传输层、作为发射层的至少一个光活性层、至少一个空穴传输层、与阳极相邻的至少一个空穴注入层，并且特征在于，所述至少一个电子注入层和所述至少一个空穴注入层对水和/或氧气具有扩散限制性，并且所述至少一个电子传输层和所述至少一个空穴传输层相当于对水和/或氧的扩散阻挡层。
在该优选的实施方式中，阴极用作电子供应体。优选地，阴极具有低的薄层电阻，以便促进电子穿过OLED的表面进行最均匀可能的注入。
另一方面，电子注入层执行使阴极的功函数与后续层(即，电子传输层)匹配的功能。功函数优选对应于为了将电子从不带电的固体中至少去除而必须消耗的能量。通过使阴极的功函数与电子传输层相匹配，降低了将电子从阴极注入电子传输层所需的电压。
电子传输层在阴极和光活性层(即，发射层的优选实施方式)之间提供定向的电子传输。因此，电子传输层应优选具有足够的电子运动性或迁移率(优选为10-6至100cm2/(V*sec))。另外，电子传输层的电荷传输能级(即，电荷带或LUMO(最低未占分子轨道))应优选在发射材料的能级和阴极的功函数之间，即，在执行功函数之后，在与空穴复合之前不需要额外的能量来传输电子。
发射层优选由半导体有机聚合物或分子组成，其在电刺激下产生可见光范围内的光，即，优选在400-700nm的波长范围内。在发射层中，阴极的电子优选与阳极的空穴复合以形成激子。优选地，单线态激子的量占主导，使得有效地产生光。
空穴传输层是电子传输层的对应物，用于从阳极向发射层传输(电子)空穴。因此，优选地，空穴传输层应具有足够的电子空穴运动性或迁移率，优选为10-6至100cm2/(V*sec)。另外，空穴传输层的电子空穴传输能级(即，电荷带或HOMO(最高占据分子轨道))应该优选在发射材料的能级与阳极的功函数之间。
空穴注入层与其在阴极侧上的对应物(电子注入层)一样，优选由强介电聚合物组成，并且优选为绝缘体。优选地，空穴注入层用于使阳极和后续层(空穴传输层)的能级平衡，以确保电子空穴的有效注入。
阳极优选为电子空穴供应体，因此优选具有比阴极显著更高的功函数。此外，阳极优选具有高的空穴表面传导性。另外，优选地，阳极材料可以是透明的，以优选允许通过阳极发光。
在该优选的实施方式中，光活性层是发射层，电活性层是至少一个电子注入层、至少一个电子传输层、至少一个空穴传输层和至少一个空穴注入层。
对于其中组件将产生电而不是产生光的优选的实施方式，本领域技术人员将能够如下调整电活性层和光活性层。
所使用的光活性层优选为吸收层，其能够通过光子吸收将入射的电磁辐射的能量转换成自由电荷载流子的产生。电活性层优选确保在光电组件内产生内部电场，该内部电场从相应的电极移除电荷载流子。电子在阴极处被提取，而空穴在阳极处被提取。由此提供的电位差用于产生电压或在负载下产生电流。
在光电组件的该优选的实施方式中，层结构优选如下。
光电组件具有阴极和阳极以及阴极与阳极之间的层系统，该层系统包括与阴极相邻的至少一个电子提取层、至少一个电子传输层、作为吸收层的至少一个光活性层、至少一个空穴传输层、与阳极相邻的至少一个空穴提取层，并且特征在于所述至少一个电子提取层和所述至少一个空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性，并且所述至少一个电子注入层和所述至少一个空穴传输层相当于对水和/或氧的扩散阻挡层。
电活性层又被设计为确保吸收层的功能和电荷载流子的有效提取。在该优选的实施方式中，光活性层是吸收层，并且电活性层是至少一个电子提取层、至少一个电子传输层、至少一个空穴提取层和至少一个空穴传输层。
根据本发明，已经发现，为了延长光电组件的使用寿命，特别是应该保护光活性层免受水或水蒸气和氧的破坏作用。虽然现有技术在大多数情况下封装整个组件，但是根据本发明，使用电活性层来实现对水或氧的阻隔功能。
在光产生组件中，至少一个电子注入层和至少一个空穴注入层对水和/或氧具有扩散限制性。所述至少一个电子传输层和所述至少一个空穴传输层形成对水和/或氧的扩散阻挡层。
相反，在电产生组件的情况下，电子提取层和空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性。所述至少一个电子传输层和所述至少一个空穴传输层也形成对水和/或氧的扩散阻挡层。
由于电活性层既作为水和氧的渗透阻挡层又支持电荷载流子的定向电流的这种双重功能，组件可以明显更紧凑地构造。虽然在现有技术中需要使用阻挡膜，由此使组件的总厚度通常增加三倍；但这一点在根据本发明的层结构中有利地被消除。因此，光电组件显著更具柔性，并且可以灵活地实现。对于阻挡膜的应用也没有额外的制造步骤，由此显著简化了制造过程并且降低了成本。通过使用电活性层作为扩散限制层或扩散阻挡层，可以比现有技术中更可靠和成本有效地制造这些组件。本发明所实现的技术进步进一步在更强大的组件中示出，该组件在电功率消耗相同的情况下具有更高的强度和更好的光学特性(更低的色散、单色光)或在相同强度的太阳辐射下产生更大的电功率。在此，本发明人的创新研究和系统的方法通过使用电活性层作为对氧和水的阻挡层而得到了回报，并且新的途径被采用。
令人惊奇的是，可以提供电活性层，其提供阻挡功能和用于引导电荷电流的电功能二者。由于具有电功能的每个单独的层也具有抵抗氧气和水的阻隔功能，因此可以实现对它们的令人惊奇的有效阻挡。因此，每个单独的层的阻挡功能显著增加了光电组件的寿命。通过不同阻挡层的相互作用可以实现的效果显著大于单个阻挡层的效果。越多具有阻挡特性的层彼此上下设置，它们的非线性相互作用的效果越大，其中几个阻挡层的组合的阻挡效果优选比通过各个层的阻挡效果的总和实现的更高。这显示出协同效应。在这方面，阻挡特性和阻隔特性都是指扩散限制性能和扩散阻隔性能。
与阻挡膜的使用相反，在组件的边缘处也没有问题。与阻挡膜的宏观结构相反，由于电活性层的微观结构，可以有效地防止诸如在阻挡膜中发生的宏观气体夹杂物。
如下所述，令人惊奇的是，特别是通过选择合适的材料和层厚度，可以实现电活性层的阻挡特性和所需的电特性。
出于本发明的目的，“对水和/或氧具有扩散限制性”的特性优选意指，对应的注入层或提取层显著减少水和/或氧分子的扩散。因此，优选可以通过扩散限制层增加层中水和氧分子的路径长度，使得分子不到达光活性层。
在优选的实施方式中，扩散限制层具有小于1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。
出于本发明的目的，性质“扩散阻挡层”优选理解为意指，对应的电子传输层或空穴传输层防止或显著减少水和/或氧分子的渗透。在优选的实施方式中，作为扩散阻挡层的电子传输层或空穴传输层具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。
然而，特别优选的是，电活性层与电极一起的阻挡特性满足确保有效保护光活性层免受水或氧渗透的条件。
在另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于阴极、至少一个电子注入层或电子提取层和至少一个电子传输层的层组合具有小于0.01g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.01cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，和/或阳极、至少一个空穴注入层或空穴提取层和至少一个电子传输层的层组合具有小于0.01g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.01cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。根据它们的组成和厚度，本领域技术人员可以常规地调整这些层，使得可以实现所提到的传输速率。
已经认识到，优选地，各个扩散限制层或扩散阻挡层不必满足定量的阻隔特性，但特别地优选电极和电活性层到光活性层的层组合必须满足定量的阻隔特性。因此，可以优选电极和注入层或提取层和传输层的组合优选具有小于0.01g/(m2*d)或小于0.01cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。然而，组件也可以优选包括多个优选交替的注入层或提取层和传输层，其中层组合(例如，阴极和所有电子注入层和电子传输层)具有小于0.01g/(m2*d)或小于0.01cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。这同样对应地适用于其他电活性层。即，阳极和所有空穴注入层和空穴传输层的层组合优选具有小于0.01g/(m2*d)或小于0.01cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。对于诸如太阳能电池或光电探测器的发电组件的实施方式，在层组合中注入层被提取层替代。
令人惊奇的是，层组合的WVTR或OTR值小于0.01g/(m2*d)或小于0.01cm3/(m2*d)导致对光活性层的特别有效的保护。因此，对于优选的实施方式，优选的太阳能电池或LED的寿命显著增加。
由于各个层的组合产生的强的协同阻挡特性，具有上述值的该实施方式代表了特别免维护的组件。
该组件的发光构造对于在印刷产品中的使用起着重要作用。这里给出的实施方式已经证明在纸张打印中特别不易出错。
还可能优选的是，在另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，阴极、至少一个电子注入层或电子提取层和至少一个电子传输层的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，和/或阳极、至少一个空穴注入层或空穴提取层和至少一个电子传输层的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。因此，电极和注入层或提取层和传输层的组合可以优选具有小于0.1g/(m2*d)或小于0.1cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。然而，组件也可以优选包括多个优选交替的注入层或提取层和传输层，其中层组合(例如，阴极和所有电子注入层和电子传输层)具有小于0.1g/(m2*d)或小于0.1cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。这同样对应地适用于其他电活性层。即，阳极和所有空穴注入层和空穴传输层的层组合也可以优选具有小于0.1g/(m2*d)或小于0.1cm3/(m2*d)的WVTR或OTR。对于诸如太阳能电池或光电探测器的发电组件的实施方式，在层组合中注入层将被提取层替代。
通过认识到对于某些实施方式实现层组合的所述值可能就足够了，可以使用特别薄的层来实现所需的功能。
令人惊奇的是，层组合的WVTR或OTR值小于0.1g/(m2*d)或小于0.1cm3/(m2*d)导致组件具有可以提前确定的特别可靠的电特性，同时该组件被充分保护免受氧气和水的影响。此外，可以使用特别薄的层，同时具有良好的保护性能，因此组件的使用寿命长。因此，实现了令人惊奇的持久且柔性的组件。
以这种方式，还可以实现具有特别有利的美学特性(光学亮度)的发光组件。因此，具有上述特性的发光组件也可用于非常薄的纸，例如日报的纸，以实现光学效果(例如，用于车辆广告的闪光灯)。
出于本发明的目的，优选水蒸气透过率(WVTR)表示水蒸气或水分子通过单层或通过层组合的渗透率的测量值。为了确定WVTR值，优选确定在24小时内扩散通过层的区域的水分子的质量。在这种情况下，优选单位是以g/(m2*d)表示的WVTR，其中SI单位g代表克，d代表天(即，24小时)，m2代表该层或层组合的面积的平方米。
以相同的方式，出于本发明的目的，优选氧气透过率(OTR)表示氧分子通过单层或通过层组合的渗透率的测量值。为了确定OTR值，优选确定在24小时内扩散通过层的区域的氧分子的气体体积。在这种情况下，优选单位是以cm3/(m2*d)表示的OTR，其中SI单位cm3代表立方厘米，d代表天(即，24小时)，m2代表平方米，即，层或层组合的面积。
本领域技术人员知道如何通过实验确定薄膜的OTR和WVTR，因此可以根据这些性质选择层。
例如，美国材料与试验协会(ASTM)在标题为有机涂层膜的水蒸气透过率的标准试验方法的ASTM D1653-13下公开了用于确定光电组件的薄层的OTR和WVTR的实验性试验。在2016年9月12日从https://www.astm.org/Standards/D1653.htm下载了描述该试验的文档。
在本发明的优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子传输层和至少一个空穴传输层具有小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。有利地，各个传输层的这些参数值导致有效避免了水或氧分子的渗透。发明人已经发现，电子传输层和空穴传输层在这方面特别重要，因为它们直接围绕光活性层。可以使用上述值获得特别可靠且持久的组件。
在本发明的另外优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子传输层和至少一个空穴传输层具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。有利地，特别是使用以这种方式表征的空穴传输层，可以特别可靠地实现所需的电特性，同时实现长寿命所需的层系统的阻挡特性。此外，方便了制造过程并降低了制造成本。
在本发明的优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子传输层具有在10-6cm2/(V*s)和10cm2/(V*s)之间的电子迁移率，并且优选具有在3～4eV之间的LUMO，并且至少一个空穴传输层具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的空穴迁移率，并且优选具有在5和7eV之间的HOMO。
电荷载流子的迁移率(即，优选电子的迁移率(电子迁移率)和空穴的迁移率(空穴迁移率))优选表示电荷载流子的漂移速度与电场之间的线性比例因子。该电荷载流子迁移率是材料特性并且通常取决于温度。上述参数优选适用于25℃的室温，组件优选在该室温下使用。由于上述电荷迁移率值，电荷载流子特别有效地传输到复合区(在发光二极管的情况下)或电极(在太阳能电池的情况下)。因此，可以特别有效地制造发光二极管或太阳能电池。在工作期间也可以减少热量的产生，从而可以提高可靠性。
LUMO(最低未占分子轨道)表示电子传输层的分子的最低未占据的轨道，其中电子可以作为自由载流子移动。而HOMO(最高占据分子轨道)表示空穴传输层的分子的最高占据轨道，其中空穴可以作为自由载流子移动。用于LUMO和HOMO的上述参数针对光活性层的能带进行了优化，该光活性层优选发射或吸收可见光范围内的电磁辐射。
特别地通过选择导致至少一个电子或空穴传输层具有上述电特性或另一方面导致所需的阻挡特性的合适的材料和层厚度，可以实现具有所需的光电特性的组件，同时该组件也具有长寿命。此外，可以提高组件的性能。
在优选的实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子传输层具有掺杂的金属氧化物，优选掺杂的氧化锌，其中掺杂优选用铝、碱金属、碱土金属、茂金属和/或有机n-掺杂剂来实现，并且电子传输层特别优选具有氧化铝锌。令人惊奇的是，由这些材料、特别是掺杂的氧化铝锌制成的电子传输层具有对水分子和氧分子的扩散阻挡性特别好的特点，而且由于掺杂还具有最佳的电特性。特别优选的是，电子传输层由上述材料制成，因此具有在3～4eV之间的LUMO和在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的电子迁移率。本领域技术人员知道如何在不付出创造性劳动的情况下提供具有上述参数的材料。
在本发明的优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个空穴传输层包括掺杂的金属硫氰酸盐(优选掺杂的硫氰酸铜)和/或掺杂的金属氧化物(优选掺杂的氧化锌)。通过对应的掺杂，可以特别有利地将这些材料调整到所需的性质。另外，它们具有所需的对氧和水的阻挡特性。此外，这些材料非常坚固，因此有助于制造可靠的组件。优选地，材料被掺杂金属硫氰酸盐。金属硫氰酸盐特别适合用于掺杂。另外，使用它们可以实现通过掺杂设定的各种各样的特性。金属硫氰酸盐优选从包括硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸银、硫氰酸钨、硫氰酸钒、硫氰酸钼、硫氰酸铜和/或其他过渡金属硫氰酸盐的组中选择。从上述组中选择的掺杂物允许有针对性地调节所需的电特性。在各种情况下，由于掺杂的基础材料的已经良好的阻挡特性的进一步改善，甚至可以实现协同效应。掺杂金属氧化物也可能是有利的。金属氧化物的特征在于特别简单并因此可加工性可靠。优选地，使用从包括氧化钨、氧化钒、氧化镍、氧化铜、氧化钼和/或其他过渡金属氧化物的组中选择的待掺杂的金属氧化物。它们的特征在于掺杂效果好。对它们的处理只需要几个步骤。但是，可以优选使用诸如氟、氯、溴和碘的卤素掺杂。它们的特征在于它们独特的化学反应性和它们在自然界中的高丰度。
因此，对于空穴传输层，优选掺杂金属硫氰酸盐，特别优选硫氰酸铜，或甚至掺杂金属氧化物，特别优选氧化锌。本领域技术人员已知，在光电组件的情况下的掺杂优选是指将外来原子(掺杂剂)引入层中，引入的量与载体材料相比通常较低。即，掺杂剂的重量百分比可以优选小于整个层的10％，优选小于整个层的1％。掺杂剂的重量百分比也可以优选高达整个层的40％。利用所谓的p型掺杂，电子受体被掺杂，而对于所谓的n型掺杂，电子供体被掺杂。对于空穴传输层，优选选择具有受体性质的材料，并且优选具有接近金属硫氰酸盐或金属氧化物的载体的HOMO的LUMO，金属硫氰酸盐或金属氧化物优选为硫氰酸铜或氧化锌。例如，有机p型掺杂剂也可以优选为四氟四氰基醌二甲烷(tetrafluorotetracyanoquinodimethane)或甚至六氮杂三亚苯基六腈(hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)。已经证明它们特别有用。它们可以带来另外的优点，例如更高的性能和可靠性以及高产率。
特别优选使用具有上述合适的掺杂剂的硫氰酸铜或氧化锌作为空穴传输层的载体。
令人惊奇的是，对于空穴传输层的上述材料，特别是使用硫氰酸铜或氧化锌，可以特别有效地防止水或氧的渗透，同时具有用于传输电子空穴的优异的电特性。通过掺杂，特别优选的是，空穴传输带具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的空穴迁移率，并且载体和掺杂剂可以选择为使得空穴传输带的HOMO在5eV和7eV之间。因此，光活性组分可以特别可靠和有效地操作。
在本发明的优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子传输层的总层厚度为10-50nm，这是特别坚固和可靠的。因此，优选其总的层厚度为25-30nm。已经证明了，这是特别免维护且易于制造的，从而降低了成本。上述至少一个空穴传输层具有10-40nm的总的层厚度，这也是特别坚固和可靠的。因此，总的层厚度优选为10-30nm。这也被证明是特别免维护且易于制造，因此降低了成本。特别优选空穴传输层的总的层厚度为15-25nm。这代表了电特性的改善。总的层厚度优选表示所有电子传输层或空穴传输层的厚度。在使用电子传输层或空穴传输层的情况下，厚度对应于电子传输层或空穴传输层的厚度。出于本发明的目的，厚度优选表示沿着电极之间的层结构并沿着电荷载流子传输的层的范围。一方面有利地优化上述参数以实现光活性层的有效保护，特别是对氧和水的有效保护，另一方面实现光电组件的特别薄的整体结构。因此，可以提供特别耐用但薄的柔性组件。此外，提高了可靠性，并且由于薄而不可见的层，可以实现特别美观的效果。这些对发光装置中的美学效果起协同作用，并且还有利于层的光透射增加和它们散射的减少。
在本发明的另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子注入层或电子提取层和至少一个空穴注入层或空穴提取层具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。如果组件的这些外层具有上述特性，则可以确保对内部元件的特别有效的保护。这种保护在装置特别敏感时已经在制造过程中产生了积极的影响，并提高了可靠性。
在该组件中，由于电极中的纳米缺陷，可能发生水分子和氧分子流入组件。根据本发明，优选用于电荷载流子的传输层相当于这些渗透物的扩散阻挡层。注入层或提取层优选位于电极和传输层之间，并且优选具有扩散限制性。通过上述用于注入层或提取层的OTR和WVTR的参数，可以实现特别是对水和氧的扩散的限制。结果，分子的路径长度大大延长，使得离开(例如，通过电极中的缺陷)变得比向敏感的光活性层扩散更有可能。因此，优选的实施方式在一定程度上增加了组件的寿命。由于注入层或提取层的扩散限制性质与由传输层实现的扩散阻挡相结合，可以实现对光活性层的特别有效的保护。由层的组合产生的扩散保护令人惊奇地高于仅由传输层提供的保护。如上所述，这种效果是协同的，即，保护比从各个层的保护效果的总和所预期的明显更强。
在本发明的优选的实施方式中，光电组件的特征在于至少一个电子注入层或电子提取层包括介电聚合物。它们的特征在于特定的坚固性，由此可以满足持久的组件。它们良好的阻挡特性产生还对长寿具有积极作用的协同作用。特别优选使用亲水性聚合物和/或聚合电解质。它们可以特别易于加工并因此节省时间、材料和工序，因此节省成本。最特别优选地，聚合物从包括聚唑啉、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮的组和该组的共聚物中选择。这些已被证明是特别有用的并且具有优异的电特性。特别优选使用聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或乙氧基化聚乙烯亚胺，因为它们导致组件的进一步改进和性能的提高。
上述材料特别适用于确保电子注入层或电子提取层的电功能。因此，作为电荷载流子的电子可以利用“隧穿”的量子效应并从阴极跳入电子传输层(在电子注入层的情况下)或从电子传输层跳到阴极(在电子提取层的情况下)。上述介电聚合物优选产生相应的表面偶极子，从而降低电子的注入势垒。类似地，层中氧分子和水分子的迁移率令人惊奇地被大大降低或受到限制。因此，上述材料使小于1cm3/(m2*d)的OTR和小于1g/(m2*d)的WVTR的优选值可以特别可靠地实现。
在本发明的优选实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个空穴注入层或空穴提取层包括介电聚合物。它们具有优异的阻挡特性，因此提高了可靠性。它们优选为具有从包括-CN、-SCN、-F、-Cl、-I和/或-Br的组中选择的官能团的聚合物，这些聚合物特别坚固且免维护。因此，至少一个空穴注入层或空穴提取层特别优选包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚丙烯腈(PAN)和/或它们的共聚物，这引起组件的改进和性能的提高。
上述材料特别适用于确保电子空穴的注入层或电子空穴的提取层的电功能。特别地，上述聚合物满足优选的注入性能，即，在与注入层的接触表面处电子的功函数的增加以及因此有效的空穴注入。此外，上述材料对水和氧具有优异的阻挡性。上述一些材料已经用作食品膜。令人惊奇的是，可以使用这些材料提供同时确保组件的特别节能的功能和特别长的寿命的、用于电子空穴的注入层或提取层。
在另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，至少一个电子注入层或电子提取层的总的层厚度在0.1和10nm之间。这种层厚度可以特别可靠地加工并有助于改善电学和光学特性。特别优选5nm至7nm之间的层厚度，因为一方面在此实现了所需的光学特性与电学性能之间的理想折衷，另一方面实现了制造方法质量的提高。对于至少一个空穴注入层或空穴提取层，优选0.1nm至10nm之间的总的层厚度。适用于电子注入层或电子提取层的优点在此也适用。这同样适用于在5nm和7nm之间的特别优选的层厚度。总的层厚度优选量化每个电子注入层或电子提取层或每个空穴注入层或空穴提取层的总范围。在层的情况下，总的层厚度优选等于层的厚度，否则等于各层的厚度之和。本发明人已经发现，上述层厚度令人惊奇地具有对水和氧的优异的阻隔特性以及有效的“隧穿效应”，由此实现电功能。
在本发明的另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，该组件具有至少两个电子注入层或电子提取层、至少两个电子传输层、至少两个空穴传输层和至少两个空穴注入层或空穴提取层，其中，电子注入层或电子提取层和电子传输层以及空穴注入层或空穴提取层和空穴传输层以交替排列的方式布置。出于本发明的目的，交替布置优选意味着注入层或提取层优选与传输层交替。例如，对于两个电子传输层和两个电子注入层的优选层结构如下：第一注入层邻接阴极，接着是第一传输层、第二注入层和第二传输层，第二传输层邻接光活性层。通过优选使用多个注入层和传输层，可以实现防止水和氧渗透的特别有效的保护。通过交替布置，即使各个层的厚度较小，也会导致层的阻隔特性的惊人提高。特别是在层的交替布置的情况下，这种协同效应大于各个层的阻隔特性的总和所呈现的效应。
在本发明的另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，阳极包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线和/或这些材料的混合物。这些材料的优点是它们特别容易加工。优选地，金属纳米线为银纳米线和/或金属氧化物纳米线。它们具有特别优异的光学和电学特性，因此提供了组件性能的改进和提高。金属氧化物优选为过渡金属氧化物或掺杂有金属和/或卤素的金属氧化物。它们的特征在于特别高的功函数并且提高了组件的有效性。在上述材料中，特别优选氧化铟锌和/或氟化氧化锌。这些材料特别坚固，因此提高了可靠性。金属硫氰酸盐优选为过渡金属硫氰酸盐，因为它们易于加工并因此降低了成本。特别优选硫氰酸钨和/或硫氰酸铜。这些材料已被证明特别免维护并延长使用寿命。此外，它们可以很好地电接触。
所有上述材料都特别好地执行阳极的功能，用作电子空穴的供应体，具有高的功函数和用于电子空穴的区域导电性。另外，阳极材料可以特别优选地选择为使得其能透过可见光，因为阳极优选用于对电磁产生的辐射放电(在发光二极管的情况下)。另外，该材料优选具有对水或氧的阻隔特性，使得电极、注入层或提取层和传输层的组合的所有OTR或WVTR都优选小于0.01cm3/(m2*d)或0.01g/(m2*d)。
然而，电极、注入层或提取层和传输层的组合的所有OTR或WVTR也可以优选小于0.1cm3/(m2*d)或0.1g/(m2*d)。所需的OTR或WVTR特性可对应地受到阳极材料的合适的层厚度和其他层的材料和厚度的影响。
特别优选地，阳极由氧化铟锡(ITO)制成，其特别优选的层厚度为大约150nm。出于本发明的目的，诸如大约、约或同义术语的细节优选被理解为±10％、特别优选±5％的容差。在另外特别优选的变型中，还对ITO施加薄银层(优选地，具有大约2nm的层厚度)。这进一步提高了性能。在另外优选的变型中，阳极由大约150nm的ITO层、大约2nm的银层和另外一层氧化钨(层厚度优选大约为2nm的WO3)组成。有利地，这些金属层的施加允许良好地提供电子空穴。此外，在层厚度为1nm至5nm时，材料是高度透明的。由于氧化钨与银相比具有更高的功函数，因此优选的发光二极管可以在特别低的工作电压下工作。此外，特别是对于上述实施方式，还可以优选ITO被含氟掺杂的氧化锡(FTO)或氯掺杂的氧化锡(CTO)或氯掺杂的氧化锌(CZO)或氟掺杂的氧化锌(FZO)替代，或用嵌入FTO、CTO、CZO或FZO基质中的金属纳米线替代，金属纳米线优选为银纳米线。由于它们优选的光学特性，上述材料有助于提高组件的性能。同样地，由此产生的增加的亮度和减少的散射实现了特殊的美学效果。
在另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，阳极的层厚度在50-500nm之间。因此，可以实现具有期望的光学特性的光电组件的紧凑且柔性的构造方法。同样地，可以实现整个层系统的所需的OTR或WVTR特性。此外，通过所述层厚度促进了阳极的电接触，并且提供了阳极所需的机械稳定性。
在优选的实施方式中，光电组件的特征在于，阴极包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线和/或这些材料的混合物。这些材料特别坚固且免维护。金属优选从包括铝、铜、镓、铟、锡、钴、镍的组中选择，它们具有良好的可加工性并因此简化了制造。金属纳米线优选为银纳米线和/或金属氧化物纳米线，它们改善了组件的性能。阴极特别优选包括掺杂金属的金属氧化物，它们提高了组件的质量。特别优选地，阴极包括掺杂有铝的氧化锌，这允许改善电特性。
这些材料能够优化阴极的功函数，特别是在发光二极管的情况下能够最佳地提供电子。因此，可以实现特别低的薄层电阻，以便促进电子穿过阴极表面进行最均匀可能的注入。
特别优选地，阴极由金属层、优选银组成，优选印刷该金属层。在制造中，这意味着节省时间、材料和工序，从而节省成本。同样地，在可见光波长范围内，银具有理想的光学(反射)特性。然而，可替代地，金属的气相沉积可能是优选的。金属的气相沉积在制造过程中提高了可靠性。除了银之外，可以优选使用其他金属，例如铝、铜、镓铟锡合金或合金。这些原料具有良好的可加工性。这些材料的阴极的厚度优选在50nm和500nm之间。可以特别可靠地制造这种厚度的阴极。特别优选大约150nm的阴极的层厚度。这种厚度的阴极特别有效。
在另外优选的变型中，阴极由印刷的金属纳米线制成的层组成。可以特别可靠且成本有效地制造这种阴极。优选地，它们是银纳米线。特别是由于良好的光学和电学性能，它们有助于提高性能。可替代地，可优选使用铜、钴或镍纳米线。它们可以特别好地加工并提高可靠性。金属纳米线层优选还具有可以特别可靠地制造的在30nm和500nm之间的厚度，非常坚固并且可以特别容易电接触。特别优选大约150nm的层厚度。它们可以以特别无差错的方式制造。金属纳米线可以优选嵌入由掺杂铝的氧化锌制成的金属氧化物基质中。因此，可以实现特别有利的电特性。阴极可以特别优选为透明的。特别透明的发光二极管可以与优选透明的阳极一起提供。由于双面辐射性质，实现了可以用于例如印刷广告中的特别美的效果和令人惊奇的效果。
此外，包括阴极的层系统所需的OTR或WVTR特性可通过阴极的上述材料和厚度来实现。
此外，可优选将金属膜粘附到阴极的金属纳米线上。因此，可以从透明阳极获得增加的反射和增加的光发射。金属膜可以优选为商业铝膜，其厚度大约为50μm。因此可以降低成本。然而，金属膜也可以具有10μm至100μm的厚度。该实施方式的优点是可灵活地选择关于组件的坚固程度、反射程度和柔性的所需特性。此外，所用的优选金属膜也可以由铜或其他金属制成。因此，可以增加和调整光输出。
在另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，阴极的层厚度在50-500nm之间。因此，提供了对电学和光学特性具有广泛影响的另一种方法。优选地，阴极应具有在100nm和200nm之间的层厚度。已经证明这种阴极特别坚固可靠。
在本发明的另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，光活性层是发射层，其发射光谱优选地在400nm和700nm之间的波长范围内。光产生层优选由半导体有机聚合物或分子组成，当电激励(即，向电极施加电压)时，该半导体有机聚合物或分子产生可见光范围内的光，优选在400nm和700nm之间。优选地，发射层的厚度为15nm至100nm。因此，实现了光产生层关于其效率和总体光学特性的性能的增加。特别优选地，发射层的厚度为40-60nm。这种发射层非常可靠且免维护。在优选的变型中，光产生层由95重量％的在电刺激时产生可见光谱中的光的聚合物和5重量％的具有比光产生聚合物更高的带隙的聚合物组成。在这个优选变型中，可以产生单色光。在另外优选的实施方式中，发射层完全由在电刺激时产生可见光谱中的光的聚合物组成。这种发射层特别坚固。此外，发射层可以优选具有各种掺杂剂以增加导电性并因此提高效率(例如，喹啉铝、四氟四氰基醌二甲烷、氧化钼纳米颗粒、茂金属)，或改变发射光谱和电子光子效率(例如，喹啉铱配合物)。然而，出于本发明的目的，可以有利地使用完全不同的发射层。发射层最容易与水或氧反应，因此它们的效率很大程度上取决于暴露于这些分子。通过提供有效地保护光活性层(例如，发射层)免受水和氧气渗透的光学组件，可以针对相应的应用使用和调整各种各样的层。在可见光谱中发射的优选实施方式特别适用于商业应用。
在本发明的另外优选的实施方式中，光电组件的特征在于，光活性层是吸收层，其吸收光谱优选在300nm和1500nm之间的范围内。优选地，吸收电子辐射、优选太阳辐射并产生自由的电子-空穴对的聚合物层可用作吸收层。通过所述优选范围，可以实现太阳能电池的广泛利用。有利地，现有技术中已知的许多材料可用于吸收层。特别地，与对水或氧的敏感性相关的排除标准涉及寿命的损害，因为另外的电学层的阻隔特性有效地保护光活性层。
在优选的实施方式中，本发明还涉及用于制造根据本发明或其优选的实施方式的光电组件的方法，其中该方法的特征在于电子注入层、电子传输层、光活性层、空穴传输层和/或空穴注入层通过湿化学法和/或热蒸镀法施加。这些方法代表了与现有技术相关的改进，并且特别可靠。特别优选这些层通过丝网印刷、旋涂、胶版印刷和/或凹版印刷施加。这些方法可节省时间、材料、工序和成本。特别优选通过喷墨印刷方法施加这些层。该方法特别稳健且有效，并且与传统方法相比导致质量提高。阴极和阳极可特别优选地用喷涂方法施加。该方法提高了可靠性并使制造成本降低。
因此，特别优选的是，传输层和注入层或提取层可以在空气中稳定地处理。上述材料和这里描述的用于施加层的方法特别适合于此目的。“在空气中稳定地处理”特别意味着制造组件所需的所有步骤、特别是层的施加可以在周围的室内空气中在无限制且无特殊的预防措施的情况下进行。因此，可以在制造期间节省成本和时间并且提高效率。
优选地，湿化学过程应理解为是指其中用于各层的材料(例如，聚合物)存在于溶液中并使用这些溶液进行涂覆的制造过程。本领域技术人员知道合适的溶剂作为各组分的载体。热气相沉积应理解为是指优选的基于真空的涂覆方法，其中将用于层的材料被加热至沸点并因此气相沉积到相应的基体上。
通过上述方法，可以施加具有明确限定的膨胀的特别均匀的纯层。用于电学层以及光活性层的喷墨印刷方法和用于电极的喷涂方法的特征还在于特别低的制造成本和对各种基体的广泛适用性。最重要的是，由于电活性层在空气中的可加工性，该过程可以在没有任何特别努力的情况下实现，特别是不使用特殊的真空或充气室。
在下文中，将使用实施例更详细地描述本发明，但不限于这些实施方式。
附图说明
图1是由阻挡膜封装的传统的光电组件的层结构的示意图。
图2是用于传统的光学元件的阻挡膜的层结构的示意性放大图。
图3是根据本发明的光电组件的优选实施方式的示意图。
具体实施方式
图1和图2示出了传统的光电组件1的示意性结构，该光电组件1由阻挡膜17封装。所示的组件1的层结构是发光二极管的层结构，并且如下构成。一旦将电压施加到阴极3和阳极5上，阴极3用于提供电子，而阳极5提供空穴。符号+和-各自优选示出电压方向。电子注入层7和空穴注入层9的特性优选允许电荷载流子到传输层的有效量子力学隧穿效应。电子传输层11和空穴传输层13的特征在于电荷载流子的高迁移率，并确保有针对性地传输到发射层15。在发射层15中，电荷载流子复合以产生激子并发射可见光2。水或氧气渗透到发射层中会显著降低效率系数，并因此降低寿命。为此，在现有技术中，光电组件1由阻挡膜17封装，阻挡膜17用于防止水和氧的渗透。为此目的，在现有技术中通常选择交替的层结构，其中扩散限制层19与扩散阻挡层或阻隔层21交替。扩散阻挡层或阻隔层21应防止分子扩散。然而，分子也有可能通过小缺陷扩散。由于扩散限制层19，分子的路径长度延长，使得它们优选通过扩散阻挡层或阻隔层21中的缺陷再次出现。此外，在现有技术中，阻挡膜包括载体基体23。
图3示出了根据本发明的光电组件的优选实施方式的示意图。所示的光电组件1的层结构是发光二极管的层结构。层结构中的层的基本功能与根据图1或图2的传统的光电组件的基本功能相同。一旦向阴极25和阳极27施加电压，阴极25用于提供电子，而阳极27提供空穴。符号+和-各自优选示出电压方向。然而，另外，阴极25和阳极27对水和氧分子具有阻隔特性，因此为渗透物提供了扩散阻挡层。
电子注入层29和空穴注入层31的电特性优选允许电荷载流子到传输层的有效量子力学隧穿效应。同时，选择电子注入层29和空穴注入层31的材料，使得它们对水分子和氧分子具有扩散限制作用，从而延长各层中分子的扩散长度。
电子传输层33和空穴传输层35的特征在于电荷载流子的高迁移率，并确保有针对性地传输到发射层15。在发射层15中，电荷载流子复合以产生激子并发射可见光2。
然而，与现有技术相反，电子传输层33和空穴传输层35提供对水和氧的扩散阻挡层。因此，根据本发明的层结构以与现有技术的阻挡膜相同的方式促进扩散限制层和扩散阻挡层的交替的层结构。然而，根据本发明已经发现，电活性层(电子注入层29、空穴注入层31、电子传输层33和空穴传输层35)和电极(阴极25和阳极27)本身可以用作扩散限制层和扩散阻挡层。因此，电子传输层33、空穴传输层35、阴极25和阳极27用作扩散阻挡层，其应该减少水或氧分子的扩散。电子注入层29和空穴注入层31用作扩散限制层，其延长了分子的路径长度，因此可以补偿扩散阻挡层的缺陷。在优选的实施方式中，阴极25、扩散限制电子注入层29和作为扩散阻挡层33的电子传输层的层组合的OTR小于0.1cm3/(m2*d)，优选小于0.01cm3/(m2*d)，并且其WVTR小于0.1g/(m2*d)，优选小于0.01g/(m2*d)。同样地，阳极27、扩散限制空穴注入层31和作为扩散阻挡层35的空穴传输层的层组合的OTR小于0.1cm3/(m2*d)，优选小于0.01cm3/(m2*d)，并且其WVTR小于0.1g/(m2*d)，优选小于0.01g/(m2*d)。
这些参数可以防止水和氧分子渗透到发射层15中并显著延长寿命。有利地，这不需要增加了光电组件1的总厚度的复杂且昂贵的阻挡膜。
应该注意，所述的本发明的实施方式的各种替代方式可用于实现本发明并获得根据本发明的方案。根据本发明的光电组件及其在所述方法中的制造在它们的实施方式方面不限于上述优选的实施方式。相反，可以想到可以不同于所示方案的各种设计变型。权利要求的目的是确定本发明的保护范围。权利要求的保护范围涉及覆盖根据本发明的光电组件及其制造方法以及其等同实施方式。
附图标记列表
1 光电组件
2 光
3 阴极
5 阳极
7 电子注入层
9 空穴注入层
11 电子传输层
13 空穴传输层
15 发射层
17 阻挡膜
19 扩散限制层
21 扩散阻挡层
23 载体基体
25 作为扩散阻挡层的阴极
27 作为扩散阻挡层的阳极
29 扩散限制电子注入层
31 扩散限制空穴注入层
33 作为扩散阻挡层的电子传输层
35 作为扩散阻挡层的空穴传输层
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种光电组件(1)，其具有阴极(25)和阳极(27)以及阴极(25)与阳极(27)之间的层系统，该层系统包括：
-与所述阴极相邻的至少一个电子注入层(29)或电子提取层，
-至少一个电子传输层(33)，
-至少一个光活性层，
-至少一个空穴传输层(35)，
-与所述阳极相邻的至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性，并且具有小于1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，并且
所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)相当于对水和/或氧的扩散阻挡层，并且具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。
2.根据前述权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
阴极(25)、所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个电子传输层(33)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，和/或
阳极(27)、所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层和所述至少一个电子传输层(35)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。
3.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。
4.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的电子迁移率，并且优选具有在3～4eV之间的LUMO，并且
所述至少一个空穴传输层(35)具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的空穴迁移率，并且优选具有在5和7eV之间的HOMO。
5.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)具有掺杂的金属氧化物，优选具有掺杂的氧化锌，其中所述掺杂优选用铝、碱金属、碱土金属、茂金属和/或有机n-掺杂剂来进行，并且所述电子传输层(33)特别优选具有氧化铝锌。
6.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个空穴传输层(35)具有掺杂的金属硫氰酸盐和/或掺杂的金属氧化物，掺杂的金属硫氰酸盐优选为掺杂的硫氰酸铜，掺杂的金属氧化物优选为掺杂的氧化锌，
优选掺杂金属硫氰酸盐，金属硫氰酸盐优选从包括硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸银、硫氰酸钨、硫氰酸钒、硫氰酸钼、硫氰酸铜和/或其他过渡金属硫氰酸盐的组中选择，和/或
优选掺杂金属氧化物，金属氧化物优选从包括氧化钨、氧化钒、氧化镍、氧化铜、氧化钼和/或其他过渡金属氧化物的组中选择，和/或
优选掺杂卤素，特别优选氟。
7.根据前述任一项权利要求所述的光电组件，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)的总的层厚度为10-50nm，优选为25-30nm，并且所述至少一个空穴传输层(35)的总的层厚度为10-40nm，优选为10-30nm，特别优选为15-25nm。
8.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。
9.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层包括介电聚合物，优选包括亲水聚合物和/或聚合电解质，特别优选包括从包括聚唑啉、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮及它们的共聚物的组中选择的聚合物，最特别优选包括聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或乙氧基化聚乙烯亚胺。
10.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层包括介电聚合物，优选包括具有从包括-CN、-SCN、-F、-Cl、-I和/或-Br的组中选择的官能团的聚合物，特别优选包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)或聚丙烯腈(PAN)及它们的共聚物。
11.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层的总的层厚度在0.1nm和10nm之间，优选在5nm和7nm之间，
所述至少一个空穴注入层或空穴提取层的总的层厚度在0.1nm至10nm之间，优选在5nm和7nm之间。
12.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述组件(1)具有至少两个电子注入层(29)或电子提取层、至少两个电子传输层(33)、至少两个空穴传输层(35)和至少两个空穴注入层(31)或空穴提取层，
其中，所述电子注入层(29)或电子提取层和所述电子传输层(33)以及所述空穴注入层(31)或空穴提取层和所述空穴传输层(35)以交替排列的方式布置。
13.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阳极(27)包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线、卤素和/或这些金属的混合物，其中，优选所述金属纳米线为银纳米线和/或金属氧化物纳米线，所述金属氧化物优选为过渡金属氧化物、金属掺杂的金属氧化物或卤素掺杂的金属氧化物，所述金属掺杂的金属氧化物特别优选为氧化铟锡，所述卤素掺杂的金属氧化物优选为氟化氧化锌，并且金属硫氰酸盐优选为过渡金属硫氰酸盐，特别优选为硫氰酸钨和/或硫氰酸铜。
14.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阳极(27)的层厚度在50nm和500nm之间。
15.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阴极(25)包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线和/或这些材料的混合物，其中所述金属优选从包括铝、铜、镓、铟、锡、钴、镍的组中选择，所述金属纳米线优选为银纳米线和/或金属氧化物纳米线，并且所述阴极特别优选包括掺杂金属的金属氧化物，特别优选包括掺杂铝的氧化锌。
16.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阴极(25)的层厚度在50nm和500nm之间，优选在100nm和200nm之间。
17.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述光活性层是发射层(15)，其发射光谱优选在400nm和700nm之间的波长范围内。
18.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述光活性层是吸收层，其吸收光谱优选在300nm和1500nm之间的范围内。
19.一种用于制造根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)的方法，
其特征在于，
电子注入层(29)、电子传输层(33)、光活性层、空穴传输层(35)和/或空穴注入层(31)使用湿化学法和/或热蒸镀法施加，其中特别优选这些层通过丝网印刷、旋涂、胶版印刷和/或凹版印刷施加，并且特别优选通过喷墨印刷方法施加，并且所述阴极和所述阳极特别优选使用喷涂方法施加。

Claims (19)

1.一种光电组件(1)，其具有阴极(25)和阳极(27)以及阴极(25)与阳极(27)之间的层系统，该层系统包括：
-与所述阴极相邻的至少一个电子注入层(29)或电子提取层，
-至少一个电子传输层(33)，
-至少一个光活性层，
-至少一个空穴传输层(35)，
-与所述阳极相邻的至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层对水和/或氧具有扩散限制性，并且
所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)相当于对水和/或氧的扩散阻挡层。
2.根据前述权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
阴极(25)、所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个电子传输层(33)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)，和/或
阳极(27)、所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层和所述至少一个电子传输层(35)的层组合具有小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)和小于0.1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)。
3.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)和所述至少一个空穴传输层(35)具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于0.1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。
4.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的电子迁移率，并且优选具有在3～4eV之间的LUMO，并且
所述至少一个空穴传输层(35)具有在10-6cm2/(V*s)和100cm2/(V*s)之间的空穴迁移率，并且优选具有在5和7eV之间的HOMO。
5.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)具有掺杂的金属氧化物，优选具有掺杂的氧化锌，其中所述掺杂优选用铝、碱金属、碱土金属、茂金属和/或有机n-掺杂剂来进行，并且所述电子传输层(33)特别优选具有氧化铝锌。
6.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个空穴传输层(35)具有掺杂的金属硫氰酸盐和/或掺杂的金属氧化物，掺杂的金属硫氰酸盐优选为掺杂的硫氰酸铜，掺杂的金属氧化物优选为掺杂的氧化锌，
优选掺杂金属硫氰酸盐，金属硫氰酸盐优选从包括硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸银、硫氰酸钨、硫氰酸钒、硫氰酸钼、硫氰酸铜和/或其他过渡金属硫氰酸盐的组中选择，和/或
优选掺杂金属氧化物，金属氧化物优选从包括氧化钨、氧化钒、氧化镍、氧化铜、氧化钼和/或其他过渡金属氧化物的组中选择，和/或
优选掺杂卤素，特别优选氟。
7.根据前述任一项权利要求所述的光电组件，
其特征在于，
所述至少一个电子传输层(33)的总的层厚度为10-50nm，优选为25-30nm，并且所述至少一个空穴传输层(35)的总的层厚度为10-40nm，优选为10-30nm，特别优选为15-25nm。
8.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层和所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层具有小于1cm3/(m2*d)的氧气透过率(OTR)和小于1g/(m2*d)的水蒸气透过率(WVTR)。
9.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层包括介电聚合物，优选包括亲水聚合物和/或聚合电解质，特别优选包括从包括聚唑啉、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮及它们的共聚物的组中选择的聚合物，最特别优选包括聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或乙氧基化聚乙烯亚胺。
10.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个空穴注入层(31)或空穴提取层包括介电聚合物，优选包括具有从包括-CN、-SCN、-F、-Cl、-I和/或-Br的组中选择的官能团的聚合物，特别优选包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)或聚丙烯腈(PAN)及它们的共聚物。
11.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述至少一个电子注入层(29)或电子提取层的总的层厚度在0.1nm和10nm之间，优选在5nm和7nm之间，
所述至少一个空穴注入层或空穴提取层的总的层厚度在0.1nm至10nm之间，优选在5nm和7nm之间。
12.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述组件(1)具有至少两个电子注入层(29)或电子提取层、至少两个电子传输层(33)、至少两个空穴传输层(35)和至少两个空穴注入层(31)或空穴提取层，
其中，所述电子注入层(29)或电子提取层和所述电子传输层(33)以及所述空穴注入层(31)或空穴提取层和所述空穴传输层(35)以交替排列的方式布置。
13.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阳极(27)包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线、卤素和/或这些金属的混合物，其中，优选所述金属纳米线为银纳米线和/或金属氧化物纳米线，所述金属氧化物优选为过渡金属氧化物、金属掺杂的金属氧化物或卤素掺杂的金属氧化物，所述金属掺杂的金属氧化物特别优选为氧化铟锡，所述卤素掺杂的金属氧化物优选为氟化氧化锌，并且金属硫氰酸盐优选为过渡金属硫氰酸盐，特别优选为硫氰酸钨和/或硫氰酸铜。
14.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阳极(27)的层厚度在50nm和500nm之间。
15.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阴极(25)包括金属、金属氧化物、金属硫氰酸盐、金属纳米线和/或这些材料的混合物，其中所述金属优选从包括铝、铜、镓、铟、锡、钴、镍的组中选择，所述金属纳米线优选为银纳米线和/或金属氧化物纳米线，并且所述阴极特别优选包括掺杂金属的金属氧化物，特别优选包括掺杂铝的氧化锌。
16.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述阴极(25)的层厚度在50nm和500nm之间，优选在100nm和200nm之间。
17.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述光活性层是发射层(15)，其发射光谱优选在400nm和700nm之间的波长范围内。
18.根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)，
其特征在于，
所述光活性层是吸收层，其吸收光谱优选在300nm和1500nm之间的范围内。
19.一种用于制造根据前述任一项权利要求所述的光电组件(1)的方法，
其特征在于，
电子注入层(29)、电子传输层(33)、光活性层、空穴传输层(35)和/或空穴注入层(31)使用湿化学法和/或热蒸镀法施加，其中特别优选这些层通过丝网印刷、旋涂、胶版印刷和/或凹版印刷施加，并且特别优选通过喷墨印刷方法施加，并且所述阴极和所述阳极特别优选使用喷涂方法施加。
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