CN203859153U - 有机发光光源、模块装置及具有模块装置的室外路灯、避雨棚和房屋 - Google Patents

有机发光光源、模块装置及具有模块装置的室外路灯、避雨棚和房屋 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了有机发光光源、模块装置及具有模块装置的室外路灯、避雨棚和房屋。其中一种有机发光光源，其特征在于包括衬底、有机光伏电池单元及有机发光二极管单元，前述的衬底具有第一面及位于第一面背面的第二面，前述的有机光伏电池单元成型于前述衬底的第一面，并自外而内依次包括阳电极层、有机吸光层、电子传输层及阴电极层，前述的有机发光二极管单元成型于前述衬底的第二面；并自外而内依次包括负电极层、修饰层、有机发光层、空穴注入层及正电极层，并且，前述的阳电极层和负电极层均为透明材质。本实用新型还公开了具有机发光光源的模块装置及具有模块装置的室外路灯、避雨棚和房屋。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：整体器件工艺步骤大为简化，降低了集成的复杂性和降低了成本。

Description

有机发光光源、模块装置及具有模块装置的室外路灯、避雨棚和房屋
技术领域
本实用新型涉及一种利用太阳光来发光的有机发光器件，还涉及该有机发光器件应用，属于光伏电池技术领域。 
背景技术
有机太阳能电池和有机发光二极管是近几年来有机半导体器件新技术的持续热点研究领域，并被商业界所看好。由于太阳能是一种清洁环保的能源，其技术的发展在能源紧张的现代化社会，具有深远和重大的意义。目前业界制备太阳能电池主要使用硅作为原材料，但硅的制备和使用对环境有着很大的负面影响，需要更加环保的原材料和制备方法。有机光伏电池却可以弥补硅电池这些不足之处。有机光伏电池重量轻、制备工艺简单、与柔性衬底相兼容、可采用湿法成膜的大面积制备技术等优点而备受青睐；并且其器件性能可通过合成和设计新型有机半导体材料进行调控。基于这些独特的优点，有机光伏电池成为近年来国内外小组研究最热门的领域之一，也最有望取代硅太阳能电池成为第三代新型的光伏电池。 
有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)也是近年开发研制出来的一种新型发光二极管，同无机发光二极管相比，有机发光二极管具有省电、超薄、重量轻、响应速度快、易于安装等特点，还具有制备工艺简单、成本低、发光颜色可在可见光内任意调节、易于大面积和柔性弯曲等的优点，被认为是未来重要的平板显示技术之一，并且随着有机发光二极管效率和稳定性的不断提高，作为未来的照明光源也显示了诱人的应用前景。 
基于有机光伏电池和有机发光二极管在原材料使用，工艺制备以及与柔性衬底兼容等特点，设计一种集成光伏电池和发光二极管的超薄超轻有机电子器件，并充分发挥二者的功能器件和装置成为可能。 
目前，结合有机光伏电池和有机发光二极管的发光装置一般在两者之间设有连接装置，连接装置的存在使得携带不便，并且，安装需要较占体积，而且传输中能量浪费较大，同时生产成本较高，需要改进。 
为此，现有技术中出现了很多有机光伏电池和有机发光二极管一体式结构的发光装置。 
参考专利号为ZL200920256347.7的中国实用新型专利《太阳能平面发光装置》(授权公告号为CN201539809U)，该专利包括玻璃基板及分别设于玻璃基板两侧的有几个发光二极管和太阳能电池及蓄电池。其不足之处在于太阳能电池为无机材料制备，太阳能电池和发光二极管的制备工艺不相容，器件的生产成本和复杂程度很大。还可以参考申请号为200910259767.5的中国发明专利申请公开《太阳能发光装置》(申请公布号为CN10177573A)，该申请涉及的发光装置，包括太阳能电池面板、有机发光二极管元件及导光件，有机发光二极管元件与导光件排列于太阳能电池面板的向光面，导光件位于二有机发光二极管元件之间，其不足之处在于有机发光二极管和无机太阳能电池全部堆叠集中在又脆又硬的半导体晶圆基板上，使得该发光装置的太阳能电池面板和有机发光二极管元件及导光件的制备工艺复杂，不易柔性化。还可以参考专利号为ZL201220383553.6的中国实用新型专利《太阳能照明系统》(授权公告号为CN203363944U)，该包括太阳能电池组件和发光照明组件，太阳能电池组件和发光照明组件利用夹胶玻璃封装技术结合。其不足之处在于该系统的太阳能组件和发光组件共用一个阴极，此器件结构从工艺上集成起来，同时实现器件的光电转换和发光功能。此专利中提到的器件可以制备出来，但从原理上两者的功能是不可能实现的。 
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种集成的、成本较低的有机发光光源。 
本实用新型所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种集成的、成本较低的具有有机发光光源的模块装置。 
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种有机发光光源，其特征在于包括衬底、有机光伏电池单元及有机发光二极管单元，前述的衬底具有第一面及位于第一面背面的第二面，前述的有机光伏电池单元成型于前述衬底的第一面，并自外而内依次包括阳电极层、有机吸光层、电子传输层及阴电极层，前述的有机发光二极管单元成型于前述衬底的第二面；并自外而内依次包括负电极层、修饰层、有机发光层、空穴注入层及正电极层，并且，前述的阳电极层和负电极层均为透明材质。 
所述的有机吸光层和有机发光层可以是平面异质结、掺杂平面异质结或混合平面异质结。 
进一步，所述的修饰层可以为空穴阻挡层或激子阻挡层。 
进一步，所述的有机发光层依次包括蓝光发光层、黄光发光层及绿光发光层，或依次包括蓝光发光层及红光发光层。 
一种应用有机发光光源的模块装置，其特征在于包括发光模块、蓄电池及控制开关，前述的发光模块与蓄电池通过充电线路和放电线路组成回路，前述的控制开关设于该回路中，并且，前述的发光模块由有机发光光源串联而成或并联而成。这里的有机发光光源的面积优选至少为0.5cm2，发光模块的面积优选至少1m2，发光模块可以是平面或曲面，形状可以为长方形、菱形、圆形、扇形等。 
一种具有模块装置的室外路灯，其特征在于包括模块装置、框架及立柱，前述的立柱为中空，前述框架设于立柱顶端或上端部，所述模块装置中的发光模块设于前述框架内，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于立柱内。 
一种具有模块装置的避雨棚，其特征在于包括模块装置、框架及立柱，前述的立柱为中空，前述框架设于立柱顶端或上端部，所述模块装置中的发光模块设于前述框架上形成展开的棚顶，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于立柱内。 
一种具有模块装置的房屋，该房屋具有斜屋顶和墙壁，其特征在于还包括模块装置，所述的斜屋顶或墙壁上设有框架，所述模块装置中的发光模块设于前述框架内，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于房屋内。 
工作原理如下：有机光伏电池单元白天吸收太阳光将光能转化为电能，同时电能蓄电池中储存起来，有机发光二极管单元晚上将储存的电能转化成光能，实现照明。 
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型实现照明不需要外设的电源供电，控制开关用来实现两个单元工作模式的切换，即在无需照明、光源充足的条件下，有机光伏电池单元工作，将光能转化电能；在光照不足的条件下，有机发光二极管单元工作，将电能转化成光源。整体器件工艺步骤大为简化，降低了集成的复杂性和降低了成本。 
附图说明
图1为实施例1结构示意图。 
图2为实施例2结构示意图。 
图3为实施例3结构示意图。 
图4为应用实施例1结构示意图。 
图5为应用实施例2结构示意图。 
图6为应用实施例3结构示意图。 
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。 
实施例1：如图1所示，本实施例中的有机发光光源包括衬底11、有机光伏电池单元及有机发光二极管单元，衬底11具有第一面及位于第一面背面的第二面，有机光伏电池单元成型于衬底11的第一面，并自外而内依次包括阳电极层15、有机吸光层14、电子传输层13及阴电极层12，有机发光二极管单元成型于衬底21的第二面；并自外而内依次包括负电极层20、空穴阻挡层19、有机发光层18、空穴注入层17及正电极层16，并且，阳电极层15和负电极层20均为透明材质。 
制备方法，如下： 
(1)以透光玻璃作为衬底11，并超声清洗干净； 
(2)在干燥后的玻璃两侧采用蒸镀法分别制备一层金属铝和银分别作为导电膜； 
(3)选衬底11一侧金属铝作为有机光伏电池的阴电极层12，通过旋涂法制备一层ZnO作为电子传输层13，厚度20-50nm，优选地30nm； 
(4)在制备好的电子传输层13表面，通过旋涂法制备P3HT和富勒烯衍生物作为有机吸光层14，质量比为1:1，厚度70-300nm，优选地210nm。； 
(5)在吸光层上采用旋涂法制备高导电性的聚合物透明导电层PEDOT:PSS作为电池的阳电极层15，厚度～200nm，完成有机光伏电池的制备； 
(6)选择衬底11的另一侧金属银作为有机发光二极管的正电极层16，通过蒸镀法制备m-MTDATA空穴注入层17，厚度20-50nm，优选地30nm； 
(7)在制备好的空穴注入层17表面采用共蒸镀法依次制备蓝发光层CBP(4,4'-N,N'-二咔唑-联苯),)：FIrpi，厚度10-50nm，优选地20nm，红光层CBP：Ir(piq)2(acac)，厚度5-30nm，优选地10nm，得到有机发光层18； 
(8)在制备好的有机发光层28表面采用旋涂法或蒸镀法制备Bphen空穴阻挡层19，厚度20-60nm，优选地40nm； 
(9)在制备好的Bphen表面上制备Ag负电极层20，厚度10-50nm，优选地25nm，完成另一侧面的有机发光二极管的制备； 
(10)对上述叠层的器件进行裁切、拼装、接电极引脚和封装，完成有机发光光源的制备。 
上述步骤中也可以先制备有机发光二极管单元然后再制备有机光伏电池单元，其制备顺序可调整为：(1)→(2)→(6)→(7)→(8)→(9)→(3)→(4)→(5)→(6)→(10)。 
实施例2：如图2所示，本实施例中的有机发光光源包括衬底21、有机光伏电池单元及有机发光二极管单元，衬底21具有第一面及位于第一面背面的第二面，有机光伏电池单元成型于衬底21的第一面，并自外而内依次包括阳电极层26、空穴输出层25、有机吸光层24、电子传输层23及阴电极层22，有机发光二极管单元成型于衬底21的 第二面；并自外而内依次包括负电极层31、激子阻挡层30、有机发光层29、空穴注入层28及正电极层27。 
制备方法，步骤如下： 
(1)以柔性不锈钢作为衬底21，并超声清洗干净； 
(2)采用溅射法在干燥后的不锈钢两侧分别制备一层透明导电氧化物，本实施例采用ITO； 
(3)选衬底21一侧ITO(纳米铟锡金属氧化物)作为有机光伏电池的作为阴电极层22，通过旋涂法制备一层TiO2作为电子传输层23，厚度30-50nm，优选地40nm； 
(4)在制备好的电子传输层23表面，通过旋涂法制备3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和富勒烯衍生物作为有机吸光层24，质量比为1:1，厚度60-300nm，优选地220nm； 
(5)在吸光层上采用旋涂法制备透明导电层PEDOT:PSS(3，4-乙撑二氧噻吩单体:聚苯乙烯磺酸盐)作为电池的空穴传输层25，厚度30-60nm，优选地40nm； 
(6)在制备好的空穴传输层表面上制备金属光栅阳电极作为阳电极层26，这样有机光伏电池单元的制备完成； 
(7)选择衬底21的另一侧ITO作为有机发光二极管的正电极层27，通过蒸镀法制备TPD空穴注入层28，厚度5-30nm，优选地8nm； 
(8)在制备好的空穴注入层28表面采用蒸镀法依次制备BePP2(吩基吡啶铍)蓝光发光层，厚度3-20nm，优选地6nm，BePP2掺杂Rubrene(红荧烯)的黄光发光层，厚度3-20nm，优选地～6nm，AlQ3(8-羟基喹啉铝)绿光发光层，厚度3-20nm，6nm；得到有机发光层29； 
(9)在制备好的有机发光层29表面采用蒸镀法制备BCP(嵌段共聚物)激子阻挡层30；厚度3-20nm，优选地8nm； 
(10)在制备好的另一个载流子注入层表面上制备半透明的Ag负电极层31，厚度20-50nm，优选地25nm，完成另一侧面的有机发光二极管单元的制备； 
(11)对上述叠层的器件进行裁切、拼装、接电极引脚和封装，完成有机发光光源的制备。 
上述步骤中也可以先制备有机发光二极管然后再制备有机光伏电池单元，其制备顺序可调整为：(1)→(2)→(7)→(8)→(9)→(10)→(3)→(4)→(5)→(6)→(7)→(11)。 
实施例3：如图3所示，本实施例中的模块装置包括发光模块1、蓄电池13及控制开关14，发光模块1与蓄电池13通过充电线路11和放电线路12组成回路，控制开关14设于该回路中，并且，发光模块1由有机发光光源串联而成或并联而成。 
工作原理如下：有机光伏电池单元白天吸收太阳光将光能转化为电能，同时电能在蓄电池中储存起来，有机发光二极管单元晚上将储存的电能转化成光能，实现照明。 
控制开关14采用智能光电开关，用来实现两个单元工作模式的切换，即在无需照明、光源充足的条件下，有机光伏电池单元工作，将光能转化电能；在光照不足的条件下，有机发光二极管单元工作，将电能转化成光源。 
本装置尤其适用于室外路灯照明，公交车站避雨硼照明，房屋屋顶一体化建筑设计等水平、倾斜、垂直安装型体系。 
应用实施例1，本实施例中的发光模块应用于室外路灯照明，如图4所示，整体结构包括立杆15、底座16及位于立杆上的框架17，立杆15中空，模块装置1设于框架内，蓄电池13、控制开关14及导线在立杆15中设置。无需外接电源和其他发光体，白天有机光伏电池单元工作，将光能转化电能，晚上或光线不足的时候，有机发光二极管单元工作，将电能转化成光源。 
应用实施例2，本实施例中的发光模块应用于避雨棚照明，如图5所示，整体结构包括立杆15、底座16及位于立杆上的框架17，立杆15中空，模块装置1设于框架17内形成展开的棚顶，蓄电池、控制开关及导线在立杆15中设置。无需外接电源和其他发光体，白天有机光伏电池单元工作，将光能转化电能，晚上或光线不足的时候，有机发光二极管单元工作，将电能转化成光源。这里避雨棚的顶部也可以部分采用模块装置1。 
应用实施例3，本实施例中的发光模块应用于房屋屋顶的照明，如图6所示，模块装置1设于框架17内，然后设置于斜屋顶上，当然，也可以在墙壁18上设置模块装置1。蓄电池、控制开关及导线在房屋内设置。无需外接电源和其他发光体，白天有机光伏电池单元工作，将光能转化电能，晚上或光线不足的时候，有机发光二极管单元工作，将电能转化成光源。这里房屋的顶部也可以部分采用模块装置1。 

Claims (7)

1.一种有机发光光源，其特征在于包括衬底、有机光伏电池单元及有机发光二极管单元，前述的衬底具有第一面及位于第一面背面的第二面，前述的有机光伏电池单元成型于前述衬底的第一面，并自外而内依次包括阳电极层、空穴传输层、有机吸光层、电子传输层及阴电极层，前述的有机发光二极管单元成型于前述衬底的第二面；并自外而内依次包括负电极层、修饰层、有机发光层、空穴注入层及正电极层，并且，前述的阳电极层和负电极层均为透明材质。
2.根据权利要求1所述的有机发光光源，其特征在于所述的修饰层为空穴阻挡层或激子阻挡层。
3.根据权利要求1或2所述的有机发光光源，其特征在于所述的有机发光层依次包括蓝光发光层、黄光发光层及绿光发光层，或依次包括蓝光发光层及红光发光层。
4.一种应用有权利要求1～3中任一所述有机发光光源的模块装置，其特征在于包括发光模块、蓄电池及控制开关，前述的发光模块与蓄电池通过充电线路和放电线路组成回路，前述的控制开关设于该回路中，并且，前述的发光模块由有机发光光源串联而成或并联而成。
5.一种具有权利要求4所述模块装置的室外路灯，其特征在于包括模块装置、框架及立柱，前述的立柱为中空，前述框架设于立柱顶端或上端部，所述模块装置中的发光模块设于前述框架内，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于立柱内。
6.一种具有权利要求4所述模块装置的避雨棚，其特征在于包括模块装置、框架及立柱，前述的立柱为中空，前述框架设于立柱顶端或上端部，所述模块装置中的发光模块设于前述框架上形成展开的棚顶，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于立柱内。
7.一种具有权利要求4所述模块装置的房屋，该房屋具有斜屋顶和墙壁，其特征在于还包括模块装置，所述的斜屋顶或墙壁上设有框架，所述模块装置中的发光模块设于前述框架内，所述模块装置中的蓄电池、充电线路、放电线路及控制开关设于房屋内。
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