JP7279998B2 - 非フラーレン及び／又はホールスカベンジャーに基づく活性層並びにオプトエレクトロニクスデバイス - Google Patents

非フラーレン及び／又はホールスカベンジャーに基づく活性層並びにオプトエレクトロニクスデバイス Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
［背景］
[0001]有機半導体は、センサー及びディスプレイから、照明及び光電池に及ぶ用途により、人間の生活に好影響を与えていると想定される。ほとんどの無機の対応品とは対照的に、有機デバイスは、プラスチック基板上に溶液から印刷することができ、形状が自由で広域にわたって製造され得る非常に薄くて軽量で弾力のある製品が可能となる。この１０年間で、デバイス効率及び安定性の著しい改善がもたらした有機光電池（ＯＰＶ）は、研究室における単なる現象から、ニッチ市場に至るまで徐々に展開し始めた。溶液で加工処理可能な有機半導体の重要な利点の１つは、新規材料特性及び用途を獲得するために、種々の材料をブレンドする機会があることである。
[0002]ＯＰＶ開発に関する魅力的なアプローチは、スペクトルの可視（４００ｎｍ～７００ｎｍ）部から近赤外（ＮＩＲ）部まで活性層材料の吸収窓をシフトさせて、光から電流への変換に関するスペクトルの赤外部を同時に収集しながら、可視範囲における透明度を特色とする半透明有機太陽電池を製作することである。一般的に、フラーレン誘導体、例えば、ＰＣＢＭ及びＰＣ７０ＢＭは、一般的なアクセプター材料であった。ドナー小分子又はポリマーと併用した場合、フラーレン誘導体は、バルクヘテロ接合型（ＢＨＪ）太陽電池の光活性層を形成した。フラーレンの非常に効率的な代替品、フラーレンベースのデバイスを上回る優れた集光性、安定性及び電荷再結合挙動を伴う、いわゆる非フラーレン電子（ＮＦ）材料の出現による近年の急速なＯＰＶ開発は、非常に意義があると予想される。バルクヘテロ接合型太陽電池の光活性層は、光から電流への変換を最大限にするように、緊密に混ざり合ったドナー材料及びアクセプター材料で構成される。したがって、一般的なドナー／アクセプター（Ｄ／Ａ）は、重量（ｗ／ｗ）に基づいて１：１～１：２であり、１：４ｗ／ｗを超えるものは、文献ではめったに見られない。同等量の２つの構成成分を有すると、ｉ）Ｄ／Ａ界面がバルク全体にわたって分布されるため、励起子クエンチングが改善され、同時に、ｉｉ）各々の電極に通じるキャリア用のパーコレーション（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ）経路の形成が改善される。とりわけ、１：１～１：４ｗ／ｗのＤ／Ａを有する光活性層の平均可視透過率（ＡＶＴ）を考慮することによって、５０％を上回るＡＶＴを報告する例はほとんどなく、同時に５％を上回る電力変換効率（ＰＣＥ）を維持する例もほとんどない。フラーレン及びＮＦベースの系においてＡＶＴを増加させる一般的な手順は、光活性層の厚さを減らすこと、及びＮＩＲ領域における吸収をシフトさせることである。ＮＦは、可視領域におけるＰＣ７０ＢＭの吸収に起因して、フラーレン誘導体を上回って、より高いＡＶＴのより高い機会を付与する一方で、ＮＦは、７００ｎｍ超を吸収するように設計することができる。
［概要］
[0003]一般には、本開示の実施形態は、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層、活性層を製作する方法、活性層を含むオプトエレクトロニクスデバイス、オプトエレクトロニクスデバイスを製作する方法、タンデム太陽電池、及び光を電流に変換する方法について記載する。
[0004]したがって、本開示の実施形態は、非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含むオプトエレクトロニクスデバイスの活性層について記載する。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分を含む。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなる。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分と、ホールスカベンジング構成成分とを含む。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、本質的に非フラーレン構成成分及びホールスカベンジング構成成分からなる。
[0005]本開示の実施形態は、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を製作する方法であって、非フラーレン構成成分及び任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分を、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を形成するのに十分な溶媒の存在下で接触させるステップを含む方法について記載する。或る実施形態において、上記方法は、ブレンドされた溶液を、基板、選択接触層、及び電極材料のうちの１つ又は複数上に、堆積させるステップをさらに含む。
[0006]本開示の実施形態は、第１の電極材料と、活性層と、第２の電極材料とを含むオプトエレクトロニクスデバイスであって、第１の電極材料及び第２の電極材料が、活性層の反対側に存在する、オプトエレクトロニクスデバイスについて記載する。或る実施形態において、活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなるか、又は非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、任意選択で、基板、第１の選択接触層、及び第２の選択層のうちの１つ又は複数を含んでもよい。
[0007]本開示の実施形態は、基板、第１の電極材料、第１の選択接触層、活性層、第２の選択接触層、及び第２の電極材料のうちの１つ又は複数を含むオプトエレクトロニクスデバイスについて記載する。或る実施形態において、基板、第１の選択接触層、及び第２の選択接触層のうちの１つ又は複数が、オプトエレクトロニクスデバイスに任意選択で含まれる。
[0008]本開示の実施形態は、基板と；少なくとも活性層を含む有機光電池（ＯＰＶ）サブセルであり、活性層が、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、ＯＰＶサブセルと；少なくともアモルファスシリコンの層を含むアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）サブセルとを含むタンデム太陽電池であって、ＯＰＶサブセル及び基板が、ａ－Ｓｉサブセルの反対側に存在する、タンデム太陽電池について記載する。
[0009]本開示の実施形態は、オプトエレクトロニクスデバイスを製作する方法であって、ブレンドされた溶液を、活性層を形成するのに十分な第１の材料上に堆積させるステップであり、ブレンドされた溶液が、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、堆積させるステップと；第２の材料を、活性層上に堆積させるステップとを含む方法であって、第１の材料及び第２の材料が、活性層の反対側に存在する、方法について記載する。
[0010]本開示の実施形態は、オプトエレクトロニクスデバイスを使用する方法であって、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を照射するステップであって、活性層が、非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、照射するステップと、光を電気に、又は電気を光に変換するステップとを含む方法について記載する。
[0011]１つ又は複数の実施例の詳細を、以下の説明で記述する。他の特色、目的、及び利点は、説明及び特許請求の範囲から明らかである。
[0012]本文書の開示は、非限定的且つ非包括的な例示的な実施形態について記載する。図面中では、図面は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、同様の数表示は、幾つかの図全体にわたって、実質的に同等の構成成分について記載する。異なる文字の添え字を有する同様の数表示は、実質的に同等の構成成分の異なる場合を表す。図面は概して、例として、本文書で論述される各種実施形態を説明するが、限定的ではない。
[0013]図中に描かれる例示的な実施形態について言及する：
図１は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を製作する方法のフローチャートである。 図２は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスの模式図である。 図３は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスの様々な任意選択の層を示すオプトエレクトロニクスデバイスの模式図である。 図４は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスを製作する方法のフローチャートである。 図５は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、本開示の活性層を含むオプトエレクトロニクスデバイスを使用する方法のフローチャートである。 図６は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、逆位有機太陽電池の配置を示す模式図である。 図７は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、光活性層として使用されるドナー／アクセプター材料に関する化学式の模式図である。 図８は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、非フラーレン構成成分を含む単一構成成分光活性層のＪ－Ｖ特性を示すグラフ図である。 図９は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、ホールスカベンジング構成成分対非フラーレン構成成分の比１：１０を含む希釈系のグラフ図である。 図１０は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、ＡＶＴに関するヒトの眼の感度と比較した希釈ＰＴＢ７－ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４ＦブレンドのＵＶ－Ｖｉｓプロットのグラフ図である。 図１１は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、透明度に関するヒトの眼の感度と比較した希釈ＰＴＢ７－ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４ＦブレンドのＵＶ－Ｖｉｓプロットのグラフ図である。 図１２は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、３つの相互接続されたサブセルを伴うソーラーモジュールの光学顕微鏡写真であり、ここで、左側の挿入図は、相互接続領域の光学倍率を表し、レーザー線Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３が強調されており、モジュールの光不活性エリア（デッドエリア、青色）及びエリア全体（黄色）も同様に強調されている。 図１３は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、露光の過程における１：２及び１：１０のＤ／Ａに基づく太陽電池の正規化されたＰＣＥのグラフ図である。 図１４Ａ～図１４Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態による、（Ａ）１ ｓｕｎの照明での二元デバイス及び三元デバイスの電流－電圧特性、及び（Ｂ）不活性条件で８０℃にて分解される二元デバイス及び三元デバイスに関する時間の関数としての正規化されたＰＣＥを示すグラフ図である。 図１４Ａ～図１４Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態による、（Ａ）１ ｓｕｎの照明での二元デバイス及び三元デバイスの電流－電圧特性、及び（Ｂ）不活性条件で８０℃にて分解される二元デバイス及び三元デバイスに関する時間の関数としての正規化されたＰＣＥを示すグラフ図である。 図１５は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、希釈有機系に基づく単一接合型及び多接合型太陽電池に関する、電流－電圧の応答及び統計学を示すグラフ図である。 図１６は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、タンデム太陽電池の模式図である。
［詳細な説明］
[0030]本開示の本発明は、様々なオプトエレクトロニクスデバイスに組み込まれ得る活性層に関する。例えば、活性層は、とりわけ、太陽電池、光検出器、常誘電体デバイス、電界効果トランジスター、フォトダイオード、光トランジスター、光電子倍増管、光アイソレータ、光集積回路、フォトレジスター、光伝導管、電荷結合素子、注入レーザーダイオード、量子カスケードレーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、及び光電子放出管のうちの１つ又は複数に組み込まれ得る。オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分及びホールスカベンジング構成成分のうちの１つ又は複数を含み得る。ＵＶ放射線又は近ＵＶ放射線の吸収に限定されたフラーレンアクセプターのような従来の材料とは異なり、非フラーレン構成成分は、とりわけ、近赤外放射線を吸収する場合があり、したがって、透明な単一構成成分オプトエレクトロニクスデバイスとして使用され得る。非フラーレン構成成分は、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とブレンドされて（例えば、緊密に混合されて）、希釈系を形成し得る。本開示の活性層は、前例のない透明度、安定性、及び性能特性を伴って使用するオプトエレクトロニクスデバイスをスケールアップ及び製造するのに使用され得る。オプトエレクトロニクスデバイス及び／又は活性層が、環境に配慮した化学溶媒、即ち環境に優しい化学溶媒を使用した様々なコーティング技法及び印刷技法を使用して製造され得ることは、別の有益性である。
[0031]従来の活性層が、ドナーと、アクセプターとを含む一方で、本開示の活性層は、１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含み得る。例えば、本開示の活性層は、本質的に１つ又は複数の非フラーレン構成成分（例えば、非フラーレン電子アクセプター）からなってもよく、又は１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、１つ又はそれ以上のホールスカベンジング構成成分とを含んでもよい。本発明の少なくとも１つの有益性は、電子ホール／電荷の生成が、単一材料（例えば、非フラーレン材料）において得られ得ることである。多くの実施形態において、ドナー材料は、本開示の活性層において、必要とされず、また含まれない。例えば、本開示の活性層及び／又はオプトエレクトロニクスデバイスは、非フラーレン構成成分を含み得るか、又は本質的に非フラーレン構成成分からなり得る。他の実施形態において、活性層は、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分をさらに含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態において、ホールスカベンジング構成成分は、それがドナーの特性のいずれかとして機能しない場合があり、及び／又はドナーの特性のいずれかを示さない場合があるため、ドナー材料と適切に認められない場合がある。それどころか、少量のホールスカベンジング構成成分を活性層に導入して、希釈系を形成してもよく、ここでは、ホールスカベンジング構成成分は、ホールスカベンジャーとしてのみ作用して、及び／又は電荷の抽出を促進する（例えば、非フラーレンアクセプター由来のホールを抽出する）。
[0032]本開示の活性層及び／又はオプトエレクトロニクスデバイスは、前例のない透明度及び安定性を示す。概して、非フラーレン構成成分は、実質的に透明であるか、又は完全に透明である一方で、幾つかの実施形態において、ホールスカベンジング構成成分は、透明度を減少し得る。したがって、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分が添加される実施形態において、非常に透明、若しくは完全に透明な活性層及び／又はオプトエレクトロニクスデバイスを製造するためには、少量の１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分を添加することが望ましい場合がある。比較的低濃度のホールスカベンジング構成成分を含むこれらの希釈系は、非常に安定であり得る。
（定義）
[0033]以下に列挙する用語は、以下に記載するように定義した。本開示における他の用語及び語句は全て、当業者に理解されるような通常の意味に従って解釈されよう。
[0034]本明細書中で使用する場合、「ホールスカベンジャー」又は「ホールスカベンジャー構成成分」又は「ホールスカベンジング構成成分」は、電荷の抽出を促進する要素、化合物、分子、又は材料を指す。
[0035]本明細書中で使用する場合、「非フラーレン」又は「ＮＦ」又は「非フラーレン構成成分」は、放射線を吸収するのに適した任意の材料を指す。
[0036]本明細書中で使用する場合、「接触するステップ」は、例えば、生理学的反応、化学反応、又は物理学的変化をもたらすように、例えば、溶液中で、反応混合物中で、ｉｎ ｖｉｖｏで又はｉｎ ｖｉｔｒｏで、触れること、接触させること、又は密接に若しくは緊密にすること（細胞レベル又は分子レベルを含む）の作用を指す。したがって、添加すること、撹拌すること、処理すること、タンブリングすること（ｔｕｍｂｌｉｎｇ）、振動させること、振盪すること、混合すること、及び塗布することは、接触させて、２つ以上の構成成分を一緒にすることの形態である。
[0037]本明細書中で使用する場合、「堆積させるステップ」は、配置、印刷（例えば、インクジェット印刷）、ドクターブレードコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティング、スプレーコーティング、成長、エッチング、ドーピング、エピタキシー、熱酸化、スパッタリング、キャスティング、堆積（例えば、化学蒸着、物理蒸着等）、スピンコーティング、蒸発、塗布、処理、並びに当業者に既知の任意の他の技法及び／又は方法を指す。
[0038]本明細書中で使用する場合、「照射するステップ」は、放射線に曝露することを指す。放射線は、電磁スペクトルの任意の波長、周波数、又はそれらの範囲を含み得る。例えば、照射するステップは、近赤外放射線に曝露することを指し得る。
[0039]本明細書中で使用する場合、「変換するステップ」は、エネルギーを変化する任意のプロセスを指す。
[0040]本開示の実施形態は、１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含むオプトエレクトロニクスデバイスの活性層について記載する。本開示の実施形態はまた、本質的に非フラーレン構成成分からなるか、又は非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含むオプトエレクトロニクスデバイスの活性層についても記載する。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなる。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分を含む。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、本質的に非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分からなる。ある実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、第１の非フラーレン構成成分と、第１の非フラーレン構成成分とは異なる第２の非フラーレン構成成分と、ホールスカベンジング構成成分とを含むか、又は本質的に第１の非フラーレン構成成分、第１の非フラーレン構成成分とは異なる第２の非フラーレン構成成分、及びホールスカベンジング構成成分からなる。
[0041]オプトエレクトロニクスデバイスは概して、光を供給、検出及び／又は制御する任意のデバイス及び／又はシステムを含んでもよく、及び／又は光を供給、検出及び／又は制御する任意のデバイス及び／又はシステムを指し得る。例えば、オプトエレクトロニクスデバイスは、光電効果、光起電力効果、光伝導、誘導放出、及び放射性再結合（ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）のうちの１つ又は複数に基づく任意のデバイスを含み得る。多くの実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、有機エレクトロニクスを使用する。例えば、オプトエレクトロニクスデバイスは、有機光電池（ＯＰＶ）、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、及び有機光電界効果トランジスター（ｐｈｏｔＯＦＥＴ）のうちの１つ又は複数を含み得る。他の実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、太陽電池、光検出器、常誘電体デバイス、電界効果トランジスター、フォトダイオード、光トランジスター、光電子倍増管、光アイソレータ、光集積回路、フォトレジスター、光伝導管、電荷結合素子、注入レーザーダイオード、量子カスケードレーザー、発光ダイオード、有機発光ダイオード、及び光電子放出管のうちの１つ又は複数を含み得る。
[0042]活性層は、光を電気に、及び／又は電気を光に変換するのに適切であり得る。例えば、多くの実施形態において、活性層は、光活性層として特徴付けられ得る。活性層は、電磁スペクトルのいずれかの部分由来の光を吸収し得る。多くの実施形態において、活性層は、近赤外放射線を吸収する。他の実施形態において、活性層は、可視、近赤外、及び赤外放射線のうちの１つ又は複数を吸収する。
[0043]活性層は、非フラーレン構成成分（例えば、非フラーレンアクセプター又は非フラーレン電子アクセプター）を含み得る。非フラーレン構成成分は、所望の波長、周波数、若しくはそれらの範囲の電磁放射線又は光を吸収するのに適した任意の非フラーレン材料を含み得る。例えば、非フラーレン構成成分は、任意の光吸収半導体材料を含んでもよい。多くの実施形態において、非フラーレン構成成分は、近赤外放射線を吸収する材料である。非フラーレン構成成分は、励起子特性ではなく、真性半導体特性を示し得る。非フラーレン構成成分のこの特色は、従来のドナーベース及びフラーレンベースの材料とは完全に異なる。例えば、単に励起子を生じさせる従来のドナー及びアクセプターとは異なり、非フラーレン構成成分は、自由電荷を生成又は形成し得る。より詳細には、非フラーレン構成成分は、数ある温度の中でもほぼ室温で、任意のドナー材料の非存在下で、励起子を自由電荷に効率的に分割することが可能であり得る。幾つかの実施形態において、非フラーレン構成成分は、二極性である（例えば、自由電荷を生成する）。例えば、或る実施形態において、非フラーレン材料の二極性に起因して、各々の電極は、ホール及び電子を収集し得る。非フラーレン材料が二極性であり得る一方で、他の実施形態において、非フラーレン構成成分が、二極性ではない材料であり得るか、又は二極性ではない材料を含み得るため、このことは、限定的ではないはずである。
[0044]非フラーレン構成成分は、小分子、オリゴマー、ポリマー、及び架橋メタ構造のうちの１つ又は複数であり得る。多くの実施形態において、非フラーレン構成成分は、ロダニン－ベンゾチアジアゾール結合インダセノジチオフェン（ＩＤＴＢＲ）；２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＮＣＮ）基でエンドキャッピングされたインダセノジチエノ［３，２－ｂ］チオフェン（ＩＴ）（ＩＴＩＣ）；インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン及び２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＥＩＣ）；２，２’－（（２Ｚ，２’Ｚ）－（（５，５’－（４，４，９，９－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－４，９－ジヒドロ－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン－２，７－ジイル）ビス（４－（（２－エチルヘキシル）－オキシ）チオフェン－５，２－ジイル））ビス（メタニリリデン））ビス（３－オキソ－２，３－ジ－ヒドロ－１Ｈ－インデン－１Ｈ－２，１－ジイリデン））ジマロノニトリル（ＩＥＩＣＯ）；ナフタレンジイミド（ＮＤＩ）；ベイ連結ペリレンビスイミド（ジ－ＰＢＩ）；ペリレンビスイミド（ＰＢＩ）；チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）を含有し、チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）でエンドキャッピングされたベンゾトリアゾール；ナフタロシアニン（ＮＣ）；フタロシアニン（ＰＣ）；ナフト［１，２－ｃ：５，６－ｃ’］ビス［１，２，５］チアジアゾール；（２Ｅ，２Ｅ’）－３，３’－（２，５－ジメトキシ－１，４－フェニレン）ビス（２－（５－（４－（Ｎ－（２－エチルヘキシル）－１，８－ナフタルイミド）イル）チオフェン－２－イル）アクリロニトリル）（ＮＩＤＣＳ－ＭＯ）；チエノ［３，４－ｂ］チオフェン及び２－（１，１－ジシアノメチレン）ロダニンの組合せ（ＡＴＴ－１）；（３，９－ビス（４－（１，１－ジシアノメチレン）－３－メチレン－２－オキソ－シクロペンタ［ｂ］チオフェン－５，５，１１，１１－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－ジチエノ［２，３－ｄ’：２，３－ｄ’］－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］－ジチオフェン（ＩＴＣＣ）；インダンジオン；ジシアノビニル；ベンゾチアジアゾール；ジケトピロロピロール；アリーレンジイミド；及びＩＤＩＣのうちの１つ又は複数を含み得る。好ましい実施形態において、非フラーレン構成成分は、インダセノジチオフェン、インダセノジチエノ［３，２－ｂ］チオフェン、及びインダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェンのうちの１つ又は複数を含む。
[0045]１つ又は複数の非フラーレン構成成分はそれ自体で、本開示のオプトエレクトロニクスデバイスの活性層（例えば、光活性層）に十分である一方で、幾つかの実施形態において、例えば、単一構成成分デバイス（例えば、本質的に非フラーレン構成成分からなるか、又は非フラーレン構成成分を含む活性層等）は、それぞれ、ＨＴＬ及びＥＴＬとのＨＯＭＯ／ＬＵＭＯレベルのオームの法則に従わない（ｎｏｎ－ｏｈｍｉｃ）接触、及び／又は欠陥及び／又はトラップ状態の形成に起因する材料における電荷再結合プロセスに起因し得る、限られた電力変換効率（ＰＣＥ）を示し得る。この限界を低減させるために、幾つかの実施形態において、少量の１つ又は複数の材料を導入して、二元希釈系、三元希釈系等を形成してもよい。かかる希釈系において、「ドナー」材料（例えば、ポリマー、小分子等）は、「ホールスカベンジャー」として作用し、電荷の抽出を促進して、単一構成成分デバイスと比較して、とりわけ、ＦＦ及びＪｓｃを改善する。したがって、「ドナー」材料は、当業者に理解されるように、従来の「ドナー材料」として機能せず、機能を果たさず、作用せず、また役立たないため、この材料は、これ以降、「ホールスカベンジャー」又は「ホールスカベンジャー構成成分」又は「ホールスカベンジング構成成分」と称する。
[0046]したがって、或る実施形態において、活性層（例えば、光活性層）は、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分をさらに含み得る。例えば、或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分と、ホールスカベンジング構成成分とを含む。これは、二元希釈系の例である。別の実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含み、ここで、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分は、第１のホールスカベンジング構成成分と、第２のホールスカベンジング構成成分とを含み、第１のホールスカベンジング構成成分及び第２のホールスカベンジング構成成分は異なる。これは、三元希釈系の例である。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層は、第１の非フラーレン構成成分と、第１の非フラーレン構成成分とは異なる第２の非フラーレン構成成分と、ホールスカベンジング構成成分とを含む。より高次の、及び／又は異なる型の希釈系を用いることができる。多くの実施形態において、活性層は、１つ又は複数の非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分のブレンド（例えば、混合物）である。ホールスカベンジング構成成分は、小分子、オリゴマー、ポリマー、及び架橋メタ構造のうちの１つであり得る。ホールスカベンジング構成成分は、チオフェン、アセン、フッ素、カルバゾール、インダセノジチエノチオフェン、インダセノチエノチフェン、ベンゾジチアゾール、チエニ－ベンゾチオフェン－ジオン、ベンゾトリアゾール、及びジケトピロロピロールの１つ又は複数を含み得る。
[0047]活性層が、１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む実施形態において、活性層は、透明、又は実質的に透明であり得る。多くの実施形態において、非フラーレン構成成分は、活性層の透明度を提供するのに対して、ホールスカベンジング構成成分（複数可）は、活性層の透明度を減少し得る。換言すると、ホールスカベンジング構成成分（複数可）の量が増加するにつれ、活性層の透明度は減少する。したがって、多くの実施形態は、活性層中に存在する１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分の量が、非フラーレン構成成分の量に対して低い希釈系に関する。
[0048]１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、活性層のＰＣＥ及び／又は透明度を調節、変更、又は増強するように選択され得る。多くの実施形態において、１つ又は複数の非フラーレン構成成分は、同等の構成成分、大半の構成成分、又は唯一の構成成分である。例えば、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約０：１～約１：２５の範囲であり得る。幾つかの実施形態において、その比は、約１：０、約１：１、約１：２、約１：３、約１：４、約１：５、約１：６、約１：７、約１：８、約１：９、約１：１０、約１：１１、約１：１２、約１：１３、約１：１４、約１：１５、約１：１６、約１：１７、約１：１８、約１：１９、約１：２０、約１：２１、約１：２２、約１：２３、約１：２４、又は約１：２５である。幾つかの実施形態において、その比は、約１：２５を上回ってもよい。好ましい実施形態において、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約１：１０～約１：２５の範囲である。別の好ましい実施形態において、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約１：５～約０：１である。
[0049]１つ又は複数の非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分は、ブレンド又は混合されて、活性層を形成し得る。活性層の厚さは、ナノメートル～センチメートルの範囲の長さスケールであり得る。例えば、或る実施形態において、活性層の厚さは、約１ｎｍ～約１０ｃｍの範囲であり得る。或る実施形態において、活性層の厚さは、約１ｎｍ～約５００μｍであり得る。或る実施形態において、活性層の厚さは、約１ｎｍ～約１０００ｎｍの範囲であり得る。他の実施形態において、活性層の厚さは、約１ｎｍ未満であり得る。活性層の堆積又はコーティングは、様々な製造技法（例えば、大規模な製造技法）により達成され得る。製造技法は、印刷（例えば、インクジェット印刷）、ドクターブレードコーティング、バーコーティング、真空蒸着、ロールツゥロール、シートツゥシート、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、グラビア印刷、スプレーコーティング、スピンコーティング、ドロップキャスティング、フレキソ印刷、及びバーコーティングのうちの１つを含み得る。
[0050]図１は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を製作する方法１００のフローチャートである。図１に示すように、方法１００は、１つ又は複数の非フラーレン構成成分、及び任意選択で、１つ又は複数のホーススカベンジング構成成分を、ブレンドされた溶液を形成するのに十分な溶媒の存在下で接触させるステップ１０１と、ブレンドされた溶液を、オプトエレクトロニクスデバイスの活性層を形成するのに十分な、基板、選択接触層、及び電極材料のうちの１つ又は複数上に堆積させるステップ１０２とを含む。
[0051]ステップ１０１では、１つ又は複数の非フラーレン構成成分、及び任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分を、ブレンドされた溶液を形成するのに十分な溶媒の存在下で接触させる。接触するステップは、混合すること、ブレンドすること、撹拌すること、添加すること、及び溶解することを含み得るが、これらに限定されない。多くの実施形態において、１つ又は複数の非フラーレン構成成分、及び任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分を、溶媒中に溶解して、ブレンドされた溶液を形成する。或る実施形態において、１つ又は複数の非フラーレン構成成分を、溶媒と接触させて、溶液を形成する。或る実施形態において、１つ又は複数の非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分を接触させて、ブレンドされた溶液を形成する。
[0052]１つ又は複数の非フラーレン構成成分及び／又は１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分は、本明細書中に記載する材料のいずれかを含み得る。溶媒存在下で接触させる１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分及び／又は１つ又は複数の非フラーレン構成成分の量は、１つ又は複数のスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比によって規定され得る。１つ又は複数のスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、例えば、約０：１～約１：２５の範囲であり得る。例えば、１つ又は複数のスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約０：１～約１：２５の範囲であり得る。幾つかの実施形態において、その比は、約０：１、約１：１、約１：２、約１：３、約１：４、約１：５、約１：６、約１：７、約１：８、約１：９、約１：１０、約１：１１、約１：１２、約１：１３、約１：１４、約１：１５、約１：１６、約１：１７、約１：１８、約１：１９、約１：２０、約１：２１、約１：２２、約１：２３、約１：２４、又は約１：２５である。幾つかの実施形態において、その比は、約１：２５を上回ってもよい。好ましい実施形態において、１つ又は複数のスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約１：１０～約１：２５の範囲である。別の好ましい実施形態において、１つ又は複数のスカベンジング構成成分対１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比は、約１：５～約０：１の範囲である。
[0053]溶媒は、１つ又は複数の非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のスカベンジング構成成分のうちの１つ又は複数を溶解するのに適した任意の溶媒を含み得る。例えば、溶媒は、有機溶媒、無機溶媒、水性溶媒、極性溶媒、及び無極性溶媒のうちの１つ又は複数を含み得る。或る実施形態において、溶媒は、有機溶媒である。或る実施形態において、溶媒は、キシレン、テトラリン、メシチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、及びジクロロベンゼンのうちの１つ又は複数である。本開示の少なくとも１つの有益性は、溶媒が、環境に配慮した溶媒、即ち環境に優しい化学溶媒であるか、又は環境に配慮した溶媒、即ち環境に優しい化学溶媒を含み得ることである。かかる溶媒の例として、キシレン、テトラリン、及びメシチレンのうちの１つ又は複数が挙げられるが、これらに限定されない。
[0054]ステップ１０２では、ブレンドされた溶液は、例えば、基板、選択接触層、及び電極材料のうちの１つ又は複数上に堆積される。堆積させるステップは、印刷、コーティング、キャスティング、及び堆積のうちの１つ又は複数を含み得るが、これらに限定されない。例えば、堆積させるステップは、インクジェット印刷、ドクターブレードコーティング、スピンコーティング、ブレードコーティング、スプレーコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティング、ナイフコーティング、ロールコーティング、ワイヤ－バーコーティング、及びディップコーティングのうちの１つ又は複数を含み得る。好ましい実施形態において、堆積させるステップは、スピンコーティングを含む。例えば、スピンコーティングデバイスの速度（例えば、毎分回転数（ｒｐｍ））は、ブレンドされた溶液及び／又は活性層の種々の厚さを得るように調節され得る。例えば、幾つかの実施形態において、ブレンドされた溶液は、約１００ｒｐｍ～約５０００ｒｐｍの範囲の速度で堆積され得る。好ましい実施形態において、ブレンドされた溶液は、約３００ｒｐｍ～約２０００ｒｐｍの範囲の速度で堆積される。別の好ましい実施形態において、堆積させるステップは、ブレードコーティング等の拡張可能なプロセスを含み得る。ブレンドされた溶液及び／又は活性層の厚さは、ナノメートル～センチメートルの範囲の長さスケールであり得る。
[0055]ブレンドされた溶液が堆積される物体は、オプトエレクトロニクスデバイスに依存し得る。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、基板上に堆積される。基板は、透明、又は実質的に透明な基板であってもよく、そのうちの一方が、任意選択でコーティングされ得る。透明、又は実質的に透明な基板の例として、数ある材料の中でも、任意選択でコーティングされ得るＰＥＴ、ポリカーボネート、及び石英が挙げられるが、これらに限定されない。或る実施形態において、基板は、酸化インジウムスズ又はフッ素でドープされた酸化スズでコーティングされた、透明、又は実質的に透明な基板から選択され得る。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、フッ素でドープされた酸化スズでコーティングされた、透明、又は実質的に透明な基板上に堆積される。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、酸化インジウムスズでコーティングされた、透明、又は実質的に透明な基板上に堆積される。他の例が本明細書中で記載されるため、これらは限定的ではないはずである。別の実施形態において、ブレンドされた溶液は、選択接触層を含む基板上に堆積される。別の実施形態において、ブレンドされた溶液は、選択接触層上に堆積される。別の実施形態において、ブレンドされた溶液は、電極材料上に堆積される。
[0056]本開示の実施形態は、オプトエレクトロニクスデバイスについて記載する。オプトエレクトロニクスデバイスは、第１の電極材料と、活性層と、第２の電極材料とを含んでもよく、ここで、活性層は、第１の電極材料と第２の電極材料との間に配置される。本開示の活性層はいずれも、本発明で使用され得る。多くの実施形態において、活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなるか、又は非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジャー構成成分とを含む。例えば、或る実施形態において、活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなる。或る実施形態において、活性層は、非フラーレン構成成分と、ホールスカベンジャー構成成分とを含む。或る実施形態において、活性層は、非フラーレン構成成分と、第１のホールスカベンジャー構成成分と、第２のホールスカベンジャー構成成分とを含み、ここで、第１のホールスカベンジャー構成成分及び第２のホールスカベンジャー構成成分は異なる。非フラーレン構成成分及び／又はホールスカベンジャー構成成分は、本開示に記載する特性又は特色のいずれかを含み得る。
[0057]図２は、本開示の１つ又は複数の実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイス２００の模式図である。図２に示すように、オプトエレクトロニクスデバイス２００は、第１の電極材料２０３と、活性層２０７と、第２の電極材料２１１とを含む。活性層２０７は、第１の電極材料２０３と、第２の電極材料２１１との間に配置され得る。例えば、或る実施形態において、活性層２０７は、第１の電極材料２０３の表面及び第２の電極材料２１１の表面と接触してもよく、ここで、第１の電極材料２０３及び第２の電極材料２１１は、活性層２０７の反対側に存在する。幾つかの実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス２００は、任意選択で、基板２０１（図示していない）、第１の選択接触層２０５（図示していない）、及び第２の選択接触層２０９（図示していない）のうちの１つ又は複数をさらに含んでもよい。さらに、又は代替的に、幾つかの実施形態において、くし型電極（複数可）（図示していない）が使用される。
[0058]図３は、本開示の１つ又は複数の実施形態によるオプトエレクトロニクスデバイスの任意選択の層を示すオプトエレクトロニクスデバイス３００の模式図である。図３に示すように、オプトエレクトロニクスデバイス３００は、基板３０１、第１の電極材料３０３、第１の選択接触層３０５、活性層３０７、第２の選択接触層３０９、及び第２の電極材料３１１のうちの１つ又は複数を含み、ここで、基板３０１、第１の接触層３０５、及び第２の選択層３０９のうちの１つ又は複数は、任意選択で、オプトエレクトロニクスデバイス３００に含まれる。活性層３０７は、第１の電極材料３０３と、第２電極材料３１１との間に配置され得る。或る実施形態において、第１の選択接触層３０５は、第１の電極材料３０３と、活性層３０７との間に位置され、第１の電極材料３０３及び活性層３０７と接触している。或る実施形態において、第２の選択接触層３０９は、第２の電極材料３１１と、活性層３０７との間に位置され、第２の電極材料３１１及び活性層３０７と接触している。或る実施形態において、基板３０１は、第１の選択接触層３０５と接触しており、他の場合では、環境に曝露される。或る実施形態において、基板は、第２の選択接触層３０９と接触しており、他の場合では、環境に曝露される。或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、基板／第１の電極材料／第１の選択接触層／活性層／第２の選択接触層／第２の電極材料として設定され得る。さらに、又は代替的に、幾つかの実施形態において、くし型電極（図示していない）が使用される。
[0059]或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス３００は、多接合型又はタンデム太陽電池である。タンデム太陽電池は、基板３０１と、第１の電極材料３０３と、第１の選択接触層３０５と、活性層３０７と、第２の選択接触層３０９と、第２の電極材料３１１とを含んでもよく、ここで、基板３０１は、別の太陽電池である。基板３０１としての太陽電池は、とりわけ、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、ペロブスカイト結晶構造、固体色素で増感された構造、液体－電解質色素で増感された構造、テルル化カドミウム材料、硫化カドミウム材料、及びガリウムヒ素材料を含み得るが、これらに限定されない。例えば、基板３０１は、第１の電極材料３０３と、別の電極材料（図示していない）との間に位置され、第１の電極材料３０３及び別の電極材料（図示していない）と接触しているアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）の層を含み得る。或る実施形態において、第１の電極材料３０３は、別の太陽電池３０１の一部に含まれるか、又はその一部であると考えられる。ガラスは、別の電極材料の反対表面上に位置されて、別の電極材料の反対表面と接触し得る。これらの実施形態において、フロントセル（又はａ－Ｓｉサブセル）は、可視領域で幾らか光を吸収する（と同時に、幾らかの可視光を通過させて、幾らかの透明度を保持する）と同時に、不可視（近赤外）波長を自由に通過させて、本明細書中に記載する希釈系を含む「ブラックセル」（又はＯＰＶサブセル）によって吸収させることが可能なアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）の層に基づき得る。
[0060]或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス３００は、第１のサブセル（例えば、有機光電池（ＯＰＶ）サブセル）と、基板と、第１のサブセルと、基板との間に位置される第２のサブセル（例えば、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）サブセル、ペロブスカイト結晶構造、固体色素で増感された構造、液体－電解質色素で増感された構造、テルル化カドミウム材料、硫化カドミウム材料、及びガリウムヒ素材料等）とを含む。或る実施形態において、ＯＰＶサブセルは、第１の選択接触層３０５と、活性層３０７と、第２の選択接触層３０９と、第２の電極材料３１１と、任意選択で、第１の電極材料３０３とを含む。或る実施形態において、ａ－Ｓｉサブセル３０１は、第３の電極材料（図示していない）と、アモルファスシリコンの層（図示していない）と、任意選択で、第１の電極材料３０３とを含む。アモルファスシリコンの層は、負にドープされ、ドープされていない、及び／又は正にドープされたａ－Ｓｉ：Ｈを含んでもよい。或る実施形態において、基板はガラスである。
[0061]或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス３００は、逆位オプトエレクトロニクスデバイスである。逆位オプトエレクトロニクスデバイスは、基板３０１と、第１の電極材料３０３と、第１の選択接触層３０５と、活性層３０７と、第２の選択接触層３０９と、第２の電極材料３１１とを含み得る。オプトエレクトロニクスデバイスが逆位である実施形態において、第１の選択接触層３０５は、ｎ型であり、第２の選択接触層３０９は、ｐ型である。
[0062]或る実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス３００は、従来の構造又は標準的な構造を有する非逆位オプトエレクトロニクスデバイスである。非逆位オプトエレクトロニクスデバイスは、基板３０１と、第１の電極材料３０３と、第１の選択接触層３０５と、活性層３０７と、第２の選択接触層３０９と、第２の電極材料３１１とを含む。オプトエレクトロニクスデバイスが非逆位である実施形態において、第１の選択接触層３０５は、ｐ型であり、第２の選択接触層３０９は、ｎ型である。
[0063]オプトエレクトロニクスデバイス２００又は３００は、１つ又は複数の電極材料を含み得る。例えば、オプトエレクトロニクスデバイスは、第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１のうちの１つ又は複数を含み得る。多くの実施形態において、第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１のうちの１つ又は複数は、透明であり得る。或る実施形態において、第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１のうちの少なくとも１つは、透明である。或る実施形態において、第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１は、透明である。第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１（及び任意の他の層）が透明であり、本開示の活性層３０７と組み合わせられる実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス全体は、ヒトの眼にとって可視である範囲の高い透明度を示し得る（即ち、「透明な」オプトエレクトロニクスデバイス）。
[0064]或る実施形態において、第１の電極材料３０３又は第２の電極材料３１１のいずれかが、高い仕事関数の導電性電極であってもよく、他方の電極材料は、低い仕事関数の導電性電極であってもよい。例えば、カソードが、高い仕事関数の金属若しくは金属酸化物を含んでもよく、及び／又はアノードが、低い仕事関数の金属を含んでもよい。これらの実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイス（例えば、有機太陽電池）は、逆位配置を含むとして特徴付けられ得る。他の実施形態において、オプトエレクトロニクスデバイスは、非逆位配置（例えば、従来の配置又は標準的な配置）を含むとして特徴付けられ得る。したがって、第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１は、オプトエレクトロニクスデバイスの構造に基づいて（例えば、逆位配置及び非逆位配置に基づいて）選択され得る。
[0065]第１の電極材料３０３及び第２の電極材料３１１のうちの１つ又は複数は、ドープされた酸化物、金属導体、導電性ポリマー、及び炭素ベースの導体のうちの１つ又は複数であり得る。
[0066]ドープされた酸化物は、高濃度の自由電子を有する任意の材料を含み得る。例えば、ドープされた酸化物は、金属酸化物半導体及び導体のうちの１つ又は複数を含み得る。或る実施形態において、ドープされた酸化物は、インジウムでドープされた酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素でドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミニウムでドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、及びＩｎ２Ｏ３のうちの１つ又は複数を含み得る。
[0067]金属導体は、例えば、層間での好適な電子又はホール移動を可能にする、電荷選択層のＨＯＭＯ／ＬＵＭＯに関して補足的な仕事関数を有する任意の金属を包含してもよい。金属導体は、ソリッドアレイ、グリッドアレイ、及びワイヤメッシュアレイのうちの１つ又は複数であり得る。多くの実施形態において、金属導体は、銀、金、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛、鋼、及びクロムのうちの１つ又は複数を含む。
[0068]導電性ポリマーは、高い伝導率及び／又は透明度を有する任意の材料を含み得る。例えば、導電性ポリマーは、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含み得る。
[0069]炭素ベースの導体は、グラフェン、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、及びカーボンナノワイヤのうちの１つ又は複数を含み得る。例えば、幾つかの実施形態において、炭素ベースの導体は、単層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノワイヤ、多層カーボンナノチューブ、及び多層カーボンナノワイヤのうちの１つ又は複数を含み、ここで、カーボン単層若しくは多層のナノチューブ又はナノワイヤ構造は、高い導電率を維持しながら、高い光透明度を可能にするように、１次元で十分に狭い。インク中のカーボンナノチューブ及びナノワイヤの典型的な濃度は、約０．００１重量％～約１重量％の範囲であるが、通常は、約０．１重量％であり得る。グラフェン、グラフェンオキシド及びグラファイトの場合、炭素原子層の数は、高い導電率を維持しながら、高い光透明度を可能にするのに十分少なくしなくてはならない。層厚は通常、１原子厚～１０原子厚の範囲であり、好ましくは１原子厚である。これらのカーボンシートの寸法は、５μｍ～１０，０００μｍの範囲であり、通常５０μｍである。グラファイト及びカーボンブラックの場合、これらの材料の十分に少量の添加が、高い光透明度の導電体と併用して、高度な不透過度を付与せずに、伝導率をさらに改善し得る。
[0070]任意選択の基板３０１は、任意の適切な基板を含んでもよい。幾つかの実施形態において、適切な基板は、ミクロンスケール又はそれよりも小さいスケールで、高度な平坦度を有する基板を含んでもよい。幾つかの実施形態において、適切な基板は、透明な基板を含み得る一方で、他の実施形態において、適切な基板は、不透明、部分的に透明、又は実質的に透明のうちの１つ又は複数であり得る。基板は、任意選択でコーティングされ得る（例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ等で）。多くの実施形態において、任意選択の基板３０１は、ガラス、金属、ポリマー、及びセラミックのうちの１つ又は複数を含み得る。ガラス基板は、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融石英ガラス、及びアルミノケイ酸ガラスのうちの１つ又は複数を含み得る。金属基板は、チタン、ニッケル、鉄、亜鉛、及び銅のうちの１つ又は複数を含み得る。ポリマー基板は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＵ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴＧ、シリコーン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ナイロン／ＰＡ、ＰＥ及びＰＰのうちの１つ又は複数を含み得る。セラミック基板は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、石英、スレート、カオリナイト、モンモリトナイト－スメクタイト、イライト、クロライト、及びアルミン酸カルシウムのうちの１つ又は複数を含み得る。
[0071]任意選択の第１の選択接触層３０５及び／又は任意選択の第２の選択接触層３０９は、ｐ型選択接触層及びｎ型選択接触層のうちの１つ又は複数を含み得る。オプトエレクトロニクスデバイスが非逆位オプトエレクトロニクスデバイスである実施形態において、第１の選択接触層３０５は、ｐ型選択接触層であり、第２の選択接触層３０９は、ｎ型選択接触層である。オプトエレクトロニクスデバイスが逆位オプトエレクトロニクスデバイスである実施形態において、第１の選択接触層３０５は、ｎ型選択接触層であり、第２の選択接触層３０９は、ｐ型選択接触層である。ｐ型選択接触層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、酸化ニッケル、グラフェン、フッ素でドープされたＣｓＳｎＩ３、ペロブスカイト、金属－フタロシアニン（例えば、銅－フタロシアニン）、ＣｕＩ、ＰＦＮ、金属－チオシアネート、及びそれらの誘導体のうちの１つ又は複数を含み得る。ｎ型選択層は、フタロシアニン、ポリアセチレン、ポリ（フェニレンビニレン）、及びそれらの誘導体のうちの１つ又は複数を含み得る、さらに、又は代替的に、第１の選択層及び／又は第２の選択層は、バソクプロイン及び／又は金属酸化物半導体を含み得る。金属酸化物半導体は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｒＴｉＯ３、ＮｉＯ、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、酸化インジウムスズ、フッ素でドープした酸化スズ、及びそれらの混合物の１つ又は複数を含み得る。
[0072]図４は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスを製作する方法のフローチャートである。図４に示すように、方法４００は、ブレンドされた溶液を、活性層を形成するのに十分な第１の材料上に堆積させるステップ４０１であって、ブレンドされた溶液が、非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、堆積させるステップ４０１と、第２の材料を、活性層上に堆積させるステップ４０２とを含み、ここで、第１の材料及び第２の材料が、活性層の反対側に存在する。
[0073]堆積させるステップは、本開示に記載する技法のいずれかを含み得る。例えば、堆積させるステップは、印刷、ドクターブレードコーティング、バーコーティング、スロットダイコーティング、スピンコーティング、ブレードコーティング、及びスプレーコーティングのうちの１つ又は複数を含み得る。多くの実施形態において、堆積させるステップは、スピンコーティングを含む。本開示の非フラーレン構成成分及びホールスカベンジング構成成分のいずれかが、ここで使用され得る。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、本質的に非フラーレン構成成分からなる。或る特定の実施形態において、ブレンドされた溶液は、非フラーレン構成成分を含む。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む。或る実施形態において、ブレンドされた溶液は、本質的に非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分からなる。
[0074]第１の材料及び第２の材料は、オプトエレクトロニクスデバイスの任意の層又は構成成分を含み得る。或る実施形態において、第１の材料は、基板、第１の電極材料、及び第１の選択接触層のうちの１つ又は複数を指す。或る実施形態において、第１の材料は、第２の電極材料及び第２の選択接触層のうちの１つ又は複数を指す。或る実施形態において、第２の材料は、基板、第１の電極材料、及び第１の選択接触層のうちの１つ又は複数を指す。或る実施形態において、第２の材料は、第２の電極材料及び第２の選択接触層を指す。或る実施形態において、上記方法は、第１の前駆物質溶液を堆積させるステップであって、第１の前駆物質溶液が、第１の選択接触層を形成する、堆積させるステップを含む。或る実施形態において、上記方法は、第２の前駆物質溶液を堆積させるステップであって、第２の前駆物質溶液が、第２の選択接触層を形成する、堆積させるステップを含む。
[0075]或る実施形態において、上記方法は、ブレンドされた溶液を調製するステップであって、ブレンドされた溶液が、有機溶媒（例えば、環境に配慮した化学溶媒、即ち環境に優しい化学溶媒）中に溶解された非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、調製するステップを含み得る。或る実施形態において、上記方法は、基板を洗浄するステップを含み得る。例えば、基板は、洗浄剤水、脱イオン水、アセトン、及びイソプロピルアルコールのうちの１つ又は複数で洗浄され得る。或る実施形態において、洗浄するステップは、指定された期間、超音波浴中で洗浄するステップを含み得る。或る実施形態において、上記方法は、第１又は第２の選択層の前駆物質溶液を調製するステップを含み得る。或る実施形態において、上記方法は、基板を処理するステップを含み得る。例えば、基板は、ＵＶ－オゾン処理に付され得る。或る実施形態において、第１又は第２の選択接触層の前駆物質溶液は、基板及び／又は基板及び第１若しくは第２の選択層を含む複合材料上にスピンコーティングされ得る。或る実施形態において、上記方法は、堆積された前駆物質溶液を加熱するステップを含む。或る実施形態において、上記方法は、ブレンドされた溶液を、オプトエレクトロニクスデバイスの任意の層上にスピンコーティングするステップを含む。或る実施形態において、上記方法は、熱蒸発により層を堆積させるステップを含み得る。
[0076]図５は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、オプトエレクトロニクスデバイスを使用する方法５００のフローチャートである。図５に示すように、方法５００は、活性層を含むオプトエレクトロニクスデバイスの表面を照射するステップ５０１であって、活性層が、非フラーレン構成成分と、任意選択で、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む、照射するステップ５０１と、光を電気に、又は電気を光に変換するステップ５０２とを含む。多くの実施形態において、活性層は、光活性層である。或る実施形態において、活性層は、本質的に非フラーレン構成成分からなる。或る実施形態において、活性層は、非フラーレン構成成分を含む。或る実施形態において、活性層は、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含む。或る実施形態において、活性層は、本質的に非フラーレン構成成分及び１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分からなる。
[0077]照射するステップは概して、放射線に曝露するステップを指す。放射線は、電磁スペクトルの任意の波長、周波数、又はそれらの範囲を含み得る。多くの実施形態において、照射するステップは、近赤外放射線に曝露するステップを含む。他の実施形態において、照射するステップは、可視光に曝露するステップを含む。他の実施形態において、照射するステップは、電磁スペクトルに関する任意の放射線に曝露するステップを含む。変換するステップは概して、エネルギーを変換する任意のプロセスを指す。
[0078]下記の実施例は、上記の本発明を説明するものと意図され、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。試験者等が、本発明が実施され得る多くの他の方法を示唆することが、当業者には容易に認識されよう。本発明の範囲内にとどまりながら、多数の変動及び変更が成され得ることは、理解されるべきである。
（実施例１）
[0079]本明細書中に記載する実施例は、新規の単一構成成分及び希釈系に関する。特に、ＰＣ７０ＢＭと比較して、ＮＦの種々の光物理的特性に起因して、「希釈」系（Ｄ／Ａ １：１０～１：２５）を製作し、これは、赤外アクセプターと組み合わせて、ＡＶＴ＞７０％を特色とし、同時にＰＣＥ＞５％～６％を付与し得る。超高速（３００ｆｓ未満）過渡吸収分光法（ＴＡＳ）により、非フラーレンアクセプターが、励起子特性ではなく、真性半導体特性を特色することが明らかになった。これは、一般的なドナー及びフラーレンベースの材料とは異なる。実際に、初期の非フラーレンアクセプター材料における自由電子の形成が、超短期間のスケールで観察されたのに対して、一般的な最先端のドナー及びアクセプターは、単に励起子を表した。測定を立証するために、ＩＥＩＣＯ－４Ｆ ＮＦに基づく単一構成成分有機太陽電池（これは、代わりに、０：１希釈系と称され得る）は、ＩＴＯ／ＺｎＯ／非フラーレンアクセプター／ＭｏＯｘ／Ａｇに基づいて、逆位配置で製作された（図６）。図８は、１００ｍＷｃｍ－２のＡＭ１．５Ｇ照明下での単一構成成分デバイスの電流密度対電圧（Ｊ－Ｖ）特性を示す。太陽電池は、短絡電流密度（Ｊｓｃ）３ｍＡｃｍ－２、開回路電圧（Ｖｏｃ）０．７７Ｖ、曲線因子３２％、及び全ＰＣＥおよそ１％を付与した。この結果により、非フラーレンアクセプターが、ドナー材料を必要とせずに、室温で励起子を自由電荷に効率的に分割することが可能であり、またＮＦの二極性に起因して、各々の電極において、ホール及び電子を収集することが可能であることが確認された。しかしながら、単一構成成分デバイスの限られたＰＣＥは、それぞれ、ＨＴＬ及びＥＴＬとのＨＯＭＯ／ＬＵＭＯレベルのオームの法則に従わない接触、及び／又は欠陥及び／又はトラップ状態の形成に起因する材料における電荷再結合プロセスに起因した。
[0080]これらの限界を低減させるために、少量のドナー材料（ＰＴＢ７－ｔｈ）を導入して、希釈系を形成し、ここで、ポリマー／小分子は、「ホールスカベンジャー」として作用し、電荷の抽出を促進し、したがって、単一構成成分デバイスと比較して、ＦＦ及びＪｓｃの両方を改善させる。図８は、１００ｍＷｃｍ－２のＡＭ１．５Ｇ照明下での単一構成成分デバイスの電流密度対電圧（Ｊ－Ｖ）特性を示す。希釈系ＰＴＢ７－Ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４Ｆデバイスは、Ｄ／Ａ １：１０でＰＣＥ５％を付与した。図９は、１：１０の比のホールスカベンジング構成成分対非フラーレン構成成分を含む希釈系のグラフ図である。最終的に、広範囲のドナー／ＮＦ系を製作して、本開示のアプローチを普遍的なものにした。特に、この方法は、透明な有機オプトエレクトロニクスデバイスにおける使用のためにこの２０年間で開発したドナー材料全てを再考する機会を提供する。
[0081]興味深いことに、ＰＴＢ７－ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４Ｆに基づく希釈系の活性層のＡＶＴを、ＵＶ／Ｖｉｓ分光法によって測定した。図１０は、ヒトの眼の感度に関するＢＨＪの透過率を示す。全ての波長範囲（３６０ｎｍ～１０００ｎｍ）に関して、有機太陽電池に関してこれまで報告された最高値であるＡＶＴ７０％が算出された。さらに、活性層の透明度を、ヒトの眼の応答に従って算出した（図１１）。ＰＴＢ７－ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４Ｆフィルムに関して、９０％程度と高い透明度の値が得られた。これは素晴らしいことであり、ベアガラス（ｂａｒｅ ｇｌａｓｓ）が、最大５％～８％透明度を低減させたと考えられる。
[0082]実世界での用途が通常、連続した電池のモノリシックな相互接続により達成され得る大きな電圧出力を要するため、光電池モジュールが重要な試験台となった。高いソーラーモジュール効率が、重要なことに、高いＡＶＴ及びＧＦＦを維持しながら、ガラス及び可撓性基板上で達成された。
[0083]ＯＳＣの製作及び特性化。ＰＴＢ７－Ｔｈを、１－Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．社から購入した。ＩＥＩＣＯ－４Ｆは、従来法を使用して合成した。ＰＴＢ７－Ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４Ｆブレンド溶液を、濃度２０ｍｇ／ｍｌでクロロベンゼン中に調製した。逆位デバイス構造は、ＩＴＯ／酸化亜鉛（ＺｎＯ）／ＰＴＢ７－Ｔｈ：ＩＥＩＣＯ－４Ｆ／ＭｏＯｘ／Ａｇであった。ＩＴＯ基板を、洗浄剤水、脱イオン水、アセトン及びイソプロピルアルコールで、超音波浴中で順次２０分間、浄化した。酢酸亜鉛二水和物（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・２Ｈ２Ｏ、９９％、Ｓｉｇｍａ社）２．４ｇ及びエタノールアミン（ＮＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、９８％、Ｓｉｇｍａ社）０．６４７ｍｌを、２－メトキシエタノール（ＣＨ３ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、９８％、Ｓｉｇｍａ社）３０ｍｌ中に溶解して、続いて溶液を一晩撹拌することによって、酸化亜鉛前駆物質溶液を調製した。ＩＴＯ基板を、ＵＶ－オゾン下で３０分間、処理した。ＵＶ－オゾン処理後、ＺｎＯ前駆物質溶液を、４０００ｒｐｍでＩＴＯ基板上へスピンコーティングした。空中で２００℃にて１０分間、焼成した後、ＺｎＯでコーティングされた基板を、窒素で満たしたグローブボックスへ移した。ドナー／アクセプターブレンド溶液を、種々の速度（３００ｒｐｍ～２０００ｒｐｍ）でスピンコーティングして、種々の厚さを得た。デバイス製作は、２×１０－６Ｐａ未満の圧力で、ＭｏＯｘ（Ａｌｆａ社）５ｎｍ及びＡｇ（Ｋｕｒｔ Ｌｅｓｋｅｒ）１００ｎｍの熱蒸発によって完了させた。全てのデバイスのアクティブエリアは、シャドウマスクにより０．１ｃｍ２であった。Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２４００ソースメータ及び１ ｓｕｎ、ＡＭ１．５Ｇに較正したＯｒｉｅｌ Ｓｏｌ３Ａ Ｃｌａｓｓ ＡＡＡ ソーラーシミュレーターを用いて、Ｎｅｗｐｏｒｔ社によって認証されたＫＧ－５シリコン基準セルで、太陽電池のＪ－Ｖ測定をグローブボックス中で実施した。
[0084]モジュール。上記プロセスは、低い直列抵抗及びデッドエリアの低減を伴う相互接続を形成するための連続的な一様にコーティングされた層の高精度の超高速レーザー構造化を含んでいた。ガラス／ＩＴＯ及びＰＥＴ／ＩＴＯ－Ａｇ－ＩＴＯ（ＩＭＩ）基板を使用して、それぞれ、強固なデバイス及び可撓性のデバイスの両方を実現させた。機能性モジュールを達成するためには、３つのレーザーステップが必要であった：Ｐ１レーザーが、下部電極を規定するステップ、Ｐ２ラインが、光活性層を「開放して」、上部電極と下部電極との間の接触を創り出すステップ、及びＰ３が、上部電極を電気的に分離させるステップ（図１２）。Ｐ１ラインとＰ３ラインとの間のエリアは、光活性ではなく、したがって、損失領域（デッドエリア）と考えられ得る。
[0085]このことが、幾何学的曲線因子（ＧＦＦ）をもたらし、これは、
Figure 0007279998000001
として定義される。ＧＦＦが１００％に近いほど、ソーラーモジュールの最終的なＰＣＥに対するパターニング技法の影響が低い。レーザー構造化により、相互接続領域２５０μｍ～３００μｍ、したがって、９０％程度と高いＧＦＦを達成することが可能となった。
[0086]図１３は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従って、露光の過程における１：２及び１：１０のＤ／Ａに基づく太陽電池の正規化されたＰＣＥのグラフ図である。デバイス製作時に、太陽電池を、環境が調節された（Ｏ２＜１ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ＜１ｐｐｍ）密封の電気的に制御された分解チャンバー中に入れた。１：２のホールスカベンジャー／ＮＦ及び１：１０のホールスカベンジャー／ＮＦベースのデバイスの両方のＪ－Ｖの特徴を、１００ｍＷ／ｃｍ２で照射する金属ハロゲン化物ランプを使用して、連続的にライトソーキングしながら、定期的にプローブした。図１３に表すように、１：１０のホールスカベンジャー／ＮＦベースの太陽電池は、１：２のホールスカベンジャー／ＮＦベースのデバイスと比較して、光安定性の改善を示す。
（実施例２）
（三元希釈系）
[0087]２つの電子供与性有機部分及び１つの電子受容性有機部分（又はその逆）を含有する有機三元バルクヘテロ接合型（ＢＨＪ）ブレンドは、有機光電池（ＯＰＶ）の電力変換効率（ＰＣＥ）１５％の重要なバリアを克服すると有望であると思われる最も優良な材料の１つである。バルクヘテロ接合型ブレンドにおいて第３の半導体吸収体を使用して、３つの重要な光起電力パラメーターである短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開回路電圧（Ｖｏｃ）及び曲線因子（ＦＦ）を、原則として操作することができ、また二元ブレンドに基づくデバイスと比較して増強することができる。この実施例では、非フラーレン及び２つのホールスカベンジャーに基づく活性層を使用したが、他の組合せも可能である（例えば、とりわけ、２つの非フラーレン及び１つのホールスカベンジャー）。このアプローチを用いて、非フラーレン及び１つのホールスカベンジャーに基づく参照デバイスと比較した場合、三元ブレンドに関する電力変換効率及び熱安定性の二重改善が得られた。実際に、三元デバイスは、ＰＣＥ ６％を付与したのに対して、二元電池は、より低いＰＣＥ５％を示した。さらに、不活性雰囲気中で８０℃にて実行された温度分解測定は、二元デバイスと比較して、三元ブレンドに関して安定性の改善を示す。結果を、図１４Ａ～図１４Ｂに報告する。
（実施例３）
（市販のガラス上にコーティングされた希釈系）
[0088]有機太陽電池に使用される一般的な基板は、低いシート抵抗（１５オーム／ｓｑ未満）及び低い粗度（１ｎｍ未満）を特徴とする酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）でコーティングされたガラスからなる。低い粗度により、性能にとって有害な影響を与えるいかなる欠陥及び／又はピンホールも伴わずに、有機太陽電池の製作が可能になる。商業的に有益な製品のためには、原価の視点で、ＩＴＯを、フッ素でドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）で置き換えなくてはならない。しかしながら、従来の有機太陽電池は、ＩＴＯと比較して基板のより高い粗度のために、ＦＴＯで製作した場合、低効率を特色とする。この実施例では、非フラーレン及び１つ又は複数のホールスカベンジャーに基づく有機太陽電池を、市販のＦＴＯで製作した。デバイスは、標準的なＩＴＯベースの太陽電池に匹敵するＰＣＥを付与した。短絡電流密度は、ＩＴＯと比較して、ＦＴＯのＮＩＲにおいてより高い寄生吸収（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）に起因して、基板の置き換えに影響される唯一のパラメーターであった。希釈系が、従来のドナー：アクセプターブレンドと比較して、基板の欠陥／粗度に対してより高い許容度を特色とすることがわかった。結果を表１に報告する。
Figure 0007279998000002
（実施例４）
（ハイブリッドタンデム太陽電池）
[0089]典型的な太陽電池は、それが、シリコンに基づいていようと、ペロブスカイトに基づいていようと、有機バルクヘテロ接合型に基づいていようと、光起電力材料の単一層に基づく。しかしながら、この単一層が、どれほど効率的に光を電気に変換しているかに対して基本的な物理的限界がある。最良の事例では、この効率上限は、およそ３３％である。しかしながら、本明細書中に記載するように、同じデバイスにおいて互いの上部に多重の光起電力材料を「積み重ねること」によって（「多接合型」又は「タンデム」太陽電池として知られている）、光は、より効率的に収集されて、効率限界３３％が上がった。重要なことに、効率的なタンデム太陽電池を実現させるためには、両方のサブセルの短絡電流密度（ＪＳＣ）が、できるだけ同等であることが必要であった（タンデムデバイスのＪＳＣは、最小のサブセルのＪＳＣに制限される一方で、サブセルの開回路電圧ＶＯＣは、積算される）。
[0090]したがって、基板として別の太陽電池を使用して、本明細書中に記載する希釈有機系を製作するプロセスが開発された。この「フロントセル」は、不可視（近赤外）波長を自由に通過させて、本明細書中に記載するような希釈有機「バックセル」によって吸収され得ると同時に、ソーラースペクトルの可視領域において幾らかの光を吸収する（幾らかの可視光を通過させて、幾らかの透明度を保持しながら）アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）の層に基づく。かかるタンデム太陽電池は、元の状態のｓ－Ｓｉ単独と比較して、顕著な不利点を伴わずに、ａ－Ｓｉ太陽電池の効率を大いに改善させることができる。本明細書中に記載する希釈有機光起電力材料は、高い可視透明度を維持しながら、標準的なａ－Ｓｉ太陽電池と比較して、ほぼ同一のＪＳＣを示した。このことは、新たなタンデムデバイスが、視覚的な透明度又はＪＳＣの限界をあまり減少させずに、はるかに高いＶＯＣ（及び、したがって、効率）を示すことを意味した。フロントセルは、とりわけ、ペロブスカイト結晶構造、固体色素で増感された構造、液体－電解質色素で増感された構造、テルル化カドミウム材料、硫化カドミウム材料、及びガリウムヒ素材料が挙げられるが、これらに限定されない他の材料に基づき得る。
[0091]このデバイス構造は、わずかに「暗い」ソーラーパネルが必要とされる商業用途で使用されると想定され、ここで、光学特性は依然として、本開示に記載されるようにドナー及びアクセプターの比を変更させることによって調節することができる。
[0092]図１５は、単一接合型有機太陽電池（青色）、単一接合型ａ－Ｓｉ太陽電池（赤色）及び多接合型タンデム太陽電池（橙色）の電流－電圧応答を示す。下の表により、このタンデム構造を利用することによって、ａ－Ｓｉ太陽電池の電力変換効率は、７．７％から１４．０％に改善されたことが示される。
[0093]図１６は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、タンデム太陽電池の模式図である。
[0094]本開示の他の実施形態が可能である。上記説明は、多くの特異性を含有するが、これらは、本開示の範囲と限定するものと解釈されるべきではなく、本開示の現在好ましい実施形態の幾つかの説明を単に提供するものと解釈されるべきである。同様に、実施形態の特定の特色及び態様の様々な組合せ又は部分組合せ（ｓｕｂ－ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ）が成されてもよく、それは、依然として本開示の範囲内に収まると意図される。開示した実施形態の様々な特色及び態様は、様々な実施形態を形成するために、互いに組み合わせられ得るか、又は互いに置換され得ることが理解されるべきである。したがって、本開示の少なくとも幾つかの範囲は、本明細書中に記載する特定の開示した実施形態によって限定されるべきではないと意図される。
[0095]したがって、本開示の範囲は、併記の特許請求の範囲及びそれらの法的な等価体によって決定されるべきである。したがって、本開示の範囲は、当業者に明らかとなり得る他の実施形態を完全に包含すること、及びしたがって、本開示の範囲は、併記の特許請求の範囲以外の何によっても限定されないことが理解されよう。ここで、単数形の要素は、明らかに提示されない限りは、「１つ、及び唯一」を意味すると意図されず、そうではなく、「１つ又は複数」を意味すると意図される。当業者に既知の上述の好ましい実施形態の要素に対する構造的、化学的及び機能的等価体は全て、参照により本明細書中に明らかに組み込まれ、本特許請求の範囲によって包含されると意図される。さらに、デバイス又は方法が、本特許請求の範囲に包含されるために、本開示によって解決されようとされるありとあらゆる問題に対処する必要はない。さらに、本開示における要素、構成成分、又は方法ステップは、要素、構成成分、又は方法ステップが、特許請求の範囲において明らかに列挙されているかどうかにかかわらず、一般公開されると意図されない。
[0096]本開示の様々な好ましい実施形態の先述の記述は、説明及び記述の目的で提示されてきた。本開示の様々な好ましい実施形態の先述の記述は、包括的であると意図されず、また本開示を正確な実施形態に限定するとも意図されず、明らかに、多くの変更及び変動が、上記教示を鑑みて可能である。上述するような例となる実施形態は、本開示の原理及びその実用的応用を最良に説明するために選択及び記載され、それにより、当業者が、様々な実施形態において、また意図される特定の使用に適しているような様々な変更を伴って、本開示を最良に利用することが可能となる。本開示の範囲が、本明細書に併記される特許請求の範囲によって規定されると意図される。
[0097]様々な実施例について記載してきた。これらの実施例及び他の実施例は、特許請求の範囲内である。

Claims (19)

  1. オプトエレクトロニクスデバイスの活性層であって、
    １つ又は複数の非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含み、
    前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とは緊密に混合され、
    前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比が、１：３～１：２５の範囲であり、
    前記活性層が、少なくとも７０％の平均可視透過率を有し、
    前記ホールスカベンジング構成成分は、電荷の抽出を促進し、
    前記非フラーレン構成成分が、ロダニン－ベンゾチアジアゾール結合インダセノジチオフェン（ＩＤＴＢＲ）；２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＮＣＮ）基でエンドキャッピングされたインダセノジチエノ［３，２－ｂ］チオフェン（ＩＴ）（ＩＴＩＣ）；インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン及び２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＥＩＣ）；２，２’－（（２Ｚ，２’Ｚ）－（（５，５’－（４，４，９，９－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－４，９－ジヒドロ－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン－２，７－ジイル）ビス（４－（（２－エチルヘキシル）－オキシ）チオフェン－５，２－ジイル））ビス（メタニリリデン））ビス（３－オキソ－２，３－ジ－ヒドロ－１Ｈ－インデン－１Ｈ－２，１－ジイリデン））ジマロノニトリル（ＩＥＩＣＯ）；ＩＥＩＣＯ－４Ｆ；ナフタレンジイミド（ＮＤＩ）；ベイ連結ペリレンビスイミド（ジ－ＰＢＩ）；ペリレンビスイミド（ＰＢＩ）；チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）を含有し、チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）でエンドキャッピングされたベンゾトリアゾール；ナフタロシアニン（ＮＣ）；フタロシアニン（ＰＣ）；ナフト［１，２－ｃ：５，６－ｃ’］ビス［１，２，５］チアジアゾール；（２Ｅ，２Ｅ’）－３，３’－（２，５－ジメトキシ－１，４－フェニレン）ビス（２－（５－（４－（Ｎ－（２－エチルヘキシル）－１，８－ナフタルイミド）イル）チオフェン－２－イル）アクリロニトリル）（ＮＩＤＣＳ－ＭＯ）；チエノ［３，４－ｂ］チオフェン及び２－（１，１－ジシアノメチレン）ロダニンの組合せ（ＡＴＴ－１）；（３，９－ビス（４－（１，１－ジシアノメチレン）－３－メチレン－２－オキソ－シクロペンタ［ｂ］チオフェン－５，５，１１，１１－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－ジチエノ［２，３－ｄ’：２，３－ｄ’］－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］－ジチオフェン（ＩＴＣＣ）；インダンジオン；ジシアノビニル；ベンゾチアジアゾール；ジケトピロロピロール；アリーレンジイミド；及びＩＤＩＣのうちの１つ又は複数を含む、活性層。
  2. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比が、１：１０～１：２５の範囲である、請求項１に記載の活性層。
  3. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分が、第１のホールスカベンジング構成成分と、第２のホールスカベンジング構成成分とを含み、前記第１のホールスカベンジング構成成分及び前記第２のホールスカベンジング構成成分が異なる、請求項１又は２に記載の活性層。
  4. 前記非フラーレン構成成分が、ＩＥＩＣＯ－４Ｆを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の活性層。
  5. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分が、チオフェン、アセン、フッ素、カルバゾール、インダセノジチエノチオフェン、インダセノチエノチフェン、ベンゾジチアゾール、チエニ－ベンゾチオフェン－ジオン、ベンゾトリアゾール、及びジケトピロロピロールのうちの１つ又は複数を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の活性層。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の活性層を含み、有機光電池、有機フォトダイオード、有機発光ダイオード、有機光電界効果トランジスター、光検出器、及び常誘電体のうちの１つである、オプトエレクトロニクスデバイス。
  7. 第１の電極材料と、
    活性層と、
    第２の電極材料と
    を含むオプトエレクトロニクスデバイスであって、
    前記活性層が、前記第１の電極材料と前記第２の電極材料との間に位置し、
    前記活性層が、１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含み、
    前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とは緊密に混合され、
    前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比が、１：３～１：２５の範囲であり、
    前記活性層が、少なくとも７０％の平均可視透過率を有し、
    前記ホールスカベンジング構成成分は、電荷の抽出を促進し、
    前記非フラーレン構成成分が、ロダニン－ベンゾチアジアゾール結合インダセノジチオフェン（ＩＤＴＢＲ）；２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＮＣＮ）基でエンドキャッピングされたインダセノジチエノ［３，２－ｂ］チオフェン（ＩＴ）（ＩＴＩＣ）；インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン及び２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＥＩＣ）；２，２’－（（２Ｚ，２’Ｚ）－（（５，５’－（４，４，９，９－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－４，９－ジヒドロ－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン－２，７－ジイル）ビス（４－（（２－エチルヘキシル）－オキシ）チオフェン－５，２－ジイル））ビス（メタニリリデン））ビス（３－オキソ－２，３－ジ－ヒドロ－１Ｈ－インデン－１Ｈ－２，１－ジイリデン））ジマロノニトリル（ＩＥＩＣＯ）；ＩＥＩＣＯ－４Ｆ；ナフタレンジイミド（ＮＤＩ）；ベイ連結ペリレンビスイミド（ジ－ＰＢＩ）；ペリレンビスイミド（ＰＢＩ）；チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）を含有し、チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）でエンドキャッピングされたベンゾトリアゾール；ナフタロシアニン（ＮＣ）；フタロシアニン（ＰＣ）；ナフト［１，２－ｃ：５，６－ｃ’］ビス［１，２，５］チアジアゾール；（２Ｅ，２Ｅ’）－３，３’－（２，５－ジメトキシ－１，４－フェニレン）ビス（２－（５－（４－（Ｎ－（２－エチルヘキシル）－１，８－ナフタルイミド）イル）チオフェン－２－イル）アクリロニトリル）（ＮＩＤＣＳ－ＭＯ）；チエノ［３，４－ｂ］チオフェン及び２－（１，１－ジシアノメチレン）ロダニンの組合せ（ＡＴＴ－１）；（３，９－ビス（４－（１，１－ジシアノメチレン）－３－メチレン－２－オキソ－シクロペンタ［ｂ］チオフェン－５，５，１１，１１－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－ジチエノ［２，３－ｄ’：２，３－ｄ’］－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］－ジチオフェン（ＩＴＣＣ）；インダンジオン；ジシアノビニル；ベンゾチアジアゾール；ジケトピロロピロール；アリーレンジイミド；及びＩＤＩＣのうちの１つ又は複数を含む、オプトエレクトロニクスデバイス。
  8. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比が、１：１０～１：２５の範囲である、請求項７に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  9. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分が、第１のホールスカベンジング構成成分と、第２のホールスカベンジング構成成分とを含み、前記第１のホールスカベンジング構成成分及び前記第２のホールスカベンジング構成成分が異なる、請求項７又は８に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  10. 前記非フラーレン構成成分が、ＩＥＩＣＯ－４Ｆを含む、請求項７～９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  11. 前記ホールスカベンジング構成成分が、チオフェン、アセン、フッ素、カルバゾール、インダセノジチエノチオフェン、インダセノチエノチフェン、ベンゾジチアゾール、チエニ－ベンゾチオフェン－ジオン、ベンゾトリアゾール、及びジケトピロロピロールのうちの１つ又は複数を含む、請求項７～１０のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  12. 前記第１の電極材料及び／又は第２の電極材料が、ドープされた酸化物、金属導体、導電性ポリマー、及び炭素ベースの導体のうちの１つ又は複数である、請求項７～１１のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  13. 前記ドープされた酸化物が、インジウムでドープされた酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素でドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミニウムでドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、及びＩｎ２Ｏ３のうちの１つ又は複数である、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  14. 透明基板と、第１の選択接触層と、第２の選択接触層とをさらに含む、請求項７～１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  15. 前記第１の選択接触層及び／又は第２の選択接触層が、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、酸化ニッケル、グラフェン、フッ素でドープされたＣｓＳｎＩ３、ペロブスカイト、金属－フタロシアニン、ＣｕＩ、ＰＦＮ、金属－チオシアネート、フタロシアニン、ポリアセチレン、ポリ（フェニレンビニレン）、バソクプロイン、及びそれらの誘導体のうちの１つ又は複数を含む、請求項１４に記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
  16. 基板と、
    少なくとも１つの活性層を含む第１のサブセルであり、前記活性層が、非フラーレン構成成分と、１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とを含み、前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分と、前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分とは緊密に混合され、前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分対前記１つ又は複数の非フラーレン構成成分の比が、１：３～１：２５の範囲であり、前記活性層が、少なくとも７０％の平均可視透過率を有し、前記ホールスカベンジング構成成分は、電荷の抽出を促進し、前記非フラーレン構成成分が、ロダニン－ベンゾチアジアゾール結合インダセノジチオフェン（ＩＤＴＢＲ）；２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＮＣＮ）基でエンドキャッピングされたインダセノジチエノ［３，２－ｂ］チオフェン（ＩＴ）（ＩＴＩＣ）；インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン及び２－（３－オキソ－２，３－ジヒドロインデン－１－イリデン）マロノニトリル（ＩＥＩＣ）；２，２’－（（２Ｚ，２’Ｚ）－（（５，５’－（４，４，９，９－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－４，９－ジヒドロ－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］ジチオフェン－２，７－ジイル）ビス（４－（（２－エチルヘキシル）－オキシ）チオフェン－５，２－ジイル））ビス（メタニリリデン））ビス（３－オキソ－２，３－ジ－ヒドロ－１Ｈ－インデン－１Ｈ－２，１－ジイリデン））ジマロノニトリル（ＩＥＩＣＯ）；ＩＥＩＣＯ－４Ｆ；ナフタレンジイミド（ＮＤＩ）；ベイ連結ペリレンビスイミド（ジ－ＰＢＩ）；ペリレンビスイミド（ＰＢＩ）；チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）を含有し、チアゾリジン－２，４－ジオン（ＴＤ）でエンドキャッピングされたベンゾトリアゾール；ナフタロシアニン（ＮＣ）；フタロシアニン（ＰＣ）；ナフト［１，２－ｃ：５，６－ｃ’］ビス［１，２，５］チアジアゾール；（２Ｅ，２Ｅ’）－３，３’－（２，５－ジメトキシ－１，４－フェニレン）ビス（２－（５－（４－（Ｎ－（２－エチルヘキシル）－１，８－ナフタルイミド）イル）チオフェン－２－イル）アクリロニトリル）（ＮＩＤＣＳ－ＭＯ）；チエノ［３，４－ｂ］チオフェン及び２－（１，１－ジシアノメチレン）ロダニンの組合せ（ＡＴＴ－１）；（３，９－ビス（４－（１，１－ジシアノメチレン）－３－メチレン－２－オキソ－シクロペンタ［ｂ］チオフェン－５，５，１１，１１－テトラキス（４－ヘキシルフェニル）－ジチエノ［２，３－ｄ’：２，３－ｄ’］－ｓ－インダセノ［１，２－ｂ：５，６－ｂ’］－ジチオフェン（ＩＴＣＣ）；インダンジオン；ジシアノビニル；ベンゾチアジアゾール；ジケトピロロピロール；アリーレンジイミド；及びＩＤＩＣのうちの１つ又は複数を含む、第１のサブセルと、
    アモルファスシリコン、ペロブスカイト結晶構造、固体色素で増感された構造、液体－電解質色素で増感された構造、テルル化カドミウム材料、硫化カドミウム材料、及びガリウムヒ素材料から選択される第２のサブセルと
    を含むタンデム太陽電池であって、
    前記第２のサブセルが、前記第１のサブセルと前記基板との間に位置する、タンデム太陽電池。
  17. 前記第１のサブセルが、電磁スペクトルの近赤外領域における光の少なくとも一部を吸収する、請求項１６に記載のタンデム太陽電池。
  18. 前記第２のサブセルが、電磁スペクトルの可視領域における光の少なくとも一部を吸収する、請求項１６又は１７に記載のタンデム太陽電池。
  19. 前記１つ又は複数のホールスカベンジング構成成分が、第１のホールスカベンジング構成成分と、第２のホールスカベンジング構成成分とを含み、前記第１のホールスカベンジング構成成分及び前記第２のホールスカベンジング構成成分が異なる、請求項１６～１８のいずれか一項に記載のタンデム太陽電池。
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