FI120757B - Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno - Google Patents
Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno Download PDFInfo
- Publication number
- FI120757B FI120757B FI20041087A FI20041087A FI120757B FI 120757 B FI120757 B FI 120757B FI 20041087 A FI20041087 A FI 20041087A FI 20041087 A FI20041087 A FI 20041087A FI 120757 B FI120757 B FI 120757B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- layer
- electron
- photoelectric device
- transfer
- charge transfer
- Prior art date
Links
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 title claims description 52
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 72
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 16
- -1 fullerene compound Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000001074 Langmuir--Blodgett assembly Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical group N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 108091093018 PVT1 Proteins 0.000 claims 1
- 229920000292 Polyquinoline Polymers 0.000 claims 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 claims 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 98
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 31
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N Octadecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCN REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 28
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 4
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- DPAPGSNLWBQIGV-UHFFFAOYSA-N 2-(2-phenylethenyl)thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1C=CC1=CC=CC=C1 DPAPGSNLWBQIGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OQBHZKJWYRVDIA-UHFFFAOYSA-N 21,23-ditert-butylporphyrin Chemical compound C(C)(C)(C)N1C=2C=CC1=CC=1C=CC(=CC3=CC=C(N3C(C)(C)C)C=C3C=CC(C=2)=N3)N=1 OQBHZKJWYRVDIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OGGKVJMNFFSDEV-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-n-[4-[4-(n-(3-methylphenyl)anilino)phenyl]phenyl]-n-phenylaniline Chemical compound CC1=CC=CC(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=C(C)C=CC=2)=C1 OGGKVJMNFFSDEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004776 molecular orbital Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- YNHJECZULSZAQK-UHFFFAOYSA-N tetraphenylporphyrin Chemical compound C1=CC(C(=C2C=CC(N2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3N2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 YNHJECZULSZAQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UDQTXCHQKHIQMH-KYGLGHNPSA-N (3ar,5s,6s,7r,7ar)-5-(difluoromethyl)-2-(ethylamino)-5,6,7,7a-tetrahydro-3ah-pyrano[3,2-d][1,3]thiazole-6,7-diol Chemical compound S1C(NCC)=N[C@H]2[C@@H]1O[C@H](C(F)F)[C@@H](O)[C@@H]2O UDQTXCHQKHIQMH-KYGLGHNPSA-N 0.000 description 1
- UWRZIZXBOLBCON-VOTSOKGWSA-N (e)-2-phenylethenamine Chemical class N\C=C\C1=CC=CC=C1 UWRZIZXBOLBCON-VOTSOKGWSA-N 0.000 description 1
- MBPCKEZNJVJYTC-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(n-phenylanilino)phenyl]aniline Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)C=C1 MBPCKEZNJVJYTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJZRECIVHVDYJC-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybutyric acid Chemical group OCCCC(O)=O SJZRECIVHVDYJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 6-[(5S)-5-[[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]methyl]-2-oxo-1,3-oxazolidin-3-yl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C[C@H]1CN(C(O1)=O)C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1 CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010604 Bingel reaction Methods 0.000 description 1
- 101100029886 Caenorhabditis elegans lov-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- NRCMAYZCPIVABH-UHFFFAOYSA-N Quinacridone Chemical class N1C2=CC=CC=C2C(=O)C2=C1C=C1C(=O)C3=CC=CC=C3NC1=C2 NRCMAYZCPIVABH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- MGUNWTHOBPUIQN-UHFFFAOYSA-N carboxyoxy(nitro)azanide Chemical group C(=O)(O)O[N-][N+](=O)[O-] MGUNWTHOBPUIQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229940125936 compound 42 Drugs 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000804 electron spin resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012458 free base Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical group 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012306 spectroscopic technique Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000000446 sulfanediyl group Chemical group *S* 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/701—Organic molecular electronic devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F228/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur
- C08F228/06—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur by a heterocyclic ring containing sulfur
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/701—Langmuir Blodgett films
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/90—Applications
- C08G2261/91—Photovoltaic applications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
- H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
- H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno
Esillä oleva keksintö liittyy orgaanisiin valosähköisiin laitteisiin, esim. orgaanisiin aurinkokennoihin, jotka käsittävät lukuisia sarjaan pinottuja molekyylisiä kerroksia.
5 Tällainen pino käsittää tyypillisesti ainakin yhden välikerroksen, joka sisältää elektronidonori ja -akseptoriosat.
Valosähköiset (lyhennettynä myös photovoltaic, ”PV”) kennot muuttavat sähkömagneettista säteilyä sähköksi. Aurinkokennoja, jotka ovat esimerkkejä tyypillisistä 10 valosähköistä kennoista, käytetään siten tuottamaan sähkövoimaa ympäröivästä valosta.
Valoherkät optoelektroniset laitteet on usein rakennettu lukuisista epäorgaanisista puolijohteista (pii, galliumarsenidi, kadmiumtelluridi, jne.). Amorfista piitä hyödyntävillä laitteilla on saavutettu tehokkuuksia 25 % tai enemmän. Kaupallisesti saatavilla 15 piikennoilla on tehokkuudet alueella 4-8 %. Nämä laitteet ovat vaikeita ja kalliita valmistaa, erityisesti kun ne on muotoiltu paneeleiksi, joilla on suuri pinta-ala. Viime aikoina on siksi keskitetty ponnistelut orgaanisten valosähköisten kennojen käyttöön, jotta saavutettaisiin tyydyttävät valosähköiset konversiotehokkuudet taloudellisesti järkevillä kustannuksilla.
20 • ·· ·*·'. Kun optiseen laitteeseen sopivaa orgaanista materiaalia säteilytetään sopivalla valolla, • · materiaalin molekyylinen komponentti absorboi fotonin ja tuloksena valmistetaan • · · •; · ·; molekyylisen komponentin jännitystila: elektroni virittyy molekyylin HOMO-tilasta ^j· (highest occupied molecular orbital, korkein varattu molekyyliorbitaali) LUMO-tilaan : 25 (lowest unoccupied molekular orbital, alhaisin varaamaton molekyyliorbitaali), tai viritetään aukko LUMO:sta HOMO:oon. Siten tuotetaan eksitoni, so. elektroniaukko- • · · v : paritila. Tällä eksitonitilalla on luonnollinen elinaika ennen kuin elektroni ja aukko ··· yhdistyvät uudelleen. Valosähkövirran luomiseksi elektroniaukkoparin komponentit täytyy :Y: erottaa, so. parin elinaikaa täytyy huomattavasti lisätä. Erottaminen voidaan saavuttaa • * : ’ * *: 30 asettamalla rinnakkain kaksi kerrosta materiaaleja, joilla on erilaiset johtavuus- * : ,·. ominaisuudet. Materiaalit voivat olla joko n-, tai donorityyppejä, tai p-, tai akseptori- • · · ··· · ; tyyppejä. Kerrosten välinen vuorovaikutus muodostaa valosähköisen heterorajapinnan ja • ! sillä pitää olla asymmetriset johtavuusominaisuudet, so. sen pitää pystyä tukemaan elektronivarauksen siirtymistä edullisesti yhteen suuntaan.
2
Orgaaninen kaksikerrossysteemi muodostaa tyypillisen valosähköisen kennon, jossa varauksen erotus tapahtuu vallitsevasti heterorajapinnalla. Alalla on tunnettua muodostaa heterorajapinnat esim. kahdesta erilaisesta konjugoidusta polymeeristä (US-patentti 5 670 791). Konjugoituihin polymeereihin kuuluvat puolijohtavat polymeerit, kuten 5 polyfenyleeni, polyvimnyylifenyleeni, polytiofeeni ja polyaniliini. Viitteen valoherkkä vyöhyke muodostuu kahden faasierotetun polymeerin polymeeriseoksesta, joista toisella polymeerillä on suurempi elektroniaffiniteetti kuin ensimmäisellä. Laitetta käytettäessä elektronit siirtyvät vallitsevasti toisen puolijohtavan polymeerin läpi ja aukot siirtyvät vallitsevasti ensimmäisen puolijohtavan polymeerin läpi.
10
Orgaanisilla PV-kennoilla on monia etuja verrattuna piipohjaisiin laitteisiin: ne ovat keveitä, halpoja ja joustavia. Niillä on kuitenkin suhteellisen alhaiset kvanttisaannot, jotka ovat suuruusluokkaa 1-3 % tai vähemmän. Erilaisia lähestymistapoja tehokkuuden nostamiseksi on esitetty, jotka useimmiten perustuvat kerrosten konfiguraatioihin 15 valmistettaessa edullista varauksen siirtoa tukevia kerrostenvälisiä heterorajapintoj a.
Esimerkkejä orgaanisista valosähköisistä kennoista esitetään US-patenttijulkaisuissa 5331 183 ja 5 454 880, joissa heterorajapinta muodostetaan puolijohtavilla, konjugo iduilla polymeeridonoreilla ja akseptorikomponentti fullereeneilla, erityisesti Buckminster- :1.(i 20 fullereeneillä, Cöo. Samanlainen rakenne esitetään julkaistussa kansainvälisessä ·1·1. patenttihakemuksessa WO 01/84644. Erityinen etu fullereeneja käytettäessä on, että • · :1'1 · voidaan välttää varauksenkuljettajien yhdistelmä, jolloin tehokkuus paranee suuresti.
• 1 « • · (|j· Edelleen parannettuja PV-kennoja esitetään US-hakemusjulkaisussa 2002/0189666, joka :i#1; 25 käsittää yhdistelmän: anodikerros, orgaaninen aukonsiirtokerros (donorityyppi), elektroninsiirtokerros (akseptorityyppi), joka käsittää fullereenia, katodin ja ainakin yhden • · · V ·1 eksitonin pysäyttävä kerros akseptorin ja katodin välissä kvanttitehokkuuden • · · parantamiseksi. Hakemuksen mukaan on saavutettu virtakonversion tehokkuuksia yli 4 %.
• 1 • ♦ ♦ • · · * · 30 Huolimatta ylläkuvatuista parannuksista, on yhä tarve uusista tehokkaista orgaanisista : valosähköisistä kennoista.
• · t ··♦ ♦ · • · · ♦ ·« • ·
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan uusi monikerroksinen rakenne, jossa orgaaniset molekyylit on jäljestetty sarjaan sellaisen valosähköisen kennon valmistamiseksi, jossa valoenergia muutetaan tehokkaasti sähköenergiaksi.
3 5 Keksinnön toinen tavoite on saada aikaan menetelmä valosähköisen kennon valmistamiseksi, joka kenno käsittää orgaanisten molekyylien monikerroksisen rakenteen.
Keksinnön kolmas tavoite on saada aikaan menetelmä sähkön tuottamiseksi valosta.
10 Nämä ja muut kohteet, yhdessä niiden etujen kanssa verrattuna tunnettuihin valosähköisiin kermoihin ja niiden valmistusmenetelmiin, jotka käyvät ilmi seuraavasta selityksestä, saavutetaan seuraavassa lähemmin selostettavalla ja patenttivaatimuksissa määriteltävällä keksinnöllä.
15 Esillä oleva keksintö perustuu sellaiseen ajatukseen, että luodaan molekyylinsisäinen korkeatehoinen varauksen siirto orientoimalla orgaaniset molekyylit molekyylikalvoina tai kerroksina, jotta saavutetaan vektoriaalinen elektroninsiirto vyöhyke peräkkäisten prosessien ensimmäisenä vaiheena, jota seuraa valon absorptio, esim. valoa absorboivan kerroksen avulla, jonka muodostaa konjugoitu orgaaninen polymeeri. Vektoriaalisen • 1 ·,, 20 elektroninsiirron aikaansaamat orgaaniset molekyylikerrokset käsittävät yhdistelmän valoa absorboivasta elektronidonoriosasta, kuten porfyriiniyksikkö, ja elektroniakseptoriosasta, * « : 1 1 1 j kuten fullereeniyhdiste, jotka on sidottu kovalenttisesti toisiinsa ja muodostavat siten ··· *:··· varauksensiirtodyadin.
• · 1 »«•i • · · • m t': 25 Keksinnönmukainen valosähköinen laite käsittää sen vuoksi - anodin, • · φ *.1 1 - katodin, joka on sijoitettu etäisyyden päähän anodista, ja ··1 • · - ainakin yhden osakennon, joka on sijoitettu anodin ja katodin välille, joka osakenno • · V,·' käsittää varauksensiirtodyadin, jossa on valoa absorboiva elektronidonoriosa ja ··· 30 elektrodiakseptoriosa, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa jäykällä :1· rakenteella ja siten orientoituneet, että kukin osakenno kykenee suorittamaan ·«· · valo 11a indusoidun vektoriaalisen primaarielektroninsiirron donori- ja akseptoriosien välillä anodista katodiin päin, joka suunta on kennon luonnollisen toiminnan suunta.
Osakenno on edullisesti sijoitettu valoa absorboivan polymeerin viereen, erityisesti se on toiminnallisesti järjestetty valoa absorboivan polymeerikerroksen ja elektroninsiirtokerroksen väliin.
4 5
Esillä oleva keksintö saa myös aikaan menetelmän valosähköisen laitteen valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan muodostetaan ensimmäinen elektrodikerros, välimatkan päähän ensimmäisestä elektrodikerroksesta muodostetaan toinen elektrodikerros ja tuotetaan varauksensiirtodyadin anodin ja katodin välille, jolloin varauksensiirtodyadi käsittää valoa 10 absorboivan elektronidonoriosan ja elektroniakseptoriosan, jotka on liitetty kovalenttisesti toisiinsa ja orientoitu, kuten edellä selostettiin.
Edullisen suoritusmuodon mukaan menetelmässä a) saadaan aikaan substraatti, kuten lasista tai vastaavasta inertistä, edullisesti 15 läpinäkyvästä materiaalista oleva levy, b) substraatin päälle muodostetaan ensimmäinen elektrodikerros, joka käsittää esimerkiksi indium/tinaoksidia (ITO), joka pystyy muodostamaan valosähköisen laitteen anodin, c) muodostetaan aukonsiirtokerros, 20 d) muodostetaan valoa absorboiva kerros, • ·· ' 7 Λ •V; e) muodostetaan valoa absorboivan kerroksen päälle varauksia siirtävä dyadikerros φ · • * * *: käyttämällä Langmuir-Blodgett-tekniikkaa, ·»· •: · ·; f) valinnanvaraisesti toistetaan e-vaihe tai toistetaan d- ja e-vaiheet tai toistetaan ^ ·: · vaiheet c-e useamman varauksensiirtodyadikerroksen aikaansaamiseksi, jotka :[**: 25 kerrokset on valinnanvaraisesti muodostettu aukonsiirtokerroksen (-kerrosten) ja valoa absorboivan kerroksen (absorboivien kerrosten) päälle, ··* v · g) muodostetaan ylimmän varauksensiirtodyadikerroksen päälle ··· elektroninsiirtokerros, ja h) muodostetaan elektroninsiirtokerroksen päälle toinen elektrodikerros, jolloin 30 sanottu kerros käsittää esimerkiksi metallia ja pystyy muodostamaan valosähköisen : laitteen katodin.
• « « ··« « • · • · · • ·· • *
Esillä oleva menetelmä sähkön tuottamiseksi valosta käsittää vaiheet: valo saatetaan kosketukseen sellaisen valosähköisen laitteen kanssa, joka käsittää ainakin yhden valoa 5 absorboivan kerroksen ja sen vieressä olevan, ainakin yhden osakennon, joka käsittää varauksensiirtodyadin, jossa on valoa absorboiva elektronidonoriosa ja elektroni-akseptoriosa, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa jäykällä rakenteella ja siten suunnattuja, että kukin osakenno kykenee suorittamaan fotoindusoidun vektoriaalisen 5 primaarielektroninsiirron donori- ja akseptoriosien välillä anodista katodiin päin, ja laitteen tuottama sähkö otetaan talteen.
Keksinnön avulla aikaansaadaan huomattavia etuja. Donori-akseptorimolekyylin rakenne on siten korkeasti symmetrinen, mikä lisää molekyylinsisäisen elektroninsiirron 10 todennäköisyyttä 100 %:iin, kuten osoitetaan liuosfaasin kokeissa. Tämä aikaansaadaan sitouttamalla donori- ja akseptoriosat toisiinsa kovalenttisesti kahdella linkkerillä, joiden pituutta voidaan muunnella.
Aurinkokennon primaarinen eksitaatio voi tapahtua joko porfyriini-fullereenidyadin valon 15 absorptiolla tai edullisesti vieressä olevan valoaktiivisen polymeerikalvon (tai oligomeeri-kalvon) absorptiolla, joka sitten siirtää eksitaatioenergian porfyriiniosaan. Tämä ilmiö on erittäin tehokas poriyriiniyksikön horisontaalisen orientaation suhteen energiaa luovuttavaan polymeerikalvoon. Valoa absorboiva polymeerikalvo lisää kennon absorptiota ja siten hyödyntää tehokkaasti hetkittäistä valon intensiteettiä.
20 • ♦# • Y; Seuraavaksi keksintöä tutkitaan lähemmin yksityiskohtaisen selityksen ja lukuisten * « :***: suoritusesimerkkien avulla.
··« • ·
Kuvio 1. Esimerkkejä dyadimolekyyleistä, jotka sisältävät donori- (porfyriini) ja akseptori-ί.., ί 25 (fullereeni) osia, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa kahdella molekyyliketjulla. Polaariset hydroksyyliryhmät porfyriinipäässä (DHD6ee:lle) ja fullereenipäässä (TBD6he:lle ja ··* V * TBD4he:lle) mahdollistavat Langmuir-Blodgett-kalvojen muodostumisen.
• M
Kuvio 2. Pintapaine - molekyylialue-isotermit Langmuir-kalvoille eri DHD6ee : Y: pitoisuuksissa (mo l-%) oktadekyy liamiinimatriisissa (OD A).
s"**: 30 Kuvio 3. 10 mol-% DHDöee-kalvon 2-10 kerroksen absorptiospektrit ODA-matriisissa.
: .·. Liitteessä absorptiot 435 nm.ssä ja 520 nm:ssä kerrosten lukumäärän funktiona.
··* · .*.4j Kuvio 4.10 mol-% TBDH4he-kalvon 1-13 kerroksen absorptiospektrit ODA-matriisissa.
• ·
Liitteessä absorptiot 428 nm:ssä kerrosten lukumäärän funktiona.
6
Kuvio 5. TRMDCM-menetelmä syntyneiden fotojännitteiden mittaamiseksi testatussa valokennossa (aktiiviset kerrokset). ODA-kalvojen lukumäärä eristyskerroksissa on 10-12. Kuvio 6. Kaksi järjestelyä aktiivisten kerrosten orientoimiseksi TRMDCM-menetelmässä. DHD6ee:n Langmuir-kalvoa muodostettaessa vetämällä substraatti, joka sisältää ITO-5 kerroksella päällystetyn lasilevyn ja eristävät ODA-kerrokset alhaalta ylös, dyadimolekyylit orientoituvat siirtämään elektroneja ITO;sta Al-elektrodin suuntaan. Triadisysteemi (oikealla) aikaansaadaan muodostamalla ensin PHT-kerros eristävien ODA-kerrosten päälle ja sen jälkeen dyadikerros alhaalta ylöspäin. Sitten elektronisiirron suuntaa voidaan vaihtaa vastakkaiseksi muodostamalla PHT-ja dyadikalvot alhaalta ylös 10 ja ylhäältä alas, vastaavasti.
Kuvio 7. Fotojännitesignaalit 10 mol-% DHD6ee kalvolla ODA-matriisissa muodostettuna kahteen eri suuntaan: positiivisen signaalin tuloksena on muodostumina ylhäältä alas ja vastaava negatiiviselle signaalille alhaalta ylös.
Kuvio 8. Fenyylivinyylitiofeenin (PVT) yhdisteet (oligomeerit ja polymeeri), joita on 15 käytetty energiansiirtokerroksina kiihottamaan porfyriiniosaa dyadissa.
Kuvio 8a. 100 % PVT:n ja 40 mol-% PVT3:n absorptiospektri ODA-matriisissa.
Kuvio 9. Fotojännitesignaalit 40 mol-% PVT3:lle ODAissa Langmuir-kalvojen vastakkaisten kerrostumien kanssa. Negatiivinen signaali molemmissa tapauksissa kuvaa, että elektroninsiirron suunta on sama.
•\t 20 Kuvio 10.10 mol-% DHT6ee:n (diadisysteemi), 40 mol-% PVT3:n absorptio- (vasen) ja ·*·'· eksitaatiospektri (oikea) ja triadisysteemi, joka sisältää kalvon 10 mol-% DHD6ee • · ODA:ssa, joka on muodostettu alhaalta ylös 40 mol-% PVT3-kalvon päälle. Emissio • · · *:*·: aallonpituudella 720 nm eksitaatiospektrissä johtuu pääasiassa porfyriiniosan emissiosta.
Eksitaatiospektrin korkea intensiteetti (verrattuna PVT3-kalvon intensiteettiin) viittaa
«M
!ι<(! 25 energian siirtoon PYT3:sta porfyriiniin.
Kuvio 11. Fotojännitesignaalit kolmelle systeemille: ITO/DHD6ee/Al (kiinteä viiva), V · ITO/40 % PVT3/A1 (katkoviiva) ja lTO/PVT3/DHD6ee/Al (katko-pilkkuviiva).
Ml
Kuvio 12. Polyheksyylitiofeenipolymeeri (PHT), aukonsiirtomateriaali, ja PPG polymeeri, :V: elektroninsiirtomateriaali.
• · :§": 30 Kuvio 13. Fotojännitesignaalit PHT-PVT3-kaksikerrOsnäytteille: : !*. ITO/ODA/PVT3/PHT/ODA/A1 (katkoviiva) ja ITO/ODA/PHT/PVT3/ODA/A1 (kiinteä ··· · ;'*t! viiva). Eksikaation aallonpituus oli 410 nm. Koska PVT3 näyttää aina negatiivista signaalia (ja elektroninsiirtoa ITO:stia Akiin), positiivinen signaali viittaa elektroninsiirtoon suunnassa Aksta ITO:oon ja siten kerroksen sisäistä elektroninsiirtymistä PHT:sta 7 PVT3:een. Negatiivinen signaali, jolla on korkeampi intensiteetti, osoittaa myös elektroninsiirron PHT:stä PVT3:een.
Kuvio 14. Fotojännitesignaalit ITO/ODA/PHT/DHD6ee/ODA/Al-systeemille verrattuna ITO/ODA/DHD6ee/ODA/Al-systeemin vastaavaan kahdella eri aika-alueella.
5 Kuvio 15. Fotojännitesignaalin intensiteetit eksitaatiovalon intensiteettien funktiona systeemeille ITO/ODA/PHT/DHD6ee/ODA/Al ja ITO/ODA/PHT/ZnDHD6ee/ODA/Al viitaten noin 4-kertaiseen intensiteetin lisääntymiseen, lisääntymiseen.
Kuvio 16. Fotojännitesignaalin intensiteetit systeemeille ITO/ZnDHD6ee/Al, ITO/40 mol-10 % PVT3/ZnDHD6ee/Al, ITO/60 mol-% PHT/ZnDHD6ee/Al ja ITO/PHT/100 mol-% PVT3/ZnDHD6ee/Al eksitaatiovalon intensiteetin funktiona.
Kuvio 17. Esimerkin 1 aurinkokennon kaaviomainen esitys.
Kuvio 18. Esimerkin 2 aurinkokennon kaaviomainen esitys.
Kuvio 19. Esimerkin 3 aurinkokennon kaaviomainen esitys.
15 Kuvio 20. Esimerkin 4 aurinkokennon kaaviomainen esitys.
Esillä oleva keksintö saa aikaan orgaanisia valosähköisiä kennoja, jotka käsittävät erilaisia molekyylikerroksia, joilla kullakin on oma spesifinen tehtävä, jotka yhdessä muodostavat tehokkaan laitteen.
20 • ·«
Yksi kerroksista käsittää porfyriini-fullereenidyadin, jossa redox- ja valoaktiiviset kompo- • · :***; nentit on tuotu yhteen kahdella erillisellä linkkerillä ja on aikaansaatu lähes symmetrinen ··« *:··; kompleksigeometria, jolla on π-vyöhyke sandwich-tyyppinen rakenne.
··« ···· • · f ! <(ί 25 Esilläolevaan keksintöön johtaneen työn aikana syntetisoitiin sarja dyadeja, joilla oli erilaisia linkkereitä, jotta hienosäädettiin kromoforien välisiä vuorovaikutuksia ja niiden ··· V · vaikutuksia fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Absorptiospektroskopia osoittautui ··· \· sopivaksi menetelmäksi rekisteröimään kromoforien sisäisiä vuorovaikutuksia: kromoforien perustilan absorptioiden spektri osoittaa huomattavia perturbaatioita, ja mikä f *: 30 tärkeämpää lisäabsorptiopiirre on erottuva lähellä infrapuna-aluetta. Samalla tavalla, : emissiospektrillä on tyypillinen luonne molekyylien väliseen eksipleksiin. Nämä uudet ·· « :‘. j spektrin ominaisuudet (so. absorptio ja emissio) luettiin ominaisuudeksi uuteen • · elektroniseen tilaan, nimittäin esimuodostettuun molekyylien väliseen eksipleksiin, jolle on ominaista yhteinen molekyyliorbitaali, jolla on osittainen varauksensiirtoluonne (charge 8 transfer, CT). Dyadien valodynamiikkaa tutkittiin femto-ja pikosekuntien aika-alueilla käyttämällä emission ylössekoitusta ja absorption pumppukoe tekniikoita.
Eksipleksin muodostuminen kohdistaa voimakkaan impulssin tuloksena olevien porfyriini-5 fullereeniryhmien elektroninsiirto-ominaisuuksiin (ET). Luultavasti sen alhainen energia voi olla syynä ZN-porfyriini-fullereenidyadien kykenemättömyyteen suorittaa CS ei-polaarisessa väliaineessa. Eksipleksissä kaksi kromoforia muodostavat yhteisen molekyyliorbitaalin ja sen ulkomuoto riippuu ja vastaavien porfyriini- ja fullereeniosien keskinäisestä kohdistamisesta jäqestäytymisestä. Erityisimmissä eksipleksin ilmenemisissä 10 viitataan tiiviisiin sandwich-tyyppisiin järjestelyihin ja näyttää, että tämäntyyppistä järjestäytymistä voimistavat edelleen π-π vuorovaikutukset tasomaisten porfyriini-ja pallomaisten fullereeniosien välillä.
Jännittävä kannustin porfyriini/fullereeni-hybridien järjestämiseen voidaan lainata 15 porfyriini/fullereeni-seosten kiderakenteista. Kiderakenne, joka havaitaan esimerkiksi fulleropyrrolidiini/vapaan emäksen tetrafenyyliporfyriini-hybridin röntgenkiderakenteessa, antaa tietä selvälle kuvalle molempien osien järjestelystä. Huomattava molekyylien välinen vuorovaikutus kehittyy odottamattoman läheisestä lähestymisestä Cöo ja porfyriinin välillä.
Lähimpien C<so C-atomien etäisyydet porfyriinin sisemmän ytimen keskitasoon ovat "•i( 20 verrattain lyhyitä, arvot ovat 2,78 Aja 2,79 Ä. Tämä johti uuden porfyriini/fullereeni- ·*·'· suhteen muodostumiseen, se on, tavanomaisen π-π-liittymisen lisääntymiseen • · : * * *: elektronidonori-elektroniakseptorin vuorovaikutuksen avulla. Kovalenttisesti sitoutuneen »tt *: * ·; dyadin kanssa tehdyn alkuperäisen työn erinomaisten tulosten seurauksena tämä t |j· näkökulma laajennettiin systemaattisesti sarjaan porfyriini/fullereeni-yhteiskiteitä, joissa ··« iiit! 25 porfyriinit ja fullereenit eivät olleet kemiallisesti sitoutuneita toisiinsa. Valittiin erilaisia metallilajeja, ulottuen aineista Mn, Co, Ni, Cu, Zn lukaan lukien Fe. Yhteistä kaikille Ceo- ·»· V : pohjaisille yhteiskiteille on, että runsaselektroniset alueet, so. hiiliatomit heksagoni- *·· heksagoni-liitoksissa, ovat porfyriinirenkaan keskikohdan yläpuolella. Suorana seurauksena muodostuu komplekseja, joilla on epätavallisen lyhyet kontaktit (2,7 - 3,0 Ä), 30 lyhyemmät kuin tavalliset van der Waals-kontaktit (3,0 - 3,5 Ä). Kokeelliset tiedot, kuten j ,·. ESR, IR, absorptio-ja röntgen-valolektronispektroskopia, eivät onnistu osoittamaan ··· · . *. # ί huomattavia varauksensiirto-piirteitä näissä porfyriini/fullereeni-yhteiskiteissä, huolimatta porfyriiriien erinomaisesta elektroninluovutuskyvystä ja Ceo:n elektroninvastaanottokyvystä.
9
Kuten alla tarkastellaan, esillä oleva keksintö perustuu ainakin kahden linkkerin käyttöön yhdistettäessä porfyriinit ja fullereenit. Olemme havainneet, että käytettäessä ainoastaan yksittäistä linkkeriä, molekyylitopologiaan kehittyy huomattava aste komformationaalista joustavuutta. Sellaisen joustavuuden tuloksena: 5 (i) porfyriini/fullereeni-jätjestäytyminen hybrideissä on melko huonosti määritetty ja/tai (ii) fullereenia ei voida tuoda asemaan, joka keskittyy porfyriinimakromolekyylin huipulle.
10 Päinvastoin, kun porfyriinit ja fullereenit tuodaan yhteen esilläolevan keksinnön mukaisesti (ainakin) kahden linkkerin avulla, aikaansaadaan symmetriset dyadit, joilla on π-vtyöhyke sandwich-rakenteet. Tämä molekyylimalli avaa mahdollisuudet kromoforien välisten vuorovaikutusten kontrolloimiselle ja molekyylin sisäisen eksipleksin ominaisuuksien hienosäätöön.
15
Yllä olevaan perustuen, erityisen edullisen keksinnön suoritusmuodon mukaan valosähköisten laitteiden tehokkuus paranee lisäämällä laitteisiin varauksensiirtodyadi, jossa primaaristi eksitoidut valoaktiiviset molekyylit, jotka sisältävät elektronin luovuttavan osan, porfyriiniyksikön, ja elektronin vastaanottavan osan, fullereeniyksikön, •‘•(i 20 orientoidaan anisotrooppisesti soveltamalla Langmuir-Blodgett-teknologiaa, yhteen ·*;,· suuntaan niin, että valoindusoitu elektroninsiirto tapahtuu aina donoriosasta • · akseptoriosaan. Kuten yllä on selitetty, tämä ilmiö luo molekyylinsisäisen ja * ϊ * · i samanaikaisesti kerrostensisäisten potentiaalin, joka sitten vuorovaikutuksessa toisen e,* j* molekyylikerroksen kanssa muodostaa valosähköisen heterorajapinnan, joka tukee ··* 25 elektronivarauksen siirtymistä edullisesti samaan suuntaan kuin primaarinen molekyylinsisäinen varauksensiirto. Orientoituminen Langmuir-kalvoissa johtuu ·** V · kovalenttisesti sitoutuneista hvdrofiilisistä ryhmistä, jotka ovat tarttuneet joko molekyylin ··· ·..♦** donorin päähän tai akseptorin päähän. Tämä lisää mahdollisuuksia orientoida molekyylejä i ; *: *: kuten halutaan.
• * ··· : : 30 ··· : Kuvattu heterorajapinta muodostetaan edullisesti substraatin päälle, esimerkiksi lasin, ·*·.; metallin, keramiikan, polymeerin tai mistä tahansa mekaanisesti sopivasta materiaalista olevan kappaleen päälle. Aurinkokennoihin on edullista, että substraatti on läpinäkyvä, kuten lasi. Yleisesti, jos substraattimateriaali ei ole johtava, täytyy käyttää johtavaa 10 elektrodikerrosta palvelemaan kontaktina varauksensiirtokerrokseen. Mahdollisia johtavia kerroksia sanottua kontaktia varten ovat metallikerrokset, johtavat kerrokset, jotka on tehty sekoitetuista oksideista (erityisesti läpinäkyvät oksidit, kuten indium/tinaoksidi) ja johtavien polymeerien kerrokset (kuten polyaniliini tai polyaniliinin johtavat polyseokset) 5
Seuraavassa kuvataan erilaisia orgaanisten valokennojen molekyylikerroksia ja niiden toimintoja yksityiskohtaisemmin viitaten mukanaoleviin piirustuksiin.
1. Donori-akseptoridyadit 10
On oleellista, että primaarinen elektroninsiirto, joka käynnistää valosähköisen laitteen toiminnan, tapahtuu virran suunnassa valokennossa ja että tämä prosessi on tehokas. Elektroninsiirron tehokkuutta primaarisen akseptorin ja donorin välillä voidaan lisääntyvästi kontrolloida donorin ja akseptorin keskinäisellä jäqestetyllä ja niiden redox-15 potentiaalin erolla. Tutkimalla valoindusoituja elektroninsiirtomekanismeja ja kinetiikkoja useilla fytokloriini-fullereeni- ja porfyriini-fullereenidyadeilla liuoksissa, on ratkaistu mekanismit ja tekijät, jotka kontrolloivat tehokkuutta (N.V. Tkachenko, L. Rantala, A.Y. Tauber, J. Helaja, P.H. Hynninen ja H. Lemmetyinen, Photoinduced Electron Transfer in Phytochlorin-[60]fullerene Dyads, J.Am.Chem.Soc., 121,1999, 3978-9387, Tero J. Kesti, j'.t> 20 Nikolai V. Tkachenko, Visa Vehmanen, Hiroko Yamada, Hiroshi Imahori, Shunichi • * · * * Fukuzumi ja Helge Lemmetyinen. Exciplex intermediates in photoinduced electron * · transfer of porphyrin-fullerene dyads, J.Am.Chem.Soc., 124,2002, 8067-8077).
··* • · * j · Keskinäistä etäisyyttä, järjestelyä ja itseasennusta kontrolloidaan parhaiten, erityisesti 25 kiinteissä rakenteissa, symmetrisillä rakenteilla, jotka sisältävät kaksi linkkeriä akseptorin ja donorin välissä.
·»· • · · » · * #·»
Kuvio 1 esittää esimerkkinä dyadien kolme keksinnön mukaista suoritusmuotoa, jotka :V; käsittävät elektronidonoriyksikön, porfyriiniä ja elektroniakseptoriyksikön, fullereenia.
• · 30 Tässä käytettyjen dyadien synteesimenetelmät kuvataan yksityiskohtaisesti julkaisussa j .·. Efimov, A.; Vainiotalo, P.; Tkachenko, N.V.; Lemmetyinen, H. Journal of Porphyrins and ••S · .‘. j Phthalocyanides, 2003, 7(9),610-616. Synteesi voidaan suorittaa yksinkertaisesti • * muutamassa vaiheessa: ensiksi porfyriinimakromolekyylin kondensaatio. Sen jälkeen tarvittavat funktionaaliset ryhmät liitetään tetrafenyyliporfyriiniin, jotta mahdollistetaan 11 liittyminen fullereeniosaan. Lopuksi fullereeni liitetään käyttämällä modifioitua Bingel-reaktiota. Porfyriini- ja fullereeniyksiköt toisiinsa liittävät molekyyliketjut käsittävät ketjuja, joilla on 4-10, edullisesti 4-6 atomia donori- ja akseptoriosien välissä.
5 Linkkerien hiilivetyketjuilla voi valinnanvaraisesti olla epäsäännöllisyyksiä ketjussa. Sellaiset epäsäännöllisyydet voivat käsittää heteroatomeja tai kaksoissidoksia. Heteroatomit valitaan edullisesti hapesta, rikistä ja typestä. Hiilivetyketjut ovat edullisesti lineaarisia ja ne voivat sisältää substituenttiryhmiä, kuten hydroksyyli-, karboksi-, oksi-, nitro-, amidi-, tio-ja imidiryhmiä.
10
Olisi edullista olla tasaisia hiilivetyketjuja yhdistävinä siltoina porfyriini-ja fullereeniosien välissä. Mutta on paljon helpompi tehtävä muodostaa linkkerit sellaisista funktionaalisista ryhmistä kuin hydroksyyli- ja karboksyyliryhmät. Siten, sen sijaan, että olisi CH-ketju, saadaan esteri- tai eetteriryhmien ketju yhdistäviksi ketjuiksi.
15
Vektoriaalisia elektroninsiirtoreaktioita dyadeissa on tutkittu yksityiskohtaisesti erilaisissa liuoksissa käyttämällä femtosekuntispektroskooppisia menetelmiä. On havaittu, että reaktiot tapahtuvat useassa vaiheessa, viz: ;·, 20 LPorfyriinin eksitaatio: PF + hu-> P1F nopeus:/^ • 2# 2,Molekyylinsisäisen eksimerin muodostuminen: P1F -> (PF)2 nopeus: kpx * · · • · .
,···. 3.Molekyylinsisäinen elektroninsiirto: (PF)1 -> Pr nopeus: kx, • « ··· + 4.Ionien rekombinaatio: P F" -> PF nopeus: hg • · · «··« ;3. 25 Määritetyt nopeusvakiot yhdisteelle DHD6ee esitetään taulukossa 1 (Vladimir Chucharev, • · 1
Nikolai V. Tkachenko, Aleksander Efimov, Dirk M. Guldi, Andreas Hirsch, Michael
Scheloske ja Helge Lemmetyinen, Tuning the ground and excited states interchromophore : interactions on porphyrin-fullerene-7i-stacks, J.Phys. ChenuA, 2004 (painossa) j a . . . osoittavat, että prosessit ovat äärimmäisen nopeita. Kvanttisaannon muodostumisen • · .3. 30 varauksensiirtotilalle, P+F', arvioitiin olevan lähellä yksikköä, mutta varauksen • » φ . rekombinaatio tapahtui siis vähemmässä kuin pikosekunnissa.
• · · IM · · 2
I · I • M
3 • · 12
Taulukko 1:
Yhdiste ja ympäristö kpj lOV1 kylOV* ky lOV1 DHD6ee lOOOÖ 1ÖÖ 2^6 polaarisessa liuoksessa DHD6ee 6000 - - polaarittomassa liuoksessa
ZnDHDöee 23000 "T7Ö 16 polaarisessa liuoksessa
ZnDHDöee 1ÖÖÖÖ ~ ” polaarittomassa liuoksessa
Yllä käytettiin fullereenia (Cöo)· Täydellisyyden vuoksi olisi osoitettava, että on myös mahdollista käyttää Cöo johdannaisia, jotka sisältävät erilaisia substituenttiryhmiä sekä 5 koko sarjaa fullereeneja C40-C100.
•**t> Valoa absorboiva elektronidonoriosa on edullisesti porfyriiniyksikkö tai ftalosyanidi- :*·*: yksikkö, so. yhdisteet, jotka käsittävät tetrapyrrolijäännöksiä.
• · ··· • * * · • · · *:**: 10 Porfyriinien ja ftalosyanidien Mn, Co, Ni, Cu, Zn ja Fe analogit kuuluvat myös keksintöön.
• · · • · ·· Φ * · ί,.,ί 2, Dyadien Langmuir-Blodgett-kalvot «·« *.· · Yllä kuvattua ja liuoksissa esiteltyä vektoriaalista elektroninsiirtoa hyödynnettiin kiinteissä ··· 15 rakenteissa käyttämällä polaarisia päitä sisältäviä molekyylejä, jotka ovat oleellisia : V: kiinteän kalvon valmistuksessa, joko dyadin porfyriini- tai fullereenipäähän (Kuvio 1).
··· • · • · ··· : Kahden polaarisen hännän johdosta hydroksietoksiryhmät porfyriinipäässä (DHD6ee:lle) «·· ♦ ja hydroksipropyylikarboksylaattiryhmät fiillereenipäässä (TBD6he:lle ja TBD4he:lle), • · 20 dyadiyhdisteet muodostavat korkealaatuisia Langmuir-kalvoja (Kuvio 2), jotka voidaan muodostaa kiinteän substraatin päälle, esim. lasille, joka on peitetty ITO-elektrodilla 13 (Kuvio 3 ja Kuvio 4). Polaariset päät orientoivat hydrofobiset donori- ja akseptorimolekyylit kuten halutaan. Tulokseksi saadaan orientoidut Langmuir-kalvot.
Polaariset päät käsittävät edullisesti ryhmiä, jotka sisältävät elektronegatiivisia atomeja, 5 kuten happea tai typpeä. Esimerkkejä polaarisista ryhmistä ovat hydroksyyliryhmät, karboksyylihapot, amiiniryhmät jne. Polaarittomia (hydrofobisia) pääteryhmiä ovat tyypillisesti hiilivetyketjut, kuten lineaariset ja haaroittuneet alkyyliryhmät. Kun yhden dyadin polaarinen sivu kiinnitetään toisen polaarittomaan päähän, molekyylit ja dyadit järjestäytyvät pinomalliin.
10
Donori-akseptorimolekyylien muodostumistekniikan pitäisi sallia molekyylien anisotrooppinen orientointi niin, että ne aikaansaavat valoindusoidun elektroninsiirron donoriosan suunnasta akseptoriosaan. Silloin valojännitteen heterorajapinta tukee elektronivarauksen siirtoa samassa suunnassa kuin primaarinen molekyylinsisäinen 15 varauksen siirto.
On erityisen edullista käyttää Langmuir-Blodgett-tekniikkaa orientoimaan donori-akseptorimolekyylejä, kun tapahtuu primaarinen elektroninsiirto.
: ·. 20 Yhden kerroksen paksuus on tyypillisesti noin 2 nm ja koko PV-kennon 6-120 nm.
• ·· • · • « · • · · • · . * · ·, 3, Fotojännitteen mittaukset erityyppisille kalvoille t · * 9 9 · ·{· Yksikerroksisten dyadien ja erilaisten monikerrosrakenteiden fotojännitemittauksia ·«·· • * * *: 25 mitattiin käyttämällä menetelmää Time Resolved Maxwell Displacement Charge Method # « (TRMDCM), joka kuvataan Kuviossa 5 (Ikonen, M., Sharanov, A., Tkachenko, N., :i: Lemmetyinen, H., Adv.Mater.Opt.Electron., 1993, 2, 211.
• · · • · • · • · · .*.*· Kuviossa 5 viitenumero 10 tarkoittaa lasisubstraattia, 12 anodia (ITO-elektrodia), 14 ja 18 • m .***. 30 viittaavat ODA-kerroksiin, 16 aktiivisten materiaalien kerrokseen ja 20 katodiin (AI- • · · . elektrodiin).
• · · ··· · • · 9 9 9 • ·« • 9
Fotojännitteen vastineamplitudit mitattiin eksitaatioenergiatiheyden funktiona. Kokeet suoritettiin käyttämällä InGa nestemäisen metalliseoksen upotuselektrodeja tai AI- 14 elektrodeja. Asettelut kalvoille, jotka kaikki valmistettiin käyttämällä Langmuir-Blodgett-tekniikkaa, esitetään Kuviossa 6. TRMDCM-menetelmää voidaan käyttää vektoriaalisen elektroninsiirron nopeaan määrittämiseen erityyppisille molekyylikalvoille välttäen suoraa kontaktia kiinteiden elektrodien ja valo- ja sähköaktiivisten materiaalien välillä.
5
Kuviossa 6 viitenumero 22 edustaa anodia (ITO), 24 ja 28 edustavat eristyskerroksia ja 26 aktiivisia kerroksia. Viitenumero 30 edustaa katodia.
3.1. Fotojännitesignaalit dyadikalvoille. Kaikki dyadimolekyylit osoittivat 10 valovastinesignaalia, jolla oli polaarisuus, joka oli riippuvainen muodostumissuunnasta, mikä osoitti, että vektoriaalista elektroninsiirtoa tapahtui kalvoissa (Kuvio 7). On oleellista huomata, että signaaleilla (jotka eivät ole yksinkertaisen eksponentiaalisia) on puoliintumisajat suuruusluokaltaan kymmeniä mikrosekunteja, jolloin liuoksissa tapahtuu varauksen rekombinaatio ajassa alle 100 pikosekuntia. Tämä varauksensiirtotilan 15 lisääntynyt elinaika, joka tapahtuu jo puhtaissa dyadikalvoissa, indikoi, että elektroniaukkoparit kalvoissa ovat erillisiä, ominaisuus, joka on välttämätön valokennolle.
3.2. PVT-oligomeerikalvotja energiansiirto dyadeihin. Primaarinen elektronieksitaatio voidaan aikaansaada, donoriosan eksitaation lisäksi dyadissa, säteilyttämällä tiettyä valoa ;·. 20 absorboivaa kerrosta, joka on muodostettu donoriosan viereen. Tämän kerroksen • ♦♦ eksitaation jälkeen eksitaatioenergia siirretään donoriosaan dyadissa, joka täten eksitoituu. Käyttämällä sopivaa molekyylimateriaalia absorptiokerroksen valmistamiseen, absorption ··· ·.··; spektrialuetta laajennetään, siten parantaen valokennon kokonaistehokkuutta.
··· ···· :***: 25 Syntetisoitiin sarja PVT-oligomeereja (Kuvio 8) ja tutkittiin niiden valosähköisiä ·«« ominaisuuksia (Kuvio 8a ja Kuvio 9). Kun näytteet muodostettiin Langmuir-Blodgett- iT: tekniikkaa käyttämällä lasin päälle, joka oli peitetty puoliläpäisevällä ITO-puolijohteella, • · · ( ja tutkittiin TRMDC-menetelmällä, ne osoittivat negatiivista valosähköistä signaalia riippumatta muodostuksen suunnasta, mikä indikoi, että elektroninsiirron suunta oli Φ · .***. 30 ITO:sta Al-elektrodiin (Kuvio 9). Tästä oligomeerien orientoitumisesta johtuen voidaan ··» . ‘.t käyttää myös muita kalvonvalmistustekniikoita kuin Langmuir-Blodgett-tekniikka.
• · · .·, ; Esimerkkejä sellaisista tekniikoista ovat: vakuumikasvatus, spin-päällystys, orgaaninen • ·· • · kaasufaasikasvatus, inkjet-painatus ja muut alalla tunnetut menetelmät.
15
Kun dyadikalvo muodostettiin PVT3-kalvolle ja tutkittiin fluoresenssiominaisuuksia, tulokset osoittivat, että PVT3 siirtää valon absorption jälkeen eksitaatioenergiaa por-fyriiniosaan dyadissa. Tämä voidaan nähdä helposti vertaamalla absorptio- ja eksitaatio-spektrejä (kun tarkastellaan porfyriinin emission allonpituudella) kolmesta eri systeemistä, 5 nimittäin PVT3, dyadi DHD6ee ja PVT3 + DHD6ee, kuten esitetään Kuviossa 10.
Energiansiirron vaikutusta PVT3:sta porfyriiniin voidaan tutkia, kun kalvon rakennetta ITO/PVT3/DHD6ee/Al tutkittiin. Verrattuna systeemiin ITO/DHD6ee/Al signaalin intensiteetti nousi arviolta 40-kertaiseksi (Kuvio 11).
10 3.3. Valosähköisyys PVT3-PHT-kalvoissa. Monia p-tyyppisiä orgaanisia puolijohteita voidaan käyttää aukonsiirtomateriaaleina. Riippuen tarkoituksesta ja kerroksen valmistusmenetelmästä seuraavat polymeeriset yhdisteet ja niiden alkyylijohdannaiset ovat sopivia esilläolevaan käyttöön: polyasetyleenit, polyparafenyleenit, polypyrrolit, 15 polytiofeenit, polyparafenyylivinyleenit, polykabatsolit, polyheptadiyynit, polykinoliinit ja polyaniliinit. Pohjimmiltaan myös muita aukonsiirtomateriaaleja voidaan käyttää, mukaan lukien aromaattiset tertiääriset amiiniyhdisteet, kuten N,N'-bis(3-metyylifenyyli)-N,N'-bisfenyylibentsidiini (TPD) ja N,N'-di(naftalenyyli-l)-N,N'-difenyylibentsidiini (NPD), hydratsoniyhdisteet, kinakridoniyhdisteet ja styryyliamiiniyhdisteet.
:·. 20 φ φ « φ . ·. ·, Spin-päällystys on sopiva useimmissa tapauksissa, mutta Langmuir-Blodgett-tekniikkaa φ φ .··*. voidaan käyttää vain yhdisteille, jotka sisältävät alkyyliketjuja, jotka ovat tarpeeksi pitkiä.
φ φ φ ....J Esilläolevassa tapauksessa käytetään polyheksyylitiofeenia, PHT (Kuvio 12), ··· pohjamateriaalina, koska se voi muodostaa suhteellisen hyvänlaatuisia Langmuir-Blodgett- φφ·φ :***: 25 kalvoja. Valosähköisiä signaaleja kahdentyyppisille PHT-PVT3-kalvoille tarkasteltiin, φφφ jotta tutkittiin elektroninsiirtoa p-tyyppisestä puolijohteesta PVT3:een. Rakennettiin sT: kaivorakenteet ITO/PVT3/PHT/A1 ja ITO/PHT/PVT3/A1. Edellisessä tapauksessa saatiin φ φ φ ittti positiivisia ja jälkimmäisessä tapauksessa negatiivisia signaaleja (Kuvio 13) indikoiden φ . molemmissa tapauksissa varauksensiirtoa PHT:stä PVT:iin, mikä voisi toimia n-tyyppisenä Φ t ·***· 30 puolijohteena.
• φ φ # φ · Φφφ ΦΦΦ ΦΦΦ φ : 3.4. Valosähköisyys PHT-dyadikalvoissa. Primäärisen elektroninsiirron hyödyntämiseksi φ ΦΦ φ Φ dyadimolekyylissä positiiviset ja negatiiviset varaukset täytyy erottaa toisistaan. Tämä voidaan aikaansaada sekundäärisellä elektroninsiirrolla sekundäärisestä elektronidonorista 16 porfyriinikationiradikaaliin, joka on muodostunut primaarisessa dyadin elektroninsiirrossa. Myös elektroninsiirron fullereenianionista sekundääriseen elektroniakseptoriin täytyy tapahtua ennen CS-tilan rekombinaatiota dyadin monokerroksessa.
5 Dyadimolekyylien nopeaa vastaelektroninsiirtoa tai varauksen rekombinaatiota voidaan lykätä tai jopa välttää triadisysteemeissä, joissa primaarinen donori irrottaa elektronin akseptoriin ja vastaanottaa toisen sen vieressä olevasta sekundäärisestä donorista. Tämän tyypin yksinkertaisin ratkaisu on puolijohtava konjugoitu PHT-polymeerikalvo, jonka päälle dyadikerros on muodostettu käyttämällä Langmuir-Blodgett-tekniikkaa. Siten 10 rakenne, joka sisältää ITO/PHT/dyadi/Al aikaansaadaan PHT:n viereisellä porfyriiniosalla. Vektoriaalinen (anisotrooppinen) elektroninsiirto luodaan tällaisille kasvatetuilla kalvoilla, jotka on kasvatettu elektrodien väliin.
PHT-kerroksen pääasialliset vaikutukset voidaan nähdä Kuviossa 14. PHT-kerros aiheuttaa 15 lähes 4-kertaisen lisäyksen vasteamplitudiin (Kuvio 14 vasemmalla). Lisäksi CS-tila elää kauemmin (Kuvio 14 oikealla). Koska fotojännitteen vastesignaalin amplitudi on suhteessa varauksen korvauksen etäisyyteen kohtisuorassa elektroditasoon, korkeampi signaali indikoi, että CS-tilalla on pidempi varauksen erotus. Kauemmin elävä vastesignaali on indikaattori pidempään etäisyyteen yhdistävien varausten välissä, so. elektroni ;·. 20 fullereenissa ja positiivinen aukko PHT-kerroksessa. Siten primaarinen varauksen • * . *. *. erottaminen DHD6ee dyadissa laaj ennettiin sekundäärisellä elektroninsiirrolla • · ;***. polyheksyylitiofeenikalvosta porfyriinikationiradikaaliin.
• * • * · Fotojänniteamplitudien intensiteetit paranivat jopa edelleen käytettäessä Zn-porfyriiniosia 25 dyadeissa. Siten, kun signaalien intensiteetit mitattiin eksigaatiovalon tiheyksien funktiona kennosysteemeille ITO/PHT/DHD6ee/Al ja ITO/PHT/ZnDHD6ee/Al, intensiteetit
• M
V ! lisääntyivät noin tekijällä neljä, kun käytettiin Zn-johdannaisia dyadeissa, kuten voidaan nähdä jännite-eksitaation tiheyslinjojen kaltevuuksista (Kuvio 15).
« • · • · · • * · • * 30 3.5. Valo sähkö PHT-PVT3-dyadikalvoissa. Lopuksi verrataan erityyppisten ; .·. kennorakenteiden signaalien intensiteettejä siihen, mikä saadaan sekvenssillä • · · ITO/PHT/PVT3/DHD6ee/Al. Tulos esitetään Kuviossa 16, jossa esitetään lisääntyvät • · negatiiviset kaltevuudet jännite-eksitaatio tiheyslinjoille systeemeille ITO/ZnDHD6ee/Al, 17 ITO/40 mol-%PVT3/ZnDHD6ee/Al, ΙΤΟ/60 mol-%PHT/ZnDHD6ee/Al, ja ITO/PHT/IOO mol-%PVT3/ZnDHD6ee/Al.
5 Eri kennosysteemien kaltevuudet esitetään taulukossa 2, yhdessä arvioitujen fotojännitekvanttitehokkuuksien kanssa.
Taulukko 2.
näyte kaltevuus QY
ZnDHD6ee -5,556 0,0034 PHT- ZnDHD6ee -4,11 0,017 PVT3- ZnDHD6ee -14,5 0,025 PHT-PVT3- ZnDHDöee -24,9 0,029 10 3.6. Elektroninsiirtokerroksen (ETL) funktio. Aktiiviset orgaaniset kerrokset, jotka suorittavat valoindusoidun elektroninsiirron aukonsiirtokerroksesta (HTL) PV-kennon uloimpaan fullereenikalvoon, päällystetään lopuksi elektroninsiirtokerrokselle (ETL) elektronien kuljettamiseksi katodiin. ETL-kerroksena on monikerroksinen poly(p-fenyleeni-2,3'-bis(3,2'-difenyyli)-kinoksaliini-7-7'-diyyli) (PPG, Kuvio 12). tai johtavat Γ. 15 kullan nanopartikkelikerrokset.
• • · * • « • · ·***· Lyhenteet ··» • * • ;· Esilläolevassa selityksessä ja vaatimuksissa käytetään seuraavia lyhenteitä: ·«· _rt : : 20 ··· DHD6ee: dihydroksyyliporfyriini, joka on kaksoiskytketty (6 atomia sillassa) ··· V * fullereenietyyliesteriin
• M
·...' ZnDHD6ee: DHD6ee:n sinkkikompleksi : V: TBD6he: ditert-butyyliporfyriini, joka on kaksoiskytketty (6 atomia sillassa) 25 fullereenihydroksyyliesteriin : .·. TBD4he: ditert-butyyliporfyriini, joka on kaksoiskytketty (4 atomia sillassa) fullereenihydroksyyliesteriin • * ODA: n-oktaalidekyyliamiini TRMDCM: Time Resolved Maxwell Displacement Charge Method 18 ITO: indiumtinaoksidi ΡΗΤ: polyheksyylitiofeeni (poly-(3-heksyylitiofeeni-2,5-diyyli) PVT: fenyylivinyylitiofeeni PVT3: fenyylivinyylitritiofeeni 5 PPQ: poly(p-fenyleeni-2,3 '-bis(3,2 '-difenyyli)-kinoksaliini-7-7 '-diyyli)
ESIMERKIT
Tässä kuvataan todellisia laitteita keksintöä varten. Laitteilla, joilla on erilaiset 10 konfiguraatiot (Kuviot 17-20), on erilaiset aktiivisten kerrosten sekvenssit. Kunkin esimerkin valmistelut kuvataan alla olevissa esimerkeissä.
Esimerkki 1 15 Kuviossa 17 esitetty valosähköinen laite valmistettiin seuraavalla tavalla:
Ensiksi, lasisubstraatti (ei esitetty piirustuksissa), joka on esipäällystetty indium/tinaoksidilla (ITO) 32 tai vastaavalla valoa läpäisevällä johtavalla oksidilla, puhdistettiin upottamalla se puhdistusliuoksiin (ensin asetoniin ja sitten kloroformiin).
;·. 20 Juuri ennen käyttöä substraatti plasmaetsattiin typpiatmosfäärissä. Substraatin koko oli 12
x 35 x 1 mm. Langmuir-Blodgett(LB)-tekniikkaa varten käytettiin 0,6 mM
• · . * * *. fosfaattipuskuria alafaasina lämpötilassa 20 °C.
··· • ♦ ··· Seuraavaksi aukonsiirtokerros (HTL) 34 muodostettiin puhtaan substraatin päälle LB- »·«· : * * *: 25 tekniikalla tai spin-päällystysmenetelmällä. Esimerkissä käytettiin p-tyypin puolijohdetta, regioregulaaria poly(3-heksyylitiofeeni-2,5-diyyliä) (ΡΗΤ). PHT monikerros-LB-kalvo : : : valmistettiin polymeerin ja matriisin, n-oktadekyyliamiinin (ODA), seoksesta • · · !...· moolisuhteissa 6:4 per PHT monomeeriyksikkkö 100 mol-% PHT kohti. Vesipinnan päälle levittämistä varten, molekyylit liuotettiin kloroformiin, jolloin kokonaispitoisuus oli 0,8 • · ·***· 30 mM (ODA ja PHT-monomeeriyksikkö). LB-kerrostus tehtiin pintapaineella 20 mN m'1 ·♦* • *·. substraatin dippausnopeudella 7 ja 4 mm min'1 ilma veteen ja vesi ilmaan kerrostamisella, • ♦ · ··♦ · .·. : vastaavasti. LB-kasvatus aloitettiin puhtaalle substraatille vedestä ilmaan suunnassa.
• M • ·
Kuivatusaika ensimmäiselle LB-kerrokselle oli 40 min ja seuraaville kerroksille 15 min.
19
Spin-päällystys tehtiin klorobentseeniliuoksesta PHT-pitoisuudella 5 mg/ml pyörimisnopeudella 1500 rpm.
Seuraavaksi valmistettiin valoa absorboiva kerros (LAP) 36, esimerkiksi PVT3:sta. PVT3-5 kerros valmistettiin LB-tekniikalla. Levitettävä liuos tehtiin kloroformista, jolla oli kokonaispitoisuus 0,6 mM, moolisuhteet7:3 PVT3:ODA suhde 100 mol-% PVT3. PVT3 kertymä tehtiin pintapaineella 20 mN m'1 pintadippausnopeudella 5 mm min"1 kumpaankin kertymäsuuntaan. Kuivatusaika PVT3-kerrosten välillä oli 15 min.
10 Sen jälkeen porfyriini-fullereeni dyadikerros 38 muodostettiin LB-tekniikalla. Käytetyt dyadit olivat esimerkiksi DHD6ee, TBD4he ja TBD6he ja niiden metalloporfyriinianalogit. Dyadin muodosti porfyriiniannos 40 ja fullereeniyhdiste 42. Minkä tahansa dyadin ODA matriisi oli 20 mol-%. Dyadin LB-kasvatus tehtiin pintapaineella 15 nM m'1 kasvatusnopeudella 5 mm min"1 kaikille dyadeille molempiin suuntiin.DHD6ee tai sen 15- metalloanalogeja käytettiin Kuviossa 17 esitettyyn laitteeseen.
Seuraavassa vaiheessa valmistettiin elektroninsiirtokerros (ETL) 44. Tämä kerros voi käsittää monikerroksen poly(p-fenyleeni-2,3 '-bis(3,2 '-difenyyli)kinoksaliini-7-7 '-diyyliä) (PPQ) tai johtavia kullan nanohiukkasia. PPQ-kerros muodostettiin Langmuir-Schäffer ϊ·. 20 (LS)-menetelmän avulla 100 % PPQ pintakalvosta ilma-vesi vuorovaikutuksessa käyttämällä pintapainetta 5 mN m'1. Monikerroksinen kullan nanopartikkelien kerros • · • * * *. valmistettiin myös LS-menetelmällä. Kasvatus suoritettiin pintapaineessa 20 mN m'1.
··· •: · ·« Kuivatusaika LS-kerrosten välillä oli 15 min.
···· : * * *; 25 Lopuksi katodi 46 haihdutettiin monikerrosrakenteen huipulle. Alumiinin lämpöhaihdutus tehtiin korkeassa vakuumissa (p < 105 millibaaria) peiteyille näytteille. Haihdutusnopeus :T: oli 0,1-0,3 nm s'1 ja lopullisen elektrodin paksuus oli 50-60 nm. Päällekkäinen alue katodin ja anodin välillä oli 2 x 2 mm.
• · • · · • · · • · .***. 30 Esimerkki 2 ··· ♦ • » • » · • · · 7 | Kuviossa 18 esitetty valosähköinen laite valmistettiin seuraavalla tavalla: • ·· • · 20
Ensiksi, substraatti, jossa on anodi 50, puhdistettiin esimerkissä 1 kuvatulla tavalla. Sen jälkeen valmistettiin kerrokset HTL 52 ja LAP 54, ilmoitetussa jäijestyksessä, kuten kuvataan esimerkissä 1. Seuraavaksi valmistettiin monikerrosdyadikerrokset 56,56'ja 56” LB-tekniikalla käyttämällä esimerkissä 1 mainittuja parametrejä. Vaihtoehtoinen 5 dyadimonikerros (2-10 kerrosta) sisälsi DHD6ee ja TBD6he (tai niiden metalloanalogeja) ja sillä oli sekvenssi: porfyriini 58 - fullereeni 60 - porfyriini 58' - fullereeni 60' -porfyriini 58” - fullereeni 60”.
Sen jälkeen valmistettiin ETL-kerros 62, kuten esimerkissä 1. Ja lopuksi haihdutettiin ja 10 kerrostettiin alumiinikatodi 64, kuten esimerkissä 1.
Esimerkki 3
Kuviossa 19 esitetty valosähköinen laite valmistettiin seuraavalla tavalla: 15
Ensiksi, substraatti, jossa on anodi 70, puhdistettiin esimerkissä 1 kuvatulla tavalla. Sen jälkeen valmistettiin kerros HTL 72, kuten kuvataan esimerkissä 1. Seuraavassa vaiheessa kerrostettiin valoa absorboivan oligomeerin tai polymeerin yksi kerros (LAP) 74, kuten esimerkissä 1.
:·. 20 • ♦·
Sen jälkeen muodostettiin DHD6ee (tai sen analogien) yksikerrosdyadi 76, 78, 80, kuten • · .**·. esimerkissä 1.
• « ·«« # • t ··· Seuraavaksi toistettiin LAP-kerroksen 82 ja dyadikerrosten 84, 86, 88 valmistelut, jotta • · «« : 1 1 1: 25 aikaansaatiin vaihtoehtoinen monikerroskalvo, joka sisälsi 2-10 LAP-dyadin • · · kaksinkertaisia kerroksia.
• · · • 1 · • t • · · i><#i Seuraavaksi valmistettiin ETL-kerros 90, kuten esimerkissä 1. Ja lopuksi haihdutettiin katodi 92 laitteen päälle, kuten esimerkissä 1.
30 ··· . 1. Esimerkki 4 • · · i · t ··· · · • · 1 #1 1·
Kuviossa 20 esitetty valosähköinen laite valmistettiin seuraavalla tavalla: 21
Ensiksi tehtiin valmiiksi anodin sisältävä substraatti 100 laitteen valmistusta varten, kuten kuvataan esimerkissä 1. Sen jälkeen HTL-kerros 102 muodostettiin substraatille, kuten esimerkissä 1. Seuraavissa vaiheissa valmistettiin LAP-kerros 104 , kuten esimerkissä 1 ja yksikerroksinen DHDöee (tai sen analogit) 106, 108, 110 valmistettiin, kuten esimerkissä 5 1.
Seuraavaksi toistettiin HTL 112, LAP 114 ja yksikerroksisten dyadien 116,118, 120 valmistelut, jotta aikaansaatiin 2-10 HTL - LAP - dyadi kolmikerrokset. Tässä monikerroskalvossa kaikki kerrokset valmistettiin LB-tekniikalla.
10
Seuraavaksi valmistettiin ETL-kerros 122, kuten esimerkissä 1. Ja lopuksi haihdutettiin katodi 124 laitteen päälle, kuten esimerkissä 1.
* a • ·
• M
•
• I
• » I « · « • · a a • a a ·
«M
a • a a • •a a • •aa «a· • a • a • a a • a a a a a a a a • a a a • a a t a a a a a a a · a • a · * a * aa • a a a * a a a • a • a a a a · a·· a a a a · a a ·β a ·
Claims (29)
1. Valosähköinen laite, joka käsittää - anodin (32; 50; 70; 100), 5. katodin (46; 64; 92; 124), joka on sijoitettu etäisyyden päähän anodista, ja - ainakin yhden osakennon, joka on sijoitettu anodin ja katodin välille ja joka käsittää varauksensiirtodyadin (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116), jossa on valoa absorboiva elektronidonoriosa (40; 58,58’, 58”; 78, 86; 108,118) ja elektroniakseptoriosa (42; 60, 60’, 60”; 80, 88; 110,120), 10 tunnettu siitä,että - elektronidonori-ja elektroniakseptoriosat (40,42; 58,58’, 58”, 60,60’, 60”; 78, 86, 80, 88; 108, 118,110,120) ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa jäykällä rakenteella ja siten orientoituneet, että kukin osakenno kykenee suorittamaan valolla indusoidun vektoriaalisen primaarielektroninsiirron donori- ja 15 akseptoriosien välillä anodista (32; 50; 70; 100) katodiin (46; 64; 92; 124) päin, joka suunta on kennon luonnollisen toiminnan suunta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa absorboiva elektronidonoriosa (40; 58, 58’, 58”; 78, 86; 108,118) ja elektroniakseptoriosa 20 (42; 60,60’, 60”; 80,88; 110,120) ovat sitoutuneet toisiinsa kovalenttisesti ainakin kahden : V: kemiallisen linkkerin välityksellä, jotka linkkerit ovat kovalenttisesti sitoutuneet sekä valoa • · · absorboivaan elektronidonoriosaan että elektroniakseptonosaan. • ·
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa ··· 25 absorboiva elektronidonoriosa (40; 58,58’, 58”; 78,86; 108,118) käsittää porfyriini- tai ftalosyaniinyksikön.
·· • · · • · · • · · '··.* 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että SeSti elektroniakseptoriosa (42; 60, 60’, 60”; 80, 88; 110,120) käsittää fullereeniyhdisteen tai III 30 sen johdannaisen. • · I a I • ft * ft ft ft
· ·*·,· 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että » · varauksensiirtodyadi (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116) käsittää fullereeniyhdisteen, joka on kovalenttisesti sitoutunut porfyriiniin tai ftalosyaniiniin tai näiden johdannaisiin ainakin kahden linkkerin välityksellä, jotka linkkerit esim. ovat 4-10 atomia sisältäviä molekyyliketjuja elektronidonorin ja -akseptorin välissä.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että joko valoabsorboivan elektroniosan (40; 58, 58’, 58”; 78,86; 108,118) pää tai elektroniakseptorin (42; 60, 60’, 60”; 80, 88; 110,120) pää on varustettu polaarisella hännällä ja toinen osa polaarittomalla hännällä molekyylien orientoimiseksi kerrosten muodostamisen yhteydessä. 10
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että varauksensiirtodyadi (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116) käsittää yhdisteet DHD6ee, TBD6he, TBD4he tai näiden Mn-, Co-, Ni-, Cu-, Zn- tai Fe-analogit.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että varauksensiirtodyadi (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116) käsittää orientoituja Langmuir-Blodgett-kalvoja.
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, "... 20 että varauksensiirtodyadin donoriosan (40; 58,58’, 58”; 78,86; 108,118) viereen on **·*· jäljestetty valoa absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerros (36; 54; 74; 82; 104, • · :' “: 114) aurinkokennon muodostamiseksi. ·«· • » *l·
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa *··# 1*1 ..... 25 absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerros (36; 54; 74; 82; 104,114) kykenee siirtämään viritysenergiaa varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosiin (40; 58,58’, 58”; 78, • · * V * 86; 108,118) näiden sähköiseksi virittämiseksi. • · · t · • · **# ; V:
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa • t 30 absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP) -kerros (36; 54; 74; 82; 104,114) on PVT1, : !·. PVT2, PVT3 tai PVTP (Fig. 8). ··· · • * • · · • *· • ·
12. Jonkin patenttivaatimuksen 9 — 11 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa absorboivan oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerroksen (36; 54; 74; 82; 104, 114. viereen on järjestetty aukonsiirtokerros (hole transfer layer, HTL) (34; 52; 72; 102, 112), joka sijaitsee tämän ja anodin välissä ja joka kykenee siirtämään elektroneja LAP-kerroksen läpi varauksensiirtodyadin donoriosaan.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että aukonsiirtokerros (HTL) (34; 52; 72; 102,112) muodostuu valoa johtavasta orgaanisesta, puolijohtavasta materiaalista.
14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu 10 siitä, että aukonsiirtokerros (HTL) (52; 72; 102, 112) muodostuu orgaanisesta, puolijohtavasta materiaalista, joka on polyasetyleeni, polyparafenyleeni, polypyrroli, polytiofeeni, polyparafenyyli- vinyleeni, polykarbatsoli, polyheptadiyyni, polykinoliini tai polyaniliini.
15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että anodi (32; 50; 70; 100) käsittää valoa läpäisevän johtavan oksidin.
16. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että varauksensiirtodyadin akseptoriosan viereen on järjestetty elektroninsiirtokerros 20 (electron transfer layer, ETL) (44; 62; 90; 122), joka on sijoitettu akseptoriosan (42; 60, • · · 60’, 60”; 80, 88; 110, 120 ja katodin (46; 64; 92; 124) välille. • · • •f
* · • · ··· ·;··· 17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen valosähköinen laite, tunnettu ··· siitä, että se käsittää 2-19 varauksensiirtodyadin (56, 56’, 56”; 76, 84; 106, 116) *·<· 25 monikalvoa, jotka kaikki dyadit on orientoitu samansuuntaisiksi. ί#ϊ ί
18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa ·*· *,,J absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerros (36; 54; 74; 104) sijaitsee alimman varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosan (40; 58; 78; 108) vieressä. 30
• · ··♦ • *· 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että valoa • · · ··· « ,·. · absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerros (36; 54; 74; 82; 104) on sovitettu • ·* • · siirtämään viritysenergiaa alimman varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosiin (40; 58; 78; 108. näiden sähköiseksi virittämiseksi.
20. Jonkin patenttivaatimuksen 17-19 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että elektroninsiirtokerros (ETL) (44; 62; 90; 122) on jäljestetty ylimmän varauksensiirtodyadi-kalvon akseptoriosan (42; 60”; 88; 120) viereen ja se sijaitsee tämän 5 ja katodin (46; 64; 92; 124) välissä.
21. Jonkin patenttivaatimuksen 1-16 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että se käsittää sarjassa 2-10 monikertaista osakennoa (56, 56’, 56”; 76, 84; 106,116), joista jokainen sisältää varauksensiirtodyadi- kalvon, jotka kaikki on orientoitu 10 samansuuntaisiksi, sekä valoa absorboivan oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerroksen (54; 74; 104; 114) varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosan vieressä.
22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että aukonsiirtokerros (HTL) (34; 52; 72; 102) on jäljestetty alimman valoa absorboivan 15 oligomeeri- tai polymeeri- (LAP) -kerroksen (36; 54; 74; 104) viereen ja se sijaitsee tämän ja anodin välissä, ja anodi (32; 50; 70; 100) on sovitettu siirtämään elektroneja LAP-kerroksen läpi alimman varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosiin (40; 58; 78; 108).
23. Patenttivaatimuksen 21 tai 22 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, että 20 elektroninsiirtokerros (ETL) (44; 62; 90; 122) on jäqestetty ylimmän varauksensiirtodyadi- ·*·*· kerroksen akseptoriosan (42; 60”; 88; 120) viereen ja se sijaitsee tämän ja katodin (46; 64; • · 92; 124) välissä. • •t t
• · *!' 24. Jonkin patenttivaatimuksen 1-16 mukainen valosähköinen laite, tunnettu siitä, ί ]': 25 että se käsittää sarjassa 2-10 monikertaista osakennoa (56, 56’, 56”; 76, 84; 106,116), joista jokainen sisältää varauksensiirtodyadi-kalvon, jotka kaikki on orientoitu • « · V : samansuuntaisiksi, jolloin valoa absorboiva oligomeeri- tai polymeeri- (LAP-) -kerros (54; ··· 74; 104) on jäqestetty varauksensiirtodyadi-kalvon donoriosan (58; 78; 108) viereen ja aukonsiirtokerros (HTL) (52; 72; 102) on jäqestetty valoa absorboivan oligomeeri- tai • · 30 polymeeri- (LAP-) -kerroksen viereen ja näistä kerroksista alin (52; 72; 102) on sijoitettu : ,·. tämän ja anodin (50; 70; 100) väliin. ··· · • ♦ • · · • ·· • ·
25. Menetelmä valosähköisen laitteen valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan - muodostetaan ensimmäinen elektrodikerros (32; 50; 70; 100), - muodostetaan toinen elektrodikerros (46; 64; 92; 124), joka sijaitsee välimatkan päässä ensimmäisestä elektrodikerroksesta, ja - tuotetaan varauksensiirtodyadi (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116) anodin ja katodin välille, jolloin varauksensiirtodyadi käsittää valoa absorboivan 5 elektronidonoriosan (40; 58,58’, 58”; 78, 86; 108,118) ja elektroniakseptoriosan (42; 60,60’, 60”; 80, 88; 110, 120), tunnettu siitä, että - varauksensiirtodyadi muodostetaan elektronidonoriosasta ja elektroniakseptoriosasta (40, 42; 58, 58’, 58”, 60, 60’, 60”; 78, 86, 80, 88; 108, 10 118,110,120), jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa jäykällä rakenteella ja jotka ovat siten suunnatut, että kukin osakenno kykenee suorittamaan vektoriaalisen fotoindusoidun primaarielektroninsiirron donori- ja akseptoriosien välillä anodista (32; 50; 70; 100) katodiin (46; 64; 92; 124) päin, mikä on kennon luonnollinen funktionaalinen suunta. 15
26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että a) saadaan aikaan substraatti, b) substraatin päälle muodostetaan ensimmäinen elektrodikerros (32; 50; 70; 100), c) muodostetaan aukonsiirtokerros (34; 52; 72; 102), 20 d) muodostetaan valoa absorboiva kerros (36; 54; 74; 82; 104), • | e) muodostetaan valoa absorboivan kerroksen päälle varauksia siirtävä dyadikerros (38; 56; 76; 106) käyttämällä Langmuir-Blodgett-tekniikkaa, 9 f) valinnanvaraisesti toistetaan e-vaihe tai toistetaan d- ja e-vaiheet tai toistetaan ...T vaiheet c:stä e:hen useamman varauksensiirtodyadikerroksen (56’, 56”; 84; 116) ·*** *.®.* 25 aikaansaamiseksi, jotka kerrokset valinnanvaraisesti on muodostettu aukonsiirtokerroksen (-kerrosten) ja valoa absorboivan kerroksen (absorboivien *·· ' • · · *·* * kerrosten) päälle, • · ·“* g) ylimmän varauksensiirtodyadikerroksen päälle muodostetaan elektroninsiirto- \V kerros (44; 62; 90; 122), ja ·*** *...* 30 h) elektroninsiirtokerroksen päälle muodostetaan toinen elektrodikerros (46; 64; 92; : 124). • ♦ • · 9 • 99 • 9
27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aukonsiirtokerros (-kerrokset) (34; 52; 72; 102), valoa absorboiva(t) kerros (kerrokset) (36; 54; 74; 82; 104) ja elektronin siirtokerros (kerrokset) (44; 62; 90; 122) tuotetaan Langmuir-Blodgett-tekniikalla, vakuumikasvatuksella, spin-päällystämisellä, orgaanisella kaasufaarikasvatuksella tai inkjet-painatuksella.
28. Patenttivaatimuksen26 tai27mukainen menetelmä, tunnettu siitä,että varauksensiirtodyadin (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116) muodostama kerros orientoidaan käyttämällä Langmuir-Blodgett-tekniikkaa vektoriaalisen elektroninsiirron aikaansaamiseksi donori- ja akseptoriosien välille anodista (32; 50; 70; 100) katodiin (46; 64; 92; 124) päin. 10
29. Menetelmä sähkön tuottamiseksi valosta, jonka menetelmän mukaan - valo saatetaan kosketuksiin sellaisen valosähköisen laitteen kanssa, joka käsittää ainakin yhden valoa absorboivan kerroksen (54; 74; 82; 104, 114) ja sen vieressä olevan, ainakin yhden osakennon, joka sisältää 15 varauksensiirtodyadin (38; 56, 56’, 56”; 76, 84; 106; 116), jossa on valoa absorboiva elektronidonoriosa (40; 58, 58’, 58”; 78, 86; 108,118) ja elektroniakseptoriosa (42; 60,60’, 60”; 80,88; 110,120), tunnettu siitä, että - käytetään valoa abosorboivaa elektronidonoriosaa (40; 58,58’, 58”; 78, 86; j\. 20 108,118) ja elektroniakseptoriosaa (42; 60, 60’, 60”; 80,88; 110,120), : V: jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa jäykällä rakenteella ja siten suunnattuja, että kukin osakenno kykenee suorittamaan fotoindusoitua *! 1 ’ · vektoriaalista primaarielektronin siirtoa donori- j a akseptoriosien välillä ..1·1 anodista (32; 50; 70; 100) katodiin (46; 64; 92; 124) päin, ja «·· :...· 25 - laitteen tuottama sähkö otetaan talteen. ··« • » · • 1 f ··· • · • · ·#· • · • · « « · · • · ··· * 1 * 1 ··· • 1 • · « • · · • M « · » 1 · • ·1 • ·
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20041087A FI120757B (fi) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno |
| PCT/FI2005/000355 WO2006018475A1 (en) | 2004-08-18 | 2005-08-18 | Photovoltaic cell based on vectorial electron transfer |
| EP05774731A EP1790021A1 (en) | 2004-08-18 | 2005-08-18 | Photovoltaic cell based on vectorial electron transfer |
| US11/660,107 US20080149160A1 (en) | 2004-08-18 | 2005-08-18 | Photovoltaic Cell Based on Vectorial Electron Transfer |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20041087A FI120757B (fi) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno |
| FI20041087 | 2004-08-18 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20041087A0 FI20041087A0 (fi) | 2004-08-18 |
| FI20041087A FI20041087A (fi) | 2006-03-10 |
| FI120757B true FI120757B (fi) | 2010-02-15 |
Family
ID=32922112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20041087A FI120757B (fi) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Vektoriaaliseen elektroninsiirtoon perustuva valosähköinen kenno |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080149160A1 (fi) |
| EP (1) | EP1790021A1 (fi) |
| FI (1) | FI120757B (fi) |
| WO (1) | WO2006018475A1 (fi) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8785624B2 (en) | 2007-06-13 | 2014-07-22 | University Of Southern California | Organic photosensitive optoelectronic devices with nonplanar porphyrins |
| US9006567B2 (en) | 2011-03-03 | 2015-04-14 | Phillips 66 Company | Donor-acceptor DYAD compounds in photovoltaics |
| ITTO20120826A1 (it) * | 2012-09-24 | 2014-03-25 | Fond Istituto Italiano Di Tecnologia | Dispositivo foto-rivelatore molecolare auto-assemblante. |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4360703A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-23 | National Research Council Of Canada | Photovoltaic cell having P-N junction of organic materials |
| US6278055B1 (en) * | 1998-08-19 | 2001-08-21 | The Trustees Of Princeton University | Stacked organic photosensitive optoelectronic devices with an electrically series configuration |
| KR100663052B1 (ko) * | 1999-02-04 | 2007-01-02 | 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. | 플루오렌 공중합체 및 이로부터 제조된 디바이스 |
| JP4445641B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2010-04-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | エネルギードナー化合物・エネルギーアクセプター化合物の混合自己組織化単分子膜を基体表面に形成した光エネルギー移動素子 |
-
2004
- 2004-08-18 FI FI20041087A patent/FI120757B/fi not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-08-18 US US11/660,107 patent/US20080149160A1/en not_active Abandoned
- 2005-08-18 EP EP05774731A patent/EP1790021A1/en not_active Withdrawn
- 2005-08-18 WO PCT/FI2005/000355 patent/WO2006018475A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1790021A1 (en) | 2007-05-30 |
| US20080149160A1 (en) | 2008-06-26 |
| FI20041087A (fi) | 2006-03-10 |
| WO2006018475A1 (en) | 2006-02-23 |
| FI20041087A0 (fi) | 2004-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fang et al. | The functions of fullerenes in hybrid perovskite solar cells | |
| Günes et al. | Conjugated polymer-based organic solar cells | |
| Gledhill et al. | Organic and nano-structured composite photovoltaics: An overview | |
| US8563855B2 (en) | Tandem photovoltaic cell | |
| Bhosale et al. | Supramolecular n/p-heterojunction photosystems with oriented multicolored antiparallel redox gradients (OMARG-SHJs) | |
| Li et al. | Polyphenylene-based materials for organic photovoltaics | |
| Venkataraman et al. | Role of molecular architecture in organic photovoltaic cells | |
| Rand et al. | Solar cells utilizing small molecular weight organic semiconductors | |
| He et al. | Recent advances in polymer solar cells: realization of high device performance by incorporating water/alcohol‐soluble conjugated polymers as electrode buffer layer | |
| Coakley et al. | Conjugated polymer photovoltaic cells | |
| TWI438952B (zh) | 利用極薄感應層之有機光伏打電池 | |
| US9837611B2 (en) | Photo-switchable fullerene-based materials as interfacial layers in organic photovoltaics | |
| Sforazzini et al. | Toward oriented surface architectures with three coaxial charge-transporting pathways | |
| US20080264475A1 (en) | Photoelectric Device with Multilayer Organic Thin Film, Method for Producing the Same and Solar Cell | |
| JP2008536317A (ja) | ポリマー自己組織化による高効率ポリマー太陽電池 | |
| JP5886280B2 (ja) | 有機層を備えた光電子工学部品 | |
| JP5659458B2 (ja) | 有機エレクトロニクス素子、有機光電変換素子、及び有機エレクトロルミネッセンス素子 | |
| Haque et al. | Interface Engineering for Solid‐State Dye‐Sensitized Nanocrystalline Solar Cells: The Use of Ion‐Solvating Hole‐Transporting Polymers | |
| US20110259425A1 (en) | Organic thin film solar cell | |
| US20110253206A1 (en) | Organic solar battery | |
| Li et al. | Enhanced electron extraction capability of polymer solar cells via employing electrostatically self-assembled molecule on cathode interfacial layer | |
| Dyer-Smith et al. | Organic solar cells | |
| US8723026B2 (en) | Parallel coaxial molecular stack arrays | |
| TW201251164A (en) | Organic thin-film solar cell and organic thin-film solar cell module | |
| Tolkki et al. | Directed electron transfer in Langmuir–Schäfer layers of porphyrin–fullerene and phthalocyanine–fullerene dyads in inverted organic solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 120757 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |