KR20120054643A - 유기 감광성 광전자 소자 - Google Patents
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Abstract
감광성 광전자 소자(1)는 전극 사이의 스택(stack)에 정렬된 복수의 유기 반도체 서브셀(10, 11, 12, 13)을 포함하며, 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너 물질(14, 16, 23, 25) 및 억셉터 물질(15, 17, 24, 26)을 포함한다. 인접한 서브셀 사이에 재결합층(19, 22, 28)이 존재한다. 상기 서브셀은 두 개의 그룹(20, 29)으로 정렬된다. 그룹(20; 29) 내의 상기 서브셀(10, 11; 12,13)은 실질적으로 동일한 영역의 광 스펙트럼에서 반응한다. 상기 그룹(20, 29)은 각각의 서브 셀이 반응하는 광 스펙트럼의 영역에 있어서는 실질적으로 서로 다르다.
Description
본 발명은 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하는 유기 반도체 셀을 포함하는 유기 감광성 광전자 소자에 관한 것이다. 상기 소자는 예를 들어 태양복사로부터 전기를 생산하는 데 사용될 수 있다.
유기 광전자 셀은 제한사항을 가진다. 유기 반도체에서 엑시톤 확산 길이는 짧으며 일반적으로 50nm 미만이다. 이산형(discrete) 이종접합을 사용한 셀의 경우, 이는 후면으로부터의 반사 후에도 모든 입사 광이 흡수되기에 불충분한 층 두께를 사용하는 것이 필요하다. 상호침입 이종접합 셀의 경우, 상기 층 두께는 반도체 물질의 혼합층에서 엑시톤 확산 길이에 의해서가 아니라 낮은 전하 캐리어 이동도에 의해 제한된다. 또한, 유기 반도체는 좁은 흡수 대역폭을 가지므로, 주어진 이종접합 물질 시스템에 의해 태양 스펙트럼 영역의 일 부분만을 수집한다.
미국 특허 6,657,378에는, 전극 사이의 스택에 배열된 다수의 유기 반도체 서브셀을 포함하는 감광성 광전자 소자가 제안되고, 여기서 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하며, 인접한 서브셀 사이에 재결합층이 존재한다. 상기 미국 특허에서, 각각의 서브셀은 이산형(discrete), 평판형(planar) 이종접합을 제공하기 위해 억셉터 물질의 층 및 도너 물질의 층을 포함한다. 이러한 유형의 소자는 주로 “탠덤 셀”로 불리며, 광학적 기능을 가지지 않으나 전하 이동 및/또는 추출을 용이하게 하는 다른 층을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 탠덤 셀에서, 각각의 서브셀은 서브셀이 반응하는 파장의 범위에서 모든 입사광을 수집하기 위해 매우 얇지만, 복수의 서브셀이 존재하기 때문에 종합적인 광흡수는 증가한다.
서브셀이 주파수 반응에 대한 다른 특성을 갖는 것이 예를 들어, 효과적인 광 스펙트럼의 영역을 갖기 위해, 제안되어 왔다. 이는 탠덤 셀이, 서브셀이 동일한 주파수 반응 특성을 가지는 경우 보다, 더 넓은 범위의 파장에서 광을 흡수하는 것을 가능하게 한다. 상기와 같은 배열은 예를 들어 US 7,196,366에 기재되어 있다.
전형적인 탠덤 셀 배열에서, 하나의 전극은 태양과 같은 외부 원천으로부터 광이 셀에 들어가도록 투명하다. 다른 전극은 불투명하며 빛을 반사하므로, 반사된 빛은 서브셀을 통해 서브셀의 후면을 통과한다. 서브셀이 다른 주파수 반응을 가지는 경우, 투명 전극에 인접합 서브셀은 가장 짧은 파장을 흡수하고, 불투명한 전극에 인접한 서브셀은 가장 긴 파장을 흡수한다. 중간의 서브셀이 있는 경우, 이들은 중 간 파장을 흡수한다. 인접한 서브셀은 금속 또는 산화물과 같은 내부, 얇은 투명 전극 또는 반투명전극을 사용하여 서로 직렬로 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서 금속의 초박막층이 증착된 경우, 예를 들어 약 5 Å 내지 약 20 Å, 상기 층은 연속적이지 않고 분리된 나노입자의 형태일 수 있다.
본 발명은 보다 자세하게는 상기 소자에 관한 것으로, 상기 소자에서 셀은 도너와 억셉터 물질 사이에 이종접합(heterojunction)을 포함한다. 전하 분리는 유기 이종접합에서 대부분 발생한다. 예를 들어, 실질적으로 평판형(planar), 이산형(discrete) 도너 억셉터 이종접합을 제공하는 억셉터 물질의 층 및 도너 물질의 층; 또는 상호침입 이종접합을 제공하는 도너 및 억셉터 물질의 혼합물; 또는 억셉터 물질의 층 및 도너 물질의 층이 도너 및 억셉터 물질의 혼합물 사이에 샌드위치된 샌드위치 구조일 수 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 전극 사이의 스택(stack)에 정렬된 복수의 유기 반도체 서브셀을 포함하고, 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하며, 인접한 서브셀 사이에 재결합층이 존재하는 감광성 광전자 소자를 제공하고, 여기서 적어도 두 개의 서브셀 그룹이 존재하고, 상기 그룹 내 서브셀은 실질적으로 동일한 영역의 광 스펙트럼에 반응하며, 상기 그룹은 각각의 서브셀이 반응하는 광 스펙트럼의 영역에 있어서는 다른 그룹과 실질적으로 다르다.
본 발명의 몇몇 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명에 따른 소자는 복수의 서브셀 그룹이 있고, 상기 서브셀은 실질적으로 동일한 영역의 광스펙트럼에 대해 반응하는 특정 그룹 내의 서브셀이므로 파장의 각각의 특정 밴드가 전체로서 소자의 광 수집 효율을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 층의 핵심이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 개략도이다.
도 3은 제1 실시예의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 변형의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 개략도이다.
도 6은 제2 실시예의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 개략도이다.
도 3은 제1 실시예의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 변형의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 개략도이다.
도 6은 제2 실시예의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 그룹 내에서 서브셀의 흡수 파장 최대값은 다른 서브셀과 10% 미만으로 차이 난다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 그룹 내 각각의 서브셀의 흡수 파장 최대값은 그룹 내 또는 서로 다른 그룹 내 서브셀의 흡수 파장 최대값과 적어도 10% 차이 난다.
전체로서, 본 발명에 따른 소자는 소자가 가동되는 증가된 범위의 주파수를 가지는 것에 의해, US 7,196,366에 기재된 바와 같은 탠덤 셀의 이점을 제공한다. 그러나, 각 서브셀이 다른 영역의 스펙트럼을 수집하는 개별 서브셀에 의해 제공되는 다른 범위의 주파수라기 보다, 본 발명에 따르면, 복수의 서브셀 그룹이 있고, 상기 서브셀은 실질적으로 동일한 영역의 광 스펙트럼에 대해 반응하는 특정 그룹 내의 서브셀이다. 이는 파장의 각각의 특정 밴드가 전체로서 소자의 광 수집 효율을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 특정 주파수 밴드를 위해 복수의 서브셀을 사용하는 것은 입사 광자의 최대 수를 흡수하면서 유기층의 두께를 얇게 유지하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 바람직하게 그룹 내 서브셀은 다른 서브셀과 인접하여 연결되어 있고, 바람직하게는 재결합층에 의하여 서로 직렬로 연결되어 있으므로, 인접한 서브셀 사이에 외부에서 접근 가능한 투명 전극을 필요로 하지 않는다. 그러나, 인접한 서브셀의 그룹은 바람직하게는 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 그룹이 서로 직렬로 연결된 경우, 그룹 내 인접한 서브셀 사이에 사용된 재결합층에 의해 이루어질 수 있다. 그룹이 서로 병렬로 연결된 경우, 인접한 서브셀 사이에 외부에서 어드레시블한 반투명 전극이 존재하여야 한다.
그룹의 각 서브셀 내에서, 유기 반도체의 조합은 사용된 도너 및 억셉터 물질에 대해서는 대개 동일할 것이다. 도너 및 억셉터 물질의 비율은 또한 각 서브셀이 동일한 주파수 반응을 갖기 위해 동일 할 수 있다. 그러나, 특정 그룹의 주파수 밴드 내에서 각각의 서브셀의 반응 특성에 있어서 다소 다를 수 있다. 바람직하게, 그룹 내에서 서브셀의 흡수 파장 최대값은 다른 서브셀과 약 10% 이내 및 바람직하게는 10% 미만으로 차이 난다. 예를 들어, 상기 차이는 약 9% 이내; 또는 약 8% 이내; 또는 약 7% 이내; 또는 약 6% 이내; 또는 약 5% 이내일 수 있다.
대조적으로, 다른 그룹의 주파수 반응에서 실질적으로 차이가 존재할 것이고, 및 본 발명의 바람직한 실시예에서는 그룹 내 각 서브셀의 흡수 파장 최대값은 그룹 내 또는 그룹 간의 서브셀의 흡수 파장 최대값과 10% 이상 다르다. 예를 들어, 상기 차이는 약 20% 초과; 또는 약 30% 초과; 또는 약 40% 초과; 또는 약 50% 초과 일 수 있다.
특정 그룹 내에서, 서브셀 의 두께는 효율을 최적화 하기 위해 달라질 수 있다.
광이 직접 닿는 광전자 소자의 전면은 투명 전극이 부착된 비활성 투명기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 자체는 투명 유리 또는 투명 산화 전도체, 인듐 주석 산화물(ITO)의 박막으로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 형태일 수 있다. 소자의 후면은 은, 알루미늄 또는 칼슘 또는 이의 조합과 같은 불투명, 반사 전극으로 제공될 수 있다. 투명 또는 반투명 전극은 예를 들어, 은, 알루미늄, 티타늄의 얇은 금속층일 수 있고, 또는 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 인듐 주석 산화물 또는 갈륨 인듐 주석 산화물과 같은 투명 산화물 전도체의 층일 수 있고, 또는 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머를 포함하는 다른 적당한 물질일 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서 소자의 전면에 또는 소자에 인접한 전극은 양극이다.
몇몇 실시예에 있어서, 엑시톤 차단층은 그룹 내 인접한 서브셀 사이에 제공될 수 있고, 이중층 서브셀의 경우, 엑시톤 차단층은 상기 서부셀의 억셉터 유기 반도체층과 그룹 내 서브셀과 다른 서브셀 사이의 재결합층 사이에 위치될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 엑시톤 차단층은 각 그룹 사이에 제공된다, 엑시톤 차단층은 하나의 그룹의 서브셀의 억셉터 유기 반도체층과 그룹과 다른 그룹 사이의 재결합층 또는 전극 사이에 위치될 수 있다.
엑시톤 차단층은 음극과 인접한 서브셀 사이에 제공될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 양극 및 음극은 광에 의존하며 저항 로드에 걸쳐 전기 포텐셜을 제공하는 감광성 소자에 적용되고, 음극은 소자 내에서 전자가 이동하는 전극이다.
엑시톤 차단층은 예를 들어, 미국 특허 6,097,147 및 6,657,378에 개시되어 있다. 상기 층의 적절한 물질은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린인 바쏘쿠프로인(bathocuproine, BCP), 또는 (2-메틸-8-히드록시퀴놀리노에이토)- 알루미늄(III) 페놀레이트인 Alq2OPH일 수 있다. 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서 BCP는 엑시톤 차단층으로서 사용된다.
양극과 인접한 서브셀 사이의 중간층은 홀의 끌어당김(attraction)을 돕기 위해 존재할 수 있다. 상기 중간층은 산화 몰리브데늄, MoO3 또는 산화 텅스텐, WO3과 같은 산화물의 초박막일 수 있다. MoO3 또는 WO3 중간층을 구비한 광전지 셀의 단락 전류(short-circuit current)가 전력변환효율의 향상과 더불어 향상될 수 있음을 발견하였다. 투명 전도 박막과 클로로알루미늄 프탈로시아닌과 같은 유기 도너층 사이의 계면에서 MoO3 또는 WO3 초박막(전형적으로 약 5 nm)은 정공 추출에 크게 도움될 수 있으며, 이는 소자의 성능(전류, 전압 및 효율) 증가에 매우 유익하다. 그러나, 이는 전극-유기 계면에서 에너지 준위 정렬(energy level alignment)에 크게 좌우된다, 즉, 어떠한 유형의 유기 도너층이 사용되는 것에 따라 좌우된다. 예를 들어, 중간층이 제공된 경우, 클로로-알루미늄 프탈로시아닌 소자가 훨씬 잘 작동할 수 있음을 발견하였다. 다른 연구는 중간층은 또한 도너층으로서 주석(II) 프탈로시아닌 (SnPc)을 사용한 소자의 성능이 향상되었음을 시사하였다. 다른 산화물도 또한 중간층에 적합할 수 있다.
서브셀에서, 상기 억셉터 물질은, 예를 들어, 페릴렌, 나프탈렌, 풀러렌, 나노튜블((nanotubules) 또는 실롤(siloles)일 수 있다. 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예에서, 상기 억셉터 물질은 벅민스터 풀러렌 (C60)이다. 상기 유기 도너 물질은, 예를 들어, 프탈로시아닌, 포피린 또는 아센(acene) 또는 이 유도체 또는 구리 프탈로시아닌과 같은 이의 금속 복합체일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 하나의 바람직한 도너 물질은 클로로-알루미늄 프탈로시아닌이고, 다른 하나는 서브-프탈로시아닌이다. 유기 이종접합 태양전지의 분야에서, 수 많은 물질들이 도너 및 억셉터층으로서 제안되어왔고, 해당 분야의 당업자에게 알려져 있다. 본 발명은 특정한 도너 및 억셉터 물질의 사용을 제한하지 않는다.
상기 그룹은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 직렬 배열에서는, 일반적으로 그룹의 스택의 하나의 말단에 양극 및 그룹의 스택의 다른 말단에 음극이 존재할 것이다. 각 그룹에서, 전자는 동일한 방향으로 움직일 것이다. 두 그룹을 구비한 병렬 배열에서는, 서로 연결된 스택의 말단 중 하나에 전극이 및 서브셀의 두 그룹 사이에 공통 전극이 존재할 것이다. 병렬 배열로 두 개 이상의 그룹이 연결된 경우, 그룹 사이에 공통 전극이 존재할 것이다. 다수의 그룹이 직렬로 연결되고 이후에 다른 그룹 또는 다수의 직렬 연결된 그룹이 병렬로 연결되는 직렬/병렬 배열이 가능할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 임의의 주어진 그룹에는 실질적으로 모두 동일 주파수 반응을 가지는 복수의 인접한 서브셀이 존재한다. 다른 배열에서 스택 전반에 주어진 그룹 내 셀을, 서로 인접시키는 것보다, 분포시키는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어 두 개의 그룹이 존재하는 경우, 다른 그룹의 서브셀은 스택 내에서 교대로 형성될 수 있다. 이는 제조의 복잡성을 증가시킬 수 있으나 전체로서 소자의 보다 높은 레벨 주파수 반응을 얻는데 도움을 줄 수 있다.
특정 그룹 내, 본 발명의 실시예에서, 두 개 내지 다섯 개의 서브셀, 및 바람직하게는 두 개 또는 세 개의 서브셀이 존재할 수 있는 것은 예상될 수 있다. 전체로서 소자 내 서브셀의 두 개 내지 다섯 개의 그룹, 및 바람직하게는 두 개 또는 세 개의 그룹이 존재할 수 있다.
서로 직렬로 연결된 서브셀의 다수의 그룹 및 서로 병렬로 연결된 그룹의 다수의 제공은 신규한 배열이므로 다른 측면으로 볼 수 있다. 본 발명은 전극 사이의 스택에 정렬된 복수의 유기 반도체 서브셀을 포함하고, 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하며, 인접한 서브셀 사이에 재결합층이 존재하는 감광성 광전자 소자를 제공하고, 여기서 복수의 인접한 서브셀의 그룹이 존재하며, 상기 그룹 내 서브셀은 서로 직렬로 연결되고 상기 셀 그룹은 서로 병렬로 연결된다.
상기와 같은 배열에서, 상기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있고, 또는 다수의 그룹이 서로 직렬로 연결된 다음 다른 그룹과 병렬로 연결될 수 있고, 또는 일련의 연결된 그룹에 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 관련되어 논의된 다양한 특징은 본 발명의 상기 측면에도 동일하게 적용된다.
본 발명은 또한 상기 기재된 바와 같은 소자를 포함하는 태양광 모듈(photovoltaic modules) 및 패널, 및 하나 또는 그 이상의 상기 모듈 및/또는 패널을 포함하는 태양열 전기 발생 시스템으로 확장된다.
도 1은 도 2, 4, 및 5에 나타낸 층의 핵심을 나타낸다. 풀러렌 C60은 억셉터 층으로서 사용된다. 클로로-알루미늄 프탈로시아닌 및 서브-프탈로시아닌은 도너 층으로서 사용된다. 산화 몰리브데늄은 양극과 서브셀의 도너층 사이에 중간층으로서 사용된다. 바쏘쿠프로인(BCP)는 엑시톤 차단층으로서 사용된다. 재결합층은 은, 알루미늄 또는 티타늄의 반투명 박막 금속층의 형상일 수 있고, 또는 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 인듐 주석 산화물 또는 갈륨 인듐 주석 산화물과 같은 도전성 산화물의 투명층일 수 있고, 또는 이산형 재결합 중심을 제공할 수 있다. 투명 전극은 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 인듐 주석 산화물 또는 갈륨 인듐 주석 산화물과 같은 도전성 산화물의 투명층일 수 있다. 반투명 전극은 은, 알루미늄 또는 티타늄의 박막 금속층일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 반도체 광전자 소자 1을 나타낸다. 상기 소자는 광 L을 받을 수 있도록 배열된 하나의 말단에 투명 기판 2를 포함하고, 이 배열에서 양극 역할을 하는 반투명 전극 3이 그 위에 존재한다. 반투명 전극 3 상에는 약 50nm 두께의 산화 몰리브데늄의 박막 중간층 4가 존재한다. 상기 소자의 다른 말단에는 소자에서 음극으로 역할하는 반사 알루미늄 전극 5이 존재한다. 도체 6은 양극 3과 연결되어 커넥터 7에서 종결되고, 도체 8은 음극 5와 연결되어 커넥터 9에서 종결된다. 사용되는 로드는 커넥터 7 및 9에 걸쳐 배치될 것이다.
양극 3과 음극 5 사이에는 네 개의 유기 반도체 서브셀 10, 11, 12 및 13의 스택이 존재한다. 각각의 서브셀은 도너 및 억셉터 층을 포함한다. 서브셀 10은 서브-프탈로시아닌의 도너층 14 및 풀러렌 C60의 억셉터층 15를 갖는다. 인접한 셀 11은 또한 서브-프탈로시아닌의 도너층 16 및 풀러렌 C60의 억셉터층 17을 갖는다. 서브셀 10 및 11 사이에는 BCP 엑시톤 차단층 18 및 재결합층 19가 존재한다. 서브셀 10 및 11은 일 실시예에서 스펙트럼의 녹색 및 황색 영역에서 실질적으로 동일 반응 특성을 가지며 제 1 그룹 20을 구성한다.
서브셀 11과 서브셀 12 사이에는 BCP 차단층 21 및 재결합층 22가 존재한다.
서브셀 12는 클로로-알루미늄 프탈로시아닌의 도너층 23 및 풀러렌 C60의 억셉터층 24를 갖는다. 인접한 셀 13은 또한 클로로-알루미늄 프탈로시아닌의 도너층 25 및 풀러렌 C60의 억셉터층 26을 갖는다. 서브셀 12와 13 사이에는 BCP 차단층 27 및 재결합층 28이 존재한다. 서브셀 12와 13은 일 실시예에서 스펙트럼의 적색 영역에서 실질적으로 동일한 반응 특성을 가지며 제 2 그룹 29를 구성한다. 억셉터층 26과 알루미늄 전극 5 사이에는 BCP의 엑시톤 차단층 30이 존재한다.
상기 배열에서 서브셀 10, 11, 12 및 13은 도 3에 나타낸 바와 같이 양극 3과 음극 5 사이에 직렬로 배열된다.
도 4는 투명 전극 3이 제거되고, 투명 기판 2가 양극으로 작용하는 투명 ITO 기판 32로 대체된 실시예에 따른 변형된 소자 31을 나타낸다.
도 5는 유기 반도체 광전자 소자 33의 다른 실시예를 나타낸다. 상기 소자 33은 광 L을 받을 수 있도록 배열된 하나의 말단에 투명 기판 34를 포함하고, 이 배열에서 양극으로 역할하는 반투명 전극 35가 그 위에 존재한다. 반투명 전극 35 상에는 산화 몰리브데늄의 중간층 36이 존재한다. 상기 소자의 다른 말단에는 소자에서 음극으로 역할하는 반사 알루미늄 전극 37이 존재하며, 도체 28에 의해 전극 35와 연결된다. 도체 38은 커넥터 39에서 종결된다.
양극 35와 37 사이에는 네 개의 유기 반도체 서브셀 40, 41, 42 및 43의 스택(stack)이 존재한다. 각각의 서브셀은 도너 및 억셉터 층을 포함한다. 서브셀 40은 서브-프탈로시아닌의 도너층 44 및 풀러렌 C60의 억셉터층 45를 갖는다. 인접한 셀 41은 또한 서브-프탈로시아닌의 도너층 46 및 풀러렌 C60의 억셉터층 47을 갖는다. 서브셀 40과 41 사이에는 BCP 엑시톤 차단층 48 및 재결합층 49가 존재한다. 서브셀 40 및 41은 일 실시예에서 스펙트럼의 녹색 및 황색 영역에서 실질적으로 동일 반응 특성을 가지며 제 1 그룹 50을 구성한다.
서브셀 41과 서브셀 42 사이에는 BCP 엑시톤 차단층 51 및 이 배열에서 음극으로 작용하는 반투명 전극 52가 존재한다. 도체 53은 전극 52와 연결되어 커넥터 54에서 종결된다. 사용되는 로드는 커넥터 39 및 54에 걸쳐 배치될 것이다.
알루미늄 전극 37이 양극이고 음극이 전극 52 이므로, 서브셀 42 및 43은 서브셀 12 및 13 내의 층과 비교하여, 정반대의 이의 유기 반도체층을 갖는다. 이와 관련해서 알루미늄 전극에 인접한 산화 몰리브데늄 층은 예를 들어, 산화텅스텐(WO3) 또는 산화 바나듐(V2O5)의 박막 층으로 대체될 수 있다.
서브셀 42는 클로로-알루미늄 프탈로시아닌의 도너층 55 및 풀러렌 C60의 억셉터층 56을 갖는다. 인접한 서브셀 43은 또한 클로로-알루미늄 프탈로시아닌의 도너층 57 및 풀러렌 C60의 억셉터층 58을 갖는다. 서브셀 42과 43 사이에는 BCP 엑시톤 차단층 59 및 재결합층 60이 존재한다. 서브셀 42 및 43은 일 실시예에서 스펙트럼의 적색 영역에서 실질적으로 동일 반응 특성을 가지며 제 2 그룹 60을 구성한다. 억셉터층 56과 전극 52 사이에는 BCP의 엑시톤 차단층 62가 존재한다.
이 배열에서 제1 그룹 50의 서브셀 40 및 41은 직렬로 배열되고, 제2 그룹 61의 서브셀 42 및 43은 직렬로 배열된다. 그러나 제1 및 제2 그룹은 도 6에 나타낸 바와 같이 병렬로 배열된다.
상기에서 기술한 실시예에서, 각 서브셀은 광흡수 길이 미만의 두께를 가진다. 각각의 서브셀은 너무 작아서 서브셀이 반응하는 파장의 범위의 입사광을 모두 흡수할 수 없는 두께를 갖는다.
따라서 넓은 스펙트럼에 걸쳐 향상된 효율로 작동할 수 있는 유기 광전자 소자가 제공된다.
상기 기재된 실시예는 한 예를 든 것이며, 본 발명의 주요한 특징을 설명하기 위한 목적으로서 존재하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 많은 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 실시예로 존재할 수 있다.
Claims (26)
- 전극 사이의 스택(stack)에 정렬된 복수의 유기 반도체 서브셀을 포함하고, 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너(donor) 물질 및 억셉터(accepter) 물질을 포함하며, 인접한 서브셀 사이에 재결합층이 존재하고,
여기서 적어도 두 개의 서브셀이 존재하고, 그룹 내 상기 서브셀은 실질적으로 동일한 영역의 광 스펙트럼에 반응하며, 상기 그룹은 각각의 서브셀이 반응하는 광 스펙트럼의 영역에 있어서는 실질적으로 서로 다른 감광성 광전자 소자. - 제1항에 있어서,
상기 그룹 내 서브셀의 흡수 파장 최대값은 서로 다른 서브셀과 10% 미만으로 차이 나는 소자. - 제2항에 있어서,
상기 그룹 내 각각의 서브셀의 흡수 파장 최대값은 그룹 내 또는 서로 다른 그룹 내 서브셀의 흡수 파장 최대값과 적어도 10% 차이 나는 소자. - 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그룹 내 서브셀은 서로 인접하여 적층되는 소자. - 제4항에 있어서,
동일한 그룹 내 서브셀과 인접한 서브셀 사이에 재결합층과 더불어 엑시톤 차단층이 제공되는 소자. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 적어도 몇몇 그룹은 직렬로 서로 연결된 소자. - 제6항에 있어서,
상기 그룹에 연결된 인접한 시리즈 사이에 재결합층이 존재하는 소자. - 제7항에 있어서,
직렬 연결 그룹 중 하나와 이 그룹과 인접한 직렬 연결 그룹 사이의 재결합층 사이에는 엑시톤 차단층이 존재하는 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 몇몇 그룹은 서로 병렬로 연결된 소자. - 제9항에 있어서,
인접한 병렬 연결 그룹 사이에는 외부에서 어드레서블한 전극(addressable electrode)이 존재하는 소자. - 제10항에 있어서,
상기 병렬 연결 그룹 중 하나와 이 그룹과 인접한 병렬 연결 그룹 사이의 외부에서 어드레서블한 전극(addressable electrode) 사이에 엑시톤 차단층이 제공되는 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서브셀의 적어도 몇몇은 도너 및 억셉터 물질의 이산층(discrete layers)을 포함하는 소자. - 제12항에 있어서,
상기 서브셀의 적어도 몇몇은 도너 및 억셉터 물질의 혼합물인 층이 샌드위치된 층 사이에 도너 및 억셉터 물질의 이산층(discrete layers)을 포함하는 소자 - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각 서브셀은 광흡수 길이 미만의 두께를 가지는 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그룹 내 서브셀은 동일한 도너 물질 및 동일한 억셉터 물질을 가지는 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
소자의 양극과 인접한 셀 사이에는 산화 몰리브데늄의 중간층이 제공되는 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서브셀의 억셉터 물질은 페릴렌, 나프탈렌, 풀러렌, 나노튜블(nanotubules) 또는 실롤(siloles)에서 선택되는 소자. - 제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 서브셀에서 억셉터 물질은 풀러렌 C60인 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서브셀의 도너 물질은 프탈로시아닌, 포피린 또는 아센 또는 이의 유도체 또는 이의 금속 복합체에서 선택되는 소자. - 제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도너 물질은 클로로-알루미늄 프탈로시아닌인 소자. - 제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 적어도 하나의 도너 물질은 서브-프탈로시아닌인 소자. - 전 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 소자를 포함하는 광전자 모듈 또는 패널.
- 제22항에 따른 하나 또는 그 이상의 모듈 및/또는 패널을 포함하는 태양열 전기 발생 시스템.
- 전극 사이의 스택에 정렬된 복수의 유기 반도체 서브셀을 포함하고, 각각의 서브셀은 이종접합을 제공하는 도너 물질 및 억셉터 물질을 포함하며, 인접한 서브셀 사이에 재결합층이 존재하고,
여기서 복수의 인접한 셀의 그룹이 존재하며, 그룹 내 상기 서브셀은 직렬로 서로 연결되고, 상기 셀 그룹은 서로 병렬로 연결되는 감광성 광전자 소자. - 제24항에 따른 복수의 소자를 포함하는 광전자 모듈 또는 패널.
- 제25항에 따른 하나 또는 그 이상의 모듈 및/또는 패널을 포함하는 태양열 전기 발생 시스템.
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