JP2014514765A - 太陽電池および光検出器の応用のための光トラップ構造 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図5a
Description
ここで、ffは常に1未満であり、実際の使用ではISCおよびVOCは同時には決して得られない。それにもかかわらず、ffが1に近づくので、装置は直列抵抗または内部抵抗が少なく、それゆえ、最適な状態における負荷に対し、ISCとVOCの積のパーセンテージが大きくなる。Pincが装置上の電力附帯条件であり、装置の電力効率γPは、次の式によって計算できる。
半導体有機材料、たとえば、有機分子結晶(OMC)材料、または、ポリマーにおいて適切なエネルギーの電磁放射が一時のものである場合、励起分子状態を生成するために光子が吸収される。これは、S0+hvΨS0 *によって表される。ここで、S0およびS0 *は、それぞれ、接地状態おび励起分子状態を意味する。このエネルギー吸収は、B−bondであるHOMOエネルギー準位における束縛状態から、B*−bondであるLUMOエネルギー準位への電子昇位と、あるいは、同等に、LUMOエネルギー準位からHOMOエネルギー準位への正孔の昇位と関連付く。有機薄膜光伝導体において、生成された分子状態は、一般的に、励起子、すなわち、準粒子として運ばれた束縛状態の電子−正孔対と考えられる。励起子は、他の対からの正孔または電子との再結合とは対称的に、元々の電子および正孔が互いに再結合するプロセスである対再結合前に、かなりの寿命を有する。光電流を生成するために、典型的には、二つの異種接触有機薄膜の間のドナー−アクセプター界面において、電子−正孔対は分離した状態になる。電荷が分離しない場合、それらは、入射光より低エネルギーの光の照射によって放射的に、または、熱の生成によって非放射的に、クエンチングとしても知られる対再結合プロセスにおいて再結合できる。これらのいずれの成果も、光電性光電子デバイスにおいては望まれない。
「アクセプター」は、無機のn型層およびp型層をそれぞれ作り出すために使用されるドーパントのタイプを表しうる。有機の文脈において、コンタクトにおける一の材料のLUMOエネルギー準位が他の材料よりも低ければ、その一の材料はアクセプターである。そうでなければ、それはドナーである。アクセプター材料に進入するためにドナー−アクセプター接合において電子に対し、またドナー材料に進入するために正孔に対し、外部バイアスがなければ、エネルギー的に好ましい。
γEXT=γA*γINT
励起子の拡散距離(LD)は、典型的に、光吸収長(〜500)よりも短く(LD〜50)、また、複数または高度に折り畳まれた界面を伴い厚く抵抗があるセル、または低い光吸収効率を有する薄いセルの間でトレードオフとなる。
図7は、広い範囲に亘って光をトラップするための集光の配列を示す。この実施形態は、ウィンストン集光器を選択肢として含みうる。
熱可塑性樹脂を含む第1反射層と、
前記第1反射層に対して実質的に平行な第2反射層と、
前記第1反射層および前記第2反射層の少なくとも一方上の第1透明電極層と、
前記第1電極層に隣接する光電性領域と、
を有し、
前記第1透明電極層は、前記第1反射層に対して実質的に平行であり、前記光電性領域に隣接し、
前記反射層の平面を横断する外部面を有し、当該外部面が、内部への入射光の照射を許容する開口部を有する光電性光電子装置に関する。
他の実施形態では、入口開口および出口開口の間が、実質的に円錐形状に形成されている。さらに他の実施形態では、集光器は、面取りされた放物体形状または槽状に形成されている。
熱可塑性樹脂を含む第1反射層と、
伝導性酸化物または伝導性ポリマーを選択的に含み、前記第1反射層と隣接する第1透明電極層と、
前記第1透明電極と隣接する光電性領域と、
導電性酸化物または導電性ポリマーを選択的に含み、前記第1反射層に実質的に平行であって、前記第1透明電極層の反対に離間する光電性領域に隣接する第2透明電極と、
前記第1反射層と実質的に平行であり、前記第1透明電極および光電性領域の反対に離間する第2透明電極に隣接する熱可塑性樹脂を含む第2反射層と、
を有し、
前記反射層の平面を横断する外部面を有し、当該外部面が、内部への入射光の照射を許容する開口部を有する光電性光電子装置に関する。
本出願は、2011年4月18日出願の米国仮出願61/476,683号をここに参照して、その全体の内容を包含する。
本発明は、空軍科学研究局の科学研究によって与えられた契約番号FA9550−07−1−0364号、およびエネルギー省によって与えられたDE−FG36−08G18022号の下、米国政府のサポートを使ってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、共同の大学協力研究契約に関する次の一つ以上の団体のため、および/または当該団体に関連して、なされたものである。ミシガン大学およびグローバルフォトニックエナジーコーポレーション。この合意は、本発明がなされた日およびそれ以前から効力を有し、この合意の範囲内において着手された活動の結果としてなされた。
Claims (35)
- 熱可塑性樹脂を含む第1反射層と、
前記第1反射層に対して実質的に平行な第2反射層と、
前記第1反射層および前記第2反射層の少なくとも一方上の第1透明電極層と、
前記第1透明電極層に隣接する光電性領域と、
を有し、
前記第1透明電極層は、前記第1反射層に対して実質的に平行であり、前記光電性領域に隣接し、
前記第1および第2反射層の平面を横断する外部面を有し、当該外部面が、内部への入射光の照射を許容する開口部を有する光電性光電子装置。 - さらに、第2透明電極層を有し、前記第1透明電極層が前記第1反射層に隣接し、前記第2透明電極層が実質的に前記第1反射層に対して平行であって前記第1電極層の反対の空間の光電性領域と隣接する請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1透明電極層および前記第2透明電極層は、それぞれ独立して、伝導性酸化物、伝導性カーボンナノチューブ、伝導性ポリマーまたはそれらの混合物を含む請求項2に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1反射層および前記第2反射層の厚みは、それぞれ、1mmから10mmの範囲内である請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1反射層および前記第2反射層の厚みは、それぞれ、4mmから6mmの範囲内である請求項4に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1反射層の前記熱可塑性樹脂は、フッ素重合体樹脂を含む請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記フッ素重合体樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンを含む請求項6に記載の光電性光電子装置。
- 前記開口部は、実質的に、円形、多角形または四角形である請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1反射層および前記第2反射層は、実質的に平面である請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第2反射層は、金属または熱可塑性樹脂を含む請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第2反射層の前記熱可塑性樹脂は、フッ素重合体樹脂を含む請求項10に記載の光電性光電子装置。
- 前記フッ素重合体樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンを含む請求項11に記載の光電性光電子装置。
- 入口開口および出口開口を有し、当該出口開口が前記開口部に取り付けられた集光器を、さらに有する請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記集光器は、前記入口開口および前記出口開口の間に、実質的にパラボラ状に傾斜した側面を有する請求項13に記載の光電性光電子装置。
- 前記集光器は、前記入口開口および前記出口開口の間が、実質的に円錐形状に形成されている請求項13に記載の光電性光電子装置。
- 前記集光器は、面取りされた放物体形状または槽状に形成されている請求項13に記載の光電性光電子装置。
- 前記集光器は、集光器は、集合して円錐形状をなす複数の平面領域を含む内表面を有する請求項13に記載の光電性光電子装置。
- 前記集光器は、集合して槽状をなす複数の平面領域を含む内表面を有する請求項13に記載の光電性光電子装置。
- 前記光電性領域は、有機金属を含む請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1透明電極層に隣接して堆積する励起子遮断層をさらに有する請求項19に記載の光電性光電子装置。
- 励起子遮断層および第2電極層をさらに有し、前記励起子遮断層は、前記第1電極層、前記第2電極層および前記第1反射層に隣接して堆積される請求項20に記載の光電性光電子装置。
- 前記光電性領域は、電子搬送層に隣接する正孔搬送層を含む請求項20に記載の光電性光電子装置。
- 前記正孔搬送層はCuPcを含み、前記電子搬送層はPTCBIまたはC60を含む請求項22に記載の光電性光電子装置。
- 光電性光電子装置は、前記電子搬送層と前記第1透明電極層および前記第2電極層の一方との間に堆積される励起子遮断層をさらに有し、前記第2電極層および前記第1反射層は陰極である請求項21に記載の光電性光電子装置。
- 前記励起子遮断層は、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン、バトクプロイン、またはルテニウム(III)アセチルアセトネートを含む請求項24に記載の光電性光電子装置。
- 前記光電性領域は、積層有機光電性光電子装置である請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記光電性領域は、無機光電性材料を含む請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 前記光電性領域は、シリコンベースの光起電構造である請求項1に記載の光電性光電子装置。
- 相互に隣り合って配置される二つ以上の請求項1の光電性光電子装置を含む、整列された配列の集光器。
- 熱可塑性樹脂を含む第1反射層と、
伝導性酸化物または伝導性ポリマーを選択的に含み、前記第1反射層と隣接する第1透明電極層と、
前記第1透明電極と隣接する光電性領域と、
導電性酸化物または導電性ポリマーを選択的に含み、前記第1反射層に実質的に平行であって、前記第1透明電極層の反対に離間する光電性領域に隣接する第2透明電極と、
前記第1反射層と実質的に平行であり、前記第1透明電極および光電性領域の反対に離間する第2透明電極に隣接する熱可塑性樹脂を含む第2反射層と、
を有し、
前記第1および第2反射層の平面を横断する外部面が、内部への入射光の照射を許容する開口部を有する光電性光電子装置。 - 前記第1反射層または前記第2反射層の少なくとも一方の熱可塑性樹脂は、フッ素重合体樹脂を含む請求項30に記載の光電性光電子装置。
- 前記フッ素重合体樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンを含む請求項31に記載の光電性光電子装置。
- 前記第1反射層または前記第2反射層の少なくとも一方の熱可塑性樹脂は、さらに、硫酸バリウムがコーティングされるか、ドーピングされる請求項30に記載の光電性光電子装置。
- 前記伝導性酸化物は、インジウムスズ酸化物(ITO)、スズ酸化物(TO)、ガリウムインジウムスズ酸化物(GITO)、亜鉛酸化物(ZO)、および亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)から選択され、前記透明伝導ポリマーはポリアナリン(PANI)を含む請求項30に記載の光電性光電子装置。
- 相互に隣り合って配置される二つ以上の請求項30の光電性光電子装置を含む、整列された配列の集光器。
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