DE102011084652B4

DE102011084652B4 - Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung

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Publication number: DE102011084652B4
Application number: DE102011084652.2A
Authority: DE
Inventors: Richard A. Klenkler; Avery P. Yuen; Nathan M. Bamsey
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: DE102011084652A1; JP2012094856A; KR101802525B1; KR20120042675A; US20120097249A1; US9012772B2; JP5916331B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; eine erste Elektrode auf dem Substrat; eine zweite Elektrode auf dem Substrat; eine halbleitende Doppelschicht, aufweisend eine erste, durchgehende Unterschicht, die mit einer zweiten durchgehenden Unterschicht in Kontakt steht, wobei sich die halbleitende Doppelschicht auf dem Substrat zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet, wobei die erste Unterschicht sich räumlich näher an der ersten Elektrode befindet als die zweite Unterschicht; und eine Elektronen transportierende Schicht zwischen der zweiten Unterschicht und der zweiten Elektrode; wobei ein Übergang zwischen der ersten Unterschicht und der zweiten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht eine Oberflächenrauigkeit von 1 Nanometer bis 6 Nanometer aufweist, wobei die halbleitende Doppelschicht wie folgt hergestellt wird: a) Aufbringen einer ersten Unterschicht aus einem Polymorph eines Metallphthalocyanins; b) Durchführen einer chemischen und/oder thermischen Behandlung an der in Schritt a) aufgebrachten Schicht, wodurch das Polymorph in ein anderes Polymorph umgewandelt wird; und c) Aufbringen einer zweiten Unterschicht aus demselben Polymorph des Metallphthalocyanins aus Schritt a) auf die erste Unterschicht.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung, die zum Erzeugen eines elektrischen Stroms bei Exposition gegenüber einem weiten Lichtspektrum, wie z. B. Sonnenlicht von Nutzen ist. Die hierin beschriebenen Materialien können in organischen Solarzellen eingesetzt werden.
Eine photovoltaische Vorrichtung umfasst typischerweise eine Schicht eines photoaktiven Materials, das von zwei Elektroden (d. h. einer Anode und einer Kathode) umschlossen ist. Die photoaktive Schicht kann die Energie eines Photons, das durch Strahlung, wie z. B. Sonnenlicht emittiert wurde, absorbieren. Diese Photonenenergie erzeugt ein Exziton oder ein gebundenes Elektronen-Loch-Paar. In Abhängigkeit von dem Material können das Elektron und das Loch sich über eine kurze Entfernung bewegen (in der Größenordnung von einigen Nanometern), bevor eine spontane Rekombination auftritt. Das Exziton kann zu einem Übergang wandern, wo es separiert wird, sodass Elektronen an einer Elektrode und Löcher an der anderen Elektrode gesammelt werden. Dies ermöglicht das Fließen von Strom durch einen externen Stromkreis.
So eine Lichtabsorption und Ladungserzeugung ist in organischen photovoltaischen Vorrichtungen eingeschränkt. Organische halbleitende Materialien wecken Interesse und zwar aufgrund ihres kostengünstigen Potentials, ihres leichten Gewichts und der einfachen Verarbeitung. Die typischerweise in organischen Solarzellen verwendeten Materialien sind jedoch nicht optimal an das Sonnenspektrum angepasst, was dazu führt, dass ein großer Teil der durch die Vorrichtung dringenden Lichtenergie verloren geht (d. h. nicht in elektrischen Strom umgewandelt wird) und die Energieumwandlung wenig effizient ist. Da mehr als die Hälfte der gesamten Sonnenabstrahlung im Bereich von Wellenlängen oberhalb von 650 nm abgestrahlt wird, ist das Einfangen von längeren Wellenlängen in diesem Nahinfrarotbereich (NIR) von etwa 650 nm bis etwa 1000 nm wünschenswert.
Eine stark untersuchte Materialgruppe ist die der Metallphthalocyanine, die aus einem kleinen Molekül mit einem Metallatom im Zentrum eines cyclischen Moleküls bestehen. Metallphthalocyanine haben im Allgemeinen einen hohen Absorptionskoeffizienten (α > 10⁵ cm^–1) und Lochmobilitäten von etwa 10^–3 cm²/V·sec. Die Korrelation der Lochmobilität und Solarzelleneigenschaften von organischen Phthalocyanin/Fulleren-Zellen wurde zum Beispiel von Yuhki Terao, Hiroyuki Sasabe und Chihaya Adachi in Appl. Phys. Lett. 90, 103515 (2007) beschrieben. Metallphthalocyanine weisen typischerweise ein Absorptionsmaximum im Q-Band bei roten bis Nahinfrarotwellenlängen auf. Sie weisen jedoch auch ein recht enges Absorptionsprofil auf. Unter Verwendung von Zinkphthalocyanin (ZnPc) hergestellte, doppelschichtige organische Solarzellen wurden von Robert Koeppe und N. Serdar Sariciftci in APP PHYSICS LETTERS 87, 244102 (2005) beschrieben.
In der JP H05-129643 A wird ein organisches photovoltaisches Element offenbart, welches eine organische Schicht bestehend aus zwei unterschiedlichen Kristallvarianten desselben Phthalocyanins aufweist. Die unterschiedlichen Kristallvarianten werden schichtweise nacheinander durch Vakuumabscheidung aufgebracht.
Die Verwendung von verschiedenen halogenierten Phthalocyaninen als Ladungstransportmaterialien oder Absorber wird in der WO 2009/056626 A1 beschrieben.
US 2005/0005964 A1 beschreibt unter anderem ein organisches photoelektrisches Umwandlungselement, das mindestens zwei Elektroden auf einem Substrat und einen photoelektrische Umwandlungsbereich zwischen den Elektroden aufweist, wobei der photoelektrische Umwandlungsbereich ein elektronenabgebendes organisches Material und ein elektronenaufnehmendes Material aufweist. Weiterhin ist angegeben, dass die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauigkeit des Substrats und/oder der Elektroden 100 nm oder weniger betragen soll.
Es wäre wünschenswert, eine photovoltaische Vorrichtung zu schaffen, welche einen größeren Teil der im Sonnenlicht vorhandenen Lichtenergie auffangen kann und größere Mengen Strom erzeugt, was den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; eine erste Elektrode auf dem Substrat; eine zweite Elektrode auf dem Substrat; eine halbleitende Doppelschicht, aufweisend eine erste, durchgehende Unterschicht, die mit einer zweiten durchgehenden Unterschicht in Kontakt steht, wobei sich die halbleitende Doppelschicht auf dem Substrat zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet, wobei die erste Unterschicht sich räumlich näher an der ersten Elektrode befindet als die zweite Unterschicht; und eine Elektronen transportierende Schicht zwischen der zweiten Unterschicht und der zweiten Elektrode; wobei ein Übergang zwischen der ersten Unterschicht und der zweiten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht eine Oberflächenrauigkeit von 1 Nanometer bis 6 Nanometer aufweist,
wobei die halbleitende Doppelschicht wie folgt hergestellt wird:

a) Aufbringen einer ersten Unterschicht aus einem Polymorph eines Metallphthalocyanins;
b) Durchführen einer chemischen und/oder thermischen Behandlung an der in Schritt a) aufgebrachten Schicht, wodurch das Polymorph in ein anderes Polymorph umgewandelt wird; und
c) Aufbringen einer zweiten Unterschicht aus demselben Polymorph des Metallphthalocyanins aus Schritt a) auf die erste Unterschicht.

Weiterhin werden in verschiedenen Ausführungsformen photovoltaische Vorrichtungen beschrieben, die einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad (PCE, power conversion efficiency) aufweisen. Im Allgemeinen umfasst die photovoltaische Vorrichtung eine erste Elektrode (wie z. B. eine Anode), eine halbleitende Doppelschicht mit zwei durchgehenden Unterschichten und eine zweite Elektrode (wie z. B. eine Kathode). Eine Unterschicht umfasst ein Metallphthalocyanin und die andere Unterschicht umfasst ein anderes Polymorph des gleichen Metallphthalocyanins.
In weiteren Ausführungsformen wird eine photovoltaische Vorrichtung offenbart, die Folgendes umfasst: ein Substrat, eine Anode auf dem Substrat, eine halbleitende Doppelschicht, die eine erste durchgehende Unterschicht umfasst, die mit einer zweiten durchgehenden Unterschicht im Kontakt steht, eine Elektronen transportierende Schicht und eine Kathode. Die halbleitende Doppelschicht befindet sich zwischen der Anode und der Kathode, wobei die erste Unterschicht sich räumlich näher an der Anode befindet als die zweite Unterschicht. Die Elektronen transportierende Schicht befindet sich zwischen der zweiten Unterschicht und der Kathode. Die erste Unterschicht umfasst ein erstes Polymorph eines Metallphthalocyanins. Die zweite Unterschicht umfasst ein zweites Polymorph des gleichen Metallphthalocyanins.
In Ausführungsformen weist das Metallphthalocyanin die folgende Formel (I) auf:
in der M ein zweiwertiges, dreiwertiges oder vierwertiges Metallatom ist; X Hydroxyl, Sauerstoff oder Halogen ist, und n eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist, oder (X)_n = 0 ist; wobei jedes m unabhängig die Anzahl an Substituenten R am Phenylring darstellt und unabhängig eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, wobei R unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Alkyl, substituiertem Alkyl, Alkoxy, substituiertem Alkoxy, Phenoxy, Phenylthio, Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, -CN und -NO₂ ausgewählt wird; und p 0 oder 1 ist.
In besonderen Ausführungsformen ist das Metallphthalocyanin Indiumphthalocyanin-chlorid.
Ein Übergang zwischen der ersten Unterschicht und der zweiten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht weist eine Oberflächenrauigkeit von 1 Nanometer bis 6 Nanometer auf.
Die erste Elektrode kann Indiumzinnoxid, Fluorzinnoxid, dotiertes Zinkoxid, PEDOT:PSS, Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphen umfassen.
Die zweite Elektrode kann Aluminium, Silber, Magnesium, Calcium oder Legierungen davon umfassen.
Die Elektronen transportierende Schicht kann C₆₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₆₁-buttersäuremethylester (PCBM), C₇₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₇₁-buttersäuremethylester oder ein beliebiges anderes Fullerenderivat umfassen.
Die photovoltaische Vorrichtung kann zusätzlich eine Lochsperrschicht umfassen, die sich zwischen der Elektronen transportierenden Schicht und der zweiten Elektrode befindet. Die Lochsperrschicht kann Bathocuproin, Lithiumfluorid oder Bathophenanthrolin umfassen.
Die photovoltaische Vorrichtung kann des Weiteren eine Elektronensperrschicht zwischen der ersten Elektrode und der ersten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht umfassen. Die Elektronensperrschicht kann Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), MoO₃ oder V₂O₅ umfassen.
Es wird auch eine photovoltaische Vorrichtung offenbart, die nacheinander Folgendes umfasst: ein Substrat, eine Anode auf dem Substrat, eine halbleitende Doppelschicht bestehend aus einer ersten durchgehenden Unterschicht, die mit einer zweiten durchgehenden Unterschicht im Kontakt steht, wobei sich die erste Unterschicht näher an der Anode befindet als die zweite Unterschicht; eine Elektronen transportierende Schicht auf der zweiten Unterschicht, eine Lochsperrschicht auf der Elektronen transportierenden Schicht und eine Kathode auf der Lochsperrschicht. Die erste Unterschicht umfasst ein erstes Polymorph eines Metallphthalocyanins. Die zweite Unterschicht umfasst ein zweites Polymorph des gleichen Metallphthalocyanins.
Hierin wird des Weiteren eine photovoltaische Vorrichtung offenbart, die nacheinander Folgendes umfasst: ein optisch transparentes Substrat, eine Indiumzinnoxid-Elektrode auf dem Substrat, eine erste durchgehende, halbleitende Unterschicht, die ein erstes Polymorph von Indiummetallphthalocyanin-chlorid umfasst, eine zweite durchgehende, halbleitende Unterschicht, die ein zweites Polymorph von Indiummetallphthalocyanin-chlorid umfasst, eine C₆₀-Fulleren umfassende, Elektronen transportierende Schicht, eine Bathocuproin umfassende Lochsperrschicht und eine auf der Lochsperrschicht abgeschiedene Aluminiumelektrode.
1 ist ein Querschnitt durch eine beispielhafte photovoltaische Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Querschnitt durch eine beispielhafte photovoltaische Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Diagramm, das die externe Quanteneffizienz und die Absorption gegen die Wellenlänge für drei verschiedene Vorrichtungen zeigt, welche die vorliegende Offenbarung mit anderen Vorrichtungen vergleicht.
4 ist ein Diagramm, das die Stromdichte gegen die angelegte Spannung für die drei photovoltaische Vorrichtungen von 3 zeigt.
5 zeigt das Röntgenbeugungsdiagramm für einen mit THF behandelten Film nach Abzug des Diagramms für einen unbehandelten Film.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung, die eine halbleitende Doppelschicht umfasst. Eine der Unterschichten umfasst ein Phthalocyanin und die andere Unterschicht umfasst ein anderes Polymorph des gleichen Phthalocyanins.
1 ist ein seitlicher Querschnitt einer beispielhaften photovoltaischen Vorrichtung 100. Ein Substrat 110 wird bereitgestellt. Eine erste Elektrode, wie z. B. eine Anode 120, befindet sich auf dem Substrat 110. Weiterhin befindet sich eine halbleitende Doppelschicht 140 auf der Anode 120. Die halbleitende Doppelschicht 140 umfasst eine erste Unterschicht 142 und eine zweite Unterschicht 144. Die erste Unterschicht 142 befindet sich räumlich näher an der Anode 120 als die zweite Unterschicht 144. Zwischen der ersten Unterschicht 142 und der zweiten Unterschicht 144 ist ein Übergang 145 gebildet. Zwischen der Anode 120 und der ersten Unterschicht 142 kann sich gegebenenfalls eine optionale Elektronensperrschicht 130 befinden. Eine Elektronen transportierende Schicht 150 kontaktiert die zweite Unterschicht 144 der halbleitenden Schicht 140. Auf der Elektronen transportierenden Schicht 150 befindet sich eine optionale Lochsperrschicht 160. Schließlich wird eine zweite Elektrode, wie z. B. eine Kathode 170, auf dem Substrat 110 und auf der Lochsperrschicht 160 platziert. Die zweite Unterschicht 144 der halbleitenden Doppelschicht 140 befindet sich näher an der Kathode 170 als die erste Unterschicht 142. Es ist auch anzumerken, dass sich die Anode 120 näher am Substrat 110 befindet als die Kathode 170.
Wie in 2 dargestellt, sind nur das Substrat 110, Anode 120, halbleitende Doppelschicht 140, Elektronen transportierende Schicht 150 sowie Kathode 170 erforderlich, um eine funktionsfähige photovoltaische Vorrichtung zu erzeugen. Jedoch sind die zusätzlichen Schichten ebenfalls hilfreich, um eine hocheffiziente photovoltaische Vorrichtung zu erhalten. Mit anderen Worten beschrieben, befindet sich die halbleitende Doppelschicht 140 zwischen der Anode 120 und der Kathode 170.
Ebenso befindet sich die Elektronen transportierende Schicht 150 zwischen der zweiten Unterschicht 144 und der Kathode 170. Und auch die Lochsperrschicht 160 befindet sich zwischen der zweiten Unterschicht 144 und der Kathode 170. Wenn sowohl eine Elektronen transportierende Schicht als auch eine Lochsperrschicht vorhanden sind, befindet sich die Lochsperrschicht 160 zwischen der Elektronen transportierenden Schicht 150 und der Kathode 170.
Die erste Unterschicht 142 der halbleitenden Doppelschicht umfasst ein Metallphthalocyanin. Die zweite Unterschicht 144 der halbleitenden Doppelschicht umfasst ein Polymorph des gleichen Metallphthalocyanins. Anders gesagt, umfasst die erste Unterschicht ein erstes Polymorph eines Metallphthalocyanins und die zweite Unterschicht umfasst ein zweites Polymorph des Metallphthalocyanins. Das erste Polymorph und das zweite Polymorph des Metallphthalocyanins unterscheiden sich voneinander. Ein Polymorph ist eine spezifische Kristallstruktur des Phthalocyanins und Phthalocyanine können mehrere Kristallstrukturen aufweisen oder anders gesagt mehr als eine polymorphe Form aufweisen. Die halbleitende Doppelschicht kann auch als heteromorph bezeichnet werden.
Metallphthalocyanine sind Löcher transportierende Moleküle, vollständig konjugiert und weisen eine ausgezeichnete Stabilität und Lichtechtheit auf. Ihre Struktur ermöglicht gebundenen Spezies, aus der Ebene herauszuragen, was die Packung und Kristallstruktur modifiziert. Sie weisen im Allgemeinen hohe Absorptionskoeffizienten (α > 10⁵ cm^–1) beim Absorptionsmaximum auf. Sie haben auch starke photoelektrische Eigenschaften im NIR-Bereich, was sie für eine photovoltaische Vorrichtung nützlich macht. Diese Phthalocyanine können als Photonenabsorber und als Elektronendonoren betrachtet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Metallphthalocyanine keine Subphthalocyanine umfassen, die nur über drei Benzolringe verfügen, während Metallphthalocyanine vier Benzolringe in ihrer Struktur aufweisen.
In Ausführungsformen weist das Metallphthalocyanin die folgende Formel (I) auf:
wobei M ein zweiwertiges, dreiwertiges oder vierwertiges Metallatom ist; X Hydroxyl oder Halogen ist, und n eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist, oder (X)_n = 0 ist (d. h. ein doppelt gebundenes Sauerstoffatom, das auch als „oxo” bezeichnet wird); wobei jedes m unabhängig die Anzahl an Substituenten R am Phenylring darstellt und unabhängig eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, wobei R unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Alkyl, substituiertem Alkyl, Alkoxy, substituiertem Alkoxy, Phenoxy, Phenylthio, Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, -CN und -NO₂ ausgewählt wird; und p 0 oder 1 ist.
Der Begriff „Alkyl” bezieht sich auf einen Rest, der vollkommen aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht, vollständig gesättigt ist und die Formel C_nH_2n+1 aufweist. Der Alkylrest kann linear, verzweigt oder cyclisch sein.
Der Begriff „Alkoxy” bezieht sich auf einen Alkylrest, der an ein Sauerstoffatom gebunden ist, d. h. -O-C_nH_2n+1.
Der Begriff „Aryl” bezieht sich auf einen aromatischen Rest, der vollkommen aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht. Wird Aryl im Zusammenhang mit einem Zahlenbereich für die Kohlenstoffatome beschrieben, ist dies nicht so auszulegen, dass substituierte aromatische Reste eingeschlossen sind. Zum Beispiel sollte der Ausdruck „von 6 bis 10 Kohlenstoffatome enthaltendes Aryl” so ausgelegt werden, dass damit nur eine Phenylgruppe (6 Kohlenstoffatome) oder eine Naphthylgruppe (10 Kohlenstoffatome) gemeint ist, und sollte nicht so ausgelegt werden, dass eine Methylphenylgruppe (7 Kohlenstoffatome) eingeschlossen ist.
Der Begriff „Heteroaryl” bezieht sich auf einen aromatischen Rest, der mindestens ein Heteroatom enthält, das ein Kohlenstoffatom in dem Rest ersetzt. Das Heteroatom ist im Allgemeinen Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel.
Der Begriff „substituiert” bezieht sich auf mindestens ein Wasserstoffatom an dem genannten Rest, das durch eine andere funktionelle Gruppe substituiert ist, wie z. B. Halogen, -CN, -NO₂, -COOH und -SO₃H. Eine beispielhafte substituierte Alkylgruppe ist eine Perhaloalkylgruppe, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome in einer Alkylgruppe durch Halogenatome wie z. B. Fluor, Chlor, Iod und Brom ersetzt werden.
Im Allgemeinen enthalten die Alkyl- und Alkoxygruppen jeweils unabhängig voneinander von 1 bis 30 Kohlenstoffatome. Ebenso enthalten die Arylgruppen unabhängig voneinander von 6 bis 30 Kohlenstoffatome.
In bestimmten Ausführungsformen kann das zweiwertige Metallatom M aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zink, Magnesium, Zinn, Blei, Nickel, Cobalt, Antimon, Eisen oder Mangan ausgewählt sein. Das dreiwertige Metallatom M kann aus der Gruppe bestehend aus Indium(III), Gallium(III) und Aluminium(III) ausgewählt sein. Das vierwertige Metallatom M kann aus der Gruppe bestehend aus Vanadium(IV) und Titan(IV) ausgewählt sein.
Beispielhafte Metallphthalocyanine umfassen Indiumphthalocyanin-chlorid (ClInPc), Aluminiumphthalocyanin-chlorid (ClAlPc), Galliumphthalocyanin-chlorid (ClGaPc), Vanadiumoxidphthalocyanin (VOPc), Titanoxidphthalocyanin (TiOPc) und Kupferphthalocyanin (CuPc). Wenn p 0 ist, ist die Verbindung Dihydrogenphthalocyanin (H₂Pc). Diese Metallphthalocyanine sind hier als Formeln (1)–(7) dargestellt.
In besonderen Ausführungsformen ist das Metallphthalocyanin Indiumphthalocyanin-chlorid. ClInPc weist eine der höchsten Leerlaufspannungen aller Metallphthalocyanine auf. In weiteren Ausführungsformen ist das Phthalocyanin ein Metallphthalocyanin, wobei p = 1.
Die Absorptionsprofile der beiden polymorphen Formen des Metallphthalocyanins ergänzen einander, was zu einer verbesserten Stromerzeugung führt, während die Spannung näher bei Vorrichtungen gehalten wird, in denen nur eine der polymorphen Formen verwendet wird. Die Integration einer Doppelschicht aus Polymorphen des gleichen Materials verringert auch die Anzahl an erforderlichen Rohmaterialien. Diese heteromorphe Struktur ermöglicht auch optimale Kompromisse zwischen erwünschten Eigenschaften der einzelnen Polymorphe und ermöglicht die Herstellung von Vorrichtungen mit einem vollen Spektrum an Eigenschaften innerhalb des intermediären Bereichs von Eigenschaften der einphasigen Materialien.
Die freie Ladung wird am Übergang zwischen der halbleitenden Doppelschicht und der Elektronen transportierenden Schicht erzeugt. Die halbleitende Doppelschicht selbst wirkt als eine Loch transportierende Schicht, sodass Löcher und Elektroden zu ihren jeweiligen Elektroden wandern.
Im Allgemeinen wird die halbleitende Doppelschicht unter Verwendung der gleichen Beschichtungszusammensetzung für beide Unterschichten hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzung enthält das Metallphthalocyanin in der Form des zweiten Polymorphs. Die erste Unterschicht wird abgeschieden und dann einer chemischen Behandlung unterzogen, bei der das Metallphthalocyanin in das erste Polymorph umgewandelt wird. Dann wird die zweite Unterschicht abgeschieden (und nicht der chemischen Behandlung unterzogen).
Im Allgemeinen ist es nicht erwünscht, die zweite Unterschicht anstelle der ersten Unterschicht der chemischen Behandlung zu unterziehen. Insbesondere kann die erste Unterschicht leicht beschädigt oder umgewandelt werden, wenn die chemische Behandlung an der zweiten Unterschicht durchgeführt wird. Das Verändern des Polymorphs der ersten Unterschicht vor dem Abscheiden der zweiten Unterschicht verhindert eine solche Kontamination zwischen den Unterschichten. Zudem führen bestimmte chemische Behandlungen der ersten Unterschicht zu einer Texturierung der Oberfläche der ersten Unterschicht, was die Phasengrenzfläche zwischen der ersten und zweiten Unterschicht verbessert.
In dieser Hinsicht wird die erste Unterschicht in einer Dicke aufgebracht, die groß genug ist, sodass nach der chemischen Behandlung noch immer ein durchgehender Film vorhanden ist. Im Falle einer Dünnschicht (etwa 2 nm oder weniger) kann der Film zu isolierten Kristalliten aggregieren, was Löcher in der Dünnschicht zurücklässt. Dies ist unerwünscht. Hierin werden Unterschichten der halbleitenden Doppelschicht aus Zusammensetzungen und Verfahren erzeugt, welche einen durchgehenden Film erzeugen.
In Ausführungsformen weist die erste Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht eine Dicke von mindestens 3 Nanometern auf. Die zweite Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht kann eine Dicke von mindestens 3 Nanometern aufweisen. Die gesamte halbleitende Doppelschicht kann eine Dicke von mindestens 6 Nanometern aufweisen.
Die Oberflächenrauigkeit der ersten Unterschicht am Übergang 145 zwischen den beiden Unterschichten wird mittels des Verfahrens des quadratischen Mittels (RMS) bestimmt. Kurz gesagt wird die Oberflächenrauigkeit an mehreren Punkten am Übergang gemessen. Die berichtete Oberflächenrauigkeit ist die Quadratwurzel des arithmetischen Mittels (Durchschnitts) der Quadrate der gemessenen Werte. In Ausführungsformen weist der Übergang zwischen den beiden Unterschichten eine Oberflächenrauigkeit von 1 Nanometer bis 6 Nanometer auf.
Es ist festzuhalten, dass die beiden Unterschichten der halbleitenden Doppelschicht durchgehende Unterschichten sind. Anders gesagt, steht die zweite Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht nicht mit der Komponente der Vorrichtung in Kontakt, die sich auf der anderen Seite der ersten Unterschicht befindet. Die beiden Unterschichten sind getrennte durchgehende Filme. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Oberflächenrauigkeit am Übergang 145 zwischen den beiden Unterschichten auch durch die zweite Unterschicht hindurchreicht, sodass der Übergang zwischen der zweiten Unterschicht und der Elektronen transportierenden Schicht ebenfalls eine Oberflächenrauigkeit aufweist.
Mehrere verschiedene Metallphthalocyanine durchlaufen bekanntermaßen bei chemischen Behandlungen polymorphe Veränderungen. Um das Metallphthalocyanin von einem Polymorph zu einem anderen Polymorph zu ändern, können mehrere verschiedene chemische Behandlungen eingesetzt werden. Eine Methode ist eine Lösungsmittelbehandlung. Es zeigte sich, dass eine Exposition gegenüber Lösungsmitteldämpfen, zum Beispiel den Dämpfen von Tetrahydrofuran (THF), die Struktur und Eigenschaften mehrerer Einheiten von Metallphthalocyaninen modifizierte. Ebenso werden mehrere Metallphthalocyanine ohne Weiteres in verschiedene Polymorphe konvertiert. Lösungsmittel erlauben ein Aufquellen und Relaxieren des Metallphthalocyaninfilms, was zu hoch photosensitiven und dimorphen Strukturen führt. Dies erweitert auch das Absorptionsprofil einiger Polymorphe über 900 nm hinaus. Ein weiteres Verfahren ist eine thermische Behandlung, welche die Kristallstruktur aufgrund von Temperaturveränderungen und Temperzeiten verändert.
Das Vorhandensein von unterschiedlichen Polymorphen der Metallphthalocyanine in den beiden Unterschichten der halbleitenden Doppelschicht kann mittels Techniken bestätigt werden, die Röntgenbeugung (XRD) und andere im Fachgebiet bekannte Mittel umfassen.
Die das Metallphthalocyanin enthaltenden Unterschichten werden typischerweise unter Verwendung der physikalischen Gasphasenabscheidung im Vakuum aufgebracht, einer üblichen, industriellen Dünnschichtherstellungstechnik. Weitere Aufbringungsverfahren umfassen eine flüssige Abscheidung wie z. B. Schleuderbeschichten, Tauch beschichten, Messerbeschichtung, Stabbeschichtung, Siebdruck, Prägen, Tintenstrahldruck sowie andere herkömmliche, im Fachgebiet bekannte Verfahren.
Die heteromorphe Doppelschichtstruktur ermöglicht eine größere Photonenabsorption aufgrund der sich ergänzenden Absorptionsprofile der beiden Polymorphe des Metallphthalocyanins und weist auch eine verbesserte Phasengrenzfläche zwischen den Schichten auf. Die Grenzfläche zwischen den beiden Doppelschichten wird aufgrund der Lösungsmitteltexturierung der ersten Doppelschicht während der Lösungsmittelbehandlung verbessert. Die zweite Doppelschicht behält die Oberflächenrauigkeit der ersten Doppelschicht. Die erste Doppelschicht wird dick genug aufgebracht, sodass nach der Lösungsmittelbehandlung noch immer ein durchgehender Film vorhanden ist. Das Ergebnis sind zwei unterschiedliche Filme des Metallphthalocyanins in zwei polymorphen Formen.
Das Substrat 110 der photovoltaischen Vorrichtung trägt die anderen Komponenten der photovoltaischen Vorrichtung. Das Substrat sollte auch zumindest im NIR-Bereich des Spektrums optisch transparent sein, um Licht durchzulassen und einen Kontakt mit der halbleitenden Doppelschicht zu ermöglichen. In Ausführungsformen besteht das Substrat aus Materialien, die Glas, Silicium oder einen Kunststofffilm oder -folie umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Für strukturell flexible Vorrichtungen können Kunststoffsubstrate wie zum Beispiel Polyester-, Polycarbonat- oder Polyimidfolien und dergleichen verwendet werden. Die Dicke des Substrats kann von 10 Mikrometer bis mehr als 10 Millimeter betragen, mit einer beispielhaften Dicke von 50 Mikrometer bis 5 Millimeter, insbesondere bei einem flexiblen Kunststoffsubstrat, und von 0,5 bis 10 Millimeter für ein starres Substrat wie z. B. Glas oder Silicium.
Die erste Elektrode 120 und die zweite Elektrode 170 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material. Beispielhafte Materialien, die für Elektroden geeignet sind, umfassen Aluminium, Gold, Silber, Magnesium, Calcium, Chrom, Nickel, Platin, Indiumzinnoxid (ITO), Zinkoxid (ZnO), Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphen und dergleichen. Eine der Elektroden, und insbesondere die Anode 120, besteht aus einem optisch transparenten Material wie z. B. ITO oder ZnO. In spezifischen Ausführungsformen besteht die Anode aus ITO und die Kathode aus Aluminium. Typische Dicken für die Elektroden betragen etwa zum Beispiel von 40 Nanometer bis 1 Mikrometer, wobei eine spezifischere Dicke von 40 bis 400 Nanometer beträgt.
Die Elektronen transportierende Schicht 150 befindet sich zwischen der halbleitenden Doppelschicht 140 und der Kathode 170. Diese Schicht wird im Allgemeinen aus einem Material hergestellt, das eine effiziente Bewegung der Elektronen ermöglicht und auch einige Wellenlängen des Lichts absorbieren kann. Beispielhafte Materialien, die für die Elektronen transportierende Schicht verwendet werden können, umfassen C₆₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₆₁-buttersäuremethylester (PCBM), C₇₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₇₁-buttersäuremethylester oder ein beliebiges Fullerenderivat. Die Elektronen transportierende Schicht kann eine Dicke von 5 Nanometer bis 100 Nanometer aufweisen.
Zwischen der Anode 120 und der halbleitenden Doppelschicht 140 kann sich eine Elektronensperrschicht 130 befinden. Diese Schicht verhindert Rekombination an der Anode, indem die Bewegung der Elektronen zur Anode verhindert wird. Beispielhafte Materialien umfassen Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), MoO₃ und V₂O₅ _. Die Elektronensperrschicht kann eine Dicke von 1 Nanometer bis 100 Nanometer aufweisen.
Ebenso befindet sich zwischen der Elektronen transportierenden Schicht 150 und der Kathode 170 eine Lochsperrschicht 160. Beispielhafte Lochsperrmaterialien für diese Schicht umfassen Bathocuproin (BCP), Lithiumfluorid und Bathophenanthrolin. Die Lochsperrschicht kann eine Dicke von 0,1 bis 100 Nanometer aufweisen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen organische photovoltaische Vorrichtungen, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden. Die Beispiele sind rein erläuternd und sollen die vorliegende Erfindung in Bezug auf darin dargelegte Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter in keiner Weise einschränken. Alle Teile stellen, wenn nicht anders angegeben, Gewichtsprozent dar.
Beispiel 1
Ein mit Indiumzinnoxid (ITO) beschichtetes Aluminosilikatglassubstrat (50 mm × 50 mm) wurde bereitgestellt. Das ITO war in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um einen Flächenwiderstand von 15 Ω/☐ zu erreichen. Die Reinigung des Substrats umfasste das Waschen mit Seifenlösung, deionisiertem Wasser, Methanol, Isopropanol und anschließende Exposition gegenüber UV-Ozon. Die Substrate wurden zum Abscheiden in einen mit mehreren Schiffchen und mehreren Masken ausgestatteten thermischen Verdampfer geladen. Vor dem Beginn der Materialverdampfung wurde ein Vakuum von weniger als 4 × 10^–4 Pa wurde erreicht.
Eine halbleitende Schicht aus Indiumphthalocyanin-chlorid (ClInPc) wurde mittels physikalischer Gasphasenabscheidung im Vakuum auf der ITO-Schicht abgeschieden. Die halbleitende Schicht hatte eine Dicke von 16 Nanometern. An der halbleitenden Schicht wurde keine Lösungsmittelbehandlung durchgeführt. Eine Elektronen transportierende Schicht aus C₆₀ wurde abschieden (Dicke 30 nm), und dann eine Lochsperrschicht aus Bathocuproin (BCP) (Dicke 10 nm). Schließlich wurde eine Aluminiumkathode abgeschieden, um die Vorrichtung zu vervollständigen (Dicke 50 nm) Diese Vorrichtung wird hierin als „unbehandelt” bezeichnet.
Beispiel 2
Eine Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 vollendet. Allerdings wurde die Struktur nach der Abscheidung der halbleitenden Schicht auf der ITO-Schicht in eine isolierte Kammer überführt und dort mehrere Stunden lang einem THF-Dampf ausgesetzt. Die verbleibenden Schichten (C₆₀, BCP, Aluminium) wurden dann wie in Beispiel 1 beschrieben unter Vakuum abgeschieden. Dies führte zu einer photovoltaischen Vorrichtung mit einem anderen Polymorph von Indiumphthalocyaninchlorid verglichen mit Beispiel 1. Diese Vorrichtung wird hierin als „vollständig behandelt” bezeichnet.
Beispiel 3
Eine Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 vollendet, außer das nach der Abscheidung der halbleitenden Schicht auf der ITO-Schicht eine erste Unterschicht aus ClInPc mittels physikalischer Gasphasenabscheidung im Vakuum abgeschieden wurde. Die erste Unterschicht hatte eine Dicke von 10 Nanometern. Die Struktur wurde in eine isolierte Kammer überführt, wo sie mehrere Stunden lang einem THF-Dampf ausgesetzt wurde. Dann wurde unter Vakuum eine zweite Unterschicht von ClInPc auf der ersten Unterschicht abgeschieden. Die zweite Unterschicht hatte eine Dicke von 6 Nanometern. Die verbleibenden Schichten (C₆₀, BCP, Aluminium) wurden dann wie in Beispiel 1 beschrieben unter Vakuum abgeschieden. Dies führte zu einer photovoltaischen Vorrichtung mit einer halbleitenden Doppelschicht, wobei die beiden Unterschichten unterschiedliche Polymorphe von Indiumphthalocyanin-chlorid aufwiesen. Diese Vorrichtung wird hierin als „heteromorph” bezeichnet.
Vergleich
Beispiele 1–3 lieferten verschiedene Vorrichtungen zum Vergleichen des Wirkungsgrads der photovoltaischen Vorrichtung mit zwei verschiedenen Polymorphen gegenüber Vorrichtungen mit nur einem dieser Polymorphe. Es ist festzuhalten, dass die Abmessungen und Dicken der verschiedenen Schichten gleich waren, sodass die resultierenden elektrischen Eigenschaften eine Folge dieser Kombination der Polymorphe sind.
Die Vorrichtungen wurden durch die ITO-Elektrode mit 100 mW/cm² simuliertem Sonnenlicht unter Verwendung eines Sonnenlichtsimulators Oriel 96000 mit einem Spektralfilter AM1.5G angeleuchtet. Die Eingangsleistung wurde mit einem 818-UV/CM-Detektor von Newport und einem optischen Leistungsmessgerät 1830-C von Newport überwacht. Eine Source-Measure-Einheit 238 von Keithley und ein PC zeichneten J-V-Daten auf. Die aktive Vorrichtungsfläche betrug 7 mm², definiert durch eine Schattenmaske.
Messungen der externen Quantenausbeute (EQE, external quantum efficiency) wurden unter Verwendung eines kalibrierten Monochromators von Photon Technology International und eines Picoamperemeters 6485 von Keithley durchgeführt, wobei der Kurzschlussstrom als Funktion der einfallenden Wellenlänge gemessen wurde. Diese Eigenschaft ist eine Größe für die elektrische Sensitivität einer Vorrichtung gegenüber Licht und bietet Informationen über den Strom, den eine gegebene Vorrichtung bei Bestrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugen wird.
Die externe Quanteneffizienz (EQE) der drei Beispiele sind in 3 dargestellt. Wie hier zu sehen, spiegelt Beispiel 3 die Absorptionsprofile der Beispiele 1 und 2 wieder.
Ebenfalls in 3 gezeigt, ist das Absorptionsprofil der Beispiele 1 und 2 (die unbehandelte und vollständig behandelte Vorrichtung) als Extinktion gegen die Wellenlänge. Diese beiden Kurven zeigen die unterschiedlichen und einander ergänzenden Absorptionsprofile für die beiden Polymorphe. Ihre Kombination führt zu einer Absorption von Energie aus einem breiteren Bereich des Sonnenspektrums und demzufolge zu einer Verbesserung der Leistung der photovoltaischen Vorrichtung. Die vollständig behandelte Vorrichtung aus Beispiel 2 zeigte eine deutliche Verbreiterung des Absorptionsbereichs von Nahinfrarotwellenlängen nach Exposition gegenüber THF-Dämpfen.
Die EQE von Beispiel 3 hat als Folge der Kombination einen höheren Wert über einen breiteren Bereich. Dies zeigt, dass die Vorrichtung von Beispiel 3 mehr Licht auffangen kann als die Beispiele 1 und 2. Die Stromerzeugung wurde innerhalb des Q-Band-Absorptionsbereichs in den Beispielen 2 und 3 (Lösungsmittel behandelt) verbessert. Beispiel 2 zeigte ein breiteres Absorptionsspektrum, d. h. einen breiteren Bereich höherer Absorption zwischen etwa 600 nm bis 900 nm, verglichen mit Beispiel 1, und erzeugte Strom bei Wellenlängen jenseits von 850 nm. Die EQE von Beispiel 3 zeigte auch einen höheren zentralen Peak bei 725 nm, der auf einen Beitrag der zweiten Unterschicht zum elektrischen Strom hinweist. Diese Region ist im Absorptionsprofil von Beispiel 2 typischerweise ein Tal.
4 ist ein Diagramm, das die Stromdichte gegen die angelegte Spannung für die drei Beispiele zeigt. Die Stromdichte wurde berechnet, indem der Strom durch die aktive Fläche geteilt wurde. Die Leerlaufspannung V_OC (wenn der Strom Null ist) von Beispiel 3 wurde im Vergleich zu Beispiel 2 erhöht, obwohl sie bei beiden niedriger liegt als in Beispiel 1 (unbehandelt). Dieser Abfall ging jedoch mit einer beträchtlichen Steigerung von J_SC einher. Der Kurzschlussstrom J_SC ist der Stromfluss, wenn die Spannung Null ist. Wie hier zu sehen, hatte Beispiel 3 (die heteromorphe Vorrichtung) den besten J_SC-Wert (bestimmt als größte Abweichung von Null). Der J_SC verbesserte sich von einem J_SC von 4,08 Milliampere/cm² in Beispiel 1 auf einen J_SC von 6,16 mA/cm² in Beispiel 2 und einem J_SC von 7,09 mA/cm² in Beispiel 3. Dies wurde der vergrößerten Phasengrenzfläche zwischen den beiden Unterschichten und der verbesserten photoelektrischen Aktivität bei längeren Wellenlängen zugeschrieben. Mit anderen Worten wurde der J_SC in Beispiel 3 verbessert, ohne der V_OC zu schaden.
Dies ist relevant, da der Gesamtwirkungsgrad die Effizienz ist, die von der Vorrichtung bei optimaler Belastung erhalten wird. Im Allgemeinen ist dieser umso besser, je höher der Kurzschlussstrom und je höher die Leerlaufspannung ist. Denn die Leistung wird durch die Formel: P = IV bestimmt. Dies führte zu einer optimalen J-V-Antwort in Beispiel 3, die jener der Beispiele 1 und 2 überlegen war.
Der Gesamtwirkungsgrad betrug 1,50% für Beispiel 1, 2,14% für Beispiel 2 und 2,35% für Beispiel 3. Diese Steigerung des Wirkungsgrads ist größer als durch eine einfache Kombination von Beispiel 1 und 2 zu erwarten wäre, und belegte den Nutzen dieser Struktur. Da sich im Vakuum abgeschiedene Dünnschichten typischerweise an die Struktur der darunter liegenden Schicht anpassen, ist anzunehmen, dass es in Beispiel 3 zu einem verbesserten Zwischenphasenkontakt zwischen (a) der ersten und zweiten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht, und (b) zwischen der zweiten Unterschicht und der Elektronen transportierenden Schicht aus C₆₀ gekommen ist.
Beispiel 4
Eine Dünnschicht aus ClInPc wurde auf zwei Glassubstrate abgeschieden. Die Dünnschicht auf dem ersten Glassubstrat wurde keinem THF-Dampf ausgesetzt. Die Dünnschicht auf dem zweiten Glassubstrat wurde einem THF-Dampf ausgesetzt. Dann wurden Röntgenbeugungsdiagramme der beiden Dünnschichten aufgenommen.
5 zeigt das Röntgenbeugungsdiagramm für einen mit THF behandelten Film, nachdem das Diagramm für einen unbehandelten Film abgezogen wurde. Es ist ein deutliches Beugungsmuster erkennbar, was auf den Grad an Kristallinität der Dünnschicht hinweist und auf eine neue und andere Phase (d. h. Polymorph). Die Reflexe befanden sind, in abnehmender Reihenfolge der Intensitäten, bei 27,7°, 25,1°, 23,4° und 21,6°.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; eine erste Elektrode auf dem Substrat; eine zweite Elektrode auf dem Substrat; eine halbleitende Doppelschicht, aufweisend eine erste, durchgehende Unterschicht, die mit einer zweiten durchgehenden Unterschicht in Kontakt steht, wobei sich die halbleitende Doppelschicht auf dem Substrat zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet, wobei die erste Unterschicht sich räumlich näher an der ersten Elektrode befindet als die zweite Unterschicht; und eine Elektronen transportierende Schicht zwischen der zweiten Unterschicht und der zweiten Elektrode; wobei ein Übergang zwischen der ersten Unterschicht und der zweiten Unterschicht der halbleitenden Doppelschicht eine Oberflächenrauigkeit von 1 Nanometer bis 6 Nanometer aufweist, wobei die halbleitende Doppelschicht wie folgt hergestellt wird: a) Aufbringen einer ersten Unterschicht aus einem Polymorph eines Metallphthalocyanins; b) Durchführen einer chemischen und/oder thermischen Behandlung an der in Schritt a) aufgebrachten Schicht, wodurch das Polymorph in ein anderes Polymorph umgewandelt wird; und c) Aufbringen einer zweiten Unterschicht aus demselben Polymorph des Metallphthalocyanins aus Schritt a) auf die erste Unterschicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Elektrode Indiumzinnoxid, Fluorzinnoxid, dotiertes Zinkoxid, Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphen aufweist; oder wobei die zweite Elektrode Aluminium, Silber, Magnesium, Calcium oder Legierungen davon aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die photovoltaische Vorrichtung des Weiteren eine Lochsperrschicht, die sich zwischen der zweiten Unterschicht und der zweiten Elektrode befindet, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die erste Elektrode ein Anode ist und die zweite Elektrode eine Kathode ist; die photovoltaische Vorrichtung des Weiteren aufweisend eine Lochsperrschicht auf der Elektronen transportierenden Schicht; wobei die Kathode über der Lochsperrschicht angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei das Metallphthalocyanin die Formel (I) aufweist:
in der M ein zweiwertiges, dreiwertiges oder vierwertiges Metallatom ist; X Hydroxyl oder Halogen ist, und n eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist, oder (X)_n = 0 ist; wobei jedes m unabhängig die Anzahl an Substituenten R am Phenylring darstellt und unabhängig eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, wobei R unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Alkyl, substituiertem Alkyl, Alkoxy, substituiertem Alkoxy, Phenoxy, Phenylthio, Aryl, substituiertem Aryl, Heteroaryl, -CN und -NO₂ ausgewählt wird; und p 0 oder 1 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei das Metallphthalocyanin Indiumphthalocyanin-chlorid ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei die photovoltaische Vorrichtung des Weiteren eine Elektronensperrschicht zwischen der Anode und der ersten halbleitenden Schicht aufweist, wobei die Elektronensperrschicht Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS), MoO₃ oder V₂O₅ aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei die Elektronen transportierende Schicht C₆₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₆₁-buttersäuremethylester (PCBM), C₇₀-Fulleren, [6,6]-Phenyl-C₇₁-buttersäuremethylester oder ein Fullerenderivat aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Lochsperrschicht Bathocuproin, Lithiumfluorid oder Bathophenanthrolin aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in der photovoltaischen Vorrichtung das Substrat optisch transparent ist; die erste Elektrode eine Indiumzinnoxidelektrode ist; die Elektronen transportierende Schicht C₆₀-Fulleren aufweist; die Vorrichtung des Weiteren eine Bathocuproin aufweisende Lochsperrschicht aufweist, und die zweite Elektrode eine auf der Lochsperrschicht abgeschiedene Aluminiumelektrode ist; und des Weiteren das Metallphthalocyanin ein Indiumphthalocyanin-chlorid ist.