ES2572818T3 - Célula solar orgánica con varios sistemas de capas de transporte - Google Patents

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Martin Pfeiffer
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Abstract

Componente fotoactivo con un electrodo y un contraelectrodo, disponiéndose entre los electrodos al menos un sistema de capas orgánico, y además con al menos dos sistemas de capas fotoactivos (4, 7) y entre los sistemas de capas fotoactivos (4, 7) al menos dos sistemas de capas de transporte distintos (51, 52) del mismo tipo de portador de carga, de modo que al menos un material que influya, como mínimo, en una de las siguientes propiedades de los sistemas de capas de transporte (51, 52), que son - adaptación energética - propiedades de transporte - transparencia, sólo se encuentre en uno de los dos sistemas de capas de transporte (51, 52) y que, si se trata en el caso de este material de un donador, los dos sistemas de capa de transporte (51, 52) contengan otro donador, adaptándose uno de los sistemas de capas de transporte (51 ó 52) energéticamente a uno de los dos sistemas de capas fotoactivos (4, 7) de manera que una posición de nivel de energía de transporte del sistema de capas de transporte (51 ó 52) difiera de una posición de nivel de energía de transporte de los otros dos sistemas de capas (4, 7) en menos de 0,5 eV, correspondiendo la posición del nivel de energía de transporte de uno de los sistemas de capas de transporte (51, 52) a la posición energética del HOMO energéticamente más alta, si se trata de un sistema de capas de transporte p (51, 52), y a la posición energética del LUMO energéticamente más baja, si se trata de un sistema de capas de transporte n (51, 52), mientras que el otro sistema de capas de transporte (52 ó 51) es transparente, siendo un material o una hoja de material o un sistema de capas de transporte transparente, si se cumple al menos una de las siguientes condiciones: - la distancia energética entre LUMO y HOMO del material o de la hoja de material o del sistema de capas de transporte es mayor que 2,5 eV, - Una hoja de 50 nm de grosor del material o del sistema de capas de transporte tiene una transparencia de más del 70 % en la gama de longitud de ondas de 400 nm a 900 nm, - el material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un coeficiente de extinción - que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor de 0,5x105 cm-1 y/o el material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un índice de absorción k que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor 0,1, - El material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte presenta una brecha de energía óptica mayor que la del sistema de capas fotoactivo.

Description

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DESCRIPCION
Celula solar organica con varios sistemas de capas de transporte
La invencion se refiere a un componente fotoactivo con capas organicas, con un electrodo y un contraelectrodo y, entre los electrodos, al menos dos sistemas de capas fotoactivos y, entre los sistemas de capas fotoactivos, al menos dos sistemas de capas de transporte distintos del mismo tipo de portador de carga, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente a uno de los dos sistemas de capas fotoactivos y realizandose el otro sistema de capas de transporte transparente.
A continuacion el termino de “sistema de capas” se define como sigue: un sistema de capas se compone de una o varias capas, pudiendo ser las respectivas capas individuales o capas mixtas. El sistema de capas puede consistir, por lo tanto, en cualquier combinacion de capas individuales y mixtas.
A continuacion el termino de “sistema de capas de transporte” se define como sigue: un sistema de capas de transporte es un sistema de capas que transporta preferiblemente un tipo de portador de carga (electrones: sistema de capas de transporte n; huecos: sistema de capas de transporte p. En una celula solar el sistema de capas de transporte contribuye a la corriente fotoelectrica de cortocircuito, por absorcion de luz, con menos del 5%, preferiblemente menos del 2%.
El termino de “sistemas de capas de transporte distintos” se define ademas como sigue: dos sistemas de capas de transporte son distintos cuando al menos uno de los materiales solo se encuentra en uno de los dos sistemas de capas de transporte. Si en el caso de este material se trata de un donador, los sistemas de capas de transporte son distintos cuando cada uno de los sistemas de capas de transporte contiene otro donador.
El termino de “tipo de portador de carga” se define como sigue: un tipo de portador de carga se refiere a electrones y huecos. En este sentido, dos sistemas de capas de transporte son del mismo tipo de portador de carga cuando ambos conducen preferiblemente electrones o preferiblemente huecos.
El termino de “transparente” se define como sigue: un material o una hoja de material o un sistema de capas de transporte es transparente si se cumple al menos una de las siguientes condiciones:
La distancia energetica entre LUMO y HOMO del material o de la hoja de material o del sistema de capas de transporte es > 2,5 eV, preferiblemente > 3,0 eV.
Una hoja de 50 nm de grosor del material o del sistema de capas de transporte tiene una transparencia de > 70 % en la gama de longitud de ondas de 400 nm a 900 nm, preferiblemente de >80% o de >90% , con especial preferencia de >95%.
El material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un coeficiente de extincion £ que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor de 0,5*105 /cm y/o el material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un mdice de absorcion k que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor 0,1. (Otra definicion de k es tambien constante optica: las dos constantes opticas se definen normalmente con n y con k).
El material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte presenta una brecha de energfa optica mayor que la del sistema de capas fotoactivo (en el sentido de DE 102004014046).
Los materiales organicos transparentes tambien se definen en la literatura como materiales wide-gap.
Los terminos “HOMO” y “LUMO” corresponden, como es habitual en la qmmica, a “highest occupied molecular orbital” y “lowest unoccupied molecular orbital”. El termino se refiere tanto a moleculas individuales como a cuerpos solidos u hojas de material. Como sabe el experto en la materia, la determinacion de las posiciones energeticas de HOMO y LUMO se puede llevar a cabo, por ejemplo, a traves de la voltametna dclica (CV) o a traves de la espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (ultraviolet photon spectroscopie UPS).
El termino de “posicion del nivel de energfa de transporte” se define como sigue: la posicion del nivel de energfa de transporte de un sistema de capas de transporte es la posicion energetica del HOMO, si se trata de un sistema de capas de transporte p, y la posicion energetica del LUMO, si se trata de un sistema de capas de transporte n.
El termino “adaptado energeticamente” se define ademas como sigue: un sistema de capas de transporte que conduce preferiblemente electrones (conductor n) se adapta energeticamente a un sistema de capas fotoactivo si el nivel de energfa del LUMO del sistema de capas de transporte difiere en menos de 0,5 eV del nivel de energfa del LUMO del material del aceptor del sistema de capas fotoactivo. El nivel de energfa del LUMO del sistema de capas de transporte puede estar tanto 0,5 eV, como maximo, por encima del nivel de energfa del LUMO del material del aceptor del sistema de capas fotoactivo como 0,5 eV, como maximo, por debajo. Si el sistema de capas fotoactivo contiene varios aceptores, es decisivo el material de aceptor que disponga del LUMO energeticamente mas bajo. Con preferencia, las posiciones de nivel de energfa de los LUMOs se pueden diferenciar en solo 0,3 eV, con especial preferencia incluso en solo 0,2 eV o incluso en 0,1 eV, pero tambien pueden ser practicamente identicas.
Analogamente, un sistema de capas de transporte que conduce preferiblemente huecos (conductor p) se adapta energeticamente a un sistema de capas fotoactivo si el nivel de energfa del HOMO del sistema de capas de transporte difiere en menos de 0,5 eV del material del donador del sistema de capas fotoactivo. El nivel de energfa
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del HOMO del material del sistema de capas de transporte puede estar tanto 0,5 eV, como maximo, por encima del nivel de ene^a del HOMO del material del donador del sistema de capas fotoactivo como 0,5 eV, como maximo, por debajo. Si el sistema de capas fotoactivo contiene varios donadores, es decisivo el material del donador que disponga del HOMO energeticamente mas alto. Con preferencia, las posiciones de nivel de energfa de los HOMOs se pueden diferenciar en solo 0,3 eV, con especial preferencia incluso en solo 0,2 eV o incluso en 0,1 eV, pero tambien pueden ser exactamente identicas.
El experto en la materia conoce las posibilidades de adaptacion de los niveles de LUMO o de los niveles de HOMO y dispone de gran cantidad de materiales organicos con distintas posiciones de los niveles de energfa de los HOMOs y LUMOs. Para la adaptacion se selecciona y emplea un material que disponga de la posicion deseada de los niveles de energfa del HOMO o LUMO. Ademas, p.ej. mediante el montaje de grupos receptores o donadores de electrones se pueden subir o bajar los niveles de energfa de los materiales organicos, respectivamente adaptando asf un material de acuerdo con los requisitos.
En el marco de esta solicitud el termino de “se puede dopar bien” se define como sigue: de un material de transporte de huecos (material de transporte p) o un sistema de capas de transporte de huecos (sistema de capas de transporte p) se dice que se puede dopar bien, cuando el nivel de energfa de si HOMO es mayor o igual a -5,5 eV. El termino de “mayor” (o tambien “mas alto”) se refiere aqrn al valor numerico, es decir, -5,4 eV es mayor (mas alto) que -5,5 eV. Con preferencia el nivel de energfa del HOMO es del orden de -5,2 eV a -4,9 eV. Analogamente se dice de un material de transporte de electrones (material de transporte n) o de un sistema de transporte de electrones (sistema de transporte n) que se puede dopar bien cuando el nivel de energfa del LUMO es menor o igual a -3,0 eV. El termino de “menor” (o tambien “mas bajo”) se refiere aqrn al valor numerico, es decir, -3,1 eV es menor (mas bajo) que -3,0 eV. Con preferencia el nivel de energfa del LUMO es del orden de - 3,5 eV a -4,5 eV.
Desde la presentacion de la primera celula solar organica con un rendimiento en la gama porcentual de Tang et. al. 1986 [C. W. Tang et al. Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986)] se estan analizando de forma intensiva materiales organicos para diferentes componentes electronicos y optoelectricos. Las celulas solares organicas se componen de una serie de capas finas (normalmente de 1 nm a 1 ^m) de materiales organicos que se aplican preferiblemente al vacfo por evaporacion o centrifugado de una solucion. El contacto electrico se puede establecer por medio de capas metalicas, oxidos conductivos transparentes (TCOs) y/o polfmeros conductivos transparentes (PEDOT-PSS, PANI).
Una celula solar transforma la energfa luminosa en energfa electrica. El termino de fotoactivo define tambien la transformacion de energfa luminosa en energfa electrica. Al contrario que en las celulas solares inorganicas, en las celulas solares organicas la luz no genera directamente portadores de carga libres, sino que se forman en primer lugar excitones, o sea, estados de excitacion electricamente neutrales (pares electron - hueco unidos). Solo en una segunda fase estos excitones se separan en portadores de carga libres que contribuyen al flujo de corriente electrica.
La ventaja de estos componentes a base organica frente a los componentes convencionales a base inorganica (semiconductores como silicio, arseniuro de galio) consisten en los coeficientes de absorcion en parte extremadamente altos (hasta 2x105 cm-1), por lo que existe la posibilidad de fabricar celulas solares muy finas con poco material y poca energfa. Otros aspectos tecnologicos son el coste reducido, la posibilidad de fabricar componentes flexibles de gran tamano en hojas de plastico y las posibilidades de variacion practicamente ilimitadas asf como la disponibilidad sin lfmites de la qmmica organica.
Una posibilidad de realizacion ya propuesta en la literatura de una celula solar organica es un diodo - pin [Martin Pfeiffer, “Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers; basics and applications”, PhD thesis TU- Dresden, 1999] con la siguiente estructura de capas:
0. Portador: sustrato,
1. Contacto de base, casi siempre transparente,
2. Capa(s) - p
3. Capa(s) -i
4. Capa(s) - n
5. Contacto de tapa,
siendo “n” o “p” un dopaje “n” o “p” que conduce a un aumento de la densidad de electrones o huecos libres en el estado de equilibrio termico. Sin embargo, tambien es posible que las capas n o las capas p carezcan, al menos en parte, nominalmente de dopaje y que solo posean, debido a las caractensticas de los materiales (por ejemplo diferentes movilidades), debido a impurezas desconocidas (por ejemplo restos de la smtesis, productos de desintegracion o de reaccion) durante la fabricacion de las capas) o debido a influencias del entorno (por ejemplo capas adyacentes, difusion de metales u otros materiales organicos, dopaje de gas de la atmosfera ambiental), propiedades preferiblemente n-conductivas o preferiblemente p-conductivas, En este sentido las capas de estas caractensticas han de entenderse fundamentalmente como capas de transporte. El termino capa - i, en cambio, define una capa sin dopaje nominal (capa intnnseca). Una o varias capas - i pueden estar formadas por un material o por una mezcla de dos materiales (las asf llamadas redes interpenetrantes o bulk-heterojunction; M. Hiramoto et al.
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Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, 444, pp. 33-40). La luz que incide a traves del contacto de base transparente genera en la capa - i o en la capa - n/p excitones (pares electron-hueco unidos). Estos electrones solo se pueden separar por medio de campos electricos muy altos o en superficies lfmite apropiadas. En las celulas solares organicas se dispone de campos suficientemente altos por lo que todos los conceptos relacionados con celulas solares organicas, que prometan exito, se basan en la separacion de excitones en superficies lfmite fotoactivas. Los excitones llegan por difusion a una superficie lfmite activa donde se separan los electrones y los huecos. El material que recibe los electrones se denomina aceptor, y el material que recibe los huecos se denomina donador (o donor). La superficie lfmite de separacion puede estar entre la capa - p (n) y la capa - i o entre dos capas- i. En el campo electrico montado de la celula solar los electrones se transportan al area n y los huecos al area p. En el caso de las capas de transporte se trata preferiblemente de materiales transparentes o practicamente transparentes con una amplia brecha de energfa (wide-gap), tal como se describe, por ejemplo, en el documento WO 2004083958. Como materiales wide-gap se definen materiales con absorciones maximas en la gama de longitud de ondas de < 450 nm, preferiblemente de < 400 nm.
Dado que la luz siempre genera en primer lugar excitones y no portadores de carga libres, la difusion de baja recombinacion de los excitones hacia la superficie lfmite activa juega un papel cntico en las celulas solares organicas. Para contribuir a la corriente fotoelectrica es preciso que, en una celula solar organica buena, la longitud de difusion de excitones rebase claramente la profundidad de penetracion tfpica de la luz para que se pueda aprovechar la mayor parte de la luz. Este criterio lo cumplen cristales organicos, perfectos en lo que se refiere a su estructura y pureza qmmica, o capas finas. En cualquier caso, para aplicaciones en grandes superficies el empleo de materiales organicos monocristalinos no es posible, y la fabricacion de capas multiples con una perfeccion estructuralmente suficiente tambien resulta todavfa muy complicada.
Si en el caso de la capa- i se trata de una capa mixta, la tarea de absorber la luz la asume uno de los componentes o la asumen los dos. La ventaja de las capas mixtas radica en que los excitones producidos solo tienen que recorrer un camino muy corto hasta llegar a un lfmite del dominio. El transporte de los electrones o huecos se realiza por separado en los respectivos materiales. Puesto que en la capa mixta los materiales estan en contacto en todas partes, resulta decisivo que las cargas separadas tengan una larga vida util en el respectivo material y que desde cualquier punto existan rutas de percolacion hacia el respectivo contacto para los dos tipos de portadores de carga.
Por el documento US 5,093,698 se conoce el dopaje de materiales organicos. Mediante la adicion de una sustancia de dopaje a modo de aceptor o donador se aumenta la concentracion de equilibro de portadores de carga en la capa y se incrementa la conductividad. Conforme al documento US 5,093,698 las capas dopadas se emplean como capas de inyeccion en la superficie lfmite con los materiales de contacto en componentes electroluminiscentes. Otras formulas de dopaje similares tambien son convenientes para celulas solares.
Por la literatura se conocen diferentes posibilidades de realizacion de la capa - i fotoactiva. Se puede tratar, por ejemplo, de una capa doble (EP0000829) o de una capa mixta (Hiramoto, Appl. Phys. Lett. 58, 1062 (1991)). Tambien se conoce una combinacion de capas dobles y mixtas (Hiramoto, Appl. Phys. Lett. 58, 1062 (1991); US 6,559,375). Igualmente es conocido que la proporcion de mezcla vane en diferentes zonas de la capa mixta (US 20050110005) y que la proporcion de mezcla presente un gradiente.
Por la literatura se conocen ademas la estructura y la funcion de celulas solares tandem o multiples (Hiramoto, Chem. Lett., 1990, 327 (1990); DE 102004014046). En el documento DE 102004014046 se describen especialmente la estructura y la funcion del area de recombinacion de las celulas tandem. Por la literatura se conocen tambien celulas tandem organicas pin (DE 102004014046): la estructura de esta celula tandem se compone de dos celulas pin individuales, describiendo la serie de capas “pin” la sucesion de un sistema de capas con dopaje p, de un sistema de capas fotoactivo sin dopaje y de un sistema de capas con dopaje n. Los sistemas de capas dopados se componen preferiblemente de materiales transparentes, los asf llamados materiales/capas wide-gap, pueden estar dopados parcialmente o carecer de dopaje y presentar ademas concentraciones de dopaje localmente diferentes o disponer de un gradiente continuo en la concentracion de dopaje. En especial tambien son posibles areas muy poco dopadas o muy dopadas en la zona lfmite de los electrodos, en la zona lfmite con otra capa de transporte dopada o no dopada, en la zona lfmite con capas activas o, en caso de celulas tandem o multiples, en la zona lfmite con la celula parcial pin o nip adyacente, es decir, en la zona del area de recombinacion. Tambien es posible cualquier combinacion de todas estas caractensticas. En el caso de una celula tandem como esta se puede tratar igualmente de una asf llamada estructura invertida (por ejemplo celula tandem nip). En lo que sigue, todas estas formas de realizacion de celulas tandem posibles se definiran con el termino celulas tandem pin.
Por moleculas pequenas se entienden en el sentido de la presente invencion moleculas organicas no-polfmeras con masas molares monodispersas entre 100 y 2000, que en caso de presion normal (presion del aire de la atmosfera que nos rodea) y a temperatura ambiente existen en fase solida. En especial, estas pequenas moleculas pueden ser fotoactivas, entendiendose por fotoactivo que las moleculas cambian su estado de carga al incidir la luz.
El problema actual de las celulas solares organicas es el que los rendimientos, incluso los maximos logrados hasta ahora en el laboratorio del 7 - 8 %, aun son demasiado bajos. Para la mayona de las aplicaciones, especialmente las de gran superficie, se considera necesario un rendimiento del 10%, aproximadamente. A causa de las peores propiedades de transporte de los semiconductores organicos (en comparacion con los semiconductores inorganicos) y de los consiguientes grosores de capa limitados aplicables de los absorbedores en celulas solares organicas, se parte de la idea de que estos rendimientos se pueden realizar, como mucho, con ayuda de celulas tandem
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(Tayebeh Ameri et al., Organic tandem solar cells: A review, Energy Environ. Sci., 2009, 2, 347 - 363; DE 10 2004 014 046.4). Es especialmente probable que en el futuro solo se podran conseguir rendimientos de hasta un 15% con ayuda de celulas tandem.
El inconveniente de las celulas tandem conocidas hasta ahora consiste en que entre dos sistemas de capa fotoactivos (denominados de aqu en adelante tambien como sistemas de absorbedores o sistemas de capas de absorcion) solo se emplea un sistema de capas de transporte de un tipo de portadores de carga. La desventaja esta en que este sistema de capas de transporte se tiene que adaptar, por una parte, de manera energeticamente perfecta a un sistema de absorcion (para permitir una extraccion eficiente de los portadores de carga del sistema de absorcion y, por ejemplo, para no crear ninguna barrera de energfa para los portadores de carga) y en que debe ser, por otra parte, muy transparente (para no provocar una absorcion parasitaria) y presentar las mejores caractensticas de transporte de portadores de carga posibles. En la mayona de los casos los materiales conocidos hasta ahora solo suelen cumplir de manera satisfactoria una de estas caractensticas y con frecuencia se utiliza un material de compromiso capaz de cumplir las dos caractensticas de forma entre relativamente bien y satisfactoria. Si por razones opticas se necesitara un sistema de capas de transporte grueso, surge con frecuencia adicionalmente el problema de que el material empleado no dispone de una conductividad suficiente, con lo que se limitan las propiedades (eficiencia, factor de plenitud, tension) del componente debido a la resistencia en serie. En parte se intenta resolver este problema eligiendo una mayor concentracion de dopaje. Sin embargo, estos intentos de solucion solo conllevan un exito limitado, y por el empleo de mayores cantidades de material de donadores se encarece el proceso de produccion de los componentes, lo que se opone a su aprovechamiento comercial.
[(Schueppel, R. et a.l.: J. Appl. Phys. 107 (2010), 44503)] describe una celula fotovoltaica de tandem organica que entre los sistemas de capa fotoactivos presenta dos sistemas de transporte diferentes del mismo portador de carga. Los sistemas de transporte constan de los mismos materiales y se diferencian unicamente en la concentracion de dopaje de los donadores. Con ellos no se puede influir en las caractensticas en relacion con la adaptacion energetica, las propiedades de transporte y/o la transparencia en los sistemas de capas de transporte.
[Uhrich, Chr. et al.: J. Appl. Phys. 104 (2008) 43107] tambien describe unicamente sistemas de transporte de materiales identicos.
[Yook et. al: Adv. Funct. Mater. 20 (2010), 1797] revela un dispositivo OLED tandem, encontrandose entre los dos sistemas de capas fotoactivo una pila de capas de Bphen no dopado, con Bphen y MoO3 dopado con CsN3.
El empleo de dos sistemas de capas de transporte distintas en lugar de un unico sistema de capas de transporte utilizado hasta ahora tiene una gran importancia tecnica. Toda el area de capas de transporte entre los sistemas de capa fotoactivos tiene que cumplir varias funciones, a saber, conseguir una adaptacion energetica buena hasta casi perfecta, presentar excelentes propiedades de transporte, ser, en lo posible, completamente transparente y ser ademas termica y mecanicamente estable. Es practicamente imposible reunir de manera perfecta todas estas caractensticas en un unico material para un tipo de portador de carga. En el estado actual del desarrollo de celulas solares organicas evidentemente nadie se ha dado cuenta del todo de este problema, dado que las celulas solares anteriores con un grado de eficacia del 6 - 8 % se han podido realizar con un unico material que no cumple todas las caractensticas de de una manera considerada buena o incluso excelente. No obstante, para el uso comercial es absolutamente necesario que el rendimiento sea del 10 al 12% o mas. Para conseguir estos grados de eficacia tan elevados hay que eliminar todos los mecanismos de perdida dentro de la estructura de las celulas solares. Un componente muy importante es que el area de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivo cumplan las exigencias formuladas de forma casi perfecta en las celulas tandem o multiples. Como ya se ha dicho antes, desde el punto de vista practico y tecnico esto solo es posible si se emplean al menos dos sistemas de capas de transporte distintos del mismo tipo de portadores de carga.
El objetivo de la presente invencion es el de proponer un componente fotoactivo organico que salve los inconvenientes indicados.
De acuerdo con la invencion este objetivo se consigue con un componente fotoactivo organico de acuerdo con la reivindicacion principal. Otras realizaciones ventajosas se describen en las reivindicaciones dependientes.
El componente segun la invencion, realizado en forma de celula tandem o multiple, presenta un electrodo y un contraelectrodo y entre los electrodos al menos un sistema de capas organico y ademas al menos dos sistemas de capas fotoactivos y entre los sistemas de capas fotoactivos al menos dos sistemas de capas de transporte distintos del mismo tipo de portador de carga, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente a uno de los dos sistemas de capas fotoactivos y realizandose el otro sistema de capas de transporte transparente.
Un sistema de capas de transporte que conduce preferiblemente electrones (conductivos n) se adapta energeticamente a un sistema de capas fotoactivo cuando el nivel de energfa del LUMO del sistema de capas de transporte difiere en menos de 0,5 eV del nivel de energfa del LUMO del material de aceptores del sistema de capas fotoactivo. El nivel de energfa del LUMO del sistema de capas de transporte puede estar tanto 0,5 eV, como maximo, por encima del nivel de energfa del LUMO del material del aceptor del sistema de capas fotoactivo como 0,5 eV, como maximo, por debajo. Si el sistema de capas fotoactivo contiene varios aceptores, es decisivo el material de aceptor que disponga del LUMO energeticamente mas bajo. Con preferencia, las posiciones de nivel de energfa de los LUMOs se pueden diferenciar en solo 0,3 eV, con especial preferencia incluso en solo 0,2 eV o incluso en 0,1 eV, pero tambien pueden ser practicamente identicas.
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Analogamente, un sistema de capas de transporte que conduce preferiblemente huecos (conductor p) se adapta energeticamente a un sistema de capas fotoactivo si el nivel de energfa del HOMO del sistema de capas de transporte difiere en menos de 0,5 eV del material del donador del sistema de capas fotoactivo. El nivel de energfa del HOMO del material del sistema de capas de transporte puede estar tanto 0,5 eV, como maximo, por encima del nivel de energfa del HOMO del material del donador del sistema de capas fotoactivo como 0,5 eV, como maximo, por debajo. Si el sistema de capas fotoactivo contiene varios donadores, es decisivo el material del donador que disponga del HOMO energeticamente mas alto. Con preferencia, las posiciones de nivel de energfa de los HOMOs se pueden diferenciar en solo 0,3 eV, con especial preferencia incluso en solo 0,2 eV o incluso en 0,1 eV, pero tambien pueden ser practicamente exactamente identicas.
En una variante de realizacion de la invencion el sistema de capas de transporte transparente presenta una conductividad de > = 1*10-6 s/cm y /o esta dopado.
En una variante de realizacion de la invencion los dos sistemas de capas de transporte son directamente colindantes y/o ambos son transparentes.
En una variante de realizacion de la invencion uno o los dos sistemas de capas de transporte se componen de al menos un material organico. Preferiblemente los sistemas de capas de transporte son de materiales organicos.
En una variante de realizacion de la invencion uno o los dos sistemas de capas de transporte presentan una elevada movilidad intrmseca de los portadores de carga. El termino de intrmseco significa nominalmente no dopado, es decir, la movilidad intrmseca de los portadores de carga de un material es la movilidad del material no dopado.
En una variante de realizacion de la invencion las posiciones del nivel de energfa de transporte (HOMO o LUMO) del sistema de capas de transporte transparente se preven de manera que permitan un buen dopaje.
En una variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del LUMO de un sistema de capas de transporte n (conductor n) es practicamente o exactamente identico al nivel de energfa del LUMO del material de aceptor del sistema de capas fotoactivo. Esta realizacion ofrece la ventaja de que los electrones pueden abandonar el sistema de capas fotoactivo sin barreras y de que no se produce ninguna perdida en el voltaje de circuito abierto del componente.
En una variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del LUMO de un sistema de capas de transporte n (conductor n) es, como maximo, 0,5 eV, preferiblemente como maximo 0,3 eV, con especial preferencia como maximo 0,2 eV o 0,1 eV o 0,05 eV mas bajo que el nivel de energfa del LUMO del material de aceptor del sistema de capas fotoactivo. Esta variante de realizacion especial tiene la ventaja de que los electrones llegan, de forma energeticamente preferida, al LUMO mas bajo del sistema de capas de transporte n, con lo que los electrones se transportan eficazmente. En una variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del LUMO de un sistema de capas de transporte n (conductor n) es, como maximo, 0,5 eV, preferiblemente como maximo 0,3 eV, con especial preferencia como maximo 0,2 eV o 0,1 eV o 0,05 eV mas alto que el nivel de energfa del LUMO del material de aceptor del sistema de capas fotoactivo. Esta variante de realizacion especial tiene la ventaja de que, debido al LUMO mas alto del sistema de capas de transporte n, el campo montado dentro de la celula solar es mas grande, con lo que los electrones se transportan eficazmente.
En esta variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del HOMO de un sistema de capas de transporte p (conductor p) es practica o exactamente identico al nivel de energfa del HOMO del material de donador del sistema de capas fotoactivo. Esta realizacion especial tiene la ventaja de que los huecos pueden abandonar el sistema de capas fotoactivo sin barreras y de que no se produce ninguna perdida en el voltaje de circuito abierto del componente.
En una variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del HOMO de un sistema de capas de transporte p (conductor p) es, como maximo, 0,5 eV, preferiblemente como maximo 0,3 eV, con especial preferencia como maximo 0,2 eV o 0,1 eV o 0,05 eV mas bajo que el nivel de energfa del HOMO del material de donador del sistema de capas fotoactivo. Esta variante de realizacion especial tiene la ventaja de que, debido al HOMO mas bajo del sistema de capas de transporte p, el campo montado dentro de la celula solar es mas grande, con lo que los huecos se transportan eficazmente.
En una variante de realizacion de la invencion el nivel de energfa del HOMO de un sistema de capas de transporte p (conductor p) es, como maximo, 0,5 eV, preferiblemente como maximo 0,3 eV, con especial preferencia como maximo 0,2 eV o 0,1 eV o 0,05 eV mas alto que el nivel de energfa del HOMO del material de donador del sistema de capas fotoactivo. Esta variante de realizacion especial tiene la ventaja de que los huecos llegan, de forma energeticamente preferida, al HOMO mas alto del sistema de capas de transporte p, con lo que los huecos se transportan eficazmente.
En una variante de realizacion de la invencion uno o los dos sistemas de capas de transporte son capas individuales o capas mixtas no dopadas o parcialmente dopadas o completamente dopadas, presentando el dopaje un gradiente y/o, dentro de la capa, diferentes concentraciones. En una variante de realizacion los dos sistemas de capas de transporte presentan diferentes donadores.
En una variante de realizacion de la invencion se preve entre los sistemas de capas fotoactivos otro sistema de capas de transporte del otro tipo de portador de carga.
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En una variante de realizacion de la invencion existen entre los sistemas de capas fotoactivos otros dos sistemas de capas de transporte del otro tipo de portador de carga, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente al otro sistema de capas (en comparacion con el sistema de capas de transporte (fotoactivo, y siendo el segundo sistema de capas de transporte transparente.
En una variante de realizacion de la invencion uno de los sistemas de capas de transporte o los dos sistemas de capas de transporte se realizan en forma de capas individuales o mixtas no dopadas, parcialmente dopadas o completamente dopadas, presentando el dopaje un gradiente o variando la misma localmente y/o dopandose los sistemas de capas de transporte con diferentes donadores.
En una variante de realizacion de la invencion se preven entre los sistemas de capas fotoactivos una o varias capas o capas mixtas no dopadas, parcialmente dopadas o completamente dopadas de materiales inorganicos, materiales organicos, pequenas moleculas, polfmeros, metales, oxidos de metales, sales u otro oxido conductivo.
En una variante de realizacion de la invencion se preven en al menos dos sistemas de capas fotoactivos diferentes materiales. Los sistemas de capas fotoactivos absorben preferiblemente en distintas gamas de longitudes de ondas del espectro solar.
En una variante de realizacion de la invencion se preven, entre el sistema de capas fotoactivo y el electrodo y/o entre el sistema fotoactivo y el contraelectrodo, al menos dos sistemas de capas de transporte, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente al respectivo sistema de capas fotoactivo y realizandose el segundo sistema de capas de transporte de forma transparente.
En una variante de realizacion de la invencion se preven, entre el sistema de capas fotoactivo y el electrodo y/o entre el sistema fotoactivo y el contraelectrodo, al menos tres sistemas de capas de transporte, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente al respectivo sistema de capas fotoactivo, realizandose el segundo sistema de capas de transporte de forma transparente adaptandose el tercer sistema de capas de transporte energeticamente al electrodo o contraelectrodo.
En una variante de realizacion de la invencion los sistemas de capas de transporte existentes en el componente se realizan, independientes los unos de los otros, en forma de capas individuales o capas mixtas o formados por nanoclusteres. Los sistemas de capas de transporte se realizan ademas transparentes o semitransparentes. Los sistemas se pueden realizar no dopados, parcialmente dopados o completamente dopados, siendo posible que el dopaje presente un gradiente o vane localmente. Los sistemas de capas de transporte se pueden dopar en los electrodos o en una zona a una distancia de hasta 30 nm de los electrodos y/o los sistemas de capas de transporte se pueden dopar con diferentes donadores.
En otra variante de realizacion de la invencion el componente consta de una celula tandem o multiple. El componente se compone preferiblemente de una combinacion de estructuras nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin o pipn, apilandose unas encimas de otras varias combinaciones independientes que comprenden al menos una capa i.
En otra variante de realizacion de la invencion el componente puede presentar las siguientes series de capas, siendo p = sistema de capas de transporte p, n = sistema de transporte de capas n e i = sistema de capas fotoactivo:
Electrodo / pinnin / Contraelectrodo
Electrodo / nippip / Contraelectrodo
Electrodo / pinnpin / Contraelectrodo
Electrodo / nippnip / Contraelectrodo
Electrodo / pinppin / Contraelectrodo
Electrodo / nipnnip / Contraelectrodo
Electrodo / pinnppin / Contraelectrodo
Electrodo / nippnnip / Contraelectrodo
Electrodo / pinnnin / Contraelectrodo
Electrodo / nipppip / Contraelectrodo
Electrodo / pinnnpin / Contraelectrodo
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Naturalmente tambien puede haber 5, 6 o mas sistemas de capas de transporte del mismo tipo de portador de carga situados uno detras de otro. En otras variante de realizacion de la invencion el componente puede presentar las siguientes series de capas:
Electrodo / ppinnin / Contraelectrodo
Electrodo / nnippip / Contraelectrodo
Electrodo / ppinnpin / Contraelectrodo
Electrodo / nnippnip / Contraelectrodo
Electrodo / ppinppin / Contraelectrodo
Electrodo / nnipnnip / Contraelectrodo
Electrodo / ppinnppin / Contraelectrodo
Electrodo / nnippnnip / Contraelectrodo
Electrodo / ppinnnin / Contraelectrodo
Electrodo / nnipppip / Contraelectrodo
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Electrodo / nnipppnip / Contraelectrodo
Electrodo / ppinpppin / Contraelectrodo
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Electrodo / ppinnnpinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnriipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnninn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnpinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnnnipp / Contraelectrodo
Electrodo / pppinninn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnpinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnninn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppinn / Contraelectrodo
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Electrodo / nnnipppnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnninn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnnnipp / Contraelectrodo
Electrodo / ppinninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnninnn / Contraelectrodo Electrodo / nhipppippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinpppihnn / Contraelectrodo Electrodo / riniprinnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnnippp / Contraelectrodo
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/ ppinnnninnn / Contraelectrodo / nnippppippp / Contraelectrodo / ppinnnnpinnn / Contraelectrodo / nnippppnippp / Contraelectrodo / ppinppppinnn / Contraelectrodo / nnipnnnnippp / Contraelectrodo / ppinnnnppinnn / Contraelectrodo / nnippppnnippp / Contraelectrodo / ppinnppppinnn / Contraelectrodo / nnippnnnnippp / Contraelectrodo / ppinnnnpppinnn / Contraelectrodo / nnippppnnnippp / Contraelectrodo / ppinnnppppinnn / Contraelectrodo / nnipppnnnnippp / Contraelectrodo / ppinnnnppppinnn / Contraelectrodo / nnippppnnnnippp / Contraelectrodo
/ ppppinninn / Contraelectrodo / nnnnippipp / Contraelectrodo / ppppinnpinn / Contraelectrodo / nnnnippnipp / Contraelectrodo ppppinppinn / Contraelectrodo / nnnnipnnipp / Contraelectrodo / ppppinnppinn / Contraelectrodo / nnnnippnnipp / Contraelectrodo / ppppinnninn / Contraelectrodo / nnnnipppipp / Contraelectrodo / ppppinnnpinn / Contraelectrodo / nnnnipppnipp / Contraelectrodo / ppppinpppinn / Contraelectrodo / nnnnipnnnipp / Contraelectrodo / ppppinnnppinn / Contraelectrodo / nnnnipppnnipp / Contraelectrodo / ppppinnpppinn / Contraelectrodo / nnnnippnnnipp / Contraelectrodo / ppppinnnpppinn / Contraelectrodo / nnnnipppnnnipp / Contraelectrodo / ppppinnnninn / Contraelectrodo / nnnnippppipp / Contraelectrodo / ppppinnnnpinn / Contraelectrodo / nnnnippppnipp / Contraelectrodo / ppppinppppinn / Contraelectrodo
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Electrodo / nnnnipnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnpppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnnnipp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppppinn / Contraelectrodo Electrodo / nnrtnippppnnnnipp / Contraelectrodo
Electrodo / ppinninnnhn / Contraelectrodo Electrodo / nnippipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnhipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnipppp/ Contraelectrodo Electrodo / ppinppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippnnnnipppp / Contraelectrodo
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Electrodo / ppinnnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnipppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppinnnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnippppnnnnipppp / Contraelectrodo
Electrodo / ppppinninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnippp Contraelectrodo Electrodo / pppinnninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinpppinrin / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppppinnn / Contraelectrodo
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Electrodo / ppppinninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnhipppnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnninnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnpinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnpppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppppinnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnippp / Contraelectrodo Electrodo / pppinninnnn / Contraelectrodo
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Electrodo / nnnippnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippnnnriipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnipppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppinnnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinninnnn / Contraelectrodo
Electrodo / nnnnippipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnipppp / Contraelectrodo
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Electrodo / ppppinnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnninnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnpinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinppppinnnn / Gegenelektrode Electrodo / nnnnipnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnpppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnipppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppinnnnppppinnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo
En otra variante de realizacion de la invencion existe en los electrodos ademas un contacto de conversion. Un electrodo de estructura / p se convierte, por lo tanto en un electrodo de estructura / n / p y un electrodo de estructura / n se convierte en un electrodo de estructura / p / n. Estos contactos de conversion pueden encontrarse tanto en el electrodo como en el contraelectrodo. El contacto de conversion tambien puede estar compuesto por varios sistemas de capas de transporte, por ejemplo:
Electrodo / nnp
Electrodo / nnnp
Electrodo / nnnnp
Electrodo / ppn
Electrodo / pppn
Electrodo / ppppn
En otra variante de realizacion de la invencion los contactos de conversion se encuentran en todas las estructuras descritas en las listas anteriores pudiendose ampliar, por ejemplo, la primera estructura de las listas anteriores Electrodo / pinnin / Contraelectrodo como sigue:
Electrodo / npinnin / Contraelectrodo
Electrodo / nnpinnin / Contraelectrodo
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Electrodo / nnnpinnin / Contraelectrodo Electrodo / nnnnpinnin / Contraelectrodo Electrodo / pinninp / Contraelectrodo Electrodo / pinninpp / Contraelectrodo Electrodo / pinninppp / Contraelectrodo Electrodo / pinninppp / Contraelectrodo Electrodo / npinninp / Contraelectrodo Electrodo / npinninpp / Contraelectrodo Electrodo / npinninppp / Contraelectrodo Electrodo / npinninpppp / Contraelectrodo Electrodo / nnpinninp / Contraelectrodo Electrodo / nnnpinninp / Contraelectrodo Electrodo / nnnnpinninp / Contraelectrodo Electrodo / nnpinninpp / Contraelectrodo Electrodo / nnnpinninpp / Contraelectrodo Electrodo / nnnnpinninpp / Contraelectrodo Electrodo / nnpinninppp / Contraelectrodo Electrodo / npinninpppp / Contraelectrodo Electrodo / nnnpinninppp / Contraelectrodo Electrodo / nnnnpinninppp / Contraelectrodo Electrodo / nnnpinninpppp / Contraelectrodo Electrodo / nnnnpinninpppp / Contraelectrodo
La ultima estructura de las listas anteriores Electrodo / nnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo se puede ampliar
analogamente como sigue con contactos de conversion:
Electrodo / pnnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppnnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppnnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / pppnnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / ppppnnnnippppnnnnipppp / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnippppn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnippppnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnippppnnn / Contraelectrodo Electrodo / nnnnippppnnnnippppnnnn / Contraelectrodo Electrodo / pnnnnippppnnnnippppn / Contraelectrodo Electrodo / ppnnnnippppnnnnippppn / Contraelectrodo Electrodo / pppnnnnippppnnnnippppn / Contraelectrodo Electrodo / ppppnnnnippppnnnnippppn / Contraelectrodo Electrodo / pnnnnippppnnnnippppnn / Contraelectrodo Electrodo / pnnnnippppnnnnippppnnn / Contraelectrodo Electrodo / pnnnnippppnnnnippppnnnn / Contraelectrodo Electrodo / ppnnnnippppnnnnippppnn / Contraelectrodo Electrodo / pppnnnnippppnnnnippppnn / Contraelectrodo
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Electrodo / ppppnnnnippppnnnnippppnn / Contraelectrodo
Electrodo / ppnnnnippppnnnnippppnnn / Contraelectrodo
Electrodo / ppnnnnippppnnnnippppnnnn / Contraelectrodo
Electrodo / pppnnnnippppnnnnippppnnn / Contraelectrodo
Electrodo / ppppnnnnippppnnnnippppnnn / Contraelectrodo
Electrodo / ppppnnnnippppnnnnippppnnnn / Contraelectrodo
En otra variante de realizacion de la invencion se encuentra entre la primera capa conductiva de electrones (capa n) y el electrodo situado sobre el sustrato una capa dopada de tipo p, por lo que se trata de una estructura pnip o eligiendose el dopaje preferiblemente tan alto que el contacto pn directo no tenga un efecto de bloqueo, sino que se produzca una recombinacion sin perdida, preferiblemente por un proceso de tunel.
En otra variante de realizacion de la invencion se puede encontrar en el componente, entre la primera capa i fotoactiva y el electrodo situado sobre el estrato, una capa dopada de tipo p, de modo que se trate de una estructura pip o pi, teniendo la capa adicional dopada de tipo p un nivel Fermi situado, como maximo, 0,4 eV, preferiblemente menos de 0,3 eV, por debajo del nivel de transporte de electrones de la capa i, de modo que se puede producir una extraccion de electrones sin perdidas de la capa i a la capa p.
En otra variante de realizacion de la invencion existe ademas un sistema de capas n entre la capa dopada p y el contraelectrodo, por lo que se trata de una estructura nipn o ipn, eligiendose el dopaje preferiblemente tan alto que el contacto pn directo no tenga un efecto de bloqueo, sino que se produzca una recombinacion sin perdida, preferiblemente por un proceso de tunel.
En otra variante de realizacion de la invencion se puede encontrar en el componente, entre la capa fotoactiva intrmseca y el contraelectrodo, un sistema de capas n, de modo que se trate de una estructura nin o in, teniendo la capa adicional dopada de tipo n un nivel Fermi situado, como maximo, 0,4 eV, preferiblemente menos de 0,3 eV, por encima del nivel de transporte de huecos de la capa i, de modo que se puede producir una extraccion de electrones sin perdidas de la capa i a la capa n.
En otra variante de realizacion de la invencion el componente contiene un sistema de capas n y/o un sistema de capas p de modo que se trate de una estructura pnipn, pnin, pipn o p-i-n que en todos los casos se caracteriza por que la capa que, independientemente del tipo de lmea, se ajusta a la capa fotoactiva i por el lado del sustrato, tiene una funcion de trabajo termica menor que la capa adyacente a la capa i opuesta al sustrato, por lo que los electrones fotogenerados se transportan preferiblemente hacia el sustrato si no se aplica ningun voltaje externo al componente.
En otra variante de realizacion de la invencion el area de absorcion de al menos uno de los sistemas de absorcion se extiende en la gama de longitud de ondas de > 700 nm a 1500 nm hasta la gama de infrarrojos.
En otra variante de realizacion de la invencion las capas del sistema de capas del componente se configuran en forma de trampa de luz que alarga el recorrido optico de la aluz incidente.
En otra variante de realizacion de la invencion se trata, en el caso de los materiales organicos empleados, de pequenas moleculas. Por pequenas moleculas se entienden, en el sentido de la presente invencion, moleculas organicas no polfmeras con masas molares monodispersas entre 100 y 2000 que en caso de presion normal (presion del aire de la atmosfera que nos rodea) y a temperatura ambiente existen en fase solida. En especial, estas pequenas moleculas pueden ser fotoactivas, entendiendose por fotoactivo que las moleculas cambian su estado de carga al incidir la luz.
En otra variante de realizacion de la invencion se trata, en el caso de los materiales organicos empelados, al menos en parte de polfmeros.
En otra variante de realizacion de la invencion las capas organicas se componen, al menos en parte, de pequenas moleculas, al menos en parte de polfmeros o de una combinacion de pequenas moleculas y polfmeros.
En otra variante de realizacion de la invencion el componente es semitransparente, como mmimo en una cierta gama de longitudes de ondas de luz.
En otra variante de realizacion de la invencion el componente se utiliza en superficies portantes planas, curvadas o flexibles. Estas superficies portantes son, con preferencia, hojas de plastico u hojas de metal (por ejemplo aluminio, acero), etc..
En otra variante de realizacion de la invencion al menos una de las capas mixtas fotoactivas contiene, como aceptor, un material del grupo de los fullerenos o derivados de fullereno (Ca0, C70, etc.).
En otra variante de realizacion de la invencion al menos una de las capas mixtas fotoactivas contiene, como donador, un material de la clase de las ftalocianinas, derivados de perileno, derivados TPD, oligotiofenos o un material como el que se describe en el documento WO2006092134.
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En otra variante de realizacion de la invencion los contactos son de metal, un oxido conductivo, especialmente ITO, ZnO:Al u otros TCOs o un polfmero conductivo, especialmente PEDOT:PSS o PANI.
En otra variante de realizacion de la invencion el material de aceptores de la capa mixta es, al menos en parte, cristalino.
En otra variante de realizacion de la invencion tanto el material de aceptores como el material de los donadores de la capa mixta es, al menos en parte, cristalino. En otra variante de realizacion los sistemas de capas fotoactivos se componen de una capa individual, una capa mixta o una combinacion de capas individuales y mixtas, de una capa mixta doble o de una capa mixta triple.
En otra variante de realizacion el sistema de capas fotoactivo contiene, ademas de la capa mixta mencionada, otras capas fotoactivas individuales o mixtas.
En otra variante de realizacion el sistema de capas de transporte p comprende un donador p, siendo este donador p F4-TCNQ, un donador p como el que se describe en los documentos DE10338406, DE10347856, DE10357044, DE102004010954, DE102006053320, DE102006054524 y DE102008051737 o un oxido de un metal de transicion (VO, WO, MoO, etc.).
En otra variante de realizacion el sistema de capas de transporte contiene un donador n, siendo este donador n un derivado TTF (derivado de tetratiafulvaleno) o un derivado DTT (ditienotiofeno), un donador n como el que se describe en los documentos DE10338406, DE10347856, DE10357044, DE102004010954, DE102006053320, DE102006054524 y DE102008051737 o Cs, Li o Mg.
En otra variante de realizacion uno de los electrodos es transparente con una transmision > 80 % y el otro electrodo reflectante con una reflexion > 50 %.
En otra variante de realizacion el componente es semitransparente con una transmision del 10 a 80 %.
En otra variante de realizacion los electrodos son de un metal (por ejemplo Al, Ag, Au o de una combinacion de estos metales), un oxido conductivo, especialmente ITO, ZnO:Al u otro TCO (Transparent Conductive Oxide), un polfmero conductivo, especialmente PEDOT/PSS poli(3,4-etilendioxitiofeno)poli(poliestirensulfonato) o PANI (polianilina) o de una combinacion de estos materiales.
En otra variante de realizacion la trampa de luz se realiza montando el componente en un sustrato de microestructura periodica y garantizando la funcion homogenea del componente, es decir, un contacto no cortocircuitado y una distribucion uniforme del campo electrico por toda la superficie, mediante el empleo de una capa dopada wide-gap. Los componentes ultrafinos presentan en los sustratos estructurados un mayor riesgo de cortocircuitos locales por lo que en definitiva, y debido a una evidente inhomogeneidad como esta, se pone en peligro toda la funcionalidad del componente. Este riesgo de cortocircuito se reduce con el empleo de capas de transporte dopadas.
En otra variante de realizacion de la invencion la trampa de luz se realiza montando el componente en un sustrato de microestructura periodica y garantizando la funcion homogenea del componente, su contacto no cortocircuitado y una distribucion uniforme del campo electrico por toda la superficie mediante el empleo de una capa dopada wide- gap. Resulta especialmente ventajoso que la luz pase al menos dos veces por la capa de absorcion, lo que puede dar lugar a una mayor absorcion de luz y, por consiguiente, a un mejor rendimiento de la celula solar. Esto se puede conseguir, por ejemplo, cuando el sustrato presenta en su superficie estructuras piramidales con alturas (h) y anchuras (d) del orden de uno a varios cientos de micrometros. La altura y la anchura de las piramides pueden ser iguales o distintas. Por otra parte, la estructura de las piramides puede ser simetrica o asimetrica.
En otra variante de realizacion de la invencion la trampa de luz se realiza dotando a la capa dopada wide-gap de una superficie lisa respecto a la capa i y de una superficie lfmite rugosa respecto al contacto reflectante. La superficie lfmite rugosa se puede conseguir, por ejemplo, por medio de una microestructuracion periodica. La superficie lfmite rugosa resulta especialmente ventajosa cuando la luz se refleja de forma difusa, lo que conduce a un alargamiento del recorrido de la luz dentro de la capa fotoactiva.
En otra variante de realizacion la trampa de luz se realiza montando el componente sobre un sustrato de microestructura periodica y dotando una capa dopada wide-gap de una superficie lfmite lisa respecto a la capa i y de una superficie lfmite rugosa respecto al contacto reflectante.
En otra variante de realizacion de la invencion la estructura total esta provista de un contacto de base y de un contacto de tapa.
En otra variante de realizacion los componentes fotoactivos segun la invencion se emplean en superficies curvadas, por ejemplo hormigon, tejas, arcilla, vidrio de automoviles, etc.. Es conveniente que las celulas solares organicas segun la invencion se puedan disponer, frente a las celulas solares inorganicas tradicionales, en soportes flexibles tales como hojas, generos textiles, etc..
En otra variante de realizacion los componentes fotoactivos segun la invencion se aplican a una hoja o un genero textil que por la cara opuesta al sistema de capas organico segun la invencion presente un adhesivo, por ejemplo
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pegamento. As^ se puede fabricar una lamina solar adhesiva que se puede disponer, segun las necesidades, en cualquier superficie. De este modo se fabrica una celula solar autoadhesiva.
A continuacion se procede a la explicacion mas detallada de algunos ejemplos de realizacion y de las figuras correspondientes. Las figuras muestran:
Figuras 1A y 1B la estructura esquematica de capas de un componente fotoactivo con dos sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figuras 2A y 2B la estructura esquematica de capas de un componente fotoactivo con tres sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figura 3 la estructura esquematica de capas de un componente fotoactivo con cuatro sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figuras 4A y 4B la estructura esquematica de capas de un componente fotoactivo con cuatro sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos y tres sistemas de capas de transporte en el electrodo;
Figura 5 la estructura esquematica de capas de un componente fotoactivo con cuatro sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos, tres sistemas de capas de transporte en el electrodo y tres sistemas de capas de transporte en el contraelectrodo;
Figura 6 un diagrama esquematico de energfa de un componente fotoactivo con tres sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figura 7 un diagrama esquematico de energfa de un componente fotoactivo con tres sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figura 8 un diagrama esquematico de energfa de un componente fotoactivo con cuatro sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figura 9 un diagrama esquematico de energfa de un componente fotoactivo con seis sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figura 10 un diagrama esquematico de energfa de un componente fotoactivo con ocho sistemas de capas de transporte entre los sistemas de capas fotoactivos;
Figuras 11A y B una estructura esquematica de capas de dos ejemplos de componentes fotoactivos;
Figura 12 las formulas estructurales de los materiales DCV6T, F4-ZnPc y c60 y
Figura 13 la estructura esquematica de capas de un ejemplo de componente fotoactivo analogo al de la figura 11, encontrandose entre los sistemas de absorcion fotoactivos tres sistemas de capas de transporte p distintos 1, 2 y 3.
En los ejemplos de realizacion mencionados se indican, a modo de ejemplo, algunos componentes segun la invencion. Los ejemplos de realizacion describen la invencion, pero no se limitan a la misma.
En un primer ejemplo de realizacion se representa esquematicamente, en la figura 1A, un componente segun la invencion. El componente esta formado por un sustrato 1, un electrodo 2 asf como por un contraelectrodo 9. Entre el electrodo 2 y el contraelectrodo 9 se dispone un sistema de capas fotoactivo 4. Entre el electrodo 2 y el sistema de capas fotoactivo 4 se encuentra un sistema de capas de transporte 3 realizado p-conductivo. Entre el contraelectrodo y el sistema de capas fotoactivo 4 se disponen otras capas. En el sistema de capas fotoactivo 4 se disponen sistemas de capas de transporte segun la invencion 51 y 52 del mismo tipo de portador de carga ( en este caso electrones), diferenciandose el nivel LUMO del sistema de capas de transporte 51, como maximo, en 0,5 eV del LUMO del sistema de capas fotoactivo 4. El otro sistema de capas de transporte 52 es transparente. En los sistemas de capas de transporte 51 y 52 se dispone ademas otro sistema de capas fotoactivo 7. Entre el sistema de capas fotoactivo adicional 7 y el contraelectrodo 9 se encuentra otro sistema de capas de transporte 8 n-conductivo. En la figura 1B se representa una variante analoga a la del componente fotoactivo de la figura 1A, correspondiendo la estructura de las capas del componente fotoactivo de la figura 1B a una estructura nip.
En un segundo ejemplo de realizacion se reproducen en las figuras 2A y 2B sendas representaciones esquematicas de un componente segun la invencion. La estructura del componente segun la invencion es igual a la del primer ejemplo de realizacion de las figuras 1A, B, disponiendose entre los sistemas de capas fotoactivos 4, 7 tres sistemas de capas de transporte 51, 52 y 61. Como consecuencia se obtiene una combinacion de portadores de carga mas eficaz en la superficie lfmite entre los sistemas de capas de transporte 52 y 61.
En un tercer ejemplo de realizacion se reproduce en la figura 3 una representacion esquematica de un componente segun la invencion. La estructura del componente segun la invencion es igual a la del primer ejemplo de realizacion de la figura 2, disponiendose entre los sistemas de capas fotoactivos 4, 7 cuatro sistemas de capas de transporte 51, 52, 61 y 62.
En un cuarto ejemplo de realizacion se reproduce en las figuras 4A y 4B una representacion esquematica de un componente segun la invencion. La estructura del componente segun la invencion es igual a la del primer ejemplo de realizacion de la figura 3, disponiendose entre el sistema de capas fotoactivo 4 y el electrodo 2 tres sistemas de
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capas de transporte 31, 32 y 33. El componente representado esquematicamente en la figura 4A corresponde a una estructura basica pin (especialmente a una estructura pnnppn), mientras que el componente representado en la figura 4B corresponde a una estructura nip, aqu a una estructura nppnnp.
En un quinto ejemplo de realizacion se reproduce en la figura 5 una representacion esquematica de un componente segun la invencion. La estructura del componente segun la invencion es igual a la del primer ejemplo de realizacion de las figuras 4A y B, disponiendose los sistemas de capas de transporte 81, 82 y 83 entre el sistema de capas fotoactivo 7 y el contraelectrodo 9.
En la figura 6 se representa un diagrama de nivel HOMO - LUMO de un componente segun el segundo ejemplo de realizacion (Fig. 2B). La zona de recombinacion se encuentra entre el sistema de capas de transporte p 52 y el sistema de capas de transporte n 61.
En la figura 7 se representa un diagrama de nivel HOMO - LUMO de un componente segun otro ejemplo de realizacion. La estructura del componente es igual a la de la segunda variante de realizacion, disponiendose entre el sistema de capas fotoactivo 4 y el sistema de capas de transporte 61 un sistema de capas de transporte 51.
En la figura 8 se representa un diagrama de nivel HOMO - LUMO de un componente segun el cuarto ejemplo de realizacion (Fig. 4B).
En la figura 9 se representa un diagrama de nivel HOMO - LUMO de un componente segun otro ejemplo de realizacion. El sistema de capas de transporte 51 se ha adaptado energeticamente al sistema de capas fotoactivo 4 y el sistema de capas de transporte 63 se ha adaptado energeticamente al sistema de capas fotoactivo 7. Los sistemas de capas de transporte 52 y 62 disponen de buenas propiedades de transporte y pueden presentar un grosor de capa mayor (20 nm a 400 nm) que los sistemas de capas de transporte 51, 53, 61 y 63. Los sistemas de capas de transporte 53 y 61 permiten una recombinacion eficiente de los portadores de carga.
En la figura 10 se representa un diagrama de nivel HOMO - LUMO de un componente segun otro ejemplo de realizacion. La estructura del componente es igual a la de la figura 9, existiendo ademas otros dos sistemas de capas de transporte.
En otro ejemplo de realizacion las figuras 11A y B muestran la estructura esquematica de capas de dos ejemplos de componentes fotoactivos. En los respectivos diagramas se indican los datos de los grosores de capa, los datos de la concentracion del dopaje en %, los datos de las proporciones de mezcla como relacion volumetrica X:Y (p.ej. 2:1) y el dato de la temperatura del sustrato durante la evaporacion en °C. Las dos capas DiNPB dopadas (p-DiNpB) entre los sistemas de absorcion (sistema de absorcion 1: capa mixta BDR001:c60; sistema de absorcion 2: capa mixta DC6T:C60) contienen diferentes donadores (donador 1 en una concentracion del 5% y donador 2 en una concentracion del 10%). El material BPAPF define 9,9-Bis-(4-(N,N-bis-bifenil-4-yl-amino)fenil)-9H-floureno y el material DiNPB corresponde a N,N-difenil-N,N-bis(4-(N,N-bis(naft-1-il)amino)-bifenil-4-il)-bencidina.
Las formulas estructurales de los materiales DCV6T, F4-ZnPc y C60 se representan en la figura 12.
En otro ejemplo de realizacion se representa en la figura 13 la estructura esquematica de capas de un ejemplo de componente fotoactivo igual al ejemplo de la figura 11: entre dos sistemas de absorcion fotoactivos se han dispuesto tres sistemas de capas de transporte diferentes 1, 2 y 3.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Componente fotoactivo con un electrodo y un contraelectrodo, disponiendose entre los electrodos al menos un sistema de capas organico, y ademas con al menos dos sistemas de capas fotoactivos (4, 7) y entre los sistemas de capas fotoactivos (4, 7) al menos dos sistemas de capas de transporte distintos (51, 52) del mismo tipo de portador de carga, de modo que al menos un material que influya, como mmimo, en una de las siguientes propiedades de los sistemas de capas de transporte (51, 52), que son
    - adaptacion energetica
    - propiedades de transporte
    - transparencia,
    solo se encuentre en uno de los dos sistemas de capas de transporte (51, 52) y que, si se trata en el caso de este material de un donador, los dos sistemas de capa de transporte (51, 52) contengan otro donador, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte (51 o 52) energeticamente a uno de los dos sistemas de capas fotoactivos (4, 7) de manera que una posicion de nivel de energfa de transporte del sistema de capas de transporte (51 o 52) difiera de una posicion de nivel de energfa de transporte de los otros dos sistemas de capas (4, 7) en menos de 0,5 eV, correspondiendo la posicion del nivel de energfa de transporte de uno de los sistemas de capas de transporte (51, 52) a la posicion energetica del HOMO energeticamente mas alta, si se trata de un sistema de capas de transporte p (51, 52), y a la posicion energetica del LUMO energeticamente mas baja, si se trata de un sistema de capas de transporte n (51, 52), mientras que el otro sistema de capas de transporte (52 o 51) es transparente, siendo un material o una hoja de material o un sistema de capas de transporte transparente, si se cumple al menos una de las siguientes condiciones:
    - la distancia energetica entre LUMO y HOMO del material o de la hoja de material o del sistema de capas de transporte es mayor que 2,5 eV,
    - Una hoja de 50 nm de grosor del material o del sistema de capas de transporte tiene una transparencia de mas del 70 % en la gama de longitud de ondas de 400 nm a 900 nm,
    - el material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un coeficiente de extincion £ que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor de 0,5x105 cm-1 y/o el material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte tiene un mdice de absorcion k que en la gama de longitud de ondas entre 450 nm y 800 nm no rebasa el valor 0,1,
    - El material o la hoja de material o el sistema de capas de transporte presenta una brecha de energfa optica mayor que la del sistema de capas fotoactivo.
  2. 2. Componente fotoactivo segun la reivindicacion 1, en el que la posicion del nivel de energfa de transporte del sistema de capas de transporte (51 o 52) y la posicion del nivel de energfa de transporte de uno de los dos sistemas de capas fotoactivos (4, 7) se diferencian en 0,3 eV o en 0,2 eV o en 0,1 eV.
  3. 3. Componente fotoactivo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el sistema de capas de transporte presenta una conductividad > = 1*10-6 S/cm y/o esta dopado.
  4. 4. Componente fotoactivo segun la reivindicacion 3, caracterizado por que los dos sistemas de capas de transporte se dopan con donadores distintos.
  5. 5. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los dos sistemas de capas de transporte son directamente colindantes y/o son ambos transparentes.
  6. 6. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que uno o los dos sistemas de capas de transporte se componen de un material organico o de una mezcla de materiales organicos.
  7. 7. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las posiciones del nivel de energfa de transporte del sistema de capas de transporte transparente son del orden de -5,5 eV a -4,5 eV, si se trata de un sistema de capas de transporte p, y del orden de -4,5 eV a -3,5 eV, si se trata de un sistema de capas de transporte n.
  8. 8. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que uno o los dos sistemas de capas de transporte no esta dopado o esta dopado parcialmente o por completo, presentando el dopaje un gradiente y presentando el dopaje, dentro de la capa, diferentes concentraciones.
  9. 9. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que entre los sistemas de capas fotoactivos (4, 7) se encuentra ademas otro sistema de capas de transporte (61) de otro tipo de portador de carga.
  10. 10. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que entre los sistemas de capas fotoactivos (4, 7) se encuentran otros dos sistemas de capas de transporte (61, 62) de otro tipo de portador de carga, adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte (62) energeticamente al sistema de capas fotoactivo
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    (4, 7) de modo que una de las posiciones del nivel de ene^a de transporte del sistema dem capas de transporte (62) se diferencie de la posicion del nivel de energfa de transporte del otro sistema de capas fotoactivo (4, 7) en menos de 0,5 eV, siendo el segundo sistema de capas de transporte (61) transparente.
  11. 11. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado por que uno o los dos sistemas de capas de transporte adicionales (61, 62) son capas individuales o mixtas no dopadas, parcialmente dopadas o completamente dopadas, presentando el dopaje un gradiente y, dentro de la capa, diferentes concentraciones y/o distintos donadores.
  12. 12. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que entre el sistema de capas fotoactivo (4) y el electrodo (2) y/o entre el sistema de capas fotoactivo (7) y el contraelectrodo (9) existen al menos dos sistemas de capas de transporte(31, 32 u 81, 82), adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente al respectivo sistema de capas fotoactivo de modo que una de las posiciones del nivel de energfa de transporte del sistema de capas de transporte se diferencie de la posicion del nivel de energfa de transporte del respectivo sistema de capas fotoactivo (4, 7) en menos de 0,5 eV, siendo el segundo sistema de capas de transporte transparente.
  13. 13. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que entre el sistema de capas fotoactivo (4) y el electrodo (2) y/o entre el sistema de capas fotoactivo (7) y el contraelectrodo (9) existen al menos tres sistemas de capas de transporte (31, 32, 33 u 81, 82, 83), adaptandose uno de los sistemas de capas de transporte energeticamente al respectivo sistema de capas fotoactivo de modo que una de las posiciones del nivel de energfa de transporte del sistema de capas de transporte se diferencie de la posicion del nivel de energfa de transporte del respectivo sistema de capas fotoactivo en menos de 0,5 eV, siendo el segundo sistema de capas de transporte transparente y adaptandose el tercer sistema de capas de transporte energeticamente al electrodo o al contraelectrodo de modo que una de las posiciones del nivel de energfa de transporte del tercer sistema de capas de transporte se diferencie de la posicion del nivel de energfa de transporte del electrodo o del contraelectrodo en menos de 0,5 eV.
  14. 14. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que los sistemas de capas de transporte existentes en el componente se realizan, independientes los unos de los otros, en forma de capas individuales o capas mixtas o formados por nanoclusteres; transparentes o semitransparentes; no dopados, parcialmente dopados o completamente dopados, siendo posible que el dopaje presente un gradiente o que el dopaje presente, dentro de la capa, distintas concentraciones y/o que los sistemas de capas de transporte se doten de dopajes diferentes.
  15. 15. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que el componente es una celula tandem o multiple.
  16. 16. Componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que el componente se compone de una combinacion de estructuras nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin o pipn, apilandose una encima de otra dos o mas combinaciones independientes que contengan al menos una capa i.
  17. 17. Empleo de un componente fotoactivo segun una de las reivindicaciones 1 a 17 en superficies portantes planas, curvadas o flexibles.
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