KR20170029610A - Stable organic photosensitive devices with exciton-blocking charge carrier filters utilizing high glass transition temperature materials - Google Patents

Stable organic photosensitive devices with exciton-blocking charge carrier filters utilizing high glass transition temperature materials Download PDF

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KR20170029610A
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신 시아오
제레미 디 짐머만
케빈 버게만
아누라그 판다
브라이언 이 라시터
마크 이 톰슨
앤드류 엔 바르틴스키
콩 트린
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유니버시티 오브 써던 캘리포니아
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Abstract

본원에서는 하나 이상의 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함하는 안정한 유기 감광성 디바이스를 개시한다. 필터는 충분하게 높은, 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 하나 이상의 넓은 에너지 갭 물질, 및 하나 이상의 전자 또는 정공 전도성 물질의 혼합물을 포함한다. 본원에 기술된 바와 같이, 신규한 필터는 동시에 엑시톤을 차단하고, 원하는 전하 캐리어(전자 또는 정공)를 전도한다. Disclosed herein are stable organic photosensitive devices comprising one or more exciton blocking charge carrier filters. The filter may be one or more large energy gap materials having a sufficiently high, for example, a temperature or temperature range above which the device typically operates, a glass transition temperature higher than the highest operating temperature of the device, a critical temperature value, And a mixture of one or more electron or hole-conducting materials. As described herein, the novel filter simultaneously excites the excitons and conducts the desired charge carriers (electrons or holes).

Description

높은 유리 전이 온도 물질을 이용한 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 갖는 안정한 유기 감광성 디바이스{STABLE ORGANIC PHOTOSENSITIVE DEVICES WITH EXCITON-BLOCKING CHARGE CARRIER FILTERS UTILIZING HIGH GLASS TRANSITION TEMPERATURE MATERIALS}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a stable organic photosensitive device having an exciton blocking charge carrier filter using a high glass transition temperature material. BACKGROUND OF THE INVENTION < RTI ID = 0.0 > [0001]

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본 출원은 그 전문이 참조로 본원에 포함된 2014년 10월 27일 출원된 국제 출원 번호 PCT/US2014/062351의 이익을 주장하고, 또한, 그 전문이 참조로 본원에 포함된 2014년 7월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/026,301호의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of International Application No. PCT / US2014 / 062351, filed October 27, 2014, which is hereby incorporated herein by reference in its entirety, and which is incorporated herein by reference in its entirety, U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 026,301, filed on even date herewith.

연방 정부 지원 Federal Government Support 연구에 대한 진술STATEMENT OF RESEARCH

본 발명은 미국 에너지국에 의해 허여된 계약 번호 DE-SC0000957, DE-SC0001013, 및 DE-EE0005310 하에, 및 공군 과학 연구소에 의해 허여된 FA9550-10-1-0339 하에 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권리를 가진다.The present invention was made with government support under Contract No. DE-SC0000957, DE-SC0001013, and DE-EE0005310, granted by the US Department of Energy, and under FA9550-10-1-0339 granted by the Air Force Science Institute. The government has certain rights to the invention.

공동 연구 협약Joint research agreement

본 개시내용의 대상은 공동 산학 연구 협약에 따라 하기 당사자: 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간, 유니버시티 오브 써던 캘리포니아, 및 나노플렉스 파워 코포레이션 중 하나 이상에 의해, 그를 대표하여, 및/또는 그와의 연계에 의해 이루어졌다. 이 협약은 본 개시내용의 대상이 이루어진 당일 및 그 이전부터 유효하고, 본 개시내용의 대상은 상기 협약의 범주 내에서 착수된 활동 결과로서 이루어진 것이다.The subject matter of this disclosure is, on behalf of and / or in connection with the Community Industry Research Agreement, by one or more of the following parties: the Regents of the University of Michigan, the University of Southern California, and NanoFlex Power Corporation Linkage. This Convention is effective on and before the date on which the subject matter of this disclosure is made, and the subject matter of this disclosure is made as a result of activities undertaken within the scope of the Convention.

본 발명은 일반적으로 전기 활성, 광학 활성, 태양, 및 반도체 디바이스, 및 특히 디바이스의 작동 온도에서 형태적으로 안정한 넓은 에너지 갭 물질을 포함하는 하나 이상의 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본원에서는 상기를 제조하는 방법도 개시한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to an organophotoreceptive optoelectronic device comprising at least one exciton blocking charge carrier filter comprising a generally energetic, optically active, solar, and semiconductor device, and in particular a wide energy gap material morphologically stable at the operating temperature of the device . Also disclosed herein are methods for making the above.

광전자 디바이스는 전자기 방사선을 전자적으로 생성 또는 감지하거나, 또는 주변 전자기 방사선으로부터 전기를 발생시키는 물질의 광학적 및 전자적 특성에 의존한다. BACKGROUND OF THE INVENTION Optoelectronic devices rely on the optical and electronic properties of materials that electronically generate or sense electromagnetic radiation, or that generate electricity from ambient electromagnetic radiation.

감광성 광전자 디바이스는 전자기 방사선을 전기로 전환시킨다. 광기전력(PV: photovoltaic) 디바이스로도 명명되는 태양 전지는 특별히 전력을 발생시키는 데 사용되는 감광성 광전자 디바이스 중의 한 유형이다. 태양광 이외의 광원으로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 PV 디바이스는, 예를 들어, 조명, 난방을 제공하는 전력 소비 부하(load)를 구동시키거나, 또는 전자 회로 또는 디바이스, 예컨대, 계산기, 라디오, 컴퓨터 또는 원격 모니터링 또는 통신 장비에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 이러한 발전 적용은 또한 종종 태양 또는 다른 광원으로부터의 직접 조명이 이용 가능하지 않을 경우, 계속 작동되도록, 또는 적용 요건이 특별한 PV 디바이스의 전력 출력의 균형을 유지시키기 위해 배터리 또는 다른 에너지 저장 디바이스를 충전하는 것을 포함한다. 본원에서 사용되는 바, "저항 부하"는 임의의 전력 소비 또는 저장 회로, 디바이스, 장비 또는 시스템을 의미한다. Photosensitive optoelectronic devices convert electromagnetic radiation into electricity. Solar cells, also known as photovoltaic (PV) devices, are one type of photosensitive optoelectronic devices that are used specifically to generate power. A PV device capable of generating electrical energy from a light source other than sunlight can be used to drive a power consuming load that provides, for example, lighting, heating, or power to an electronic circuit or device such as a calculator, Can be used to power a computer or remote monitoring or communication equipment. This power application is also often used to charge the battery or other energy storage device to continue operation when direct lighting from the sun or other light source is not available, or to balance the power output of a particular PV device with application requirements . As used herein, "resistive load" means any power consumption or storage circuit, device, equipment or system.

또 다른 유형의 감광성 광전자 디바이스는 광도전체 전지이다. 이러한 기능에서, 신호 감지 회로는 광 흡수로 인한 변화를 감지하는 디바이스의 저항을 모니터링한다. Another type of photosensitive optoelectronic device is a photoconductive cell. In this function, the signal sensing circuit monitors the resistance of the device to detect changes due to light absorption.

또 다른 유형의 감광성 광전자 디바이스는 광검출기이다. 가동 중, 광검출기는 광검출기가 전자기 방사선에 노출되고, 인가된 바이어스 전압을 가질 경우 발생되는 전류를 측정하는 전류 감지 회로와 함께 사용된다. 본원에 기술된 바와 같이 감지 회로는 광검출기에 바이어스 전압을 제공하고, 전자기 방사선에 대한 광검출기의 전자적 반응을 측정할 수 있다. Another type of photosensitive optoelectronic device is a photodetector. During operation, the photodetector is used in conjunction with a current sensing circuit that measures the current generated when the photodetector is exposed to electromagnetic radiation and has an applied bias voltage. As described herein, the sense circuit may provide a bias voltage to the photodetector and measure the electronic response of the photodetector to electromagnetic radiation.

이러한 3가지 부류의 감광성 광전자 디바이스는 하기 규정된 바와 같이 정류 접합의 존재 여부에 따라 및 또한 바이어스 또는 바이어스 전압으로도 공지된 외적으로 인가된 전압으로 디바이스가 조작되는지 여부에 따라 특징지을 수 있다. 광도전체 전지는 정류 접합을 가지지 않고, 보통 바이어스로 조작된다. PV 디바이스는 하나 이상의 정류 접합을 가지고, 바이어스 없이 조작된다. 광검출기는 하나 이상의 정류 접합을 가지고, 항상 그러한 것은 아니지만, 통상 바이어스로 조작된다. 일반적으로, 광전지는 회로, 디바이스 또는 장비에 전력을 제공하지만, 감지 회로, 또는 감지 회로로부터의 정보의 출력을 제어하는 신호 또는 전류를 제공하지 않는다. 대조적으로, 광검출기 또는 광도전체는 감지 회로, 또는 감지 회로로부터의 정보의 출력을 제어하는 신호 또는 전류를 제공하지만, 회로, 디바이스 또는 장비에 전력을 제공하지 않는다.These three classes of photosensitive optoelectronic devices can be characterized by the presence or absence of rectifying junctions as defined below and also whether the device is operated at an externally applied voltage, also known as a bias or bias voltage. Photoconductive cells do not have rectified junctions and are normally operated with a bias. A PV device has one or more rectifying junctions and is operated without bias. The photodetector has one or more rectifying junctions, but is not always, but is normally operated with a bias. Generally, photovoltaic cells provide power to a circuit, device, or device, but do not provide a signal or current that controls the output of information from the sensing circuit, or the sensing circuit. In contrast, a photodetector or photodiode provides a signal or current that controls the output of information from the sensing circuit, or sensing circuit, but does not provide power to the circuit, device, or equipment.

전통적으로, 감광성 광전자 디바이스는 다수의 무기 반도체, 예컨대, 결정질, 다결정질 및 비정질 규소, 비화갈륨, 텔루르화카드뮴 등으로 구성되었다. 본원에서, "반도체"라는 용어는 열적 또는 전자기적 여기에 의해 유도되는 경우, 전기를 전도할 수 있는 물질을 의미한다. "광전도성"이라는 용어는 일반적으로 전자기 방사 에너지가 흡수되고, 이에 의해 물질에서 캐리어가 전하를 전도, 즉, 수송할 수 있도록 전하 캐리어의 여기 에너지로 전환되는 공정에 관한 것이다. 본원에서 "광도전체" 및 "광전도성 물질"이라는 용어는 전하 캐리어를 발생시키는 전자기 방사선을 흡수하는 특성에 대해 선택되는 반도체 물질을 의미하는 데 사용된다. Traditionally, photosensitive optoelectronic devices have consisted of a large number of inorganic semiconductors, such as crystalline, polycrystalline and amorphous silicon, gallium arsenide, cadmium telluride, and the like. As used herein, the term "semiconductor" refers to a material capable of conducting electricity when induced by thermal or electromagnetic excitation. The term "photoconductive" relates generally to the process by which electromagnetic radiation energy is absorbed, thereby converting the carrier into an excitation energy of the charge carrier so that the carrier can conduct, i.e. transport, the charge. The terms "photoconductor" and "photoconductive material" are used herein to mean a semiconductor material that is selected for its property of absorbing electromagnetic radiation to generate charge carriers.

PV 디바이스는 입사 태양 전력을 유용한 전력으로 전환시킬 수 있는 효율을 특징으로 할 수 있다. 결정질 또는 비정질 규소를 이용하는 디바이스는 상업적 적용이 두드러지고, 일부는 23% 이상의 효율을 달성하였다. 그러나, 효율적인 결정질계 디바이스, 특히, 거대 표면적의 디바이스는, 상당한 효율 저하 결함 없이 거대 결정을 생성하는 것에 대한 고유의 문제로 인해 생산이 어렵고, 비용이 많이 든다. 한편, 고효율 비정질 규소 디바이스는 여전히 안정성과 관련된 문제로 곤란을 겪고 있다. 더욱 최근의 노력은 유기 광전지를 사용하여 경제적인 생산 비용과 허용되는 광기전력 전환 효율을 달성하는 것에 중점을 두었다. PV devices can feature the efficiency to convert incident solar power into useful power. Devices using crystalline or amorphous silicon have been noted for commercial applications, with some achieving an efficiency of more than 23%. However, efficient crystalline devices, particularly large surface area devices, are difficult and costly to produce due to inherent problems in producing large crystals without significant efficiency degradation defects. On the other hand, high-efficiency amorphous silicon devices still suffer from problems related to stability. More recent efforts have focused on using organic photovoltaics to achieve economical production costs and acceptable photovoltaic conversion efficiency.

PV 디바이스는 표준 조명 조건(즉, 1,000 W/㎡, AM 1.5 스펙트럼 조명인 표준 테스트 조건)하에서 광전류 × 광전압의 최대 곱을 위한 최대 전력 발생에 최적화될 수 있다. 표준 조명 조건하에서 상기 전지의 전력 변환 효율은 하기 3가지 파라미터에 의존한다: (1) 제로 바이어스하의 전류, 즉, 단락 전류 ISC(암페어) (2) 개방 회로 조건하의 광전압, 즉, 개방 회로 전압 VOC(볼트) 및 (3) 필 팩터(FF: fill factor).The PV device can be optimized for maximum power generation for maximum multiplication of photocurrent x light voltage under standard lighting conditions (i.e., standard test conditions of 1,000 W / m2, AM 1.5 spectral illumination). Under normal lighting conditions, the power conversion efficiency of the battery depends on the following three parameters: (1) current under zero bias, i.e. short-circuit current I SC (amperes) (2) Voltage V OC (volts) and (3) fill factor ( FF ).

PV 디바이스는 부하를 가로질러 연결될 경우, 광 발생된 전류를 생성하고, 광에 의해 조사된다. 무한 부하(infinite load)하에 조사되는 경우, PV 디바이스는 그의 최대 가능 전압, V 개방 회로, 또는 VOC를 발생시킨다. 그의 단락된 전기적 접촉부로 조사되는 경우, PV 디바이스는 그의 최대 가능 전류, I 단락, 또는 ISC를 발생시킨다. 전력을 발생시키는 데 실제로 사용되는 경우, PV 디바이스는 유한 저항 부하에 연결되고, 전력 출력은 전류와 전압의 곱(I x V)에 의해 제공된다. PV 디바이스에 의해 발생되는 최대 총 전력은 고유하게 ISC x VOC 곱을 초과할 수 없다. 부하 값이 최대 전력 추출에 최적화되는 경우, 전류 및 전압은 각각 I최대 및 V최대 값을 가진다. When connected across a load, a PV device generates an optically generated current and is illuminated by light. When illuminated under an infinite load, the PV device generates its maximum possible voltage, V open circuit, or V OC . When illuminated with its shorted electrical contacts, the PV device generates its maximum possible current, I short, or I SC . When actually used to generate power, the PV device is connected to a finite resistive load and the power output is provided by the product of current and voltage (I x V). The maximum total power generated by the PV device can not uniquely exceed the I SC x V OC product. If the load value is optimized for maximum power extraction, the current and voltage have I max and V max, respectively.

PC 디바이스의 중요한 특징은 하기와 같이 정의되는 필 팩터(ff)이다: An important feature of PC devices is the fill factor ( f f ) defined as:

FF = {I최대 V최대}/{ISC VOC} (1) FF = {I max V max } / {I SC V OC } (1)

여기서, ISC 및 VOC는 실제 사용시 결코 동시에 얻어지는 일은 없기 때문에, FF는 항상 1 미만이다. 그럼에도 불구하고, FF가 1에 근접함에 따라, 디바이스는 보다 적은 직렬 또는 내부 저항을 가지며, 이에 따라 최적의 조건하에서 더 큰 비율의 ISC 및 VOC의 곱을 부하에 전달한다. Pinc가 디바이스에 입사하는 전력인 경우, 디바이스의 전력 효율 η P 는 하기와 같이 계산될 수 있다: Since I SC and V OC are never obtained at the same time in practical use, FF is always less than 1. Nevertheless, as FF approaches 1, the device has fewer series or internal resistances, thereby delivering a larger ratio of I SC and V OC to the load under optimal conditions. If P inc is the power incident on the device, the power efficiency ? P of the device can be calculated as:

η P = FF * (ISC * VOC)/Pinc. η P = FF * (I SC * V OC ) / P inc .

반도체의 상당한 부피를 차지하는 내부 발생 전기장을 생성하기 위해, 일반 방법은 적절히 선택된 전도성을 가진 두 물질 층을 특히 분자 양자 에너지 상태의 분포 면에서 병치하는 것이다. 이들 두 물질의 계면은 광기전력 접합(photovoltaic junction)으로 불린다. 전통적인 반도체 이론에서, PV 접합을 형성하는 물질은 일반적으로 n형 또는 p형으로 표기되어 왔다. 본원에서 n형은 주된 캐리어 유형이 전자임을 의미한다. 이는 상대적 자유 에너지 상태의 다수의 전자를 가진 물질로서 비추어질 수 있다. p형은 주된 캐리어 유형이 정공임을 의미한다. 상기 물질은 상대적 자유 에너지 상태의 다수의 정공을 가진다. 백그라운드 유형, 즉, 광발생되지 않은 대다수의 캐리어 농도는 주로 결함 또는 불순물에 의한 의도되지 않은 도핑에 좌우된다. 불순물의 유형 및 농도는 페르미(Fermi) 에너지 또는 준위의 값을, HOMO-LOMO 갭으로도 또한 알려져 있는, 전도 밴드 최소 에너지와 원자가 밴드 최대 에너지 사이의 갭 내에서 결정한다. 페르미 에너지는 점유 확률이 ½에 해당하는 에너지 값에 의해 표시된 분자 양자 에너지 상태의 통계적 점유를 특징으로 한다. 전도 밴드 최소(LUMO) 에너지에 가까운 페르미 에너지는 전자가 우세한 캐리어임을 나타낸다. 원자가 밴드 최대(HOMO) 에너지에 가까운 페르미 에너지는 정공이 우세한 캐리어임을 나타낸다. 따라서, 페르미 에너지는 전통적인 반도체의 주된 특징화 특성이며, 전형적인 PV 접합은 전통적으로 p-n 계면이다.In order to create an internally generated electric field that occupies a considerable volume of semiconductor, a common method is to juxtapose two material layers with appropriately selected conductivities, particularly in terms of the distribution of molecular quantum energy states. The interface between these two materials is called a photovoltaic junction. In traditional semiconductor theories, materials that form PV junctions have generally been denoted n-type or p-type. Herein, the n type means that the main carrier type is the former. It can be illuminated as a material with multiple electrons in a relative free energy state. The p-type implies that the main carrier type is hole. The material has a plurality of holes in a relative free energy state. The background type, i. E., The majority of the un-photo-generated carrier concentration, is mainly dependent on unintended doping by defects or impurities. The type and concentration of the impurity determines the value of the Fermi energy or level within the gap between the conduction band minimum energy and the valence band maximum energy, also known as the HOMO-LOMO gap. The Fermi energy is characterized by the statistical occupation of the molecular quantum energy state indicated by an energy value with an occupancy probability of ½. The Fermi energy close to the conduction band minimum (LUMO) energy indicates that the electron is the predominant carrier. The Fermi energy close to the valence band maximum (HOMO) energy indicates that the hole is dominant. Thus, Fermi energy is the main characterization of traditional semiconductors, and typical PV junctions are traditionally p-n interfaces.

"정류하는"이라는 용어는 특히 계면이 비대칭 전도 특징을 가지는 것, 즉, 계면이 바람직하게 한 방향으로 전하 수송을 지원하는 것을 의미한다. 정류는 일반적으로 적절히 선택된 물질 사이의 접합부에서 발생하는 내부 전기장과 연관이 있다. The term "rectifying" specifically means that the interface has asymmetric conduction characteristics, i.e., the interface preferably supports charge transport in one direction. Rectification is generally associated with an internal electric field occurring at the junction between appropriately selected materials.

유기 반도체에서 유의적인 특성은 캐리어 이동도이다. 이동도는 전하 캐리어가 전기장에 반응하여 전도성 물질을 통과하여 이동할 수 있는 용이성을 측정하는 것이다. 유기 감광성 디바이스와 관련하여, 높은 전자 이동도에 기인하여 우선적으로 전자에 의해 전도되는 물질을 포함하는 층은 전자 수송 층 또는 ETL이라고 지칭될 수 있다. 높은 정공 이동도에 기인하여 우선적으로 정공에 의해 전도되는 물질을 포함하는 층은 정공 수송 층 또는 HTL이라고 지칭될 수 있다. 일부 경우에서, 수용체 물질은 ETL일 수 있고, 공여체 물질은 HTL일 수 있다.A significant property of organic semiconductors is carrier mobility. Mobility is a measure of the ease with which a charge carrier can move through a conductive material in response to an electric field. In the context of organic photosensitive devices, a layer comprising a material that is preferentially electron-conductive due to its high electron mobility may be referred to as an electron transport layer or ETL. A layer comprising a material that is preferentially transported by holes due to high hole mobility may be referred to as a hole transport layer or HTL. In some cases, the receptor material may be ETL and the donor material may be HTL.

종래 무기 반도체 PV 전지는 p-n 접합을 사용하여 내장 전기장을 확립할 수 있다. 그러나, p-n형 접합의 확립 이외에도, 이종접합의 에너지 준위 오프셋 또한 중요한 역할을 한다는 것이 현재 인식되고 있다.Conventional inorganic semiconductor PV cells can establish built-in electric fields using p-n junctions. However, in addition to establishing a p-n type junction, it is now recognized that the energy level offset of the heterojunction also plays an important role.

유기 공여체-수용체(D-A: donor-acceptor) 이종접합에서 에너지 준위 오프셋은 유기 물질에서 광발생 과정의 기본 성질에 기인하여 유기 PV 디바이스의 작동에 중요한 것으로 여겨지고 있다. 유기 물질의 광학 여기시, 국재화된 프렌켈(Frenkel) 또는 전하 이동 여기가 발생된다. 전기 감지 또는 전류 발생이 일어나도록 하기 위해서는 결합된 엑시톤이 그의 구성성분인 전자 및 정공으로 해리되어야 한다. 상기 공정은 내장 전기장에 의해 유도될 수 있지만, 유기 디바이스(F ∼ 106 V/cm)에서 통상 발견되는 전기장에서의 효율은 낮다. 유기 물질에서 가장 효율적인 엑시톤 해리는 D-A 계면에서 발생한다. 상기 계면에서, 이온화 전위가 낮은 공여체 물질은 전자 친화도가 높은 수용체 물질과 이종접합을 형성한다. 공여체 및 수용체 물질의 에너지 준위의 정렬에 따라, 엑시톤의 해리는 상기 계면에서 에너지적으로 바람직해질 수 있으며, 이로써, 수용체 물질에서 자유 전자 폴라론 및 공여체 물질에서 자유 정공 폴라론을 유도한다. In organic donor-acceptor (DA) heterojunctions, energy level offsets are believed to be important for the operation of organic PV devices due to the basic nature of the photogeneration process in organic materials. Upon optical excitation of the organic material, localized Frenkel or charge transfer excitation occurs. In order for electrical sensing or current generation to occur, the coupled excitons must be dissociated into their constituent electrons and holes. The process can be induced by a built-in electric field, but the efficiency in an electric field that is commonly found in organic devices (F ~ 10 6 V / cm) is low. The most efficient exciton dissociation in organic materials occurs at the DA interface. At the interface, the donor material with a low ionization potential forms a heterojunction with the acceptor material with high electron affinity. Depending on the alignment of the energy levels of the donor and acceptor materials, dissociation of the excitons may be energetically favorable at the interface, thereby inducing free-electron polaron in the free electron polaron and the donor material in the acceptor material.

캐리어 발생은 엑시톤 발생, 확산 및 이온화 또는 수집을 필요로 한다. 이러한 과정 각자와 관련된 효율 η가 존재한다. 아래 첨자는 하기와 사용될 수 있다: P는 전력 효율이고, EXT는 외부 양자 효율이며, A는 광자 흡수이고, ED는 확산이며, CC는 수집이고, INT는 내부 양자 효율이다. 상기 표기법을 사용하면, Carrier generation requires exciton generation, diffusion and ionization or collection. There is an efficiency η associated with each of these processes. The subscripts can be used with: P is power efficiency, EXT is external quantum efficiency, A is photon absorption, ED is diffusion, CC is collection, and INT is internal quantum efficiency. Using the above notation,

ηη pp ~  ~ ηη EXTEXT =  = ηη AA *  * ηη EDED *  * ηη CCCC

η EXT = η A * η INT . η EXT = η A * η INT .

엑시톤의 확산 길이(LD)는 전형적으로 광학 흡수 길이 (~500 Å)보다 훨씬 더 작으며 (LD ~50 Å), 이는 두껍고 따라서 저항이 있는 다중으로 또는 고도로 중첩된 계면 있는 전지, 또는 광학 흡수 효율이 낮은 얇은 전지를 사용하는 것 사이의 트레이드 오프(trade-off)를 필요로 한다 . The diffusion length (L D ) of the excitons is typically much less than the optical absorption length (~ 500 A) (L D ~ 50 A), which is either thicker and therefore resistant to multiple or highly overlapped interfacial cells, And requires a trade-off between using a thin battery having a low absorption efficiency.

유기 PV 전지는 전통 규소계 디바이스와 비교하였을 때 많은 잠재적 장점을 가진다. 유기 PV 전지는 중량이 가볍고, 물질 사용이 경제적이며, 저렴한 비용의 기판, 예컨대, 연성 플라스틱 호일 상에 침착될 수 있다. 그러나, 상업화를 위해서 디바이스 효율은 새로운 물질과 디바이스 디자인 접근법을 통해 추가로 개선되어야 한다. Organic PV cells have many potential advantages when compared to traditional silicon-based devices. Organic PV cells can be deposited on substrates, such as flexible plastic foils, which are lightweight, economical to use, and cost-effective. However, for commercialization, device efficiency must be further improved through new material and device design approaches.

유기 PV 전지에서, 계면 현상이 예컨대, 공여체/수용체 계면에서의 전하 분리, 및 유기/전극 계면에서의 전하 추출과 같은, 중요한 과정의 거동을 지배하는 것을 관찰할 수 있다. 엑시톤 재조합은 억제시키면서, 전하 추출을 증진시키기 위해서는 종종 광활성 영역과, 두 전극 중 하나 또는 그 둘 모두 사이에 완충제 층이 사용된다. In organic PV cells, it can be observed that interfacial phenomena dominate the behavior of important processes, such as charge separation at the donor / acceptor interface and charge extraction at the organic / electrode interface. To suppress exciton recombination, a buffer layer is often used between the photoactive region and one or both of the two electrodes to enhance charge extraction.

넓은 에너지 갭 물질, 예컨대, BCP 및 BPhen이 완충제로서 사용되어 왔다. 상기 물질은 캐소드의 침착에 의해 유도되는 결함 상태를 통해 전자를 수송하면서, 그의 넓은 HOMO-LUMO 에너지 갭에 기인하여 엑시톤 수송을 차단함으로써 작용한다. 상기 넓은 갭 완충제의 두번째 작용은 광학장 중 최적의 위치에서 추가로 반사 캐소드로부터 광학 흡수 층을 이격화시키는 것이다. 그러나, 상기 완충제는 침착 동안 축적되는 결함 상태의 투과 깊이에 의해 극박 필름(< 10 nm)으로 한정되며, 고도한 저항성을 띤다. Wide energy gap materials such as BCP and BPhen have been used as buffers. The material acts by blocking exciton transport due to its broad HOMO-LUMO energy gap, while transporting electrons through a defect state induced by the deposition of the cathode. The second action of the wide gap buffer is to further isolate the optical absorption layer from the reflective cathode at the optimal location in the optical field. However, the buffer is highly resistant to polarized films (<10 nm) due to the penetration depth of the defect states accumulated during deposition.

HOMO 에너지가 작은 물질, 예컨대, Ru(acac)는 캐소드로부터 정공을 수송하여 수용체/완충제 계면에서 전자와 재조합하는 완충제로서 사용되어 왔다. A small HOMO energy source, such as Ru (acac), has been used as a buffer to recombine with electrons at the receptor / buffer interface by transporting holes from the cathode.

LUMO 에너지가 예컨대, PTCBI 및 NTCDA와 같은 수용체의 것에 정렬된 물질에 기반하는 제3 유형의 완충제가 개발되어 있다. LUMO 에너지의 정렬을 통해 전자는 수용체로부터 캐소드로 효율적으로 전도될 수 있다. 이러한 물질은 또한 그의 HOMO/LUMO 갭이 충분히 클 경우, 엑시톤을 차단하는 작용을 할 수 있다. 그러나, 상기 물질은 그가 활성층 물질과 같은 스펙트럼 영역에서 흡수한다면, 디바이스 성능을 방해할 수 있다. 유기 PV 전지의 전환 효율을 증가시키기 위해서는 상기 디바이스 구조에 대한 개선이 이루어져야 한다. A third type of buffer has been developed in which the LUMO energy is based on a material aligned with that of a receptor, such as, for example, PTCBI and NTCDA. Through alignment of the LUMO energy, the electrons can be efficiently conducted from the receptor to the cathode. This material can also act to block the exciton if its HOMO / LUMO gap is large enough. However, the material may interfere with device performance if it absorbs in the same spectral range as the active layer material. In order to increase the conversion efficiency of the organic PV cell, an improvement to the device structure must be made.

본 발명자들은 본원에서 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터로서 개시된, 새로운 유형의 완충제를 개발하였다. 이러한 신규 완충제는 하나 이상의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 또는 정공 전도성 물질의 혼합물을 포함한다. 필터는 디바이스 내의 그의 위치에 의존하여 최적화된다. 즉, 엑시톤 차단 정공 전도성 필터는 엑시톤을 차단하기 위해, 및 정공을 애노드로 전도하기 위해 광활성 영역과 애노드 사이에 배치된다. 역으로, 엑시톤 차단 전자 전도성 필터는 엑시톤을 차단하기 위해, 및 전자를 캐소드로 전도하기 위해 광활성 영역과 캐소드 사이에 배치된다. 예를 들어, 엑시톤 차단 전자 필터에서, 전자는 불순물 밴드 유사 메커니즘을 통해 전자 전도성 물질에 의해 수송된다. 동시에, 엑시톤은 넓은 에너지 갭 물질에 의해 유발되는 에너지 배리어와, 전자 도체에의 전달에 이용가능한 상태의 개수 감소에 의해 유발되는 통계적 배리어의 조합에 의해 차단된다.The present inventors have developed a novel type of buffer disclosed herein as an exciton blocking charge carrier filter. Such novel buffering agents comprise one or more of a wide energy gap material and a mixture of one or more electron or hole conductive materials. The filter is optimized depending on its position in the device. That is, the exciton blocking hole conduction filter is disposed between the photoactive region and the anode to block the excitons and to conduct holes to the anode. Conversely, an exciton blocking electron conductive filter is disposed between the photoactive region and the cathode to block the exciton and to conduct electrons to the cathode. For example, in an exciton-blocking electronic filter, electrons are transported by an electron-conducting material through an impurity band-like mechanism. At the same time, the excitons are blocked by a combination of an energy barrier caused by a broad energy gap material and a statistical barrier caused by a reduction in the number of states available for delivery to the electron conductor.

예컨대, BCP 또는 BPhen과 같은 다수의 완충제가 가지는 문제는 상기 완충제가 고도한 저항성을 띠고, 실제 층 두께를 ~10 nm으로 한정하는 손상 유도성 수송 상태에 의존한다는 점이다. 넓은 에너지 갭 물질(예컨대, BCP)과 수송 특성이 우수한 물질(예컨대, C60)을 혼합함으로써, 전체 전도율은 불순물 밴드 유사 수송을 사용하여 개선될 수 있다. For example, the problem with a large number of buffers such as BCP or BPhen is that the buffer is highly resistant and depends on the damage induced transport condition which limits the actual layer thickness to ~ 10 nm. By mixing a wide energy gap material (e.g., BCP) and a material having excellent transport properties (e.g., C 60 ), the overall conductivity can be improved using impurity band-like transport.

완충제 예컨대 BCP 또는 Bphen를 사용하는 두 번째 문제점은, 일부 경우에서 이들의 각각의 유리 전이 온도(Tg)에 도달되거나 또는, 일부의 경우, 이를 초과하기 시작하는 작동 온도에서 형태적으로 불안정할 수 있게 된다는 점이고, 이는 시간에 따른 성능 저하에 기여할 수 있고, 이는 디바이스의 작동 수명을 상당하게 감소시킨다. 이러한 조건 하에서, 완충제는 결정화되고 분해될 수 있다. 본 발명자들은 넓은 에너지 갭 물질이 전자 전도체(예컨대 플러렌) 또는 정공 전도체와 혼합됨으로써 완충제 층은 형태의 "도핑된 피닝(doped pinning)"에 유사하게 안정성을 증가시키는 것을 발견하였다. 또한, 형태적으로 안정한 넓은 에너지 갭 물질, 즉 충분하게 높은 유리 전이 온도를 갖는 넓은 에너지 갭 물질을 이용함으로써, 본원에 기재된 엑시톤-차단 전하 캐리어 필터에서, 디바이스의 작동 수명이 충분하게 연장될 수 있다.A second problem with the use of buffering agents such as BCP or Bphen is that in some cases it may be morphologically unstable at the operating temperatures at which their respective glass transition temperatures (T g ) are reached or, in some cases, , Which can contribute to performance degradation over time, which significantly reduces the operating life of the device. Under these conditions, the buffer can crystallize and decompose. The present inventors have found that a wide energy gap material is mixed with an electron conductor (e. G., Fullerene) or a hole conductor such that the buffer layer similarly increases stability to "doped pinning" Further, by using a wide energy gap material that is formally stable, i.e., a wide energy gap material having a sufficiently high glass transition temperature, the operating life of the device can be extended sufficiently in the exciton-blocking charge carrier filter described herein .

본원에 기재된 엑시톤-차단 전하 캐리어 필터는 또한 디바이스의 단락 전류 및 필 팩터를 증가시키면서, 엑시톤의 엑시톤 폴라론 켄칭을 감소시키는 데 도움이 되는 활성층에 전하가 축적되는 것을 방지하는 역할을 한다. The exciton-blocking charge carrier filter described herein also serves to prevent accumulation of charge in the active layer which helps to reduce the exciton polaron quenching of the excitons, while increasing the short-circuit current and the fill factor of the device.

본 개시내용의 제1 측면에서, 유기 감광성 광전자 디바이스는 애노드 및 캐소드를 중첩 관계로 포함하는 2개의 전극; 공여체-수용체 이종접합을 형성하는, 두 전극 사이에 배치된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 광활성 영역(여기서, 하나 이상의 수용체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOAcc) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOAcc)을 가지고, 하나 이상의 공여체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOdon) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOdon)를 가진다); 및 캐소드와 하나 이상의 수용체 물질 사이에 배치된 엑시톤 차단 전자 필터(여기서, 전자 필터는 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함하고, 여기서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은In a first aspect of the present disclosure, an organophotoreceptive optoelectronic device comprises two electrodes comprising an anode and a cathode in an overlapping relationship; Donor-optically active region (herein, at least one acceptor material is the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO Acc) and the top containing at least one donor material and at least one acceptor material disposed between two electrodes, to form an acceptor heterojunction One or more donor materials have a lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO don ) and a highest occupied molecular orbital energy level (HOMO don ), with occupied molecular orbital energy levels (HOMO Acc ); And an exciton blocking electronic filter disposed between the cathode and the at least one receiver material, wherein the electronic filter comprises a mixture comprising at least one wide energy gap material on the one or more cathode sides and one or more electronically conductive materials, The wide energy gap material of

- LUMOAcc보다 작거나, 또는 그와 같은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOCS-WG);- the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO CS-WG ) less than or equal to LUMO Acc ;

- HOMOAcc 보다 크거나, 그와 같거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 작은 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOCS-WG); 및- the highest occupied molecular orbital energy level (HOMO CS-WG ), which is less than, equal to, or less than, 0.3 eV HOMO Acc ; And

- HOMOAcc-LUMOACC 에너지 갭보다 넓은 HOMOCS - WG-LUMOCS - WG 에너지 갭을 가지고; - HOMO Acc - LUMO ACC has wider energy gap than HOMO CS - WG - LUMO CS - WG with energy gap;

여기서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 85℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진다)를 포함한다.Wherein the wide energy gap material at one or more cathode sides has a glass transition temperature of 85 DEG C or higher.

제2 측면에서, 유기 감광성 광전자 디바이스는 애노드 및 캐소드를 중첩 관계로 포함하는 2개의 전극; 공여체-수용체 이종접합을 형성하는, 두 전극 사이에 배치된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 광활성 영역(여기서, 하나 이상의 공여체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOdon) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOdon)를 가진다); 및 애노드와 하나 이상의 공여체 물질 사이에 배치된 엑시톤 차단 정공 필터(여기서, 정공 필터는 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 정공 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함하고, 여기서, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은In a second aspect, an organophotoreceptive optoelectronic device includes two electrodes comprising an anode and a cathode in an overlapping relationship; A photoactive region comprising at least one donor material and at least one donor material disposed between the two electrodes forming a donor-acceptor heterojunction wherein the at least one donor material has a lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO don ) and a peak Having an occupied molecular orbital energy level (HOMO don )); And an exciton blocking hole filter disposed between the anode and the at least one donor material, wherein the hole filter comprises a mixture comprising at least one wide energy gap material on the anode side and one or more hole-conducting materials, wherein the one or more anode side The wide energy gap material of

- HOMOdon보다 크거나, 또는 그와 같은 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOAS-WG) 에너지 준위;- greater than HOMO don , or such highest occupied molecular orbital energy level (HOMO AS-WG ) energy level;

- LUMOdon보다 작거나, 그와 같거나, 또는 그보다 (진공으로부터 더 먼) 0.3 eV 이내로 더 큰 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOAS-WG); 및 - LUMO AS-WG higher minimum occupied molecular orbital energy level within 0.3 eV, less than, equal to, or greater than LUMO don (farther from vacuum); And

- HOMOdon-LUMOdon 에너지 갭보다 넓은 HOMOAS-WG-LUMOAS-WG 에너지 갭을 가지고; - HOMO don -LUMO don has larger energy gap than HOMO AS-WG -LUMO with AS-WG energy gap;

여기서, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 85℃ 이상의 유리 전이 온도를 가진다)를 포함한다.Wherein the broad energy gap material at one or more anode sides has a glass transition temperature of 85 [deg.] C or higher.

첨부된 도면은 본 명세서의 일부에 포함되고, 그를 구성한다.
도 1은 본 개시내용에 따른 예시적인 유기 감광성 광전자 디바이스의 개략도를 보여주는 것이다. 디바이스 A는 엑시톤 차단 전자 필터 또는 엑시톤 차단 정공 필터를 포함하고, 디바이스 B는 엑시톤 차단 전자 필터 및 엑시톤 차단 정공 필터를 포함한다.
도 2는 분광 타원 편광 분석법에 의해 측정된 k로부터 계산된 부피 도핑 비가 1:0(◀), 3:1(▼), 1:1(●), 1:2(■), 및 0:1(▶)인 C60:BCP 필름의 소광 스펙트럼을 보여주는 것이다. 삽도:소광 스펙트럼의 함수로서의 소광 감쇠. 450 nm (■), 360 nm(●).
도 3은 디바이스의 특징을 보여주는 상부 삽도가 있는, 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 디바이스 구조를 보여주는 하부 삽도가 있는, 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. (A:B) = 1:0(D1), 2:1(D2), 1:1(D3), 및 1:2(D4).
도 4는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 디바이스 구조를 보여주는 삽도가 있는, 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. x = 10 nm(D7), 20 nm(D6), 30 nm(D5).
도 5는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 디바이스 구조를 보여주는 삽도가 있는, 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. x = 0 nm(D8), 20 nm(D9), 및 40 nm(D10).
도 6은 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 디바이스 구조를 보여주는 삽도가 있는, 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. "처음 C60 두께"란 DPSQ와 함께 공여체-수용체 이종접합을 형성하는 하나 이상의 수용체 물질의 두께를 의미한다(x = 5 nm, 15 nm, 25 nm, 35 nm).
도 7은 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 디바이스 구조를 보여주는 하부 삽도가 있는, 하단의 외부 양자 효율을 보여주는 것이다.
도 8은 0 바이어스에서의 EQE로 정규화된 다양한 완충제 층에 대하여 인가된 바이어스(+0.5 V 파선, -1 V 실선) 하의 외부 양자 효율을 보여주는 것이다.
도 9는 단지 엑시톤 전달에 이용가능한 혼합된 필름 중의 C60 분자의 감소된 개수에만 기초한, 엑시톤의 순 C60 활성층 상부의 BCP:C60의 혼합된 층으로의 확산에 대한 몬테 카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 보여주는 것이다. 엑시톤은 활성층에서 무작위로 발생된다. 이는 무작위로 정해진 수의 단계로 이동한 후, 그의 최종 위치가 기록된다. 이는 단지 최근접 이웃 호핑에 의해서만 확산되는 것으로 가정한다. 혼합층 및 활성층 사이의 계면에서, 층 사이에 호핑될 확률은 각 층 중의 C60 분자의 상대적인 개수에 의해 스케일링된다.
도 10 상단은 상이한 완충제 층으로 캡핑 처리된 C70의 정규화된 소광 스펙트럼을 보여주는 것이고, 하단은 하단의 켄칭(NPD), 차단(BCP), 및 혼합된 완충제 층으로 캡핑 처리된 (450 nm에서 여기된) C70의 방출 스펙트럼을 보여주는 것이다.
도 11은 다양한 완충제 층으로 캡핑 처리된 디바이스의 EQE 스펙트럼(상단) 및 0.8 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선을 보여주는 것이다.
도 12는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이며, 여기서, 하단의 삽도는 디바이스 구조를 보여주는 것이다. 완충제: 10 nm BCP(D11), 10 nm C60:BCP(D12), 10 nm PTCBI(D13), 10 nm C60:BCP/5 nm PTCBI(D14), 10 nm BCP:C60/5 nm BCP(D15).
도 13 상단은 0 V EQE로 정규화된 -1 V에서의 다양한 완충제 층을 가지는 도 12의 디바이스에 대한 EQE를 보여주는 것이고, 하단은 디바이스에 대한 조도의 함수로서의 반응도를 보여주는 것이다. 완충제: 10 nm BCP(D11), 10 nm BCP:C60(D12), 10 nm PTCBI(D13), 10 nm BCP:C60/5 nm PTCBI(D14), 10 nm BCP:C60/5 nm BCP(D15).
도 14는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 하단의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이며, 여기서, 하단 삽도는 x = 5 nm(D16), 15 nm(D17), 25 nm(D18), 및 35 nm(D19)인 디바이스 구조를 보여주는 것이다.
도 15는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 J-V 곡선, 및 다양한 완충제 층을 가지는 디바이스의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다.
도 16은 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 J-V 곡선, 및 다양한 비의 C60 대 BCP를 함유하는 다양한 완충제 층을 가지는 디바이스의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다.
도 17은 상대적으로 두꺼운 1:8 부피비로 DBP 및 C70의 순 층을 포함하는 활성층을 가진 평면 혼합된 OPV 전지에 대한, 1 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명에서의 조명에 대한 J-V(좌측 상단) 및 EQE (우측 상단) 및 추출된 효율 파라미터(하단)를 보여주는 것이다. 각 완충제에 대한 BPhen:C70의 두께 및 부피비는 표에 제시되어 있다.
도 18은 상대적으로 얇은 1:8 부피비로 DBP 및 C70의 순 층 및 다양한 완충제를 포함하는 활성층을 가진 평면 혼합된 OPV 전지에 대한, 0.7 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명에서의 조명에 대한 J-V(좌측 상단) 및 EQE(우측 상단) 및 추출된 효율 파라미터(하단)를 보여주는 것이다. 각 완충제에 대한 BCP:C70의 두께 및 부피비는 표에 제시되어 있다.
도 19는 BPhen, CBP, 및 UGH2를 이용한 희석에 대한 EQE 및 J-V 곡선을 보여주는 것이다.
20(a)는 DBP:C70 혼합된 HJ OPV 전지에 대한 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하의 스펙트럼 보정된 전류 밀도 대 전압(J-V) 특징을 보여주는 것이다. 음영으로 표시된 영역은 두 전지의 필 팩터의 차이, 및 이로써, 최대 전력 출력을 강조 표시한 것이다. 삽도는 디바이스 구조의 개략도를 보여주는 것이고, (b)(a)의 전지에 대한 외부 양자 효율(EQE) 스펙트럼을 보여주는 것이다. 인서트는 DBP:C70/완충제 계면에서의 에너지 준위의 개략적 다이어그램을 보여주는 것이다(좌측: 순 BPhen 완충제; 우측: BPhen:C60 화합물 완충제).
도 21은 혼합된 HJ 대조군 전지 및 화합물 완충제 전지에 대한 반응도 대 광도를 보여주는 것으로, 여기서, 선형 피트는 이분자 재조합 이론에 따른 것이다(파선).
도 22(a)는 3D 몬테 카를로 시뮬레이션을 사용하여 계산된, 다양한 층 두께에 대한 전하 추출 시간 대 전기장을 보여주는 것이다. 삽도는 전지 직렬 저항(R s ) 대 층 두께를 보여주는 것으로서, 여기서, 선형 피트(파선)는 OPV 전지로부터 수득된 데이터(사각형 표시)에 대한 것이고(삽도에서 오차 막대는 데이터 점보다 작다), (b)는 λ = 520 nm 여기 파장에서 수득된 BPhen(차단), NPD(켄칭) 및 BPhen:C60 혼합된 층과 접촉된, 순 C70 층에 대한 광발광(PL) 스펙트럼을 보여주는 것이다.
23(a)는 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하의 스펙트럼 보정된 전류 밀도 대 전압(J-V) 특징을 보여주는 것이고, (b)는 완충제 층을 가지는 DBP:C70 PM-HJ OPV 전지에서 외부 양자 효율 스펙트럼을 보여주는 것이다.
도 24는 대조군 전지 및 BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지에 대한 계산된 흡수 스펙트럼 및 내부 양자 효율을 보여주는 것이다.
도 25는 대조군 전지 및 BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지에 대한 반응도(검은색 사각형) 및 전력 변환 효율(흰색 사각형 표시) 대 광도를 보여주는 것이다.
26(a)는 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하의 스펙트럼 보정된 J-V 특징을 보여주는 것이고, (b)는 BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지에서 BPhen:C60 혼합된 층의 두께의 함수로서의 외부 양자 효율 스펙트럼을 보여주는 것이다.
도 27은 BPhen:C60 혼합된 층 두께의 함수로서 추출 시간 중앙값 대 전기장을 보여주는 것이며, 삽도는 피팅을 이용하여 직렬 저항 대 혼합된 층 두께를 보여주는 것이다.
28(a)는 1 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명하에서의 조명에 대한 J-V를 보여주는 것이고, 여기서, 삽도는 NPD를 보여주는 것이며, (b)는 DBP 및 C60 및 다양한 완충제로 구성된 활성층을 가지는 OPV 전지에 대한 외부 양자 효율을 보여주는 것이다.
도 29는 본 개시내용에 따른 예시적인 적층형 유기 감광성 광전자 디바이스의 도식을 나타낸다. 디바이스 A는 엑시톤-차단 전자 필터 또는 엑시톤-차단 정공 필터를 포함하고, 디바이스 B는 엑시톤-차단 전자 필터 및 엑시톤-차단 정공 필터를 포함한다.
도 30은 혼합된 완충제 층과 Al 전극 사이의 얇은 BPhen 캡 층(5 nm)을 갖는 혼합된 BPhen:C60 완충제 층(10 nm), 또는, 대안적으로 혼합된 완충제 층과 Al 전극 사이의 얇은 TPBi 캡 층(3 nm)을 갖는 혼합된 TPBi:C70 완충제 층(10 nm)을 갖는 DBP:C70 디바이스를 나타낸다.
도 31a 내지 31c는 얇은 BPhen 캡 층을 갖는 혼합된 Bphen:C60 완충제 층이 구비된 도 30의 디바이스에 대해 각각 50℃, 60℃, 및 80℃에서의 시간에 따른 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다.
도 32a 내지 32d는 얇은 TPBi 캡 층 내의 혼합된 TPBi:C60 완충제 층을 갖는 도 30의 디바이스에 대해 각각 50℃, 80℃, 및 105℃, 및 130℃에서의 시간에 따른 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다.
도 33은 다양한 완충제를 사용한 DBP:C70 혼합된 이종접합의 시간에 따른 정규화된 전력 변환 효율을 나타낸다.
도 34 내지 38은 각각 예시적인 넓은 에너지 갭 물질 BAlq, TPBi, Alq3 , BP4mPy, 및 3TPYMB의 분자 구조를 나타낸다.
39-41은 C70 및 각각 TPBi, 3TPYMB, 및 BAlq 중 하나의 혼합물을 함유하는 혼합된 완충제를 갖는 디바이스에 대한 시간에 따른 55℃에서의 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다.
도 42는 혼합된 3TPYMB:C60 완충제 층을 갖는 DBP:C70 디바이스를 나타낸다.
도 43-46은 각각 55℃, 70℃, 85℃, 및 100℃에서의 도 42의 디비아스에 대한 시간에 따른 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다.
The accompanying drawings are included to compose and constitute a part of this specification.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a schematic diagram of an exemplary organic photosensitive optoelectronic device according to the present disclosure. Device A includes an exciton blocking electronic filter or exciton blocking hole filter, and device B includes an exciton blocking electron filter and exciton blocking hole filter.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the volume doping ratios calculated from k measured by spectroscopic ellipsometry and 1: 0 (), 3: 1 (), 1: (B) shows the extinction spectrum of C 60 : BCP film. Explosion attenuation as a function of extinction spectrum. 450 nm (?), 360 nm (?).
Figure 3 shows a plot of external quantum efficiency at the bottom with a bottom plot showing the device geometry and the JV curve of the device at the top 1 sun AM 1.5G light with top plot showing device characteristics. (A: B) = 1: 0 (D1), 2: 1 (D2), 1: 1 (D3), and 1: 2 (D4).
Figure 4 shows a plot of the external quantum efficiency at the bottom with a plot showing the device's structure and the JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top. x = 10 nm (D7), 20 nm (D6), 30 nm (D5).
Figure 5 shows a plot of external quantum efficiency at the bottom with a plot showing the device's structure and the JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top. x = 0 nm (D8), 20 nm (D9), and 40 nm (D10).
Figure 6 shows a plot of the external quantum efficiency at the bottom with a plot showing the device's structure and the JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top. "Initial C 60 thickness" refers to the thickness of one or more receptor materials that form donor-receptor heterozygosity with DPSQ (x = 5 nm, 15 nm, 25 nm, 35 nm).
Figure 7 shows the external quantum efficiency of the bottom, with the bottom plot showing the device geometry and JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top.
Figure 8 shows the external quantum efficiency under the applied bias (+0.5 V dashed line, -1 V solid line) for various buffer layers normalized to EQE at zero bias.
Figure 9 is a plot of the distribution of BCP: C 60 on top of the pure C 60 active layer of the exciton, based only on the reduced number of C 60 molecules in the mixed film available for exciton transfer, It shows the simulation. The excitons are randomly generated in the active layer. After moving to a random number of steps, its final position is recorded. It is assumed that this is spread only by nearest neighbor hopping. At the interface between the mixed layer and the active layer, the probability of hopping between layers is scaled by the relative number of C 60 molecules in each layer.
The top of FIG. 10 shows the normalized extinction spectrum of C 70 capped with different buffer layers and the bottom shows the quenching (NPD) at the bottom, the blocking (BCP), and the capped Which is the emission spectrum of C 70 .
Figure 11 shows the EQE spectrum (top) of a device capped with various buffer layers and the JV curve of a device under 0.8 sun AM 1.5G illumination.
Figure 12 shows a plot of the JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top and the external quantum efficiency at the bottom, where the bottom figure shows the device structure. Buffer: 10 nm BCP (D11), 10 nm C 60: BCP (D12), 10 nm PTCBI (D13), 10 nm C 60: BCP / 5 nm PTCBI (D14), 10 nm BCP: C 60/5 nm BCP (D15).
The top of FIG. 13 shows the EQE for the device of FIG. 12 with various buffer layers at -1 V normalized to 0 V EQE and the bottom shows the response as a function of illumination for the device. Buffer: 10 nm BCP (D11), 10 nm BCP: C 60 (D12), 10 nm PTCBI (D13), 10 nm BCP: C 60/5 nm PTCBI (D14), 10 nm BCP: C 60/5 nm BCP (D15).
Figure 14 shows a plot of the JV curve of the device under 1 sun AM 1.5G illumination at the top and the external quantum efficiency at the bottom where x = 5 nm (D16), 15 nm (D17), 25 nm (D18), and 35 nm (D19), respectively.
Figure 15 shows a plot of the external quantum efficiency of a device with various buffer layers and a JV curve under 1 sun AM 1.5G illumination at the top.
Figure 16 shows a plot of the external quantum efficiency of a device having various buffer layers containing a JV curve under 1 sun AM 1.5G illumination at the top and various ratios of C 60 versus BCP.
17 is relatively thick, 1: 8 by volume with DBP and C for a plane mixed OPV cell having an active layer comprising a layer of the net 70, JV (upper left) for the illumination of at 1 sun simulated AM 1.5G one trillion people And EQE (top right) and extracted efficiency parameters (bottom). The thickness and volume ratios of BPhen: C 70 for each buffer are given in the table.
FIG. 18 is a plot of the JV (%) versus time for illumination in a 0.7 sun simulated AM 1.5G illumination for a planar mixed OPV cell with an active layer comprising a net layer of DBP and C 70 and a variable buffer in a relatively thin 1: Upper left) and EQE (upper right) and extracted efficiency parameters (lower). The thickness and volume ratios of BCP: C 70 for each buffer are given in the table.
Figure 19 shows EQE and JV curves for dilution using BPhen, CBP, and UGH2.
Figure 20 (a) is a DBP: it shows the simulated spectrum of AM 1.5G, 1 sun jomyeongha correction current density vs. voltage (JV) features about C 70 mixed HJ OPV cell. The shaded area highlights the difference in the fill factor of the two cells, and thus the maximum power output. The illustration shows a schematic diagram of the device structure and (b) shows the external quantum efficiency (EQE) spectrum for the cell of (a) . The insert shows a schematic diagram of the energy levels at the DBP: C 70 / buffer interface (left: pure BPhen buffer; right: BPhen: C 60 compound buffer).
Figure 21 shows the response versus luminosity for mixed HJ control cells and compound buffer cells, where the linear pits are in accordance with the bicomponent recombination theory (dashed line).
Figure 22 (a) shows the charge extraction time versus electric field for various layer thicknesses, calculated using a 3D Monte Carlo simulation. Sapdo is as showing a large thickness cell series resistance (R s), wherein a linear fit (dashed line) is for the data (square mark) obtained from OPV cell (in sapdo error bars are smaller than the data points), ( b) shows the photoluminescence (PL) spectrum for the net C 70 layer contacted with the BPhen (blocking), NPD (quenching) and BPhen: C 60 mixed layers obtained at the excitation wavelength of? = 520 nm.
Figure 23 (a) shows spectrally corrected current density vs. voltage (JV) characteristics under simulated AM 1.5G, 1 sun illumination, (b) shows DBP: C 70 PM-HJ OPV cells with buffer layer It shows the quantum efficiency spectrum.
24 is a control cell and BPhen: to show an absorption spectrum and an internal quantum efficiency is calculated for a cell having a C 60 / BPhen buffer.
25 is a control cell and BPhen: to show the light intensity versus C 60 / BPhen reaction for the cell having a buffer (black square), and the power conversion efficiency (white square mark).
Figure 26 (a) shows spectrally corrected JV characteristics under simulated AM 1.5G, 1 sun illumination and (b) shows the thickness of the BPhen: C 60 mixed layer in a cell with BPhen: C 60 / BPhen buffer Lt; RTI ID = 0.0 &gt; quantum &lt; / RTI &gt; efficiency spectrum as a function.
27 is BPhen: C 60 as a function of the mixed layer thickness will show the extracted median time for the electric field, sapdo is to show a series resistance for the mixed layer thickness by using the fitting.
Figure 28 (a) shows the JV for illumination under 1 sun simulated AM 1.5G illumination, where the illustration shows NPD, (b) shows an OPV cell with DBP and C 60 and an active layer composed of various buffers Lt; RTI ID = 0.0 &gt; quantum efficiency. &Lt; / RTI &gt;
29 shows a schematic of an exemplary stacked organic photosensitive optoelectronic device according to the present disclosure. Device A comprises an exciton-blocking electronic filter or an exciton-blocking hole filter, and device B comprises an exciton-blocking electron filter and an exciton-blocking hole filter.
30 shows a mixed BPhen: C 60 buffer layer (10 nm) with a thin BPhen cap layer (5 nm) between the mixed buffer layer and the Al electrode, or alternatively a thin Shows a DBP: C 70 device with a mixed TPBi: C 70 buffer layer (10 nm) having a TPBi cap layer (3 nm).
Figure 31a to 31c are the Bphen mixture having a thin BPhen cap layer: the normalized reactions over time in each of 50 ℃ for the device of C 60 buffer layer is 30 comprising, 60 ℃, and 80 ℃, fill factor, V OC , and PCE.
Figure 32a to 32d are mixed in the thin TPBi cap layer TPBi: C normalized reactions over time in the 60 respectively 50 ℃, 80 ℃ for the device of Figure 30 having the buffer layer, and 105 ℃, and 130 ℃, Phil Factor, V OC , and PCE.
Figure 33 shows the normalized power conversion efficiency over time for DBP: C 70 mixed heterogeneous junctions using various buffers.
34 to 38 shows the molecular structure of each of the exemplary wide energy gap material BAlq, TPBi, Alq 3, BP4mPy , and 3TPYMB.
Figure 39-41 are C 70 and each TPBi, 3TPYMB, BAlq and the normalized response of from 55 ℃ with time for a device having a buffer mixture containing one or a mixture of, fill factor, V OC, and PCE .
Figure 42 shows a DBP: C 70 device with a mixed 3 TPYMB: C 60 buffer layer.
Figures 43-46 show normalized reactivity, fill factor, V OC , and PCE over time for the divergence of Figure 42 at 55 ° C, 70 ° C, 85 ° C, and 100 ° C, respectively.

본원에서 사용되는 바와 같이, "유기"라는 용어는 유기 감광성 디바이스를 제작하는 데 사용될 수 있는 중합체 물질 뿐만 아니라, 소형 분자 유기 물질을 포함한다. "소형 분자"란 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 의미하고, "소형 분자"는 실제로 매우 큰 것일 수 있다. 소형 분자는 일부 환경에서는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환기로서 장쇄 알킬 기를 사용하는 것은 "소형 분자" 부류로부터 한 분자를 제거하지 못한다. 소형 분자는 또한 중합체 내로, 예를 들어, 중합체 골격 상의 펜던트 기로서, 또는 골격의 일부로서 포함될 수 있다. As used herein, the term "organic" includes small molecular organic materials as well as polymeric materials that can be used to fabricate organic photosensitive devices. By "small molecule" is meant any organic material that is not a polymer, and "small molecule" may actually be very large. Small molecules may contain repeat units in some circumstances. For example, using a long chain alkyl group as a substituent does not remove one molecule from the "small molecule" class. Small molecules may also be incorporated into the polymer, for example, as a pendant group on the polymer backbone, or as part of the backbone.

본 개시내용의 유기 물질과 관련하여, "공여체" 및 "수용체"라는 용어는 접촉하고 있지만, 상이한 두 유기 물질의 최고 점유 분자 오비탈(HOMO) 및 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO) 에너지 준위의 상대적인 위치를 지칭한다. 또 다른 것과 접촉하고 있는 한 물질의 LUMO 에너지 준위가 진공 준위에서 멀리 떨어져 있는 경우, 이때 상기 물질은 수용체이다. 그렇지 않을 경우, 공여체이며, 이는 외부 바이어스 부재하에서 공여체-수용체 접합에 있는 전자가 수용체 물질로 이동하는 데, 및 정공이 공여체 물질로 이동하는 데에는 에너지적으로 바람직하다. The terms "donor" and "receptor" are used herein to refer to the relative positions of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels of two different organic materials Quot; If the LUMO energy level of a substance in contact with another is far away from the vacuum level, then the substance is a receptor. Otherwise, it is a donor, which is energetically favorable for electrons in the donor-acceptor junction to migrate to the acceptor material under the absence of an external bias, and to transfer holes to the donor material.

본원에서, "캐소드"라는 용어는 다음의 방식으로 사용된다. 주변 조사 하에 저항 부하로 연결되고, 외부에서 인가된 전압이 없는 비적층된 PV 디바이스 또는 적층된 PV 디바이스의 단일 유니트, 예컨대, 태양 전지에서, 전자는 인접한 광전도성 물질로부터 캐소드로 이동한다. 유사하게, "애노드"라는 용어는 본원에서 조명 하에 태양 전지에서, 정공이 인접한 광전도성 물질로부터 애노드로 이동하는 것으로 사용되고, 이는 반대 방식으로 이동하는 전자와 동등하다. "애노드" 및 "캐소드" 전극은 전하 전달 영역 및 재조합 구역, 예컨대, 적층형 광기전력 디바이스에서 사용되는 것일 수 있다는 것에 주의하여야 한다. In the present application, the term "cathode" is used in the following manner. In a single unit of a non-stacked PV device or stacked PV device, such as a solar cell, connected by a resistive load under ambient illumination and without an externally applied voltage, electrons move from the adjacent photoconductive material to the cathode. Similarly, the term "anode " is used here in a solar cell under illumination to move a hole from the adjacent photoconductive material to the anode, which is equivalent to electrons traveling in the opposite manner. It should be noted that the "anode" and "cathode" electrodes may be those used in charge transfer regions and recombination zones, e.g., stacked photovoltaic devices.

감광성 광전자 디바이스에서는 디바이스 외부로부터 최대량의 주변 전자기 방사선을 광전도성 활성 내부 영역에 허용하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 전자기 방사선은 광전도성 층(들)에 도달하여야 하고, 여기서, 광전도성 흡수에 의해 전기로 변환될 수 있다. 이는 종종 하나 이상의 전기 접점이 입사 전자기 방사선을 최소로 흡수하고, 최소로 반사시켜야 한다는 것을 지시한다. 일부 경우에는, 상기 접점은 투명하거나, 또는 적어도 반투명하여야 한다. 관련 파장에서 주변 전자기 방사선 중 50% 이상이 그를 통해 투과되도록 허용되는 경우에 전극은 "투명"한 것으로 지칭된다. 관련 파장에서 주변 전자기 방사선 중 일부는 투과시키지만, 50% 미만으로 투과시키는 경우에 전극은 "반투명"한 것으로 지칭된다. 흡수되지 않고 전지를 통과하는 빛이 전지를 통해 역반사되도록 하기 위해 반대 전극은 반사형 물질일 수 있다. In a photosensitive optoelectronic device it may be desirable to allow a maximum amount of ambient electromagnetic radiation from outside the device to the photoconductive active interior area. That is, the electromagnetic radiation must reach the photoconductive layer (s), where it can be converted to electricity by photoconductive absorption. This often indicates that one or more of the electrical contacts must absorb and at least reflect incident electromagnetic radiation. In some cases, the contacts should be transparent, or at least translucent. The electrode is referred to as "transparent" if at least 50% of the ambient electromagnetic radiation at the wavelength of interest is allowed to pass through it. The electrode is said to be "translucent" when it transmits some of the ambient electromagnetic radiation at the relevant wavelength, but transmits less than 50%. The opposite electrode may be a reflective material so that light that is not absorbed and passes through the cell is reflected back through the cell.

본원에서 사용되는 바, "광활성 영역"이란 전자기 방사선을 흡수하여 엑시톤을 발생시키는 디바이스의 영역을 의미한다. 유사하게, 층이 전자기 방사선을 흡수하여 엑시톤을 발생시킨다면, 이는 "광활성"인 것이다. 엑시톤은 전기 전류를 발생시키기 위해 전자 및 정공으로 해리될 수 있다. As used herein, "photoactive region" means an area of a device that absorbs electromagnetic radiation to generate excitons. Similarly, if a layer absorbs electromagnetic radiation to generate an exciton, it is "photoactive ". The excitons can be dissociated into electrons and holes to generate electrical current.

본원에서 사용되고, 도시되어 있는 바, "층"이란, 그의 1차원은 X-Y이고, 즉, 그의 길이 및 너비에 따르는 감광성 디바이스의 구성원 또는 성분을 의미한다. 층이라는 용어가 반드시 물질의 단일 층 또는 시트로 한정될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 다른 물질(들) 또는 층(들)을 포함하는 상기 층의 계면(들)을 비롯한, 특정의 표면은 결함이 있을 수 있으며, 여기서, 상기 표면은 다른 물질(들) 또는 층(들)과의 상호 침투형, 얽힘형(entangled), 또는 회선형인(convoluted) 네트워크를 나타내는 것임을 이해하여야 한다. 유사하게, 층은 불연속인 것일 수 있고, 따라서, X-Y 차원에 따른 상기 층의 연속성은 교란될 수 있거나, 또는 다르게는 다른 층(들) 또는 물질(들)에 의해 중단될 수 있다는 것 또한 이해하여야 한다. As used and shown here, the term "layer " means a member or component of a photosensitive device whose one dimension is X-Y, i.e., its length and width. It should be understood that the term layer need not necessarily be limited to a single layer or sheet of material. In addition, certain surfaces, including the interface (s) of the layer comprising other material (s) or layer (s), may be defective, where the surface may include other material (s) Quot; is intended to denote a network of interpenetrating, entangled, or convoluted networks. Similarly, it should also be understood that the layer may be discontinuous and, therefore, the continuity of the layer with respect to the XY dimension may be disturbed or otherwise interrupted by other layer (s) or material (s) do.

본원에서 사용되는 바, 제1 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위가 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 진공 준위에 더 가깝다면, 제1 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위"보다 더 작은" 것이다. 유사하게, 제1 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위가 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 진공 준위로부터 더 멀리 떨어져 있다면, 제1 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위"보다 더 큰" 것이다. As used herein, a first HOMO or LUMO energy level is "less than a second HOMO or LUMO energy level " if the first HOMO or LUMO energy level is closer to a vacuum level than a second HOMO or LUMO energy level . Similarly, if the first HOMO or LUMO energy level is farther away from the vacuum level than the second HOMO or LUMO energy level, the first HOMO or LUMO energy level is "greater than the second HOMO or LUMO energy level ".

본원에서 사용되는 바, 두 오비탈 에너지 준위의 에너지가 소수 첫째 자리까지 일치할 경우, 본원에서 "동일하다"라는 용어로 사용되는 바와 같이, 두 오비탈 에너지 준위는 서로 "동일한" 것이다. 예를 들어, 본 개시내용의 목적을 위해, -3.70 eV인 LUMO 에너지는 -3.79 eV인 LUMO 에너지와 "동일한" 것으로 간주될 것이다. As used herein, when the energies of two orbital energy levels coincide to the first decimal place, the two orbital energy levels are "identical" For example, for the purposes of this disclosure, a LUMO energy of -3.70 eV will be considered "equal" to a LUMO energy of -3.79 eV.

본원에서 사용되는 바, LUMOAcc 및 HOMOAcc는 각각 하나 이상의 수용체 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO Acc and HOMO Acc each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of one or more receptor materials.

본원에서 사용되는 바, LUMOdon 및 HOMOdon은 각각 하나 이상의 공여체 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO don and HOMO don each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of one or more donor materials.

본원에서 사용되는 바, LUMOCS - WG 및 HOMOCS - WG는 각각 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO CS - WG and HOMO CS - WG each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of a wide energy gap material on at least one cathode side.

본원에서 사용되는 바, LUMOAS - WG 및 HOMOAS - WG는 각각 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO AS - WG and HOMO AS - WG each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of the wide energy gap material on at least one anode side.

본원에서 사용되는 바, LUMOEC 및 HOMOEC는 각각 하나 이상의 전자 전도성 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO EC and HOMO EC each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of at least one electron conductive material.

본원에서 사용되는 바, LUMOHC 및 HOMOHC는 각각 하나 이상의 정공 전도성 물질의 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위를 나타낸다. As used herein, LUMO HC and HOMO HC each represent the lowest unoccupied molecular orbital energy level and the highest occupied molecular orbital energy level of at least one hole-transporting material.

본원에서 사용되는 바, HOMO-LUMO 에너지 갭은 물질의 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 차이다. As used herein, the HOMO-LUMO energy gap is the energy difference between the HOMO and LUMO of the material.

본원에 사용되는 바와 같은, 넓은 에너지 갭 물질에 대한 유리 전이 온도(Tg)의 열거된 범위의 문맥 내의 용어 "사이"는 종점값을 포함하는 것을 의미한다. As used herein, the term "between" in the context of an enumerated range of glass transition temperatures (T g ) for a wide energy gap material is meant to include an endpoint value.

본 개시내용의 디바이스는 하나 이상의 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함한다. 예를 들어, 본 개시내용에 따른 유기 감광성 광전자 디바이스의 개략도가 도 1에 제시되어 있다. 전극(110)은 애노드 또는 캐소드를 포함한다. 전극(140)은 전극(110)이 캐소드를 포함할 때, 애노드를 포함한다. 전극(140)은 전극(110)이 애노드를 포함할 때, 캐소드를 포함한다. 본원에 기술된 바와 같이, 광활성 영역은 공여체/수용체 유기 층(120) 및 (130)을 포함하여 공여체-수용체 이종접합을 형성한다. 광활성 영역은 추가의 공여체 및/또는 수용체 층을 포함하여 예컨대, 하이브리드 평면-혼합형 이종접합을 형성할 수 있다. 유기 층(120)은 하나 이상의 공여체 물질 또는 하나 이상의 수용체 물질을 포함한다. 유기 층(130)은 층(120)이 하나 이상의 수용체 물질을 포함하 때, 하나 이상의 공여체 물질을 포함한다. 유기 층(130)은 층(120)이 하나 이상의 공여체 물질을 포함하 때, 하나 이상의 수용체 물질을 포함한다. 도 1의 공여체/수용체 층은 평면일 필요는 없다는 것에 주의한다. 즉, 본 개시내용은 본원에 구체적으로 기술된 것을 비롯한, 유기 광기전력 디바이스에 대해 당업계에 공지되어 있는 모든 유형의 공여체-수용체 이종접합을 고려한다. The device of the present disclosure comprises at least one exciton blocking charge carrier filter. For example, a schematic diagram of an organic photosensitive optoelectronic devices of the present disclosure is shown in FIG. The electrode 110 includes an anode or a cathode. Electrode 140 includes an anode when electrode 110 comprises a cathode. Electrode 140 includes a cathode when electrode 110 comprises an anode. As described herein, the photoactive region comprises donor / acceptor organic layers 120 and 130 to form donor-acceptor heteromeric junctions. The photoactive region may comprise additional donor and / or receptor layers to form, for example, a hybrid planar-mixed heterogeneous junction. The organic layer 120 comprises one or more donor materials or one or more acceptor materials. The organic layer 130 includes one or more donor materials when the layer 120 comprises one or more receptor materials. The organic layer 130 includes one or more receptor materials when the layer 120 comprises one or more donor materials. Note that the donor / receptor layer of Figure 1 need not be planar. That is, the present disclosure contemplates all types of donor-acceptor heterojunctions known in the art for organic photovoltaic devices, including those specifically described herein.

도 1의 디바이스 A에서, 층(115)은 전극(110)이 캐소드를 포함하고, 유기 층(120)이 하나 이상의 수용체 물질을 포함하고, 유기 층(130)이 하나 이상의 공여체 물질을 포함하고, 전극 (140)이 애노드를 포함할 때, 엑시톤 차단 전자 필터이다. 층(115)은 전극 (110)이 애노드를 포함하고, 유기 층(120)이 하나 이상의 공여체 물질을 포함하고, 유기 층(130)이 하나 이상의 수용체 물질을 포함하고, 전극 (140)이 캐소드를 포함할 때, 엑시톤 차단 정공 필터이다. In the device A of FIG. 1 , the layer 115 is formed by depositing an electrode 110 on a substrate 110 , where the electrode 110 comprises a cathode, the organic layer 120 comprises one or more receptor materials, the organic layer 130 comprises one or more donor materials, When the electrode 140 comprises an anode, it is an exciton blocking electronic filter. Layer 115 is the cathode electrode 110 is an anode, and an organic layer 120, and electrode 140 comprises a comprises at least one donor material, and the organic layer 130 is at least one acceptor material When included, it is an exciton blocking hole filter.

일부 실시양태에서, 디바이스 B와 같은 디바이스는 엑시톤 차단 전자 필터 및 엑시톤 차단 정공 필터, 둘 모두를 포함한다. 층(115)은 전극 (110)이 캐소드를 포함하고, 유기 층(120)이 하나 이상의 수용체 물질을 포함하고, 유기 층(130)이 하나 이상의 공여체 물질을 포함하고, 층 (135)이 엑시톤 차단 정공 필터이고, 전극 (140)이 애노드를 포함할 때, 엑시톤 차단 전자 필터이다. 층(115)은 전극 (110)이 애노드를 포함하고, 유기 층(120)이 하나 이상의 공여체 물질을 포함하고, 유기 층(130)이 하나 이상의 수용체 물질을 포함하고, 층 (135)이 엑시톤 차단 전자 필터이고, 전극 (140)이 캐소드를 포함할 때, 엑시톤 차단 정공 필터이다. In some embodiments, a device such as device B includes both an exciton blocking electron filter and an exciton blocking electron filter. Layer 115. The electrode 110 is included, and the organic layer 120 comprises comprises at least one acceptor material, and the organic layer 130 is at least one donor material, and layer 135 is the exciton block the cathode Hole filter, and when the electrode 140 includes an anode, it is an exciton blocking electronic filter. Layer 115. The electrode 110 is included, and the organic layer 120 comprises comprises at least one donor material, and the organic layer 130 is at least one acceptor material, and layer 135 the exciton blocking anode Electron filter, and when the electrode 140 includes a cathode, it is an exciton blocking hole filter.

도 1에 제시되지는 않았지만, 디바이스 AB는 엑시톤 차단 전자/정공 필터아 가장 근접한 전극 사이에 위치하는 추가의 완충제 층 또는 캡 층을 포함할 수 있다. Although not shown in FIG. 1 , devices A and B may include an additional buffer layer or cap layer located between the closest electrodes of the exciton blocking electron / hole filter.

엑시톤 차단 전자 필터는 캐소드와 하나 이상의 수용체 물질 사이에 배치되어 있고, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함한다. 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 An exciton-blocking electronic filter is disposed between the cathode and one or more receptor materials, and comprises a mixture comprising at least one cathode-wide wide energy gap material and at least one electron conductive material. The wide energy gap material on one or more cathode sides

- LUMOAcc보다 작거나, 또는 그와 같은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOCS-WG);- the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO CS-WG ) less than or equal to LUMO Acc ;

- HOMOAcc 보다 크거나, 그와 같거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 작은 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOCS-WG); 및- the highest occupied molecular orbital energy level (HOMO CS-WG ), which is less than, equal to, or less than, 0.3 eV HOMO Acc ; And

- HOMOAcc-LUMOAcc 에너지 갭보다 넓은 HOMOCS-WG-LUMOCS-WG 에너지 갭을 가진다.- it has a large HOMO-CS-CS WG -LUMO WG energy gap than a HOMO energy gap Acc Acc -LUMO.

하나 이상의 전자 전도성 물질은 LUMOAcc보다 크거나, 그와 같거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 작은, 예컨대, 0.2 eV 이내로 더 작은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOEC)를 가진다.At least one electron-conductive material has a less than 0.3 eV greater than the LUMO Acc, or equal to the, or rather smaller, for example, the smaller the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO EC) less than 0.2 eV.

형태적으로 안정한 물질을 이용함으로써 디바이스의 작동 수명을 연장시키기 위해, 본 발명의 일부 실시양태는 충분하게 높은, 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질을 이용한다.In order to extend the operating lifetime of the device by utilizing a morphologically stable material, some embodiments of the present invention may provide a device that is sufficiently high, e.g., higher than the temperature or temperature range at which the device typically operates, A wide energy gap material on the cathode side having a glass transition temperature higher than the critical temperature value or the like is used.

일부 실시양태에서, HOMOCS - WG는 HOMOAcc보다 더 크며, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 크거나, 0.3 eV 이상 더 크거나, 0.5 eV 이상 더 크거나, 1 eV 이상 더 크거나, 1.5 eV 이상 더 크거나, 또는 2 eV 이상 더 크고, LUMOCS - WG는 LUMOAcc보다 더 작으며, 예컨대, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 작거나, 0.3 eV 이상 더 작거나, 0.5 eV 이상 더 작거나, 1 eV 이상 더 작거나, 1.5 eV 이상 더 작거나, 또는 2 eV 이상 더 작다. In some embodiments, the HOMO CS - WG is greater than HOMO Acc , for example greater than 0.2 eV, greater than 0.3 eV greater, greater than 0.5 eV greater, greater than 1 eV greater, greater than 1.5 eV greater For example, less than 0.2 eV, less than 0.3 eV, less than 0.5 eV, less than 1 eV, or more than 2 eV, and LUMO CS - WG is smaller than LUMO Acc , Less than 1.5 eV, or less than 2 eV.

일부 실시양태에서, LUMOEC는 LUMOAcc와 같다.In some embodiments, LUMO EC is equal to LUMO Acc .

일부 실시양태에서, LUMOEC는 LUMOAcc보다 더 크며, 예컨대, 0.5 eV 이내로 더 크거나, 0.4 eV 이내로 더 크거나, 0.3 eV 이내로 더 크거나, 또는 0.2 eV 이내로 더 크다. In some embodiments, LUMO EC is greater than LUMO Acc , e.g., greater than 0.5 eV, greater than 0.4 eV greater, greater than 0.3 eV greater, or less than 0.2 eV.

일부 실시양태에서, LUMOEC는 LUMOAcc보다 0.1 eV 이하로 더 작거나, 또는 더 크다. In some embodiments, LUMO EC is less than or greater than 0.1 eV below LUMO Acc .

일부 실시양태에서, LUMOCS - WG는 LUMOEC보다 더 작으며, 예컨대, LUMOEC, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 작거나, 0.3 eV 이상 더 작거나, 0.5 eV 이상 더 작거나, 1 eV 이상 더 작거나, 1.5 eV 이상 더 작거나, 또는 2 eV 이상 더 작다. In some embodiments, LUMO CS - WG is smaller than LUMO EC , e.g., LUMO EC , such as less than 0.2 eV, less than 0.3 eV, less than 0.5 eV, or less than 1 eV Less than 1.5 eV, or less than 2 eV.

일부 실시양태에서, LUMOCS - WG는 LUMOAcc보다 0.2 eV 초과로 더 작으며, 예컨대, 0.3 eV 초과로 더 작거나, 0.5 eV 초과로 더 작거나, 1 eV 초과로 더 작거나, 1.5 eV 초과로 더 작거나, 또는 2 eV 초과로 더 작다. In some embodiments, the LUMO CS - WG is less than 0.2 eV above the LUMO Acc , e.g., less than 0.3 eV, less than 0.5 eV, less than 1 eV, less than 1.5 eV , Or smaller than 2 eV.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 바토쿠프로인(BCP), 바토페난트롤린(BPhen), p-비스(트리페닐실릴)벤젠(UGH-2), (4,4'-N,N'-디카바졸)비페닐(CBP), N,N'-디카바졸릴-3,5-벤젠(mCP), 폴리(비닐카바졸)(PVK), 페난트렌 및 알킬 및/또는 아릴 치환된 페난트렌, 벤젠의 알킬 및/또는 아릴 치환된 유도체, 트리페닐렌 및 알킬 및/또는 아릴 치환된 트리페닐렌, 아자 치환된 트리페닐렌, 옥시디아졸, 트리아졸, 아릴 벤즈이미다졸, 아다만탄 및 알킬 및/또는 아릴 치환된 아다만탄, 테트라아릴메탄 및 그의 유도체, 9,9-디알킬-플루오렌 및 그의 올리고머, 9,9-디아릴-플루오렌 및 그의 올리고머, 스피로-비페닐 및 치환된 유도체, 코란눌렌(corannulene) 및 알킬 및/또는 아릴 치환된 유도체, 및 그의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. In some embodiments, the wide energy gap material on one or more cathode sides is selected from the group consisting of Bottokuproin (BCP), Batophenanthroline (BPhen), p -Bis (triphenylsilyl) benzene (UGH-2) (CBP), N, N'-dicarbazolyl-3,5-benzene (mCP), poly (vinylcarbazole) (PVK), phenanthrene and alkyl and / Or aryl substituted phenanthrene, alkyl and / or aryl substituted derivatives of benzene, triphenylene and alkyl and / or aryl substituted triphenylene, aza-substituted triphenylene, oxydiazole, triazole, Diaryl, adamantane and alkyl and / or aryl substituted adamantanes, tetraarylmethane and its derivatives, 9,9-dialkyl-fluorene and its oligomers, 9,9-diaryl-fluorene and its oligomers, Spiro-biphenyl and substituted derivatives thereof, corannulene and alkyl and / or aryl substituted derivatives, and derivatives thereof.

디바이스의 작동 수명은, 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 것과 같이 충분하게 높은 Tg를 갖는 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질을 이용함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 도 31a-c32a-d에서 나타난 바와 같이, Bphen:C60 (Bphen의 Tg

Figure pct00001
62℃)의 혼합물을 포함하는 엑시톤-차단 전하 캐리어 필터의 시간에 따른 성능(즉, 정규화된 반응도, 필 팩터, Voc, 및 PCE)은 작동 온도가 50℃ 내지 130℃로 증가하는 TPBi:C70 (TPBi의 Tg
Figure pct00002
122℃)의 혼합물을 포함하는 엑시톤-차단 전하 캐리어 필터보다 더 빠르게 작동 온도가 50℃ 내지 80℃로 증가함에 따라 저하된다. 즉, TPBi:C70을 이용하는 디바이스의 성능은 BPhen을 이용하는 디바이스보다 고온의 작동 온도에서 시간에 따라 보다 서서히 저하된다. 따라서, 디바이스의 효율 및 작동 수명은 예를 들면 유사한 Tg 값을 갖는 Bphen 및 차단 물질을 더 높은 Tg를 갖는 캐소드 측의 에너지 갭 물질, 예컨대 TPBi로 대체함으로써 개선될 수 있다. The operational lifetime of the device can be extended, for example, to a wide range of the cathode side having a sufficiently high T g such as higher than the temperature or temperature range at which the device normally operates, higher than the highest operating temperature of the device, Can be increased by using an energy gap material. For example, as shown in Figures 31a-c and 32a-d , Bphen: C 60 (T g of Bphen
Figure pct00001
(Normalized reactivity, fill factor, Voc, and PCE) of the exciton-blocking charge carrier filter comprising a mixture of TPBi: C 70 (T g of TPBi
Figure pct00002
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 50 C &lt; / RTI &gt; to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 80 C. &lt; / RTI &gt; That is, the performance of a device using TPBi: C 70 degrades more slowly over time at higher operating temperatures than devices using BPhen. Thus, the efficiency and operating life of the device can be improved, for example, by replacing Bphen with a similar T g value and the barrier material with an energy gap material on the cathode side with a higher T g , such as TPBi.

일부 실시형태에서, 하나 이상의 캐소드 측의 에너지 갭 물질은 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 것과 같이 충분하게 높은 Tg를 갖는 물질을 포함한다. 예를 들면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(BP4mPy), 2,2',2"-(1,3,5-벤지네트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸)(TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(BAlq), 트리스(8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란(3TPYMB), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-MPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디(비페닐-4-일)피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PhPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PyCN), 6,60-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-4-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-6-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNT), 트리스(6-플루오로-8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(6FAlq3), 2,6-비스(4-시아노페닐)-4-페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴(CNPyCN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(p-MPyCN), 비스벤지이미다조[2,1-a:1',2-b']안트라[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']디이소귀놀린-10,21-디온(PTCBI), 5,10,15-트리벤질-5H-디인돌로[3,2-a:3',2'-c]카르바졸(TBDI), 5,10,15-트리페닐-5H-디인돌로[3,2-a:3',2'-c]카르바졸(TPDI), 1,3-비스[3,5-디(피리딘-3-일)페닐]벤젠(BmPyPhB), 1,3,5-트리스(m-피리딘-3-일페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(3-피리딜-3-페닐)벤젠, 3,3'-[5'-[3-(3-피리딘일)페닐][1,1':3',1"-테르페닐]-3,3"-디일]비스피리딘(TmPyPB), 9,9-디메틸-10-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-9,10-디하이드로아크리딘(PCZAC), 3,3-디(9H-카르바졸-9-일)비페닐(mCBP), 4,40-비스(트리페닐실릴)-비페닐(BSB), 및 이의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. In some embodiments, the energy gap material on one or more cathode sides is sufficiently high such as, for example, higher than the temperature or temperature range at which the device normally operates, higher than the highest operating temperature of the device, T g . &Lt; / RTI &gt; For example, in some embodiments, the wide energy gap material on one or more cathode sides is selected from the group consisting of 3,3 ', 5,5'-tetra [(m-pyridyl) (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), bis (2-methyl-8-quinolinol Tris (8-hydroxy-quinolinato) aluminum (Alq3), tris (2,4,6-trimethyl-3- (pyridin- Phenyl) borane (3TPYMB), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-diphenylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (M-PhPyCN), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-di (biphenyl-4-yl) pyridine-3,5-dicarbonitrile (2,6-diphenylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (m-PyCN), 6,60- (1,4-phenylene) (p-PPtNN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2-phenyl-6-p-tolylnicotinonitrile) (p- PPtNT), tris (6-fluoro-8- -Quinolinato) aluminum (6FAlq3), 2,6-bis (4- 4,5-dicarbonitrile (CNPyCN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2,6-diphenylpyridine- (p-MPyCN), bisbenzimidazo [2,1-a: 1 ', 2-b'] anthra [2,1,9-def: 6,5,10- 5,10,15-tribenzyl-5H-diindolo [3,2-a: 3 ', 2'-c] carbazole (TBDI), 5,10 (3,5-di (pyridin-3-yl) -1H-pyrazolo [3,4-d] pyrimidin- Phenyl] benzene (BmPyPhB), 1,3,5-tris (m-pyridin-3-ylphenyl) benzene, 1,3,5- (TmPyPB), 9,9-dimethyl-benzo [b] thiophene-3,3'- (MCBP), 3,3-di (9H-carbazol-9-yl) biphenyl (mCBP) , 4,40-bis (triphenylsilyl) -biphenyl (BSB), and derivatives thereof.

일부 실시형태에서, 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 유리 전이 온도는 85℃ 이상, 95℃ 이상, 105℃ 이상, 115℃ 이상, 125℃ 이상, 135℃ 이상, 145℃ 이상, 155℃ 이상, 165℃ 이상, 175℃ 이상, 185℃ 이상, 195℃ 이상, 200℃ 이상, 225℃ 이상, 또는 250℃ 이상이다. In some embodiments, the glass transition temperature of the wide energy gap material on the cathode side is greater than or equal to 85 ° C, greater than or equal to 95 ° C, greater than or equal to 105 ° C, greater than or equal to 115 ° C, greater than or equal to 125 ° C, greater than or equal to 135 ° C, At least 175 占 폚, at least 185 占 폚, at least 195 占 폚, at least 200 占 폚, at least 225 占 폚, or at least 250 占 폚.

일부 실시형태에서, 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 유리 전이 온도는 85-200℃, 예컨대 90-195℃, 95-190℃, 100-185℃, 105-180℃, 110-175℃, 115-170℃, 또는 120-165℃이다. 200℃ 초과, 예컨대 200-300℃, 200-275℃, 200-250℃, 또는 200-225℃의 유리 전이 온도를 갖는 물질이 사용될 수 있음을 주지한다.In some embodiments, the glass transition temperature of the wide energy gap material on the cathode side is 85-200 DEG C, such as 90-195 DEG C, 95-190 DEG C, 100-185 DEG C, 105-180 DEG C, 110-175 DEG C, 170 ° C, or 120-165 ° C. It is noted that materials having a glass transition temperature of greater than 200 ° C, such as 200-300 ° C, 200-275 ° C, 200-250 ° C, or 200-225 ° C, may be used.

디바이스의 작동 온도는 변화될 수 있고, 다수의 인자, 예컨대, 예를 들면, 주위 조건(예를 들면, 온도, 광 강도 등) 및 보강 기구(예를 들면, 태양열 집광장치)가 디바이스와 결합하여 사용되는지 여부에 따라 좌우될 수 있다. 예로써, 주위 온도는 디바이스의 지리학적 위치, 연중 시기, 일중 시기 등에 따라 변화될 수 있다. 마찬가지로, 광 강도는 또한 지리학적 위치, 연중 시기, 및 일중 시기뿐만 아니라 운량, 입사각 및 다른 인자에 좌우될 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 예를 들면, 디바이스가 (예를 들면, 일반 주위 조건에서) 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 일반 주위 조건 등의 하에서 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은 것과 같은 충분하게 높은 Tg를 가진다. The operating temperature of the device can be varied and can be varied by a number of factors such as ambient conditions (e.g., temperature, light intensity, etc.) and a reinforcement mechanism (e.g., Depending on whether it is used or not. By way of example, the ambient temperature may vary depending on the geographic location of the device, the year of the year, the day of the week, and so on. Likewise, light intensity may also depend on cloudiness, angle of incidence and other factors, as well as geographical location, year-round time, and daylight time. Thus, in some embodiments, the wide energy gap material on the cathode side can be used as a material for a device, for example, under a general ambient condition, etc., where the device is operating above (e.g., Has a sufficiently high T g that is higher than the maximum operating temperature.

일부 실시양태에서, 태양열 집광장치는 디바이스에 인가되는 광을 증가시키거나, 확대하거나, 또는 그렇지 않으면 높이기 위해 디바이스에 통합되거나 또는 이와 결합될 수 있다. 집광장치 및/또는 다른 보강 기구의 사용은 일반 주위 조건 하에서 디바이스에서 일어나는 것 이상으로 디바이스의 작동 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 다비이스의 안정성 및 작동 수명을 증가시키기 위해, 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 증가된 조명 조건 하에서 디바이스에서 일어나는 최고 작동 온도보다 높은 Tg를 가질 수 있다. In some embodiments, the solar thermal concentrator may be integrated into or coupled to the device to increase, magnify, or otherwise increase the light applied to the device. The use of a light concentrator and / or other reinforcement may increase the operating temperature of the device beyond that occurring in the device under normal ambient conditions. Thus, in order to increase the stability and operating life of the device, the wide energy gap material on the cathode side may have a higher T g than the highest operating temperature occurring in the device under increased illumination conditions.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 수용체 물질은 서브프탈로시아닌, 서브나프탈로시아닌, 디피린 복합체, 예컨대, 아연 디피린 복합체, BODIPY 복합체, 페릴렌, 나프탈렌, 플러렌 및 플러렌 유도체(예컨대, PCBM, ICBA, ICMA 등), 및 중합체, 예컨대, 카보닐 치환된 폴리티오펜, 시아노 치환된 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 또는 전자 결핍 단량체를 함유하는 중합체, 예컨대, 페릴렌 디이미드, 벤조이타디아졸 또는 플러렌 중합체로부터 선택되는 물질을 포함한다. 비제한적으로는 C60, C70, C76, C82, C84, 또는 그의 유도체, 예컨대, 페닐-C61-부티르산-메틸 에스테르([60]PCBM), 페닐-C71-부티르산-메틸 에스테르([70]PCBM), 또는 티에닐-C61-부티르산-메틸 에스테르([60]ThCBM), 및 다른 수용체, 예컨대, 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭-비스벤즈이미다졸(PTCBI), 헥산데카플루오로프탈로시아닌(F16CuPc), 및 그의 유도체로부터 선택되는 것으로 언급된다. In some embodiments, the one or more receptor materials are selected from the group consisting of subphthalocyanine, subnaphthalocyanine, dipyrin complexes such as zinc dipyrrhin complex, BODIPY complex, perylene, naphthalene, fullerene and fullerene derivatives (e.g. PCBM, ICBA, And polymers containing polymers such as carbonyl-substituted polythiophenes, cyano-substituted polythiophenes, polyphenylene vinylenes, or electron-deficient monomers such as perylene diimide, benzo-thiadiazole, or fullerene &Lt; / RTI &gt; polymers. But are not limited to C 60 , C 70 , C 76 , C 82 , C 84 or derivatives thereof such as phenyl-C 61 -butyric acid-methyl ester ([60] PCBM), phenyl-C 71 -butyric acid-methyl ester ([70] PCBM), or thienyl-C 61 -butyric acid-methyl ester ([60] ThCBM), and other receptors such as 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bisbenzimidazole PTCBI), hexanedecafluorophthalocyanine (F 16 CuPc), and derivatives thereof.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 전자 전도성 물질은 서브프탈로시아닌, 서브나프탈로시아닌, 디피린 복합체, 예컨대, 아연 디피린 복합체 및 BODIPY 복합체, 페릴렌, 나프탈렌, 플러렌 및 플러렌 유도체(예컨대, PCBM, ICBA, ICMA 등), 및 중합체, 예컨대, 카보닐 치환된 폴리티오펜, 시아노 치환된 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 또는 전자 결핍 단량체를 함유하는 중합체, 예컨대, 페릴렌 디이미드, 벤조이타디아졸 또는 플러렌 중합체로부터 선택되는 물질을 포함한다. 비제한적으로는 C60, C70, C76, C82, C84, 또는 그의 유도체, 예컨대, 페닐-C61-부티르산-메틸 에스테르([60]PCBM), 페닐-C71-부티르산-메틸 에스테르([70]PCBM), 또는 티에닐-C61-부티르산-메틸 에스테르([60]ThCBM), 및 다른 수용체, 예컨대, 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭-비스벤즈이미다졸(PTCBI), 헥산데카플루오로프탈로시아닌(F16CuPc), 및 그의 유도체로부터 선택되는 것으로 언급된다. In some embodiments, the one or more electronically conductive materials are selected from the group consisting of subphthalocyanine, subnaphthalocyanine, dipyrin complexes such as zinc dipyrrhin complexes and BODIPY complexes, perylene, naphthalene, fullerene and fullerene derivatives such as PCBM, ICBA, ) And polymers containing polymers such as carbonyl-substituted polythiophenes, cyano-substituted polythiophenes, polyphenylene vinylenes or electron-deficient monomers such as perylene diimide, benzo-thiadiazole or fullerene &Lt; / RTI &gt; polymers. But are not limited to C 60 , C 70 , C 76 , C 82 , C 84 or derivatives thereof such as phenyl-C 61 -butyric acid-methyl ester ([60] PCBM), phenyl-C 71 -butyric acid-methyl ester ([70] PCBM), or thienyl-C 61 -butyric acid-methyl ester ([60] ThCBM), and other receptors such as 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-bisbenzimidazole PTCBI), hexanedecafluorophthalocyanine (F 16 CuPc), and derivatives thereof.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 수용체 물질은 플러렌 및 작용화된 플러렌 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 전자 전도성 물질은 플러렌 및 작용화된 플러렌 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. In some embodiments, the at least one receptor material comprises a material selected from fullerene and a functionalized fullerene derivative. In some embodiments, the at least one electron conductive material comprises a material selected from fullerene and a functionalized fullerene derivative.

플러렌은 하나 이상의 전자 전도성 물질로서 사용하는 데 있어 특히 관심의 대상이 된다. 예를 들어, C60은 260 nm 및 340 nm 파장에서의 피크는 전자 전이를 허용하여 프렌켈 유형(즉, 단분자) 여기 상태로 되는 것에 기인하고, 동시에 그보다 긴 파장에서의 흡수는 대칭 금지 전이에 기인하는 것인, 2가지 특징에 의해 지배되는 용액 중 흡수 스펙트럼을 가진다. 용액으로부터 고체 상태로의 전이시, 예를 들어, C60은 한 플러렌의 HOMO로부터 그의 최근접 이웃의 LUMO로부터의 전자의 여기로부터 생성되는 분자간 전하 전달(CT) 상태의 출현에 기인하여 λ = 400 내지 550 nm 사이의 흡수는 유의적으로 증가하게 된다. C60을 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질, 예컨대, BCP와 혼합하였을 때, CT 상태 흡수는 프렌켈 유형 특징의 것보다 더 빠르게 감소한다. 따라서, 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질과 혼합하였을 때 플러렌은 다르게는 디바이스의 효율에 기여하지 못하게 플러렌 전자 전도성 물질 중에서 엑시톤을 발생시키지 않기 위해 (심지어 중간 정도의 희석율, 예컨대, 예컨대, 70% C60 및 30% 넓은 갭 물질에서도) 감소된 흡수도를 가지는, 우수한 전자 전도성 물질로서 사용될 수 있다. Fullerene is of particular interest for use as one or more electronically conductive materials. For example, C 60 is due to the fact that the peaks at 260 nm and 340 nm wavelengths are allowed to transition to the Frenkel type (i.e., monomolecular) state by allowing electron transfer, while the absorption at longer wavelengths is due to the anti- Which is dominated by the two characteristics of the absorption spectrum. At the transition from solution to solid state, for example, C 60 is? = 400 due to the emergence of an intermolecular charge transfer (CT) state resulting from the excitation of electrons from the nearest neighbor LUMO from the HOMO of one fullerene The absorption between 550 nm and 550 nm is significantly increased. When C 60 is mixed with a wide energy gap material on the cathode side, such as BCP, the CT state absorption decreases more rapidly than the Frenkel type characteristic. Thus, when mixed with a wide energy gap material on the cathode side, the fullerene is not added to the device in order not to generate excitons among the fullerene electron conductive materials (even at a moderate dilution rate, e.g., 70% C 60 And even 30% wide gap materials). &Lt; / RTI &gt;

일부 실시양태에서, 하나 이상의 전자 전도성 물질은 C60 및 C70으로부터 선택되는 물질을 포함한다. In some embodiments, the at least one electron conductive material comprises a material selected from C 60 and C 70 .

일부 실시양태에서, 하나 이상의 수용체 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질은 동일 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 동일 물질은 플러렌 또는 작용화된 플러렌 유도체이다. 특정 실시양태에서, 동일 물질은 C60 또는 C70이다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 수용체 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질은 상이한 물질을 포함한다. In some embodiments, the at least one receptor material and the at least one electron conductive material comprise the same material. In certain embodiments, the same material is fullerene or a functionalized fullerene derivative. In certain embodiments, the same material is C 60 or C 70 . In some embodiments, the at least one receptor material and the at least one electron conductive material comprise different materials.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 수용체 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질은 상이한 플러렌 및 작용화된 플러렌 유도체로부터 선택된다. In some embodiments, the at least one receptor material and the at least one electron conductive material are selected from different fullerenes and functionalized fullerene derivatives.

일부 실시양태에서, 혼합물은 약 10:1 내지 1:10 범위의 부피비로, 예컨대, 약 8:1 내지 1:8의 부피비로, 약 6:1 내지 1:6의 부피비로, 약 4:1 내지 1:4의 부피비로, 또는 약 2:1 내지 1:2의 부피비로 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 비는 약 1:1이다. 확인된 비는 정수 및 비정수 값을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.In some embodiments, the mixture is mixed in a volume ratio ranging from about 10: 1 to 1:10, such as from about 8: 1 to 1: 8 by volume, from about 6: 1 to 1: To about 1: 4 by volume, or from about 2: 1 to about 1: 2 by volume, and at least one electron-conductive material and at least one wide energy gap material on the cathode side. In certain embodiments, the ratio is about 1: 1. The identified ratios should be understood to include integer and non-integer values.

일부 실시양태에서, 공여체-수용체 이종접합은 혼합형 이종접합, 벌크 이종접합, 평면 이종접합, 및 하이브리드 평면-혼합형 이종접합으로부터 선택된다. 특정 실시양태에서, 공여체-수용체 이종접합은 하이브리드 평면-혼합형 이종접합(PM-HJ)이다. 예를 들어, PM-HJ 구조에는 FF를 감소시킬 수 있는 2가지 주된 손실 메커니즘이 존재한다. 하나는 그 속도가 k BM = γ·n·p로 제공되는 PM-HJ 구조의 광범위한 공여체-수용체 블렌딩된 영역에서의 자유 전하 캐리어의 이분자 재조합이다. 여기서, γ는 랑게빈(Langevin) 재조합 상수이고, n(p)는 자유 전자 (정공) 밀도이다. 두번째 유의적인 손실은 순 수용체 층에서의 엑시톤-폴라론 켄칭에 기인하는 것이다. 순 수용체/차단 층 계면에서 관찰되는 전자-폴라론 축적은 켄칭이 일어나고, 그에 따라, 내부 양자 효율(IQE)은 감소하게 된다. 엑시톤 및 폴라론 농도 둘 모두가 강도에 비례하는 바, 엑시톤-폴라론 켄칭은 이분자 재조합과 유사한 관계를 따르게 된다는 것에 주의한다. 상기 두 메커니즘은 순 바이어스하에서 광전류를 손실시킬 수 있고, 이는 제4 사분면에서 전류 밀도-전압 (J-V) 기울기 특징을 증가시켜 최종적으로는 FFPCE 둘 모두를 감소시킨다.In some embodiments, donor-receptor heterozygosity is selected from mixed heterozygosity, bulk heterozygosity, planar heterozygosity, and hybrid planar-mixed heterozygosity. In certain embodiments, the donor-receptor heterozygosity is hybrid flat-mixed heterozygosity (PM-HJ). For example, there are two main loss mechanisms in the PM-HJ structure that can reduce FF . One is the bicomponent recombination of the free charge carrier in the broad donor-acceptor blended region of the PM-HJ structure, the rate of which is given by k BM = &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Where γ is the Langevin recombination constant and n (p) is the free electron (hole) density. The second significant loss is due to exciton-polaron quenching in the pure receptor layer. The electron-polaron accumulation observed at the net acceptor / blocking layer interface results in quenching, thereby decreasing the internal quantum efficiency (IQE). Note that both the exciton and polaron concentrations are proportional to the intensity, and that exciton-polaron quenching follows a similar relationship to bi-recombination. Both mechanisms can lose photocurrent under forward bias, which increases the current density-voltage ( JV ) slope feature in the fourth quadrant and ultimately reduces both FF and PCE .

광활성 영역과 캐소드 사이에 배치된 엑시톤 차단 전자 필터는 이중층 OPV 전지의 효율을 증가시킬 수 있다. 전자 전도성 물질은 전자-폴라론을 효율적으로 전도시키고, 넓은 에너지 갭 물질은 엑시톤을 차단한다. 엑시톤-폴라론 켄칭은 차단 계면에서 엑시톤 및 폴라론을 공간적으로 분리시킬 수 있는 전자 필터에 능력에 기인하여 그를 사용하는 이중층 전지에서 유의적으로 감소될 수 있다. 결국, V OC FF는 변함없이 그대로 유지되면서, J SC 는 유의적으로 증가될 수 있다. PM-HJ 전지는 추가로 혼합된 광활성층에서 이분자 재조합과 관련하여 문제를 안고 있다. 그러나, 본 개시내용의 필터(혼합된 층)를 통해서는 종래의 순 차단 완충제 층과 비교하여 그의 전도율이 증가된 것에 기인하여 활성층과의 계면 장은 감소된다. 그 결과로 감광성 영역 간의 장 증가는 전하 추출을 더욱 신속하게 만든다. 결국 이로써 전지에서 이분자 재조합은 감소된다. The exciton blocking electronic filter disposed between the photoactive region and the cathode can increase the efficiency of the dual layer OPV cell. The electron conductive material efficiently conducts the electron-polaron, and the wide energy gap material blocks the exciton. Exciton-polaron quenching can be significantly reduced in a bi-layer cell using it due to its ability to spatially separate exciton and polaron from the blocking interface. Finally, V OC And FF remain unchanged, J SC can be significantly increased. PM-HJ cells have problems with bis-recombination in further mixed photoactive layers. However, through the filter (mixed layer) of the present disclosure, the interface area with the active layer is reduced due to the increased conductivity of the buffer layer compared to the conventional buffer layer. As a result, the increase in the area between the photosensitive areas makes charge extraction faster. As a result, biomolecule recombination is reduced in the cell.

일부 실시양태에서, 디바이스는 엑시톤 차단 전자 필터와 캐소드 사이에 배치된 하나 이상의 추가의 완충제 층 또는 캡 층을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층은 전자를 캐소드로 전도시키기 위해 LUMOEC 보다 크거나, 그와 같거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 작은, 예컨대, 그보다 0.2 eV 이내로 더 작은 LUMO 에너지 준위를 가진다. 특정 실시양태에서, 캡 층의 LUMO 에너지 준위는 LUMOEC보다 0.5 eV 이내로 더 크고, 예컨대, 0.4 eV 이내로 더 크거나, 0.3 eV 이내로 더 크거나, 또는 0.2 eV 이내로 더 크다. 일부 실시양태에서, 캡 층은 LUMOEC보다 0.1 eV 이하로 더 작거나, 또는 더 큰 LUMO 에너지 준위를 가진다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층은 플러렌 및 작용화된 플러렌 유도체로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층은 PTCBI를 포함한다.In some embodiments, the device further comprises at least one additional buffer layer or cap layer disposed between the exciton blocking electronic filter and the cathode. In some embodiments, one or more cap layer has a smaller, smaller LUMO energy level less than 0.2 eV, for example, but rather to within 0.3 eV greater than the LUMO EC or equal to the, or rather to conduction electrons to the cathode. In certain embodiments, the LUMO energy level of the cap layer is greater than 0.5 eV, such as greater than 0.4 eV, greater than or less than 0.3 eV, or greater than 0.2 eV, than LUMO EC . In some embodiments, the cap layer has a LUMO energy level of less than or equal to 0.1 eV below the LUMO EC . In some embodiments, the at least one cap layer is selected from fullerene and functionalized fullerene derivatives. In some embodiments, the at least one cap layer comprises PTCBI.

일부 실시양태에서, 캡 층은 전자를 캐소드로의 전도를 촉진시키지 않는 LUMO 에너지 준위를 가지는 물질을 포함한다. 상기 실시양태에서, 캡 층은 손상된 유도 상태를 통해 전자를 수송하는 데 충분할 정도로 두께가 얇을 수 있다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층은 BCP, BPhen, UGH-2, 및 CBP로부터 선택되는 물질을 포함한다. In some embodiments, the cap layer comprises a material having a LUMO energy level that does not promote the conduction of electrons to the cathode. In this embodiment, the cap layer may be thin enough to transport electrons through the damaged induced state. In some embodiments, the at least one cap layer comprises a material selected from BCP, BPhen, UGH-2, and CBP.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층 및 하나 이상의 전자 전도성 물질은 동일 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층, 하나 이상의 전자 전도성 물질, 및 하나 이상의 수용체 물질은 동일 물질을 포함한다. In some embodiments, the at least one cap layer and the at least one electron conductive material comprise the same material. In some embodiments, the one or more cap layers, the one or more electronically conductive materials, and the one or more receptor materials comprise the same material.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 캡 층 및 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 동일 물질을 포함한다. In some embodiments, the one or more cap layers and the wide energy gap material on the at least one cathode side comprise the same material.

엑시톤 차단 정공 필터는 애노드와 하나 이상의 공여체 물질 사이에 배치되고, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함한다. 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 An exciton blocking hole filter comprises a mixture disposed between the anode and one or more donor materials and comprising at least one wide energy gap material on the anode side and one or more electronically conductive materials. At least one of the wide energy gap materials on the anode side

- HOMOdon보다 크거나, 또는 그와 같은 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOAS-WG);- greater than HOMO don , or such a highest occupied molecular orbital energy level (HOMO AS-WG );

- LUMOdon보다 작거나, 그와 같거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 큰 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOAS-WG); 및 - the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO AS-WG ) that is less than, equal to, or within 0.3 eV of LUMO don ; And

- HOMOdon-LUMOdon 에너지 갭보다 넓은 HOMOAS-WG-LUMOAS-WG 에너지 갭을 가진다. - it has a large HOMO-WG -LUMO AS AS-WG energy gap than a HOMO energy gap don -LUMO don.

하나 이상의 정공 전도성 물질은 HOMOdon보다 작거나(진공에 더 가깝거나), 그와 같거나, 또는 그보다 (추가로 진공으로부터) 0.2 eV 이내로 더 큰 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOHC)를 가진다.The at least one hole-conducting material has a higher maximum occupied molecular orbital energy level (HOMO HC ) of less than or equal to (less than) vacuum, equal to, or more than 0.2 eV from (further vacuum) HOMO don .

형태적으로 안정한 물질을 이용함으로써 디바이스의 작동 수명을 연장시키기 위해, 본 발명의 일부 실시양태는 충분하게 높은, 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 유리 전이 온도를 갖는 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질을 이용한다.In order to extend the operating lifetime of the device by utilizing a morphologically stable material, some embodiments of the present invention may provide a device that is sufficiently high, e.g., higher than the temperature or temperature range at which the device typically operates, A wide energy gap material on the anode side having a glass transition temperature higher than the threshold temperature value or the like is used.

일부 실시양태에서, HOMOAS - WG는 HOMOdon보다 더 크며, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 크거나, 0.3 eV 이상 더 크거나, 0.5 eV 이상 더 크거나, 1 eV 이상 더 크거나, 1.5 eV 이상 더 크거나, 또는 2 eV 이상 더 크고, LUMOAS - WG는 LUMOdon보다 더 작으며, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 작거나, 0.3 eV 이상 더 작거나, 0.5 eV 이상 더 작거나, 1 eV 이상 더 작거나, 1.5 eV 이상 더 작거나, 또는 2 eV 이상 더 작다.In some embodiments, the HOMO AS - WG is greater than HOMO don , for example greater than 0.2 eV, greater than 0.3 eV greater, greater than 0.5 eV greater, greater than 1 eV greater, greater than 1.5 eV greater LUMO AS - WG is smaller than LUMO don , for example, less than 0.2 eV, less than 0.3 eV, less than 0.5 eV, or less than 1 eV Less than 1.5 eV, or less than 2 eV.

일부 실시양태에서, HOMOHC는 HOMOdon과 같다. In some embodiments, HOMO HC is equal to HOMO don .

일부 실시양태에서, HOMOHC는 HOMOdon보다 작으며, 예컨대, 0.5 eV 이내로 더 작거나, 0.4 eV 이내로 더 작거나, 0.3 eV 이내로 더 작거나, 또는 0.2 eV 이내로 더 작다.In some embodiments, HOMO HC is less than HOMO don , e.g., less than 0.5 eV, less than 0.4 eV less, less than 0.3 eV less, or less than 0.2 eV.

일부 실시양태에서, HOMOHC는 HOMOdon보다 0.1 eV 이하로 더 작거나, 또는 그보다 더 큰다. In some embodiments, the HOMO HC is less than, or even greater than, 0.1 eV below the HOMO don .

일부 실시양태에서, HOMOAS - WG는 HOMOHC보다 더 크며, 예컨대, 0.2 eV 이상 더 크거나, 0.3 eV 이상 더 크거나, 0.5 eV 이상 더 크거나, 1 eV 이상 더 크거나, 1.5 eV 이상 더 크거나, 또는 2 eV 이상 더 크다. In some embodiments, the HOMO AS - WG is greater than HOMO HC , such as greater than 0.2 eV greater, greater than 0.3 eV greater, greater than 0.5 eV greater, greater than 1 eV greater, greater than 1.5 eV greater Or greater than 2 eV.

일부 실시양태에서, HOMOAS - WG는 HOMOdon보다 0.2 eV 초과로 더 크거나, 예컨대, 0.3 eV 초과로 더 크거나, 0.5 eV 초과로 더 크거나, 1 eV 초과로 더 크거나, 1.5 eV 초과로 더 크거나, 또는 2 eV 초과로 더 크다. In some embodiments, HOMO AS - WG is larger by 0.2 eV than than the HOMO don or, for example, 0.3 is greater in eV greater than, or 0.5 eV greater than greater to or, or greater to 1 eV greater than, greater than 1.5 eV , Or greater than 2 eV.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 테트라아릴-벤진딘, 예컨대, N,N'-디페닐-N,N'-비스{1-나프틸)-1-1'비페닐-4,4'디아민(NPD) 및 N,N'-비스-(3-메틸페닐)-N,N'-비스-(페닐)-벤지딘(TPD), 트리아릴 아민, 5,10-이치환된 안트라센, 올리고티오펜, 9,9-디알킬-플루오렌 및 그의 올리고머, 9,9-디아릴-플루오렌 및 그의 올리고머, 올리고페닐렌, 스피로-비페닐 및 그의 치환된 유도체, 및 그의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다.In some embodiments, the wide energy gap material at one or more anode sides is a tetraaryl-benzidine, such as N, N'-diphenyl-N, N'-bis {1-naphthyl) (TPD), triarylamine, 5,10-disubstituted anthracene (NPD) and N, N'-bis- (3-methylphenyl) -N, N'- , Oligothiophenes, 9,9-dialkyl-fluorenes and oligomers thereof, 9,9-diaryl-fluorenes and oligomers thereof, oligophenylene, spiro-biphenyl and substituted derivatives thereof, and derivatives thereof &Lt; / RTI &gt;

디바이스의 작동 수명은 예를 들면, 디바이스가 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은, 임계 온도값 등보다 높은 것 등과 같이 충분하게 높은 Tg를 갖는 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질을 이용함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(BP4mPy), 2,2',2"-(1,3,5-벤지네트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸)(TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(BAlq), 트리스(8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란(3TPYMB), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-MPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디(비페닐-4-일)피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PhPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PyCN), 6,60-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-4-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-6-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNT), 트리스(6-플루오로-8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(6FAlq3), 2,6-비스(4-시아노페닐)-4-페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴(CNPyCN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(p-MPyCN), 비스벤지이미다조[2,1-a:1',2-b']안트라[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']디이소귀놀린-10,21-디온(PTCBI), 5,10,15-트리벤질-5H-디인돌로[3,2-a:3',2'-c]카르바졸(TBDI), 5,10,15-트리페닐-5H-디인돌로[3,2-a:3',2'-c]카르바졸(TPDI), 1,3-비스[3,5-디(피리딘-3-일)페닐]벤젠(BmPyPhB), 1,3,5-트리(m-피리딘-3-일페닐)벤젠, 1,3,5-트리스(3-피리딜-3-페닐)벤젠, 3,3'-[5'-[3-(3-피리딘일)페닐][1,1':3',1"-테르페닐]-3,3"-디일]비스피리딘(TmPyPB), 9,9-디메틸-10-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-9,10-디하이드로아크리딘(PCZAC), 3,3-디(9H-카르바졸-9-일)비페닐(mCBP), 4,40-비스(트리페닐실릴)-비페닐(BSB), 및 이의 유도체로부터 선택된 물질을 포함한다. The operational lifetime of the device can be broadened by, for example, a sufficiently wide T g on the anode side, such as higher than the temperature or temperature range at which the device normally operates, higher than the maximum operating temperature of the device, Can be increased by using an energy gap material. For example, in some embodiments, the wide energy gap material at one or more anode side is selected from the group consisting of 3,3 ', 5,5'-tetra [(m-pyridyl) (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), bis (2-methyl-8-quinolinol Tris (8-hydroxy-quinolinato) aluminum (Alq3), tris (2,4,6-trimethyl-3- (pyridin- Phenyl) borane (3TPYMB), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-diphenylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (M-PhPyCN), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-di (biphenyl-4-yl) pyridine-3,5-dicarbonitrile (2,6-diphenylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (m-PyCN), 6,60- (1,4-phenylene) (p-PPtNN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2-phenyl-6-p-tolylnicotinonitrile) (p- PPtNT), tris (6-fluoro-8- -Quinolinato) aluminum (6FAlq3), 2,6-bis (4- 4,5-dicarbonitrile (CNPyCN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2,6-diphenylpyridine- (p-MPyCN), bisbenzimidazo [2,1-a: 1 ', 2-b'] anthra [2,1,9-def: 6,5,10- 5,10,15-tribenzyl-5H-diindolo [3,2-a: 3 ', 2'-c] carbazole (TBDI), 5,10 (3,5-di (pyridin-3-yl) -1H-pyrazolo [3,4-d] pyrimidin- Phenyl] benzene (BmPyPhB), 1,3,5-tri (m-pyridin-3-ylphenyl) benzene, 1,3,5- (TmPyPB), 9,9-dimethyl-benzo [b] thiophene-3,3'- (MCBP), 3,3-di (9H-carbazol-9-yl) biphenyl (mCBP) , 4,40-bis (triphenylsilyl) -biphenyl (BSB), and derivatives thereof.

일부 실시형태에서, 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 유리 전이 온도는 85℃ 이상, 95℃ 이상, 105℃ 이상, 115℃ 이상, 125℃ 이상, 135℃ 이상, 145℃ 이상, 155℃ 이상, 165℃ 이상, 175℃ 이상, 185℃ 이상, 195℃ 이상, 200℃ 이상, 225℃ 이상, 또는 250℃ 이상이다. In some embodiments, the glass transition temperature of a wide energy gap material on the anode side is greater than or equal to 85 ° C, greater than or equal to 95 ° C, greater than or equal to 105 ° C, greater than or equal to 115 ° C, greater than or equal to 125 ° C, greater than or equal to 135 ° C, At least 175 占 폚, at least 185 占 폚, at least 195 占 폚, at least 200 占 폚, at least 225 占 폚, or at least 250 占 폚.

일부 실시형태에서, 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질의 유리 전이 온도는 85-200℃, 예컨대 90-195℃, 95-190℃, 100-185℃, 105-180℃, 110-175℃, 115-170℃, 또는 120-165℃이다. 200℃ 초과, 예컨대 200-300℃, 200-275℃, 200-250℃, 또는 200-225℃의 유리 전이 온도를 갖는 물질이 사용될 수 있음을 주지한다.In some embodiments, the glass transition temperature of the wide energy gap material on the anode side is 85-200 DEG C, such as 90-195 DEG C, 95-190 DEG C, 100-185 DEG C, 105-180 DEG C, 110-175 DEG C, 170 ° C, or 120-165 ° C. It is noted that materials having a glass transition temperature of greater than 200 ° C, such as 200-300 ° C, 200-275 ° C, 200-250 ° C, or 200-225 ° C, may be used.

디바이스의 작동 온도는 변화될 수 있고, 다수의 인자, 예컨대, 예를 들면, 주위 조건(예를 들면, 온도, 광 강도 등) 및 보강 기구(예를 들면, 태양열 집광장치)가 디바이스와 결합하여 사용되는지 여부에 따라 좌우될 수 있다. 예로써, 주위 온도는 디바이스의 지리학적 위치, 연중 시기, 일중 시기 등에 따라 변화될 수 있다. 마찬가지로, 광 강도는 또한 지리학적 위치, 연중 시기, 및 일중 시기뿐만 아니라 운량, 입사각 및 다른 인자에 좌우될 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 예를 들면, 디바이스가 (예를 들면, 일반 주위 조건에서) 통상적으로 작동하는 온도 또는 온도 범위보다 높은, 일반 주위 조건 등의 하에서 디바이스의 최고 작동 온도보다 높은 것과 같은 충분하게 높은 Tg를 가진다. The operating temperature of the device can be varied and can be varied by a number of factors such as ambient conditions (e.g., temperature, light intensity, etc.) and a reinforcement mechanism (e.g., Depending on whether it is used or not. By way of example, the ambient temperature may vary depending on the geographic location of the device, the year of the year, the day of the week, and so on. Likewise, light intensity may also depend on cloudiness, angle of incidence and other factors, as well as geographical location, year-round time, and daylight time. Thus, in some embodiments, the wide energy gap material on the anode side can be used for a device under a general ambient condition, etc., for example, above a temperature or temperature range that the device typically operates (e.g., under normal ambient conditions) Has a sufficiently high T g that is higher than the maximum operating temperature.

일부 실시양태에서, 태양열 집광장치는 디바이스에 인가되는 광을 증가시키거나, 확대하거나, 또는 그렇지 않으면 높이기 위해 디바이스에 통합되거나 또는 이와 결합될 수 있다. 집광장치 및/또는 다른 보강 기구의 사용은 일반 주위 조건 하에서 디바이스에서 일어나는 것 이상으로 디바이스의 작동 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 다비이스의 안정성 및 작동 수명을 증가시키기 위해, 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 증가된 조명 조건 하에서 디바이스에서 일어나는 최고 작동 온도보다 높은 Tg를 가질 수 있다. In some embodiments, the solar thermal concentrator may be integrated into or coupled to the device to increase, magnify, or otherwise increase the light applied to the device. The use of a light concentrator and / or other reinforcement may increase the operating temperature of the device beyond that occurring in the device under normal ambient conditions. Thus, in order to increase the stability and operating life of the device, the wide energy gap material on the anode side may have a higher T g than the highest operating temperature occurring in the device under increased illumination conditions.

일부 실시양태에서, 하나 이상의 공여체 물질은 프탈로시아닌, 예컨대, 구리 프탈로시아닌(CuPc), 클로로알루미늄 프탈로시아닌(ClAlPc), 주석 프탈로시아닌(SnPc), 아연 프탈로시아닌(ZnPc), 및 다른 변형된 프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 예컨대, 붕소 서브프탈로시아닌(SubPc), 나프탈로시아닌, 메로시아닌 염료, 붕소-디피로메텐(BODIPY) 염료, 티오펜, 예컨대, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 저 밴드 갭 중합체, 폴리아센, 예컨대, 펜타센 및 테트라센, 디인데노페릴렌(DIP), 스쿠아레인(SQ) 염료, 테트라페닐디벤조페리플란텐(DBP), 및 그의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. 스쿠아레인 공여체 물질의 예로는 2,4-비스[4-(N,N-디프로필아미노)-2,8-디하이드록시페닐] 스쿠아레인, 2,4-비스[4-(N,N디이소부틸아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인, 2,4-비스[4-(N,N-디페닐아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인(DPSQ)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. In some embodiments, the one or more donor materials are selected from the group consisting of phthalocyanines such as copper phthalocyanine (CuPc), chloroaluminum phthalocyanine (ClAlPc), tin phthalocyanine (SnPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), and other modified phthalocyanines, (3-hexylthiophene) (P3HT), a low band gap polymer, a polyacene, a polyphenylene sulfide, a polyphenylene sulfide, a polyphenylene sulfide, For example, a material selected from pentacene and tetracene, diindenylperylene (DIP), squalene (SQ) dye, tetraphenyldibenzopiperflanthene (DBP), and derivatives thereof. Examples of squalene donor materials include 2,4-bis [4- (N, N-dipropylamino) -2,8-dihydroxyphenyl] squalaine, 2,4- N, N-diphenylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squalaine, 2,4-bis [4- (DPSQ). &Lt; / RTI &gt;

일부 실시양태에서, 하나 이상의 정공 전도성 물질은 프탈로시아닌, 예컨대, 구리 프탈로시아닌(CuPc), 클로로알루미늄 프탈로시아닌(ClAlPc), 주석 프탈로시아닌(SnPc), 아연 프탈로시아닌(ZnPc), 및 다른 변형된 프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 예컨대, 붕소 서브프탈로시아닌(SubPc), 나프탈로시아닌, 메로시아닌 염료, 붕소-디피로메텐(BODIPY) 염료, 티오펜, 예컨대, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 저 밴드 갭 중합체, 폴리아센, 예컨대, 펜타센 및 테트라센, 디인데노페릴렌(DIP), 스쿠아레인(SQ) 염료, 테트라페닐디벤조페리플란텐(DBP), 및 그의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함한다. 스쿠아레인 공여체 물질의 예로는 2,4-비스 [4-(N,N-디프로필아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인, 2,4-비스[4-(N,N디이소부틸아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인, 2,4-비스[4-(N,N-디페닐아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인(DPSQ)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the at least one hole-conducting material is selected from the group consisting of phthalocyanines such as copper phthalocyanine (CuPc), chloroaluminum phthalocyanine (ClAlPc), tin phthalocyanine (SnPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), and other modified phthalocyanines, , Boron subphthalocyanine (SubPc), naphthalocyanine, merocyanine dyes, boron-dipyrromethene (BODIPY) dyes, thiophenes such as poly (3hexylthiophene) (P3HT), low band gap polymer, polyacene Such as pentacene and a material selected from tetracene, diindenylperylene (DIP), squalane (SQ) dye, tetraphenyldibenzopiperflanthene (DBP), and derivatives thereof. Examples of squalene donor materials include 2,4-bis [4- (N, N-dipropylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squalaine, 2,4- N, N-diphenylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squalaine, 2,4-bis [4- (DPSQ). &Lt; / RTI &gt;

일부 실시양태에서, 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 정공 전도성 물질은 동일 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 정공 전도성 물질은 상이한 물질을 포함한다. In some embodiments, the at least one donor material and at least one hole-conducting material comprise the same material. In some embodiments, the one or more donor materials and the at least one hole-conducting material comprise different materials.

일부 실시양태에서, 혼합물은 약 10:1 내지 1:10 범위의 부피비로, 예컨대, 약 8:1 내지 1:8의 부피비로, 약 6:1 내지 1:6의 부피비로, 약 4:1 내지 1:4의 부피비로, 또는 약 2:1 내지 1:2의 부피비로 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 정공 전도성 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 비는 약 1:1이다. 확인된 비는 정수 및 비정수 값을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.In some embodiments, the mixture is mixed in a volume ratio ranging from about 10: 1 to 1:10, such as from about 8: 1 to 1: 8 by volume, from about 6: 1 to 1: At least one anode-side wide energy gap material and at least one hole-transporting material in a volume ratio of 1: 1 to 1: 4, or in a volume ratio of about 2: 1 to 1: 2. In certain embodiments, the ratio is about 1: 1. The identified ratios should be understood to include integer and non-integer values.

일부 실시양태에서, 디바이스는 엑시톤 차단 정공 필터와 애노드 사이에 배치된 하나 이상의 추가의 완충제 층 또는 캡 층을 추가로 포함한다. In some embodiments, the device further comprises at least one additional buffer layer or cap layer disposed between the exciton blocking hole filter and the anode.

본원에 개시된 유기 감광성 광전자 디바이스를 원하는 특성을 제공하는 임의의 기판상에서 성장시키거나, 또는 그 위에 배치할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 디바이스는 추가로 포함한다. 예를 들어, 기판은 가요성 또는 강성, 평면 또는 비평면일 수 있다. 기판은 투명, 반투명 또는 불투명일 수 있다. 기판은 반사형일 수 있다. 플라스틱, 유리, 금속, 및 석영이 강성 기판 물질의 일례이다. 플라스틱 및 금속 호일 및 얇은 유리가 가요성 기판 물질의 일례이다. 기판의 물질 및 두께는 원하는 구조 및 광학 특성을 수득할 수 있도록 선택될 수 있다. The organosensitive optoelectronic devices disclosed herein can be grown on, or placed on, any substrate that provides the desired properties. Thus, in some embodiments, the device further comprises. For example, the substrate may be flexible or rigid, planar or non-planar. The substrate may be transparent, translucent or opaque. The substrate may be reflective. Plastics, glass, metals, and quartz are examples of rigid substrate materials. Plastic and metal foil and thin glass are examples of flexible substrate materials. The material and thickness of the substrate can be selected to obtain the desired structure and optical properties.

본 개시내용의 유기 감광성 광전자 디바이스는 예를 들어, PV 디바이스, 예컨대, 태양 전지, 광검출기, 또는 광도전체로서 작용할 수 있다.The organosensitive optoelectronic devices of the present disclosure may serve as, for example, PV devices, such as solar cells, photodetectors, or photoconductors.

본원에 기술된 유기 감광성 광전자 디바이스가 PV 디바이스로서 작용할 때에는 언제든, 광전도성 유기 층에서 사용되는 물질 및 그의 두께는 예를 들어, 디바이스의 외부 양자 효율의 최적화시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 디바이스에서 원하는 광학적 이격화를 달성하고/거나, 디바이스에서 저항을 감소시킬 수 있도록 적절한 두께가 선택될 수 있다. 본원에 기술된 유기 감광성 광전자 디바이스가 광검출기 또는 광도전체로서 작용할 때에는 언제든, 광전도성 유기 층에서 사용되는 물질 및 그의 두께는 예를 들어, 원하는 스펙트럼 영역에 대한 디바이스의 감도를 최대화시킬 수 있도록 선택될 수 있다. Whenever the organosensitive optoelectronic device described herein functions as a PV device, the material used in the photoconductive organic layer and its thickness can be selected, for example, to optimize the external quantum efficiency of the device. For example, an appropriate thickness may be selected to achieve the desired optical spacing in the device and / or to reduce the resistance in the device. Whenever the organosensitive optoelectronic device described herein acts as a photodetector or photoconductor, the material used in the photoconductive organic layer and its thickness may be selected, for example, to maximize the sensitivity of the device to the desired spectral region .

추가로, 디바이스는 하나 이상의 평활 층을 추가로 포함할 수 있다. 평활 층은 예를 들어, 광활성층과, 전극 중 하나 또는 그 둘 모두의 사이에 위치할 수 있다. 3,4 폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS)를 포함하는 필름은 평활 층의 일례이다. Additionally, the device may further include one or more smoothing layers. The smoothing layer may be located, for example, between the photoactive layer and one or both of the electrodes. 3,4 Polyethylene dioxythiophene: A film comprising polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS) is an example of a smoothing layer.

본 개시내용의 유기 감광성 광전자 디바이스는 2개 이상의 서브전지를 포함하는 적층형 디바이스로서 존재할 수 있다. 본원에서 사용되는 바, 서브전지는 하나 이상의 공여체-수용체 이종접합을 포함하는 디바이스의 성분을 의미한다. 서브전지가 감광성 광전자 디바이스로서 개별적으로 사용될 때, 이는 전형적으로 완전한 전극 세트를 포함한다. 적층형 디바이스는 적층형 공여체-수용체 이종접합 사이의 전하 전달 물질, 전극, 또는 전하 재결합 물질 또는 터널 접합을 포함할 수 있다. 일부 적층형 구성물에서는 인접한 서브전지는 공통의, 즉, 공유, 전극, 전하 전달 영역 또는 전하 재결합 구역을 사용할 수 있다. 다른 경우에는, 인접한 서브전지는 공통 전극 또는 전하 전달 영역을 공유하지 않는다. 서브전지는 병렬로 또는 직렬로 전기 접속될 수 있다. The organosensitive optoelectronic devices of the present disclosure may exist as a stacked device comprising two or more sub-cells. As used herein, a subcell refers to a component of a device comprising at least one donor-acceptor heterologous junction. When a sub-cell is used individually as a photosensitive optoelectronic device, it typically comprises a complete set of electrodes. The stacked device may include a charge transfer material, electrode, or charge recombination material or tunnel junction between the stacked donor-acceptor heterojunction. In some stacked structures, adjacent sub-cells may use a common, shared, electrode, charge transfer region or charge recombination zone. In other cases, adjacent sub-cells do not share a common electrode or charge transfer area. The sub-cells may be electrically connected in parallel or in series.

일부 실시양태에서, 전하 전달 층 또는 전하 재결합 층은 Al, Ag, Au, MoO3, Li, LiF, Sn, Ti, WO3, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화주석(TO), 갈륨 인듐 주석 산화물(GITO), 산화아연(ZO), 또는 아연 인듐 주석 산화물(ZITO)로부터 선택될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 전하 전달 층 또는 전하 재결합 층은 금속 나노클러스터, 나노입자, 또는 나노막대로 구성될 수 있다.In some embodiments, charge transfer layers or charge recombination layers are Al, Ag, Au, MoO 3, Li, LiF, Sn, Ti, WO3, indium tin oxide (ITO), tin oxide (TO), gallium indium tin oxide ( GITO), zinc oxide (ZO), or zinc indium tin oxide (ZITO). In another embodiment, the charge transport layer or charge recombination layer may comprise metal nanoclusters, nanoparticles, or nanorods.

또 다른 실시양태에 있어서, 본 개시내용의 디바이스는 2개 이상의 서브전지를 포함하는, 제1 서브전지 및 제2 서브전지 사이에 배치되는 본원에 기재된 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 개시내용에 따른 적층형 유기 감광성 광전자 디바이스의 도식은 도 29에 나타난다. 전극(110)은 애노드 또는 캐소드를 포함한다. 전극(110)이 캐소드를 포함하는 경우 전극(140)은 애노드이다. 전극(110)이 애노드를 포함하는 경우 전극(140)은 캐소드를 포함한다. 적층형 디바이스는 2개의 광활성 영역(150 160)을 포함한다. 이들 영역의 각각은 본원에 기재된 바와 같은 공여체-수용체 이종접합을 형성하기 위한 공여체 및 수용체 유기 물질을 포함할 수 있다.In another embodiment, a device of the present disclosure may comprise an exciton blocking charge carrier filter as described herein disposed between a first sub-cell and a second sub-cell, comprising two or more sub-cells. For example, a schematic of the stacked-layer type organic photosensitive optoelectronic devices of the present disclosure is shown in Fig. The electrode 110 includes an anode or a cathode. When the electrode 110 includes a cathode, the electrode 140 is an anode. If the electrode 110 comprises an anode, the electrode 140 comprises a cathode. The stacked device includes two photoactive regions 150 and 160 . Each of these regions may comprise a donor and acceptor organic material to form a donor-acceptor heterologous junction as described herein.

도 29의 디바이스 A에서 층(115)은 본원에 기재된 바와 같은 엑시톤 차단 전자 필터일 수 있다. 일부 실시양태에 있어서, 층(115)은 본원에 기재된 바와 같은 엑시톤 차단 정공 필터일 수 있다. 서브전지의 광활성 영역(150 160) 사이에 층(115)이 배치된다. 또다른 실시양태에 있어서, 도 29의 디바이스 B에 의해 도시된 바와 같이, 적층형 디바이스는 추가의 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 적층형 감광성 디바이스는 서브전지 사이에 배치되는 2개의 전하 캐리어 필터를 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 엑시톤 차단 전하 필터(115)가 엑시톤 차단 정공 필터인 경우, 이후 엑시톤 차단 전하 필터(135)는 엑시톤 차단 전자 필터이고, 그리고 그 역이다. 또한, 적층형 디바이스는 추가로 광활성 영역 및 전극 사이에, 예컨대 광활성 영역(150) 및 전극(140) 사이에 배치되는 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터를 포함한다. In the device A of FIG. 29 , the layer 115 may be an exciton blocking electronic filter as described herein. In some embodiments, layer 115 may be an exciton blocking hole filter as described herein. A layer 115 is disposed between the photoactive regions 150 and 160 of the sub-cell. In another embodiment, as illustrated by device B of FIG. 29 , the stacked device may comprise a further exciton blocking charge carrier filter. For example, a stacked photosensitive device may include two charge carrier filters disposed between sub-cells. In this structure, if the exciton blocking charge filter 115 is an exciton blocking electron filter, then the exciton blocking charge filter 135 is an exciton blocking electron filter, and vice versa. The stacked device further includes an exciton blocking charge carrier filter disposed between the photoactive region and the electrode, for example, between the photoactive region 150 and the electrode 140 .

도 29에 나타나 있지는 않지만, 디바이스 A B는 서브전지들 사이에 배치되는 추가의 분리층을 더 포함할 수 있다. 분리층은 하나 이상의 전극, 하나 이상의 전하 수송 층, 또는 하나 이상의 전하 재결합 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 디바이스 A에서, 분리층은 엑시톤 차단 전하 필터(115)와 광활성 영역(150) 또는 광활성 영역(160) 사이에 배치될 수 있고, 이는 경우에 따라 엑시톤 차단 전하 필터(115)에 인접된다. 일부 실시양태에 있어서, 분리층은 본 기술분야에 공지되어 있거나 또는 본원에 기재되어 있는 전하 재결합 층이다.Although not shown in FIG. 29 , devices A and B may further include additional separation layers disposed between the sub-cells. The separation layer may comprise at least one electrode, at least one charge transport layer, or at least one charge recombination layer. For example, in device A , the isolation layer is formed by exciton blocking charge filter 115 May be disposed between photoactive region 150 or photoactive region 160 , which is occasionally adjacent to exciton blocking charge filter 115 . In some embodiments, the isolation layer is a charge recombination layer as is known in the art or as described herein.

추가의 예로서, 디바이스 B에서, 분리층은 엑시톤 차단 전하 필터(115)와 엑시톤 차단 전하 필터(135) 사이에 배치될 수 있고, 이는 경우에 따라 층(115135) 중 하나 또는 둘 모두에 인접된다. 일부 실시양태에서, 분리층은 본 기술분야에 공지되어 있거나 또는 본원에 기재되어 있는 전하 재결합 층이다.As a further example, in device B , a separate layer may be disposed between the exciton blocking charge filter 115 and the exciton blocking charge filter 135 , which in some cases may be disposed on one or both of the layers 115 and 135 . In some embodiments, the isolation layer is a charge recombination layer as is known in the art or as described herein.

도 29의 디바이스 A에서의 예시를 위해서, 전극(110)이 캐소드를 포함하는 경우에서 전자 재조합 층이 층(115) 및 광활성 영역(150) 사이에 배치된다면, 층(115)는 엑시톤을 차단하고, 광활성 영역(160)으로부터 전하 재결합 층으로 정공을 전도하는 엑시톤 차단 정공 필터일 수 있다.For example in device A of FIG. 29, if the electrode 110 is disposed between the electron recombination layer is a layer 115 and a photoactive region 150 in the case of a cathode layer 115 and block excitons , And an exciton blocking hole filter that conducts holes from the photoactive region 160 to the charge recombination layer.

대안적으로, 동일한 구조에서, 단, 전극(110)이 애노드인 경우, 층(115)은 엑시톤을 차단하고, 광활성 영역(160)으로부터 전하 재결합 층으로 전자를 전도하는 엑시톤 차단 전자 필터일 수 있다.Alternatively, in the same structure, where electrode 110 is the anode, layer 115 may be an exciton blocking electronic filter that cuts off the excitons and conducts electrons from photoactive region 160 to the charge recombination layer .

적층형 디바이스는 또한 29의 디바이스 B로 도시되는 바와 같은 서브전지들 사이에 배치되는 2개 이상의 엑시톤 차단 전하 필터를 포함할 수 있다. 전극(110)이 캐소드를 포함하는 경우에서 전하 재결합 층이 층(115 135)들 사이에 배치된다면, 층(135)은 엑시톤을 차단하고, 광활성 영역(160)으로부터 전하 재결합 층으로 정공을 전도하는 엑시톤 차단 정공 필터일 수 있다. 층(115)은 엑시톤을 차단하고 전자를 광활성 영역(150)으로부터 전자 재조합 층으로 전도하는 엑시톤 차단 전자 필터일 수 있다.Stacked device may also include two or more exciton blocking charge filter is disposed between the sub-cell as shown in the device B of Fig. If the charge recombination layer is disposed between the layers 115 and 135 in the case where the electrode 110 comprises a cathode, the layer 135 blocks the excitons and conducts holes from the photoactive region 160 to the charge recombination layer Which is an exciton blocking hole filter. The layer 115 may be an exciton blocking electronic filter that blocks the excitons and conducts electrons from the photoactive region 150 to the electron recombination layer.

대안적으로, 동일한 구조에서, 단, 전극(110)이 애노드인 경우, 층(135)은 엑시톤을 차단하고, 광활성 영역(160)으로부터 전하 재결합 층으로 전자를 전도하는 엑시톤 차단 전자 필터일 수 있다. 층(115)은 엑시톤을 차단하고, 광활성 영역(150)으로부터 전하 재결합 층으로 정공을 전도하는 엑시톤 차단 정공 필터일 수 있다.Alternatively, in the same structure, where the electrode 110 is the anode, the layer 135 may be an exciton blocking electronic filter that cuts off the excitons and conducts electrons from the photoactive region 160 to the charge recombination layer . Layer 115 may be an exciton blocking hole filter that excites the excitons and conducts holes from the photoactive region 150 to the charge recombination layer.

본 개시내용의 장점은 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터가 투명할 수 있다는 것이고, 이는 이들이 넓은 에너지 갭 물질을 이용하기 때문이다. 투명한 넓은 에너지 갭 물질을 전자 또는 정공 전도성 물질과 혼합함으로써, 전자 또는 정공 전도성 물질이 효율적으로 희석될 수 있고, 관련 파장에서 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터가 투과될 수 있게 한다. 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터는 이것이 관련 파장에서 입사 전자기 방사선 중 50% 이상이 그를 통해 투과되도록 허용되는 경우 "투명"한 것으로 지칭된다. 일부 실시양태에 있어서, 상기 필터는 관련 파장에서 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 대략 100%의 입사 전자기 방사선이 그를 통해 투과되도록 허용한다. 전하 캐리어 필터는 그것이 관련 파장에서 매우 적은 (<1%) 전자기 방사선을 흡수하는 경우에 광학적으로 무손실(optically lossless)인 것으로 지칭된다.An advantage of the present disclosure is that the exciton blocking charge carrier filter can be transparent because they utilize a wide energy gap material. By mixing a transparent wide energy gap material with an electron or hole conduction material, the electron or hole conduction material can be efficiently diluted and the exciton blocking charge carrier filter can be transmitted at the relevant wavelength. The exciton blocking charge carrier filter is referred to as being "transparent" if it is allowed to transmit at least 50% of incident electromagnetic radiation at the wavelength of interest therethrough. In some embodiments, the filter allows at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, or at least about 100% incident electromagnetic radiation at the wavelength of interest to be transmitted therethrough. A charge carrier filter is said to be optically lossless when it absorbs very small (< 1%) electromagnetic radiation at the wavelength of interest.

다양한 실시양태에서, 디바이스는 바람직하게는 가시광선 스펙트럼에 걸쳐 투명한 하나 이상의 완충제 층을 이용할 수 있다. 전하를 수집하고/수송하는 완충제 층은 예를 들면, 광활성 영역과 이에 대응되는 전극 사이에 존재할 수 있다. 또한, 전하를 수집하고/수송하는 완충제 층은 예를 들면, 분리층과 광활성 영역 사이에 배치될 수 있다. 특정 실시양태에 있어서, 전하를 수집하고/수송하는 층은 금속 산화물로부터 선택되는 물질을 포함한다. 특정 실시양태에 있어서, 금속 산화물은 MoO3, V2O5, ZnO, 및 TiO2로부터 선택된다.In various embodiments, the device preferably utilizes one or more buffer layers that are transparent over the visible light spectrum. A buffer layer for collecting and transporting charge may be present, for example, between the photoactive region and the corresponding electrode. Also, a buffer layer that collects and transports charge may be disposed, for example, between the isolation layer and the photoactive region. In certain embodiments, the layer collecting and transporting charge comprises a material selected from metal oxides. In certain embodiments, the metal oxide is selected from MoO 3 , V 2 O 5 , ZnO, and TiO 2 .

층 및 물질은 당업계에 공지된 기법을 사용하여 침착될 수 있다. 예를 들어, 층 및 물질은 용액, 증기, 또는 그 둘 모두의 조합으로부터 침착 또는 공동 침착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유기 물질 또는 유기 층은 예컨대, 회전 코팅, 회전 주조, 분무코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 또는 전사 프린팅으로부터 선택되는 하나 이상의 기법에 의해 용액 처리 공정을 통해 침착 또는 공동 침착될 수 있다.The layers and materials may be deposited using techniques known in the art. For example, the layers and materials may be deposited or co-deposited from solutions, vapors, or a combination of both. In some embodiments, the organic material or organic layer is deposited or otherwise deposited, for example, by a solution treatment process by one or more techniques selected from spin coating, spin casting, spray coating, dip coating, doctor blading, ink jet printing, Can be co-deposited.

다른 실시양태에서, 유기 물질은 진공 증착, 예컨대, 진공 열 증착, 유기 증기상 증착, 또는 유기 증기 제트 프린팅을 사용하여 침착 또는 공동 침착될 수 있다. In another embodiment, the organic material may be deposited or co-deposited using vacuum deposition, such as vacuum thermal deposition, organic vapor deposition, or organic vapor jet printing.

물질 혼합물을 포함하는, 본 개시내용의 엑시톤 차단 전하 캐리어 필터는 침착 조건을 가변시킴으로써 제작될 수 있다. 예를 들어, 혼합물 중 각 물질의 농도는 각 물질의 침착 속도를 가변시킴으로써 조절될 수 있다.Exciton blocking charge carrier filters of the present disclosure, including material mixtures, can be fabricated by varying the deposition conditions. For example, the concentration of each substance in the mixture can be controlled by varying the deposition rate of each substance.

본원에 기술된 실시양태는 매우 다양한 구조와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 기능성 유기 광기전력 디바이스는 기술된 다양한 층을 다양한 방식으로 조합함으로써 달성될 수 있거나, 층은 디자인, 성능, 및 원가 인자에 기초하여 완전히 생략될 수 있다. 특별히 기술되지 않은 추가의 층 또한 포함될 수 있다. 특별히 기술된 것 이외의 다른 물질이 사용될 수 있다. 본원에서 다양한 층에 대해 제시된 명칭은 엄격하게 제한하고자 하는 것은 아니다. It should be understood that the embodiments described herein can be used with a wide variety of structures. Functional organic photovoltaic devices can be achieved by combining the various layers described in various ways, or the layers can be completely omitted based on design, performance, and cost factors. Additional layers not specifically described may also be included. Other materials than those specifically mentioned can be used. The nomenclature presented for the various layers herein is not intended to be strictly limiting.

본 실시예 이외에서, 또는 달리 명시되는 경우 이외에서, 명세서 및 청구범위에서 사용되는 성분량, 반응 조건, 분석 측정치 등을 나타내는 모든 수치는 모든 경우에서 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 반대로 명시되지 않는 한, 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 개시내용에 의해 달성하고자 하는, 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 적어도, 및 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하고자 하는 시도이든 아니든 간에, 각 수치적 파라미터는 유효 숫자 및 일반적인 반올림 접근법의 수적 측면에서 해석되어야 한다.It is to be understood that all numerical values expressing quantities of ingredients, reaction conditions, analytical measurements, etc., used in the specification and claims, other than in this embodiment, or otherwise, are to be construed in all cases by the term "about". Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in this specification and the appended claims are approximations that may vary depending upon the desired properties desired to be achieved by this disclosure. At the very least, and notwithstanding any attempt to limit the application of the doctrine of equivalents to the scope of the claims, each numerical parameter should be construed in light of the number of significant figures and the general rounding approach.

본 개시내용의 광범위한 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 달리 명시되지 않는 한, 본 구체적인 실시예에 기술된 수치 값은가능한 한 정확하게 기록된다. 그러나, 임의의 수치 값은 근본적으로 각 테스트 측정값에서 발견되는 표준 편차로부터 생성되는 특정 오차를 부득이하게 포함한다.Although numerical ranges and parameters describing the broad scope of the present disclosure are approximations, the numerical values described in this specific embodiment are recorded as precisely as possible unless otherwise specified. However, any numerical value inevitably includes a certain error that is produced from the standard deviation found in each test measurement value.

본원에 기술된 디바이스 및 방법은 순전히 예시적인 것으로 의도되는, 하기의 비제한적인 예에 의해 추가로 설명될 것이다. The devices and methods described herein will be further described by the following non-limiting examples, which are intended to be purely exemplary.

실시예Example

실시예 1 Example 1

C60 및 바토쿠프로인(BCP)을 다양한 농도로 혼합하여 엑시톤 차단 전자 필터를 형성하였다. BCP는 C60(1.86 eV 단일항, 1.55 eV 삼중항) 및 LUMO(-1.6 eV)보다 더 높은 단일항(3.17 eV) 및 삼중항(2.62 eV) 에너지를 가지는 넓은 에너지 갭 물질로, 이는 BCP를 불활성 도펀트를 만들고, C60으로부터의 에너지 및 전자 전달을 막는다. 도핑된 C60:BCP 필름은 여전히 전도성 전자를 차단하면서, 엑시톤을 효과적으로 차단한다. 이러한 특성에 기초하여, 도핑된 필름을 완충제 층/필터로서 적용시켜 다른 완충제를 가지는 디바이스와 비교하여 개선된 디바이스 성능을 얻었다. C 60 and batocuproin (BCP) were mixed at various concentrations to form an exciton blocking electronic filter. BCP is a broad energy gap material with a single term (3.17 eV) and triplet (2.62 eV) energy higher than C 60 (1.86 eV singlet, 1.55 eV triplet) and LUMO (-1.6 eV) To form an inert dopant, and to prevent energy and electron transfer from C 60 . The doped C 60 : BCP film still blocks the conducting electrons, effectively blocking the excitons. Based on these properties, the doped film was applied as a buffer layer / filter to obtain improved device performance as compared to devices with other buffers.

다양한 부피비로 C60:BCP 필름을 제작하여 BCP 도핑이 플러렌 흡수에 미치는 효과를 조사하였다. 순 및 도핑된 C60 필름의 흡수 스펙트럼은 도 2에 제시되어 있다. C60 분율이 감소할 때, 흡수는 감소하여 BCP의 값에 도달하게 된다. 그러나, 각각 프렌켈 및 전하 전달(CT) 엑시톤에 상응하는 340 nm 및 450 nm에서의 두 흡수 피크에서의 감쇠는 도 2의 삽도에 도시된 바와 같은 매우 상이한 비율을 채택하였다. 340 nm에서 허용된 프렌켈 전이의 소광 계수는 베르의 법칙(Beer's law)에 의해 예측되는 바와 같이 C60 분율에 따라 선형 감쇠로 피팅되었고, 이는 상기 전이의 단분자 성질을 반영하는 것이다. 흥미롭게도, 450 nm에서의 분자간 CT 흡수의 소광 계수는 지수 감쇠를 보였고, 방정식

Figure pct00003
(x는 C60 부피 분율이다)으로 피팅되었다. 이는 CT 엑시톤 형성이 2-3개의 분자를 포함한다는 것을 암시하였다. C60:BCP 필름의 흡수 스펙트럼은 도핑 농도가 CT 엑시톤에 대하여 유의적으로 효과를 미쳤고, 심지어 소규모의 도핑 수준에서도 그의 형성을 억제시켰다는 것을 나타내었다.The effect of BCP doping on fullerene absorption was investigated by preparing C 60 : BCP films in various volume ratios. Absorption spectrum of the pure and doped with C 60 films is shown in Fig. As the C 60 fraction decreases, the absorption decreases and reaches the value of BCP. However, the attenuation in each of the Kel-friendly and two charge transfer absorption at 340 nm and 450 nm corresponding to the (CT) exciton peak adopted a very different rates as shown in sapdo of Fig. The extinction coefficient of the frenkel transition allowed at 340 nm was fitted with a linear attenuation according to the C 60 fraction as predicted by Beer's law, which reflects the unimolecular nature of the transition. Interestingly, the extinction coefficient of intermolecular CT absorption at 450 nm showed an exponential decay,
Figure pct00003
(x is a C 60 volume fraction). This implies that CT exciton formation involves 2-3 molecules. The absorption spectra of the C 60 : BCP films showed that the doping concentration was significantly effective on the CT excitons and even inhibited its formation even at small doping levels.

실시예 2 Example 2

하기와 같이 디바이스를 제작하였다: 패턴화된 ITO로 코팅된 유리 기판(패턴화된 스트립 너비 = 2 mm, 두께 = 150 ±10 nm; 시트 저항 = 20 ± 5 Ω cm-2; 550 nm에서의 투과 84%; 커티시 오프 씬 필름 디바이스, 인크.(courtesy of Thin Film 디바이스, Inc.))을 비누로 세정하고, 테트라클로로에틸렌, 아세톤 및 프로판올(각 5 min씩) 중에서 비등시켰다. ITO 기판을 고 진공 챔버에 적재하기 직전에 10 min 동안 오존 대기(UVOCS T10X10/OES)에 노출시켰다. 순 물질 층에 대한 침착 속도는 하기와 같았다: MoOx(0.02 nm/s), NPD(0.1 nm/s), C60(0.1 nm/s), BCP(0.1 nm/s) 및 Al(0.2 nm/s). 도핑된 필름(C60:BCP 부피 함량)에 대한 침착 속도는 하기와 같았다: C60:BCP(2:1) - 공동 침착 C60(0.08 nm/s):BCP(0.04 nm/s); C60:BCP(1:1) - 공동 침착 C60(0.06 nm/s):BCP(0.06 nm/s); C60:BCP(1:2) - 공동 침착 C60(0.04 nm/s):BCP(0.08 nm/s). 유기 침착 후, 스트립 너비가 2 mm인 마스크를 N2하에서 기판상에 배치하고, 100 nm의 Al 캐소드를 침착시켰다. 디바이스 면적은 4 ㎟였다.The device was fabricated as follows: Glass substrate coated with patterned ITO (patterned strip width = 2 mm, thickness = 150 ± 10 nm; sheet resistance = 20 ± 5 Ω cm-2; 84%; Courtesy of Thin Film Devices, Inc.) were soap rinsed and boiled in tetrachlorethylene, acetone and propanol (5 min each). The ITO substrate was exposed to ozone atmosphere (UVOCS T10X10 / OES) for 10 min just prior to loading in a high vacuum chamber. The deposition rate for the pure material layer was as follows: MoO x (0.02 nm / s), NPD (0.1 nm / s), C 60 (0.1 nm / s), BCP / s). The deposition rates for the doped film (C 60 : BCP volume content) were as follows: C 60 : BCP (2: 1) - Co-deposition C 60 (0.08 nm / s): BCP (0.04 nm / s); C 60 : BCP (1: 1) - Co-deposition C 60 (0.06 nm / s): BCP (0.06 nm / s); C 60 : BCP (1: 2) - Co-deposition C 60 (0.04 nm / s): BCP (0.08 nm / s). After the organic deposits, place the mask in a strip width of 2 mm on the substrate under N 2, and Al cathode was deposited in 100 nm. The device area was 4 mm 2.

C60으로부터 명확한 광반응을 관찰하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가지는, 공여체로서 넓은 갭, 정공 수송 물질 N,N'-디-[(1-나프틸)-N,N'-디페닐]-1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(NPD)을 사용하는 이중층 디바이스를 제작하였다. D/A 계면의 C60의 순 층은 디바이스 사이에서 관찰되는 모든 변화가 계면 효과 대신 도핑된 필름의 벌크에 관한 것이 될 수 있도록 하는 전하 분리의 열역학적 성질 및 동적 성질 보존을 위한 것이었다. In order to observe the clear optical reaction from C 60, also having a structure as shown in Figure 3, a large gap, a hole transport material as a donor N, N'- di - [(1-naphthyl) - N, N '- Diphenyl] -1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine (NPD). The net layer of C 60 at the D / A interface was intended to preserve the thermodynamic properties and dynamic properties of charge separation so that all changes observed between devices could be related to the bulk of the doped film instead of the interfacial effect.

디바이스의 1 sun 강도(100 mW/㎠)의 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명하의 전류-전압(J-V) 특징 및 외부 양자 효율(EQE) 곡선이 도 3에 제시되어 있다. 하기 표 1에 제시된 바와 같이, C60:BCP 층의 도핑 농도를 1:0에서 1:2로 증가시킴에 따라, 단락 전류(J SC )는 3.0 ± 0.1 mA/㎠에서 1.3 ± 0.1 mA/㎠로 1.7 mA/㎠만큼 감소하였다. 상기 감소는 EQE 측정에서 반영된 바와 같은, C60 광반응 하락에 기인하는 것이었으며, 반면, 개방 회로(VOC)는 대체로 0.87 ± 0.01로 변함없이 그대로 유지되었고, 필 팩터(FF)는 C60의 분율이 감소함에 따라 0.45 ± 0.01에서 0.49 ± 0.01로 증가하였다. EQE 반응의 하락은 도핑된 C60 필름의 흡수 프로파일과 우수한 상관 관계가 있었으며, 여기서, 400 nm 내지 550 nm 사이에서의 반응 감소는 400 nm보다 짧은 파장에서의 반응보다 더욱 빠르게 일어났다. CT 엑시톤이 미치는 영향은 D1 및 D2를 비교함으로써 가장 명확하게 알 수 있다. 상기 디바이스에서, 350 nm에서의 EQE 반응은 변함없이 그대로 유지된 반면, 450 nm에서의 EQE 반응은 23%에서 15.5%로 대략 ⅓만큼 감소하였다. In simulated AM 1.5G jomyeongha current of 1 sun intensity of the device (100 mW / ㎠) - voltage (JV) characteristics and the external quantum efficiency (EQE) curves are shown in Fig. As shown in the following Table 1 , the short-circuit current ( J SC ) was 1.3 ± 0.1 mA / cm 2 at 3.0 ± 0.1 mA / cm 2 as the doping concentration of the C 60 : BCP layer was increased from 1: By 1.7 mA / cm &lt; 2 &gt;. The reduction was to, as reflected in the EQE measurements, due to C 60 photoreaction drop, on the other hand, the open circuit (V OC) is substantially been maintained unchanged as 0.87 ± 0.01, fill factor (FF) is a C 60 As the fraction decreased, it increased from 0.45 ± 0.01 to 0.49 ± 0.01. The decline in the EQE response correlated well with the absorption profile of the doped C 60 film, where the reduction in response between 400 nm and 550 nm occurred faster than at wavelengths shorter than 400 nm. The effect of CT excitons can be most clearly seen by comparing D1 and D2. In the device, the EQE response at 350 nm remained unchanged while the EQE response at 450 nm decreased from 23% to 15.5%, approximately one-third.

혼합된 층 중 BCP의 도핑 농도가 증가함에 따른 광반응 감소 관찰 결과는, 넓은 에너지 갭 물질 UGH2로 SubPc를 희석시켰을 때 광전류가 유의적으로 증가한 결과를 얻은, 문헌 [Menke et al., J. Nat. Mater. 2012]의 것과 극명한 대조를 이루었다. SubPc의 경우, (Menke)는 광전류 증가는, 포스터(Forster) 반경은 평균 분자 분리 거리보다 더 빠르게 증가하였다는 사실에 의해 유발된 엑시톤 확산 길이 증가에 기인하는 것이라는 것을 입증하였다. 확산 거리 증가는 도핑된 필름 중의 광발광 효율, 여기된 상태 수명, 및 스펙트럼 중첩 적분 증가, 및 비방사 감쇠율 감소에 기인하여 이루어졌다. 상기 결과 사이의 대조는 두 시스템에 관여하는 엑시톤의 비율(%)을 조사함으로써 설명될 수 있다. SubPc에서는 단분자 포스터 엑시톤이 형성되었다. 희석시, 흡수 손실은 선형으로 이루어진 반면, 엑시톤 확산 거리 획득은 지수적으로 이루어졌다. 역으로, C60에서는 상당한 개수의 다분자 CT 엑시톤이 형성되었다. 희석시, 이를 통해 CT 엑시톤 형성의 지수적인 감쇠가 일어났으며, 이는 임의의 확산 거리 획득을 능가하였다. C60에서 CT 흡수 특징은 일사량이 높은 영역에 의해 야기된다는 사실에 기인하여, 디바이스의 전반적인 성능은 감소하였다. Observations of the photoreaction reduction with increasing doping concentration of BCP in the mixed layer show that the photocurrent is significantly increased when the SubPc is diluted with the broad energy gap material UGH2 [Menke et al., J. Nat . Mater. 2012]. For SubPc, (Menke) proved that the photocurrent increase is due to the increased exciton diffusion length caused by the fact that the Forster radius increased faster than the average molecular separation distance. The increase in diffusion distance was attributed to the photoluminescence efficiency in the doped film, the excited state lifetime, and the increase in spectral superposition integral, and the decrease in the non-radiative decay rate. The contrast between the results can be explained by examining the ratio (%) of the excitons involved in the two systems. Unipole posterite exciton was formed in SubPc. During dilution, the absorption loss was linear, whereas the exciton diffusion distance acquisition was exponential. Conversely, a considerable number of multimolecular CT excitons were formed at C 60 . During dilution, this resulted in exponential decay of CT exciton formation, which exceeded any diffusion distance acquisition. The overall performance of the device has been reduced due to the fact that CT absorption characteristics at C 60 are caused by regions of high irradiation.

혼합된 디바이스가 더 낮은 광전류를 가질 때, 디바이스의 V OC 는 변함없이 그대로 유지되었으며, 이는 D/A 계면 보존이 그의 원하는 효과를 달성하였다는 것을 시사하는 것이다. C60 희석시 FF가 감소하지 않았다는 사실은 혼합된 필름이 전자를 효율적으로 수송할 수 있었다는 것을 나타내는 것이었다. J SC 증가와 함께 조합된, 변경되지 않은 V OC 및 FF 증가는 희석시 전력 변환 효율(η)을 1.14%(D1)에서 0.56%(D4)로 50% 초과로 하락시켰다. 그러나, 혼합된 필름의 투명서 증가 및 효율적인 전하 수송으로 C60:BCP 필름은 완충제 층으로서 관심의 대상이 되는 후보 물질이 된다. When the mixed device had a lower photocurrent, the V OC of the device remained unchanged, suggesting that D / A interface preservation achieved its desired effect. The fact that FF did not decrease during C 60 dilution indicated that the mixed film was able to efficiently transport the electrons. The unmodified V OC and FF increase, combined with J SC increase, reduced the power conversion efficiency (η) at dilution from 1.14% (D1) to 0.56% (D4) by more than 50%. However, with the increased transparency of the mixed film and efficient charge transport, the C 60 : BCP film becomes a candidate material of interest as a buffer layer.

Figure pct00004
Figure pct00004

실시예 3Example 3

도 4에 제시된 디바이스를 실시예 2에 개시된 제작 방법에 따라 제작하였다. 도 4는 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 파장의 함수로서 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이며, 여기서, 삽도에는 디바이스 구조가 제시되어 있다(x = 10 nm(D7), 20 nm(D6), 30 nm(D5)). 하기 표 2는 상기 디바이스에 대한 성능 데이터를 제공한다. The device shown in Fig. 4 was fabricated according to the manufacturing method disclosed in Example 2. Fig . Figure 4 shows a plot of external quantum efficiency as a function of the JV curve and wavelength of a device under 1 sun AM 1.5G illumination where the device structure is shown (x = 10 nm (D7), 20 nm (D6), 30 nm (D5)). Table 2 below provides performance data for the device.

Figure pct00005
Figure pct00005

실시예Example 4 4

도 5에 제시된 디바이스를 실시예 2에 개시된 제작 방법에 따라 제작하였다. 도 5는 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선, 및 파장의 함수로서 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이며, 여기서, 삽도에는 디바이스 구조가 제시되어 있다(x = 0 nm(D8), 20 nm(D9), 및 40 nm(D10)). 하기 표 3은 상기 디바이스에 대한 성능 데이터를 제공한다. The device shown in Fig. 5 was fabricated according to the manufacturing method disclosed in Example 2. Fig . Figure 5 shows a plot of external quantum efficiency as a function of the JV curve and wavelength of a device under 1 sun AM 1.5G illumination where the device structure is shown (x = 0 nm (D8), 20 nm (D9), and 40 nm (D10)). Table 3 below provides performance data for the device.

Figure pct00006
Figure pct00006

실시예 5 Example 5

도 6(하단 삽도)에 제시된 바와 같은 OPV 디바이스를 제작하였다. 적색을 흡수하는 공여체(2,4-비스[4-(N,N-디페닐아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인)(DPSQ)를 사용하여 2개의 C60 층(하나의 두께는 ≤ 35 nm이고, 나머지 다른 하나의 두께는 [40 nm - x]이다) 사이에 끼인 10 nm 두께의 BCP:C60 층을 함유하는 OPV를 제작하였다. 순 C60 및 BCP:C60 필름의 총 두께는 50 nm였다. 도 6은 디바이스 D20-D23(x = 5 nm 내지 35 nm이고, 다른 성능 파라미터는 하기 표 4에 제시되어 있다)의 J-V, 및 EQE 특징을 보여주는 것이다. BCP:C60 층이 D/A 계면 쪽으로 이동함에 따라(즉, x가 감소됨에 따라), J SC 는 6.2 ± 0.3 mA/㎠에서 4.1 ± 0.2 mA/㎠로 감소하였다. 이러한 성향은 또한 D/A 계면에 인접한 순 C60 층의 두께가 감소함에 따라, C60으로부터의 반응이 감소한 EQE 스펙트럼에서도 뚜렷하게 나타났다( 4 중 D20 내지 D23). 상기 데이터는 BCP:C60이 금속 전극에 인접한 C60 필름에서 발생되는 엑시톤이, 자유 전하로의 해리가 발생할 수 있는 D/A 계면으로 확산되지 못하게 막는다는 것을 제안하였다. 대조적으로, 일정하고 높은 FF = 0.72 ± 0.01 및 V OC = 0.94 ± 0.01 V로부터 추론되는 바와 같이, 혼합된 층은 전하 수송을 방해하지 못한다. D/A 계면에 인접한 C60 층의 두께를 x = 5 nm에서 35 nm로 증가시켰을 때, 1 sun AM 1.5G 조명하에서 전력 변환 효율으로 2.7 ± 0.1%에서 4.1 ± 0.1%로 증가하였다. An OPV device as shown in Fig. 6 (bottom illustration) was fabricated. Two C 60 layers (one (1), one (2), and one (2)) were formed using a red absorbing donor (2,4-bis [4- (N, N-diphenylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squaraine Of the BCP: C 60 layer with a thickness of 10 nm and a thickness of 35 nm and a thickness of the other one of 40 nm- x ). The total thickness of the pure C 60 and BCP: C 60 films was 50 nm. Figure 6 shows the JV and EQE characteristics of devices D20-D23 (x = 5 nm to 35 nm and other performance parameters are shown in Table 4 below). BCP: As the C 60 layer migrated toward the D / A interface (ie, as x decreased), J SC decreased from 6.2 ± 0.3 mA / cm 2 to 4.1 ± 0.2 mA / cm 2. This tendency was also apparent in the EQE spectra where the reaction from C 60 was reduced as the thickness of the net C 60 layer adjacent to the D / A interface decreased (D20 to D23 in Table 4 ). The data suggested that BCP: C 60 prevents the excitons generated in the C 60 film adjacent to the metal electrode from diffusing to the D / A interface where dissociation into free charge may occur. In contrast, as can be deduced from constant and high FF = 0.72 + 0.01 and V OC = 0.94 + 0.01 V, the mixed layer does not interfere with charge transport. The power conversion efficiency under 1 sun AM 1.5G illumination increased from 2.7 ± 0.1% to 4.1 ± 0.1% when the thickness of the C 60 layer adjacent to the D / A interface was increased from x = 5 nm to 35 nm.

Figure pct00007
Figure pct00007

실시예Example 6 6

도 7에 제시된 디바이스를 실시예 2에 개시된 제작 방법에 따라 제작하였다. 도 7은 1 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선(여기서, 삽도는 디바이스의 특징을 보여주는 것이다), 및 파장의 함수로서 외부 양자 효율(여기서, 삽도는 디바이스 구조를 보여주는 것이다)을 보여주는 것이다. 상기 디바이스는 전하 수집을 증진시키기 위해 추가의 층으로 캡핑 처리된 혼합된 완충제 층의 성능을 단일의 순 PTCBI 완충제 층의 것과 비교하였다. The device shown in Fig. 7 was fabricated according to the fabrication method disclosed in Example 2. Fig . FIG. 7 shows the JV curve of a device under 1 sun AM 1.5G illumination (where the illustration shows the characteristics of the device) and external quantum efficiency as a function of wavelength (where the illustration shows the device structure). The device compared the performance of the mixed buffer layer capped with additional layers to enhance the charge collection with that of a single pure PTCBI buffer layer.

실시예 7 Example 7

도 8에 제시된 디바이스를 실시예 2에 개시된 제작 방법에 따라 제작하였다. 도 8은 0 바이어스에서의 EQE로 정규화된 다양한 완충제 층에 대하여 인가된 바이어스(+0.5 V 파선, -1 V 실선) 하의 외부 양자 효율을 보여주는 것이다. 상기 데이터는 혼합된 완충제 층이 디바이스의 바이어스의 의존도를 감소시켰다는 것을 입증하였으며, 이는 활성층/완충제 계면에의 전하 축적 감소, 결과적으로, 엑시톤-폴라론 켄칭 양의 감소를 예시한다. The device shown in Fig. 8 was fabricated according to the fabrication method disclosed in Example 2. Fig . Figure 8 shows the external quantum efficiency under the applied bias (+0.5 V dashed line, -1 V solid line) for various buffer layers normalized to EQE at zero bias. The data demonstrated that the mixed buffer layer reduced the dependence of the bias of the device, which illustrates a reduction in the charge accumulation on the active layer / buffer interface and consequently a reduction in the amount of exciton-polaron quenching.

실시예 8 Example 8

혼합된 층이 엑시톤을 차단하는 메커니즘은 통계적 방식으로 사료될 수 있으며, 이 경우, 도핑된 층에서 이용가능한 상태의 밀도 감소는 엑시톤 전달 속도를 감소시킨다. 혼합된 층에서는 그의 진행을 효과적으로 차단하면서, 에너지가 전달될 수 있는 상태의 개수가 유의적으로 감소된다. 상태의 밀도 변화의 효과는 몬테 카를로에 의해 모델링되었고, 그 결과는 도 9에서 알 수 있다. 모델에서, 엑시톤은 혼합된 필름에 인접한 순 필름에서 무작위로 발생되었다. 이어서, 확산을 시뮬레이션하기 위해, 엑시톤은 랜덤 워크(random walk)를 통해 정해진 수의 단계로 이동한 후, 그의 최종 위치를 기록하였다. 엑시톤은 단지 최근접 이웃 호핑에 의해서만 전달되는 것으로 가정하였다. 도핑된 층과 순 층 사이의 계면에서, 층 사이에 호핑될 확률은 각 층 중의 이용가능한 부위의 상대적인 개수에 의해 스케일링되었다. 모델은 부위 밀도가 같은 두 물질 사이의 접합의 경우, 엑시톤의 50%가 완충제 내로 확산되었다고 예측하였다. 1:1 C60:BCP의 완충제에 가까운 C60의 프렌켈 엑시톤의 경우에 상응하는, 완충제 중 부위가 50% 감소한 경우, 엑시톤 중 단지 20%만이 전달되었다. 1:1 C60:BCP의 완충제에 가까운 CT 엑시톤 경우를 시뮬레이션하는 80% 부위 감소시, 엑시톤 중 5% 미만이 전달되었다. 상기 시뮬레이션은 심지어 통계적 수단으로만 고려된 경우에도 도핑된 완충제가 엑시톤을 매우 잘 차단하였다는 것을 입증하였다. The mechanism by which the mixed layer intercepts the excitons can be viewed in a statistical manner, in which case the reduction in density of the states available in the doped layer reduces the exciton transfer rate. In the mixed layer, the number of states in which energy can be transferred is significantly reduced while effectively blocking its progress. Effect of density change of state has been modeled by a Monte Carlo, and the results can be seen in Fig. In the model, excitons were randomly generated in the pure film adjacent to the mixed film. Then, to simulate the diffusion, the exciton moved to a predetermined number of steps through a random walk and then recorded its final position. The excitons are assumed to be delivered only by nearest neighbor hopping. At the interface between the doped layer and the net layer, the probability of hopping between layers was scaled by the relative number of available sites in each layer. The model predicted that for junctions between two materials of the same site density, 50% of the excitons were diffused into the buffer. In the case of a 50% reduction in the portion of the buffer corresponding to the case of a C 60 frenchal exciton near 1: 1 C 60 : BCP buffer, only 20% of the exciton was delivered. Less than 5% of the excitons were delivered at 80% site reduction, simulating a CT exciton case close to 1: 1 C 60 : BCP buffer. This simulation demonstrated that the doped buffer blocked excitons very well even when considered only as statistical means.

실시예 9Example 9

도 10에 제시된 바와 같이, 상단 그래프에서는 상이한 완충제 층으로 캡핑 처리된 C70의 정규화된 소광 스펙트럼을 파장의 함수로서 플롯팅하였다. 상기 데이터는 엑시톤 에너지는 더 많이 혼합할수록 더 켜졌으며, 엑시톤을 차단하는 데 도움이 되었다는 것을 입증하였다. 하단의 차트는 켄칭(NPD). 차단(BCP), 및 혼합된 완충제 층으로 캡핑 처리된, (450 nm에서 여기된) C70의 방출 스펙트럼을 보여주는 것이다. As shown in FIG. 10 , the normalized extinction spectrum of C 70 capped with different buffer layers was plotted as a function of wavelength in the top graph. The data demonstrate that the more the exciton energy is mixed, the lighter it is, and that it has helped to block excitons. The chart at the bottom is Quinging (NPD). (BCP), and an emission spectrum of C 70 (excited at 450 nm), capped with a mixed buffer layer.

실시예 10 Example 10

도 11에 제시된 바와 같이, 다양한 완충제 층으로 캡핑 처리된 디바이스의 EQE 스펙트럼(상단) 및 0.8 sun AM 1.5G 조명하의 디바이스의 J-V 곡선(하단)은 다른 완충제 층과 비교하여 화합물 완충제를 포함하는 것에 기인하여 성능이 개선되었다는 것을 예시하였다. As shown in FIG. 11 , the EQE spectrum (top) of the device capped with various buffer layers and the JV curve (bottom) of the device under 0.8 sun AM 1.5G illumination are due to containing compound buffer as compared to other buffer layers And the performance is improved.

실시예 11 Example 11

C60:BCP로 구성된 완충제를 사용하는 것을 분석하였고, 그의 성능을 앞서 개발된 완충제, BCP 및 PTCBI, 및 C60:BCP가 BCP 또는 PTCBI로 캡핑 처리된 화합물 완충제의 것과 비교하였다. 상기 디바이스에서, 활성층은 DPSQ/C60으로 구성되었다. J-V, EQE, 및 디바이스 구조가 도 12에 제시되어 있고, 관련된 데이터는 하기 표 5에 제시되어 있다. 디바이스의 V OC 는 완충제와 상관없이 0.95 ± 0.01 V로 일정하게 유지되었다. 10 nm PTCBI 완충제로 캡핑 처리된 디바이스(D13)는 PTCBI로부터의 기생적 광학 흡수에 기인하여 7.1 ± 0.1 mA/㎠의 가장 작은 J SC 를 나타내었다.20 PTCBI와 달리, 두께가 10 nm인 다른 완충제 BCP(D11) 및 C60:BCP(D12)는 흡수하지 않았고, 그 결과, J SC 는 각각 7.5 ± 0.1 mA/㎠ 및 7.6 ± 0.1 mA/㎠로 증가하였다. 두께가 15 nm인 화합물 완충제 층, C60:BCP/PTCBI(D14) 및 C60:BCP/BCP(D15)는 각각 8.1 ± 0.1 mA/㎠ 및 8.3 ± 0.1 mA/㎠로 훨씬 더 높은 J SC 를 나타내었다. EQE 측정으로 광전류 증가는 C60 반응 변동에 기인하였다는 것이 입증되었고, 전달 행렬 형식주의를 사용하는 광학 모델링9을 통해 완충제의 10 nm에서 15 nm로의 전이시 J SC 의 증가는 광학적 효과에 기인하였다는 것을 확인할 수 있었다. 디바이스 사이에 FF에 있어 유의적인 변화 또한 발생하였다. BCP로 캡핑 처리된 디바이스인 D11 및 D15는 각각 0.64 ± 0.01 및 0.65 ± 0.01로 가장 작은 FF를 나타내었다. 오직 C60:BCP로만 구성된 완충제(D12)는 0.66 ± 0.01로 약간 더 우수한 FF를 가졌다. PTCBI로 캡핑 처리된 디바이스인 D13 및 D14는 각각 0.68 ± 0.01 및 0.71 ± 0.01로 가장 큰 FF를 나타내었다. 광전류 및 FF 증가에 기인하여, C60:BCP/PTCBI 완충제의 전력 변환 효율은 C60:BCP/BCP인 경우, 5.0 ± 0.1%, C60:BCP인 경우, 4.8 ± 0.1%, PTCBI인 경우, 4.8 ± 0.0=1%, 및 BCP인 경우, 4.8 ± 0.1%인 것과 비교하여 5.3 ± 0.1%로 가장 컸다. The use of a buffer composed of C 60 : BCP was analyzed and its performance compared to that of the buffer buffer previously developed, BCP and PTCBI, and C 60 : BCP capped with BCP or PTCBI. In the device, the active layer was composed of DPSQ / C 60 . JV, EQE, and device structure are shown in FIG. 12 , and related data is shown in Table 5 below. The V OC of the device remained constant at 0.95 ± 0.01 V regardless of the buffer. The device capped with 10 nm PTCBI buffer (D13) exhibited the smallest J SC of 7.1 ± 0.1 mA / cm 2 due to parasitic optical absorption from PTCBI. Unlike the 20 PTCBI, the other buffer BCP (D11), and C 60 having a thickness of 10 nm: did not absorb the BCP (D12), as a result, J SC is a 7.5 ± 0.1 mA / ㎠ and 7.6 ± 0.1 mA / ㎠ each Respectively. The compound buffer layer with a thickness of 15 nm, C 60 : BCP / PTCBI (D14) and C 60 : BCP / BCP (D15) had a much higher J SC of 8.1 ± 0.1 mA / cm 2 and 8.3 ± 0.1 mA / Respectively. EQE measurements demonstrated that the increase in photocurrent was due to the C 60 response variation and that the increase in J SC during transition from 10 nm to 15 nm of the buffer through optical modeling 9 using transfer matrix formalism was due to optical effects . Significant changes also occurred in FF between devices. The BCP capped devices D11 and D15 exhibited the smallest FF of 0.64 ± 0.01 and 0.65 ± 0.01, respectively. The buffer (D12) consisting solely of C 60 : BCP had slightly better FF at 0.66 ± 0.01. The devices D13 and D14, which were capped with PTCBI, showed the largest FF of 0.68 ± 0.01 and 0.71 ± 0.01, respectively. For if BCP is, 4.8 ± 0.1%, PTCBI, : due to the photoelectric current and FF increases, C 60: BCP / power conversion efficiency of PTCBI buffering agents are C 60: If the BCP / BCP, 5.0 ± 0.1% , C 60 4.8 ± 0.0 = 1%, and 5.3 ± 0.1% compared to 4.8 ± 0.1% for BCP.

완충제 층 사이의 FF 차는 인가된 바이어스 하의 EQE, 및 조도의 함수로서 반응도(R)를 조사함으로써 설명될 수 있었다. 도 13은 그의 0 V EQE로 정규화된 -1 V 바이어스 하의 다양한 완충제 층을 가지는 디바이스에 대한 EQE를 도시하는 것이다. 400 nm 내지 550 nm의 C60으로부터의 신호는 외부 바이어스의 인가에 의해 변조된 반면, 600 nm 내지 825 nm 사이의 DPSQ 반응은 변함없이 일정하게 유지되었다. 완충제 층의 효과는 0 바이어스 EQE로부터의 편차 크기로 알 수 있었다. 10 nm BCP의 완충제로 캡핑 처리된 디바이스(D11)의 경우, 전압 의존도는 가장 유의적인 반면, 10 nm의 C60:BCP 완충제(D12)의 경우, 가장 작았다. The FF difference between the buffer layers could be explained by examining the EQE under the applied bias and the reactivity (R) as a function of roughness. Figure 13 shows EQE for a device with various buffer layers under -1 V bias normalized to 0 V EQE. The signal from C 60 at 400 to 550 nm was modulated by application of an external bias while the DPSQ reaction between 600 nm and 825 nm remained constant. The effect of the buffer layer was found by the magnitude of deviation from zero bias EQE. The voltage dependence was most significant for the device capped with a buffer of 10 nm BCP (D11), but the smallest for the 10 nm C 60 : BCP buffer (D12).

10 nm C60:BCP/5 nm BCP로 캡핑 처리된 디바이스(D15)는 10 nm BCP(D11)보다 전압 의존도가 더 작았다. 이는 2가지 인자에 기인하였다. 첫째, BCP 층은 더 얇기 때문에 트랩핑된 전자수는 감소되었다. 둘째, 상기 제시된 바와 같이, C60:BCP 층이 전자는 여전히 수송하면서, 엑시톤은 C60:BCP/BCP 계면으로 확산되는 것을 차단하였다. 이는 엑시톤이, C60:BCP/BCP 계면에서 트랩핑된 전자와 상호작용하지 못하게 막았다.The device (D15) capped with 10 nm C 60 : BCP / 5 nm BCP had a lower voltage dependence than the 10 nm BCP (D11). This was due to two factors. First, because the BCP layer is thinner, the number of trapped electrons is reduced. Second, as indicated above, the C 60 : BCP layer still prevented the electrons from being transported while the exciton was diffused to the C 60 : BCP / BCP interface. This prevented the excitons from interacting with the trapped electrons at the C 60 : BCP / BCP interface.

10 nm PTCBI(D13) 완충제를 통해 그의 LUMO 정렬에 기인하여 C60으로부터의 등에너지적 수송이 이루어질 수 있었다. 동시에, PTCBI/Ag 계면은 전하 추출에 대한 어떤 쌍극자 또는 에너지 배리어도 형성하지 않았다. 10 nm C60:BCP/5 nm PTCBI(D14)는 엑시톤이 또한 PTCBI에 도달하지 못하게 방해하면서, 유사한 방식으로 작용하였다. Due to his LUMO alignment through the 10 nm PTCBI (D13) buffer he was able to achieve isobaric transport from C 60 . At the same time, the PTCBI / Ag interface did not form any dipole or energy barrier for charge extraction. 10 nm C 60 : BCP / 5 nm PTCBI (D14) acted in a similar manner, preventing the excitons from reaching PTCBI.

도 13에 제시된 조도의 함수로서 반응도를 조사함으로써 폴라론-엑시톤 유도 엑시톤 켄칭을 추가로 입증하였다. 반응도는 디바이스의 단락 전류 밀도를 입사면 광도로 나눈 값으로 정의된다. 상기 파라미터를 통해 본 발명자들은 다양한 조명 강도하에서의 디바이스의 전류 발생 효율을 비교할 수 있었다. BCP로 캡핑 처리된 디바이스인 D11 및 D15는 조명이 1 W/㎡(0.01 sun)에서 100 W/㎡(1 sun)로 증가함에 따라 반응도는 뚜렷하게 비선형식으로 감소된 것으로 나타났다. 비선형적인 감쇠 성질은, 조도 증가로 엑시톤 및 폴라론 집단, 둘 모두 증가한 엑시톤-폴라론 유도 엑시톤 켄칭과 일치하였다. D12, D13, 및 D14에서 사용된 다른 완충제들 모두 조도의 함수로서 반응도에 작은 변화를 보였고, 이는 엑시톤-폴라론 유도 엑시톤 켄칭이 억제되었다는 것을 입증하는 것이다. The polaron-exciton induced exciton quenching was further demonstrated by investigating the reactivity as a function of the illuminance presented in FIG. The reactivity is defined as the value of the short-circuit current density of the device divided by the incident surface luminous intensity. Through the above parameters, the inventors have been able to compare the current generation efficiency of devices under various illumination intensities. The BCP-capped devices D11 and D15 showed a markedly nonlinear response with increasing illumination from 1 W / m2 (0.01 sun) to 100 W / m2 (1 sun). Nonlinear damping properties were consistent with increased exciton-polaron induced exciton quenching in both the exciton and polaron groups with increasing illumination. All of the other buffers used in D12, D13, and D14 showed a small change in reactivity as a function of roughness, demonstrating that exciton-polaron induced exciton quenching was inhibited.

Figure pct00008
Figure pct00008

실시예 12Example 12

C60:BCP의 엑시톤 차단 특성을 조사하기 위해, 적색을 흡수하는 공여체(2,4-비스[4-(N,N-디페닐아미노)-2,6-디하이드록시페닐] 스쿠아레인)(DPSQ)를 사용하여 2개의 순 C60 층 사이에 끼인 도핑된 C60 층을 함유하는 디바이스를 제작하였다.20 ,21(도 14). 순 C60 및 C60:BCP 필름의 총 두께는 일정하였고; 오직 도핑된 필름의 위치만 D/A 계면에서 Ag 전극 쪽으로 이동시켰다. C 60 : In order to investigate the exciton blocking property of C 60 , a red absorbing donor (2,4-bis [4- (N, N-diphenylamino) -2,6-dihydroxyphenyl] squalene) (DPSQ) was used to fabricate a device containing a doped C 60 layer sandwiched between two net C 60 layers. 20 and 21 ( Fig. 14 ). The total thickness of the pure C 60 and C 60 : BCP films was constant; Only the position of the doped film was shifted toward the Ag electrode at the D / A interface.

디바이스 D16-19의 J-V 및 EQE 특징은 도 14에 제시되어 있고, 관련된 데이터는 하기 표 6에 제시되어 있다. D/A 계면에 인접한 순 C60 층의 두께가 35 nm에서 5 nm로 감소함에 따라(또는 C60:BCP 층이 D/A 계면 쪽으로 이동함에 따라), 디바이스의 광전류는 6.2 ± 0.1 mA/㎠에서 4.1 ± 0.1 mA/㎠로 유의적으로 하락하였다. 이러한 성향은 또한 D/A 계면에 인접한 순 C60 층의 두께가 감소함에 따라, C60으로부터의 반응이 감소한 EQE 스펙트럼에서도 관찰할 수 있었다(D16 내지 D19). 상기 결과를 통해 C60:BCP는 금속 전극에 인접한 순 C60 필름에서 발생되는 엑시톤이 전하 분리가 이루어지는 D/A 계면으로 확산되지 못하게 효과적으로 차단함으로써 엑시톤 차단 층으로서의 역할을 하였다는 것이 명확하게 입증되었다. 그의 엑시톤 차단 기능과 달리, 도핑된 층은 디바이스의 FF가 0.72 ± 0.01로 일정하게 유지됨에 따라 우수한 전하 전도율을 보였다. V OC 는 또한 0.94 ± 0.01로 그대로 유지되었다. 전반적으로, D/A 계면에 인접한 순 C60 층의 두께가 5 nm에서 35 nm로 증가함에 따라 η는 2.7 ± 0.1%에서 4.1 ± 0.1%로 증가하였다. The JV and EQE characteristics of device D16-19 are shown in FIG. 14 , and the associated data is shown in Table 6 below. As the thickness of the net C 60 layer adjacent to the D / A interface decreases from 35 nm to 5 nm (or as the C 60 : BCP layer moves toward the D / A interface), the photocurrent of the device is 6.2 ± 0.1 mA / cm 2 To 4.1 ± 0.1 mA / ㎠, respectively. This tendency was also observed in the EQE spectrum where the reaction from C 60 decreased as the thickness of the net C 60 layer adjacent to the D / A interface decreased (D16 to D19). The results clearly demonstrate that C 60 : BCP acts as an exciton blocking layer by effectively blocking excitons generated in the pure C 60 film adjacent to the metal electrode from being diffused to the D / A interface where charges are separated . Unlike its exciton blocking function, the doped layer exhibited excellent charge conductivity as the device's FF was kept constant at 0.72 ± 0.01. V OC was also maintained at 0.94 + - 0.01. Overall, the eta increased from 2.7 ± 0.1% to 4.1 ± 0.1% as the thickness of the net C 60 layer adjacent to the D / A interface increased from 5 nm to 35 nm.

Figure pct00009
Figure pct00009

실시예 13 Example 13

도 15는 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 J-V 곡선, 및 하단의 파장의 함수로서 다양한 완충제 층을 가지는 디바이스의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. 상기 디바이스를 통해 혼합된 완충제 층를 포함하는 것에 기인하는 성능 증진이 입증되었다. Figure 15 shows a plot of the external quantum efficiency of a device with various buffer layers as a function of the JV curve under 1 sun AM 1.5G illumination at the top and the wavelength at the bottom. Performance enhancements have been demonstrated due to the inclusion of a buffer layer mixed through the device.

실시예 14Example 14

도 16은 상단의 1 sun AM 1.5G 조명하의 J-V 곡선, 및 다양한 비의 C60 대 BCP를 함유하는 다양한 완충제 층을 가지는 디바이스의 외부 양자 효율의 플롯을 보여주는 것이다. 상기 디바이스를 통해 최적의 블렌딩 부피비는 1:1인 것으로 입증되었다. Figure 16 shows a plot of the external quantum efficiency of a device having various buffer layers containing a JV curve under 1 sun AM 1.5G illumination at the top and various ratios of C 60 versus BCP. The optimal blending volume ratio was proved to be 1: 1 through the device.

실시예Example 15 15

하기 구조를 이용하여 디바이스를 제작하였다: 유리 기판/100 nm ITO/10 nm MoO3/54 nm 1:8 DBP:C70/완충제/100 nm Ag. 도 17은 상대적으로 두꺼운 1:8 부피비로 DBP 및 C70의 순 층을 포함하는 활성층을 가진 평면 혼합된 OPV 전지에 대한, 1 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명에서의 조명에 대한 J-V(좌측 상단) 및 EQE(우측 상단) 및 추출된 효율 파라미터(하단)를 보여주는 것이다. 각 완충제에 대한 BPhen:C70의 두께 및 부피비는 표에 제시되어 있다. 혼합된 영역과 접촉부 사이에 추가의 BPhen 또는 PTCBI 층이 있는 혼합된 완충제를 포함하는 디바이스의 경우에 필 팩터 및 효율이 가장 우수하였고, 이는 상기 접촉부 또한 혼합된 또는 벌크 이종접합 디바이스를 개선시켰다는 것을 입증하는 것이다. To prepare a device by using the following structure: glass substrate / 100 nm ITO / 10 nm MoO 3/54 nm 1: 8 DBP: C 70 / buffer / 100 nm Ag. 17 is relatively thick, 1: 8 by volume with DBP and C for a plane mixed OPV cell having an active layer comprising a layer of the net 70, JV (upper left) for the illumination of at 1 sun simulated AM 1.5G one trillion people And EQE (top right) and extracted efficiency parameters (bottom). The thickness and volume ratios of BPhen: C 70 for each buffer are given in the table. In the case of a device comprising a mixed buffer with an additional BPhen or PTCBI layer between the mixed region and the contact, the fill factor and efficiency were the best, demonstrating that the contact also improved the mixed or bulk heterojunction device .

실시예 16 Example 16

하기 구조를 이용하여 디바이스를 제작하였다: 유리 기판/100 nm ITO/5 nm MoO3/25 nm 1:8 DBP:C70/완충제/100 nm Ag. 도 18은 상대적으로 얇은 1:8 부피비로 DBP 및 C70의 순 층 및 다양한 완충제를 포함하는 활성층을 가진 평면 혼합된 OPV 전지에 대한, 0.7 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명에서의 조명에 대한 J-V(좌측 상단) 및 EQE(우측 상단) 및 추출된 효율 파라미터(하단)를 보여주는 것이다. 각 완충제에 대한 BCP:C70의 두께 및 부피비는 표에 제시되어 있다. 혼합된 영역과 접촉부 사이에 추가의 BPhen 또는 PTCBI 층이 있는 혼합된 완충제를 포함하는 디바이스의 경우에 필 팩터 및 효율이 가장 우수하였고, 이는 상기 접촉부 또한 혼합된 또는 벌크 이종접합 디바이스를 개선시켰으며, 혼합된 층 디바이스에서 이례적으로 매우 우수한 필 팩터를 수득할 수 있다는 것을 입증하는 것이다. To prepare a device by using the following structure: glass substrate / 100 nm ITO / 5 nm MoO 3/25 nm 1: 8 DBP: C 70 / buffer / 100 nm Ag. FIG. 18 is a plot of the JV (%) versus time for illumination in a 0.7 sun simulated AM 1.5G illumination for a planar mixed OPV cell with an active layer comprising a net layer of DBP and C 70 and a variable buffer in a relatively thin 1: Upper left) and EQE (upper right) and extracted efficiency parameters (lower). The thickness and volume ratios of BCP: C 70 for each buffer are given in the table. In the case of a device comprising a mixed buffer with an additional BPhen or PTCBI layer between the mixed region and the contact, the fill factor and efficiency were the best, which also improved the mixed or bulk heterojunction device, Demonstrating that exceptionally good fill factors can be obtained in mixed layer devices.

실시예 17 Example 17

도 19에서 확인되는 구조로 디바이스를 제작하였다. 도 19(a)의 디바이스는 ITO/MoO3/DPSQ/C60/C60:BPhen(x)/BPhen/Al 구조를 가졌다. 도 19(b)의 디바이스는 ITO/MoO3/DPSQ/C60/C60:BCP(x)/BPhen/Al 구조를 가졌다. 도 19(c)의 디바이스는 ITO/MoO3/DPSQ/C60/C60:UGH2(x)/BPhen/Al 구조를 가졌다. 도 19는 BPhen, CBP, 및 UGH2를 이용한 희석에 대한 EQE 및 J-V 곡선을 보여주는 것이다. 모든 경우에서 증진된 것이 관찰되었고, 이를 통해 C60/완충제 계면에서의 전하 축적 감소로 증진되었다는 것을 확인할 수 있었다. A device was fabricated with the structure identified in Fig . The device of FIG. 19 (a) had an ITO / MoO 3 / DPSQ / C60 / C 60 : BPhen (x) / BPhen / Al structure. The device of FIG. 19 (b) had an ITO / MoO 3 / DPSQ / C60 / C 60 : BCP (x) / BPhen / Al structure. The device of FIG. 19 (c) had an ITO / MoO 3 / DPSQ / C 60 / C 60 : UGH 2 (x) / BPhen / Al structure. Figure 19 shows EQE and JV curves for dilution using BPhen, CBP, and UGH2. Enhancement was observed in all cases and it was confirmed that this was promoted by the reduction of charge accumulation at the C 60 / buffer interface.

실시예 18 Example 18

인듐 주석 산화물(ITO, 시트 저항: 15 Ω/□)로 사전 코팅된 유리 기판 상에서 2*10-7 torr의 베이스 압력으로 진공 열 증착(VTE)에 의해 OPV 전지를 성장시켰다. 침전 전, 기판을 희석된 터지톨(Tergitol)® (타입 NP-10), 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필 알콜에서 세정한 후, 10 min 동안 자외선 오존에 노출시켰다. MoO3은 아크로스 오가닉스(Acros Organics)로부터, C60은 메테리얼즈 앤드 일렉트로케미칼 리서치 코포레이션(Materials and Electrochemical Research Corp.)으로부터, BPhen 및 DBP는 루미네선스 테크놀러지 코포레이션(Luminescence Technology Corp.)으로부터, 및 C70은 SES 리서치(SES Research)로부터 입수하였다. DBP, C60 및 C70을 열 구배 승화를 통해 1회에 걸쳐 정제하였다. OPV cells were grown by vacuum thermal deposition (VTE) at a base pressure of 2 * 10 &lt; -7 &gt; torr on a glass substrate precoated with indium tin oxide (ITO, sheet resistance: 15 ohms / square). Prior to precipitation, the substrate was cleaned in diluted Tergitol 占 (Type NP-10), deionized water, acetone and isopropyl alcohol and then exposed to ultraviolet ozone for 10 minutes. MoO 3 is available from Acros Organics, C 60 is from Materials and Electrochemical Research Corp., BPhen and DBP from Luminescence Technology Corp. , and C 70 was obtained from the SES Research (SES Research). DBP, C 60 and C 70 were purified once through thermal gradient sublimation.

MoO3 및 BPhen 층은 0.1 nm/s 속도로 성장하였고, DBP 및 C70은 1:8 비를 달성할 수 있도록 DBP 침착 속도 0.02 nm/s 및 C70 침착 속도 0.16 nm/s를 사용하여 공동 침착시켰다. 각각 0.05 nm/s의 속도로 BPhen 및 C60을 공동 침착시킴으로써 1:1 블렌드를 생성함으로써 BPhen:C60 혼합된 완충제를 성장시켰다. 이어서, 15, 1 mm 직경 디바이스(디바이스 면적 0.008 ㎠)의 어레이를 정의하는 섀도우 마스트를 통해 100 nm 두께의 Ag 캐소드를 침착시켰다. 제작한 후, J-V 특징 및 EQE 측정을 위해 초고순도 N2로 충전된 글러브 박스로 디바이스를 옮겨 놓았다. 측정하는 동안, 테스되는 디바이스만 조명하에 놓고, 다른 디바이스는 암실에서 유지시켰다. NREL 추적가능한 Si 참조 전지를 사용하여 솔라 시뮬레이터 강도를 보정하고, J SC 를 스펙트럼 불일치에 대해 보정하였다. 록 인(lock-in) 증폭기 및 200 Hz에서 초핑된 Xe 램프로부터의 모노크롬화 광을 사용하여 파장(I)의 함수로서 EQE를 수득하였다. JSCPCE의 오차는 주로 광도 및 스펙트럼 보정에서의 불확실성으로부터 발생한 것이다. The MoO 3 and BPhen layers were grown at a rate of 0.1 nm / s. DBP and C 70 were co-deposited using a DBP deposition rate of 0.02 nm / s and a C 70 deposition rate of 0.16 nm / s to achieve a 1: . By co-deposition of the respective BPhen and C 60 at a rate of 0.05 nm / s 1: 1 blend by generating BPhen: C 60 Mixed buffer was grown. A 100 nm thick Ag cathode was then deposited through a shadow mast defining an array of 15, 1 mm diameter devices (device area 0.008 cm2). After fabrication, the device was transferred to a glove box filled with ultrahigh purity N 2 for JV characterization and EQE measurements. During the measurement, only the device being tested was placed under illumination and the other device was kept in the dark room. The NREL trackable Si reference cell was used to calibrate the solar simulator strength and the J SC corrected for spectral mismatch. EQE was obtained as a function of wavelength ( I ) using monochromated light from a lock-in amplifier and an Xe lamp chopped at 200 Hz. The errors in J SC and PCE are mainly due to uncertainties in luminance and spectral correction.

진공 열 증착(VTE)에 의해 구조: MoO3(10 nm)/DBP:C70(54 nm, 1:8 부피비)/완충제/Ag(100 nm)로 혼합된 HJ 전지를 성장시켰다. 2개의 상이한 완충제 층을 사용하였다: 8 nm 두께의 BPhen(대조군), 및 순 5 nm 두께의 BPhen 층으로 캡핑 처리된 1:1 비(부피비)로 혼합된, 10 nm 두께의 BPhen:C60 혼합된 층. 도 20은 대조군 및 화합물 완충제를 사용한 혼합된 HJ 디바이스의 J-V 특징 및 EQE 스펙트럼을 보여주는 것이다. 대조군은 상기와 같이, 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하에서 FF = 55 ± 1%, J SC = 12.5 ± 0.3 mA/㎠, V OC = 0.91 ± 0.1 V 및 PCE = 6.3 ± 0.3%(스펙트럼 불일치 계수 = 1.00 ± 0.01)를 보였다. 화합물 전자-필터 완충제를 포함하는 전지는 FF = 63 ± 1%, J SC = 12.8 ± 0.3 mA/㎠, V OC = 0.93 ± 0.1 V 및 PCE = 7.5 ± 0.4%로 성능 파라미터 3개 모두에서 개선된 것으로 나타났으며, 후자는 대조군과 비교하여 19% 증가한 것에 상응하였다. HJ cells were grown by vacuum thermal evaporation (VTE) with MoO 3 (10 nm) / DBP: C 70 (54 nm, 1: 8 volume ratio) / buffer / Ag (100 nm). Two different buffer layers were used: a BPhen: C 60 mixture of 10 nm thick, mixed in a 1: 1 ratio (volume ratio) capped with an 8 nm thick BPhen (control) and a 5 nm thick BPhen layer Layer. Figure 20 shows JV characteristics and EQE spectra of mixed HJ devices using control and compound buffer. The control group has FF = 55 ± 1%, J SC = 12.5 ± 0.3 mA / cm 2, V OC = 0.91 ± 0.1 V and PCE = 6.3 ± 0.3% under the simulated AM 1.5G, Coefficient = 1.00 ± 0.01). Compound E-a filter cell containing a buffering agent is improved in all three performance parameters as FF = 63 ± 1%, J SC = 12.8 ± 0.3 mA / ㎠, V OC = 0.93 ± 0.1 V and PCE = 7.5 ± 0.4% And the latter corresponded to a 19% increase compared to the control group.

화합물 완충제를 포함하는 디바이스에 대한 FF의 유의적인 개선은 (곡선 사이의 음영 영역으로 표시된) 도 20(a)에 제시되어 있으며, 여기서, 도 20(b), 삽도에는 에너지 준위 다이어그램이 제시되어 있다. 이전 연구에서는 에너지 준위 굽힘이 플러렌/BCP 계면에서 발생하였고, 이로써, 전자 축적 및 좌측 삽도에 제시된 바와 같은 큰 잠재적인 하락이 일어난 것으로 나타났다. 결과적으로, 전압이 재분포됨에 따라, 활성층 간의 전기장은 감소하면서, 동시에, 전하 추출 시간은 증가하였고, 이로써, 그의 재조합의 기회가 있는 공여체-수용체 이종계면에서의 전자 및 정공의 체류 시간은 연장되었다. 화합물 완충제의 경우, 1:1 BPhen:C60 블렌드의 높은 전도율로 전자 축적은 감소되었고, 이로써, 계면에서의 잠재적인 하락은 더 작고(우측 삽도, 도 20(b)), DBP:C70 혼합된 영역에서의 전기장은 더 높았다. 이로써 결국에는 이분자 ??칭은 감소되었고, 그 결과, 도 20(b)에 제시된 바와 같이, I = 400 nm 내지 550 nm 파장에서 FFEQE는 증가되었다.A significant improvement in FF for a device comprising a compound buffer is shown in Figure 20 (a) ( indicated by the shaded region between the curves), wherein Figure 20 (b) shows an energy level diagram . Previous work has shown that energy level bending occurs at the fullerene / BCP interface, leading to a large potential drop as shown in the electron accumulation and left intemal diagrams. As a result, as the voltage was redistributed, the electric field between the active layers decreased while, at the same time, the charge extraction time increased, thereby prolonging the residence time of electrons and holes at the donor-acceptor heterointerface with the opportunity for its recombination . For a compound buffer, 1: 1 BPhen: C with high conductivity of 60 blend electron accumulation was reduced, thus, the potential drop at the interface is smaller (right sapdo, FIG. 20 (b)), DBP: C 70 mixed Lt; RTI ID = 0.0 &gt; region. &Lt; / RTI &gt; This eventually resulted in a decrease in the birefringence and, as a result, the FF and EQE were increased at I = 400 nm to 550 nm wavelength, as shown in Fig. 20 (b) .

두 전지 모두 I < 400 nm 및 λ > 550 nm에서 거의 동일한 EQE를 보였다(20(b) 참조). λ < 400 nm에서, BPhen:C60 혼합된 완충제에서의 기생 흡수로 인해 화합물 완충제 전지에서 광활성 영역 흡수가 감소한 반면, 내부 양자 효율(IQE)은 이분자 재조합 감소에 기인하여 증가하였다. 전반적으로, 화합물 완충제 전지의 EQE는 대조군 전지와 거의 동일하였다. λ > 550 nm에서, DBP:C70혼합된 영역에서 발생된 엑시톤은 거의 즉시에 전하로 해리되었는 바, 흡수된 광출력 피크 뿐만 아니라, 전하 분포 피크는 애노드 쪽으로 이동하였다. 이는 동시에 정공 추출을 개선시키면서, 대조군 전지에서는 전자가 축적된 (캐소드 측에 가까운) DBP:C70/BPhen 계면에 정공 집단을 감소시켰다. 더욱 긴 여기 파장에서의 정공과 전자의 공간적 분리는 대조군 전지에서 이분자 재조합을 감소시켰고, 이로써 EQE 또한 거의 동일해졌다. Both cells showed almost the same EQE at I < 400 nm and > 550 nm (see Fig. 20 (b)). At λ <400 nm, the absorption of photoactive regions in compound buffer cells was reduced due to parasitic absorption in BPhen: C 60 mixed buffer, while the internal quantum efficiency ( IQE ) increased due to diminution of bimolecular recombination. Overall, the EQE of the compound buffer cell was nearly identical to that of the control cell. At λ> 550 nm, the excitons generated in the DBP: C 70 mixed region were almost immediately dissociated to charge, so that the charge distribution peak as well as the absorbed light output peak shifted toward the anode. This simultaneously improved the hole extraction while reducing the group of holes in the DBP: C 70 / BPhen interface where electrons were accumulated (close to the cathode side) in the control cell. Spatial separation of holes and electrons at longer excitation wavelengths reduced bisectional recombination in the control cells, which resulted in approximately the same EQE .

이분자 재조합의 역할을 이해하기 위해, 광도(I)의 함수로서 상기 두 전지 모두에 대한 반응도(R)를 조사하였다. 대조군 전지는 I = 0.6 sun에서 R =12.7 ± 0.4 A/W로부터 I = 2.7 suns에서 11.8 ± 0.3 A/W로 I일 때, R은 단소 감소를 하는 것으로 나타난 반면, 화합물 환충제 전지의 경우, R은 같은 강도 범위에 걸쳐 단지 0.2 A/W만큼 하락하였다(도 21 참조). 일반적으로, J SC = J G - J MM - J BM 이다(여기서, J G 은 광발생된 전류 밀도이고, J MM 은 단분자 재조합 전류 밀도이고, J BM 은 이분자 재조합 전류 밀도이다). J G J MM , 둘 모두 I에 대하여 선형적으로 비례하는 반면, J BM ∝γ·n·p∝b·I 2 (여기서, γ는 랑게빈 계수이고, b는 상수이다). 그러므로, R = J SC /I = R 0 -β·Ι(여기서, R 0 은 이분자 재조합 부재하의 반응도이다). (도 21에서 파선) 상기 분석에 대한 선형 피트를 통해 상기 두 전지 모두에 대해 R 0 = 12.9 A/W를 수득하였다. 광도 0에서 두 전지 모두에 대한 절편이 같다는 것은 두 OPV 전지 모두 이분자 재조합 부재하에서 반응도는 Ι → 0으로 같았다는 것을 제안하는 것이다. 그러나, 대조군에 대한 β는 화합물 완충제를 가지는 전지에 대한 값보다 4배 더 컸다. 화합물 완충제 전지에 대한 β가 더 작다는 것은 이분자 재조합이 대조군 전지의 것의 단지 25%였다는 것을 제안하며, 이는 혼합된 영역에서의 전기장 증가에 기인하여 전자 및 정공 농도가 각각 평균적으로 50%만큼 감소하였다는 것을 나타내는 것이다. 이와 같이 주어진 외부 바이어스에 대한 대조군의 것과 비교하였을 때, 화합물 완충제 전지 중 이종접합 간의 내부 전기장이 더 큼에 따라 전하 추출은 개선되었고, 이로서, FF는 증가되었다. To understand the role of bi-recombination, the reactivity (R) for both cells was investigated as a function of luminosity ( I ). When the control cell is I = 0.6 sun at R = 12.7 ± 0.4 A / W from a 11.8 ± 0.3 A / W at I = 2.7 suns, R is the case, while shown to the chancel reduced, compound hwanchung the battery, R fell by only 0.2 A / W over the same intensity range ( see FIG. 21 ). Generally, J SC = J G - J MM - J BM where J G is the photogenerated current density, J MM is the monomolecular recombination current density, and J BM is the biomaterial recombination current density. J G and J MM are both linearly proportional to I , while J BM αγ · n · pαb · I 2 , where γ is the Langebein coefficient and b is a constant. Therefore, R = J SC / I = R 0 - ? 占 (wherein R 0 is the reaction diagram in the absence of a biomaterial. (Dashed line in FIG . 21 ) R 0 = 12.9 A / W was obtained for both of the cells through the linear pits for the analysis. The same cut-off for both cells at a light intensity of 0 suggests that the reactivity of both OPV cells was equal to I → 0 under the absence of biomolecular recombination. However, beta for the control group was four times greater than for the cell with compound buffer. The smaller ? For the compound buffer cell suggests that bisectional recombination was only 25% of that of the control cell, which reduced the electron and hole concentration by an average of 50%, respectively, due to the electric field increase in the mixed region Lt; / RTI &gt; As compared to the control for this given external bias, charge extraction improved as the internal electric field between the heterojunctions in the compound buffer cell increased, and FF increased.

매트랩(Matlab)에서 프로그래밍된 층의 3D 몬테 카를로 시뮬레이션에 의해 화합물 완충제의 전하 수송 특성을 추가로 조사하였다. 입방 격자 상에 BPhen 및 C60 분자를 무작위로 분포시킴으로써 완충제를 모델링하였고, 전자 수송은 C60 분자 사이의 최근접 이웃 호핑에 기인하였다. 상기 모델에서, 전하 사이의 쿨롱 상호 작용은 무시하였고, 격자 부위는 인가된 전기장에 의해 부과된 에너지 차 이외에, 등에너지인 것으로 가정하였다. 전달 확률은 밀러-에이브러햄스(Miller-Abrahams) 이론에 따라 계산하였으며, 그로부터 완충제 층의 한쪽 측면에 주입된 전하에 대한 추출 시간 중앙값을 얻었다. 이어서, 순 C60 층 중 전자의 0 전기장에서의 이동도를 실험값 5.1x10-2/V·s로 설정하여 정규화된, 추출 시간과 전기장 사이의 관계식으로부터 층 이동도를 계산하였다. 1:1 혼합된 완충제의 경우, 모델을 통해 유효 이동도는 4.7x10-3/V· s인 것으로 예측되었고, 이는 순 C60의 값보다 단지 10배 더 낮은 값이었다. 비교해 보면, 순 BPhen 필름의 전자 이동도는 1.9x10-5/V·s로 유의적으로 더 낮았고, 이로써, 완충제 계면에 전하 축적이 일어났고, 이는 켄칭을 촉진시켰다.The charge transport properties of the compound buffer were further investigated by 3D Monte Carlo simulation of the programmed layer in Matlab. The buffer was modeled by randomly distributing BPhen and C 60 molecules on a cubic lattice, and electron transport was due to nearest neighbor hopping between C 60 molecules. In this model, the Coulomb interaction between charges is neglected, and the lattice site is assumed to be a backlight, in addition to the energy difference imposed by the applied electric field. The transfer probability was calculated according to the Miller-Abrahams theory, from which the median extraction time for charge injected on one side of the buffer layer was obtained. The layer mobility was then calculated from the relationship between the extraction time and the electric field, normalized by setting the mobility of electrons in the zero electric field in the net C 60 layer to the experimental value of 5.1 × 10 -2/ V · s . For the 1: 1 mixed buffer, the model predicted that the effective mobility was 4.7 × 10 -3/ V · s , which was only 10 times lower than the net C 60 value. In comparison, the electron mobility of the pure BPhen film was significantly lower at 1.9 × 10 -5 cm 2 / V · s , resulting in charge accumulation at the buffer interface, which promoted quenching.

1:1 혼합된 완충제의 두께가 다를 때의 예측 결과를 조사함으로써 모델을 테스트하였고, 그 결과는 도 22(a)에 제시되어 있다. 혼합된 층의 주어진 전압 및 두께에서 (필름 이동도에 상응하는) 추출 시간 사이에는 선형 관계가 있는 것으로 나타났으며, 이는 전하 밀도가 일정하다고 가정할 때(즉, 조도가 일정할 때), 직렬 저항은 선형으로 증가한다고 해석되었다. 혼합된 완충제 DBP:C60 OPV에 대한 실험 데이터에 대한 피트는 도 22(a), 삽도에 제시되어 있다. 이제, 결함 상태를 통해 전자를 전도시킨 순 BPhen 층은 금속 침착 동안 유도되었고, 이는 두께와 저항 사이에 초선형 관계를 유도하였다. 대조적으로, 혼합된 완충제 저항은 심지어 두께 최대 20 nm까지 선형으로 증가하였으며, 이는 혼합된 완충제 중에서 전자는 주로 혼합물 중에서 C60에 의해 전도되었다는 것을 제안하는 것이다. The model was tested by examining the predicted results when the thickness of the 1: 1 mixed buffer was different, and the results are shown in Figure 22 (a) . There is a linear relationship between extraction times (corresponding to film mobility) at a given voltage and thickness of the mixed layer, assuming that the charge density is constant (i.e., when the illumination is constant) Resistance was interpreted to increase linearly. The pit for the experimental data for the mixed buffer DBP: C 60 OPV is shown in FIG. 22 (a) , an explanatory view. Now, the net BPhen layer, which conducts electrons through the defect state, was induced during metal deposition, which induced a superlattice relationship between thickness and resistance. In contrast, the mixed buffer resistance even increased linearly up to a thickness of 20 nm, suggesting that the electrons in the mixed buffer were mostly conducted by C 60 in the mixture.

석영 상에서 1:1 BPhen:C60 블렌드로 캡핑 처리된 40 nm 두께의 C70 필름의 광발광(PL) 여기 스펙트럼을 사용한 엑시톤 차단 효율을 실험적으로 조사하였다. 연구 중인 블렌드의 표면 상에 침착된 층의 PL 강도를 "완벽한" 차단 층 또는 켄칭 층의 것과 비교함으로써 상기 공정의 상대적 중요도에 대해 측정하였다. 따라서, 이를 위해, 8 nm 두께의 BPhen 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1-1'비페닐-4,4'디아민(NPD) 층을 각각 참조인 완벽한 엑시톤 차단 층 또는 켄칭 층으로서 사용하였다. 혼합된 완충제의 PL 강도는 차단 참조에 대해 관측된 강도와 거의 동일하였고(도 22(b) 참조), 이는 BPhen:C60 혼합된 층이 엑시톤을 효율적으로 차단시킬 수 있다는 것을 입증하는 것이다. BPhen:C60 혼합물의 전자 이동도가 상대적으로 높기 때문에, 혼합된 완충제 층은 효과적인 필터로서 작용하여 엑시톤 및 폴라론을 공간적으로 분리시킬 수 있고, 이로써 순 플러렌 층 내에서의 엑시톤-폴라론 켄칭을 감소시킬 수 있었다. The exciton blocking efficiency using the photoluminescence (PL) excitation spectrum of a 40 nm thick C 70 film capped with a 1: 1 BPhen: C 60 blend in quartz was experimentally investigated. The relative importance of the process was determined by comparing the PL intensity of the layer deposited on the surface of the blend under study with that of a "perfect" barrier or quench layer. Thus, for this purpose, layers of BPhen or N, N'-diphenyl-N, N'-bis (1-naphthyl) -1-1'biphenyl-4,4'diamine (NPD) As a complete exciton blocking layer or quenching layer. PL intensity of the mixed buffer was almost the same as that observed for the reference block intensity (see Fig. 22 (b)), which BPhen: to demonstrate that C 60 is a mixture layer can be efficiently blocked by the exciton. BPhen: since the electron mobility of the C 60 mixture is relatively high, the mixed buffer layer acts as an effective filter it is possible to spatially separate the exciton and polaron, whereby the exciton in the order of the fullerene layer, the polaron quenched .

실시예 19Example 19

하이브리드 평면-혼합형 이종접합(PM-HJ)을 가진 OPV 전지를 실시예 18에 개시된 실험에 따라 제작하였다. DBP 및 C70을 각각 OPV 전지에서 공여체 및 수용체로서 사용하였다. OPV 전지는 인듐 주석 산화물(ITO)/ MoO3(10 nm)/DBP:C70(54 nm, 1:8 부피비)/C70(9 nm)/완충제/Ag(100 nm)의 디바이스 구조를 가졌다. DBP:C70 PM-HJ OPV 전지에서는 3가지 상이한 완충제 층이 사용되었다: (1) 8 nm 두께의 바토바토페난트롤린(BPhen)(대조군); (2) 1:1 비로 혼합된, 10 nm 두께의 BPhen:C60 혼합된 층; 및 (3) 순, 5 nm 두께의 BPhen 층으로 캡핑 처리된, (2)와 같은 혼합된 완충제. An OPV cell with a hybrid planar-mixed heterojunction (PM-HJ) was fabricated according to the experiment described in Example 18. The DBP and C 70 were respectively used as the donor and acceptor in OPV cells. The OPV cell had a device structure of indium tin oxide (ITO) / MoO 3 (10 nm) / DBP: C 70 (54 nm, 1: 8 volume ratio) / C 70 (9 nm) / buffer / Ag (100 nm) . Three different buffer layers were used in the DBP: C 70 PM-HJ OPV cell: (1) 8 nm thick battobotanthanthroline (BPhen) (control); (2) 1: 1, the mixing ratio of 10 nm thick BPhen: C 60 mixed layer; And (3) capped with a 5 nm thick BPhen layer in order.

도 23은 완충제 층 구조 (1)-(3)을 사용한 디바이스에 대한 성능을 비교하는, 전류 밀도 대 전압(J-V) 특징 및 외부 양자 효율인 EQE, 스펙트럼을 보여주는 것으로서, 하기 표 7에는 요약이 제시되어 있다. Figure 23 is a buffer layer structure (1) - (3), and the current density vs. voltage (JV) to compare the performance of the device with the features, and as showing the external quantum efficiency of EQE, the spectrum, the following Table 7 summarizes the proposed .

Figure pct00010
Figure pct00010

대조군 전지는 이전 결과와 유사하거나, 또는 그보다 조금 더 우수한 FF = 56% 및 단락 전류 J SC = 13.8 ± 0.4 mA/㎠를 가졌다1. 따라서, 대조군 전지는 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하에 전력 변환 효율인 PCE = 7.1 ± 0.2%를 보였다. 대조군 전지와 비교하였을 때, 대조군 전지와 비교하여, 비로 단지 BPhen:C60(1:1) 필터만을 가지는 전지는 유사한 개방 회로 전압(V OC ) = 0.91 ± 0.01 V를 가졌지만, FF는 폴라론-엑시톤 켄칭 감소에 기인하여 증가된 FF = 62 ± 1%를 가졌다2 ,3. 그러나, 23(b)에 제시된 바와 같이, λ < 420 nm 및 λ > 550 nm에 대한 EQE 감소 결과에 기인하여 J SC = 12.8 ± 0.3 mA/㎠는 약간 더 작았다. 전반적으로, PCE는 1 sun 조명하에서 7.2 ± 0.2%으로 약간 증가하였다. Control cells had a similar to the previous result, or a little better than FF = 56% and the short-circuit current J SC = 13.8 ± 0.4 mA / ㎠ 1. Thus, the control cell showed a power conversion efficiency of PCE = 7.1 ± 0.2% under simulated AM 1.5G, 1 sun illumination. A cell with only a BPhen: C 60 (1: 1) filter, in comparison to a control cell, had a similar open circuit voltage ( V OC ) = 0.91 ± 0.01 V as compared to a control cell, - Increased FF = 62 ± 1% due to reduction of exciton quenching 2 , 3 . However, as shown in Figure 23 (b), due to the reduced EQE results for λ <420 nm and λ> 550 nm J SC = 12.8 ± 0.3 mA / cm2 was slightly smaller. Overall, the PCE slightly increased to 7.2 ± 0.2% under 1 sun illumination.

BPhen:C60/BPhen 화합물 완충제를 가지는 OPV 전지는 FF = 66 ± 1%를 가졌으며, 이는 대조군과 비교하여 18% 개선된 값이었다. 또한, V OC 는 대조군의 경우, 0.91 ± 0.1 V로부터, BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지의 경우, 0.93 ± 0.1 V로 증가되었다. 그러나, J SC 는 13.2 ± 0.4 mA/㎠로 감소되었고, 대조군과 비교하여 5% 감소된 값이었다. 전반적으로, BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 OPV 전지는 시뮬레이션된 AM 1.5G, 1 sun 조명하에서 PCE = 8.1 ± 0.4%를 보였고, 이는 대조군 전지와 비교하여 14% 증가된 값이었다. OPV cells with BPhen: C 60 / BPhen compound buffer had FF = 66 ± 1%, which was 18% improved compared to the control. In addition, V OC was increased from 0.91 ± 0.1 V for the control group to 0.93 ± 0.1 V for the battery with the BPhen: C 60 / BPhen buffer. However, J SC decreased to 13.2 ± 0.4 mA / ㎠ and decreased by 5% compared with the control group. Overall, OPV cells with BPhen: C 60 / BPhen buffer showed PCE = 8.1 ± 0.4% under simulated AM 1.5G, 1 sun illumination, which was 14% higher than the control cell.

도 24에서, 유기 광활성 영역(즉, DBP:C70 혼합된 층 및 순 C70 캡핑 층)의 흡수 효율인 η A 를 전달 행렬 방법4 ,5 및 두 전지 모두에 대한 내부 양자 효율(IQE)을 사용하여 계산하였다. 캡핑 처리된 완충제 전지의 흡수는 앞서 기술된 바와 같이3, BPhen:C60 혼합된 완충제의 흡수에 기인하여 λ = 350 nm 내지 500 nm에서 감소되었다. λ > 500 nm에서, 혼합된 완충제는 투명하였고, 따라서, 두 전지는 거의 동일한 흡수 스펙트럼을 가졌다. 24 , the absorption efficiency ? A of the organic photoactive region (i.e., the DBP: C 70 mixed layer and the net C 70 capping layer) is calculated using the transfer matrix methods 4 and 5 and the internal quantum efficiency (IQE) Respectively. The absorption of the capped buffer cell was reduced at λ = 350 nm to 500 nm due to the absorption of 3 , BPhen: C 60 mixed buffer as described above. At > 500 nm, the mixed buffer was clear, and therefore both cells had approximately the same absorption spectrum.

유사하게, IQE는 BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지의 경우, 대조군 전지와 비교하여 λ = 350 nm 내지 550 nm에서 증가하였다. 예를 들어, BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지의 경우 IQE는 λ = 350 nm 내지 λ= 500 nm에서 EQE ~ 90%를 가졌고, λ= 430 nm에서는 ~100%에 달하였으며, 이는 흡수된 모든 광자가 전극에 의해 수집된 전하 캐리어로 변환되었다는 것을 나타내는 것이다. Similarly, IQE is BPhen: increased from 60 C / BPhen that for the cell having a buffer, λ = 350 nm to 550 nm as compared to the control cells. For example, for a cell with a BPhen: C 60 / BPhen buffer, IQE had ~ 90% EQE at λ = 350 nm to λ = 500 nm and ~100% at λ = 430 nm, Indicating that all of the photons have been converted into charge carriers collected by the electrodes.

0.4 sun 내지 2.7 sun 범위의 광도의 함수로서 BPhen:C60/BPhen 필터링된 전지 및 대조군에 대한 반응도(R) 및 PCE를 연구하였다(도 25). 대조군 전지의 반응도는 0.4 sun에서 R = 14.9 ± 0.4 A/W로부터 2.7 sun에서 13.0 ± 0.4 A/W로 강도가 단조적으로 감소된 반면, 필터링된 전지는 상기와 같은 범위의 태양 농도 상에서 변함없이 그대로 유지되었다. 대조군 전지는 또한 반응도의 단조 감소에 기인하여 25에 제시된 바와 같이 광도가 증가함에 따라 PCE의 롤 오프를 보였다. BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 전지의 PCE는 1 sun에서 최대로 약간 증가하였고, 이어서, 아마도 고광도에서의 이분자 재조합 증진에 의해 유발된 것으로 보이는 FF의 감소에 기인하여 더 높은 광도에서 롤 오프하기 시작하였다. The response ( R ) and PCE for BPhen: C 60 / BPhen filtered cell and control as a function of luminosity in the range of 0.4 sun to 2.7 sun were studied ( Figure 25 ). Response of the control cells whereas at 0.4 sun R = 14.9 ± 0.4 A / from W at 2.7 sun to 13.0 ± 0.4 A / W strength is monotonically decreasing, the filtering cell is invariably on the solar concentration of the range, such as the . The control cell also showed a roll-off of the PCE as brightness increased as shown in Figure 25 due to the reduced monotony of reactivity. The PCE of a cell with BPhen: C 60 / BPhen buffer increased slightly to a maximum of 1 sun, and then rolled off at a higher intensity, possibly due to a decrease in FF , which was probably caused by bispecific enhancement at high light .

또한, BPhen:C60/BPhen 완충제를 가지는 DBP:C70 PM-HJ 전지에서 혼합된 완충제 층의 두께를 가변시켰다. 1 sun 조명 하의 J-V 특징 및 EQE 스펙트럼은 도 26에 제시되어 있고, 디바이스 성능은 하기 표 8에 요약되어 있다. In addition, the thickness of the buffer layer mixed in the DBP: C 70 PM-HJ battery with the BPhen: C 60 / BPhen buffer was varied. JV characteristics and EQE spectra under 1 sun illumination are shown in FIG. 26 , and device performance is summarized in Table 8 below.

Figure pct00011
Figure pct00011

혼합된 완충제의 두께가 증가함에 따라 J SC 는 단조적으로 감소하였다. 26(b)에 제시된 바와 같이, 혼합된 층 두께가 증가함에 따라 EQE는 가시 스펙트럼 간에 걸쳐 감소하였다. V OC 는 혼합된 완충제 층을 포함하지 않는 전지의 경우, 0.91 ± 0.01 V에서부터 10 nm 두께의 혼합된 완충제를 가지는 전지의 경우, 0.93 ± 0.01 V로 약간 증가하였고, 더 두꺼운 혼합된 완충제 층의 경우에는 안전하게 그대로 유지되었다. 표 8에 제시된 바와 같이, 직렬 저항의 증가로 인해, FF는 대조군 전지의 경우, 0.56 ± 0.01로부터 10 nm 두께의 혼합된 완충제의 경우, 0.66 ± 0.01 V로 증가하였고, 이어서, 더 두꺼운 혼합된 완충제의 경우에는 롤 오프하였다.As the thickness of the mixed buffer increased, J SC decreased monotonically. As shown in Figure 26 (b), as the mixed layer thickness increased, the EQE decreased over the visible spectrum. V OC slightly increased from 0.91 ± 0.01 V to 0.93 ± 0.01 V for cells with a mixed buffer of 10 nm thickness for cells without a mixed buffer layer and for thicker mixed buffer layers In a safe manner. As shown in Table 8 , due to the increase in series resistance, the FF increased from 0.56 +/- 0.01 for control cells to 0.66 +/- 0.01 V for mixed buffer of 10 nm thickness, followed by a thicker mixed buffer The roll-off was performed.

한편, C60 및 BPhen 분자의 무작위 분포로서 모델링된 혼합된 층과 함께, 입방 격자에서의 최근접 이웃 호핑 수송의 3D 몬테 카를로 시뮬레이션을 사용하여 혼합된 완충제 층을 통과하는 전하 수송을 모델링하였다. 전하 사이의 쿨롱 상호 작용은 무시하였고, 격자 부위는 인가된 전기장에 의해 부과된 에너지 차 이외에, 등에너지인 것으로 가정하였다. 부위 사이의 상대적인 호핑 확률은 밀러-에이브러햄스(Miller-Abrahams) 식에 따라 계산하였다. 모델의 각 시간 단계 동안, 전하는 호핑을 위해 상대적인 호핑 확률에 의해 가중화된, 무작위 최근접 이웃을 선택하였다. 선택 부위가 BPhen 분자를 함유한 경우, 전하는 대신 상기 단계 동안 정지 상태 그대로 유지하였다. 혼합된 층 및 순 층에서의 전하 거동은 다른 경우에는 동일하였다. On the other hand, with the mixed layer modeled as a random distribution of C 60 and BPhen molecules, the charge transport through the mixed buffer layer was modeled using a 3D Monte Carlo simulation of nearest neighbor hopping transport in the cubic lattice. The Coulomb interaction between charges is neglected and the lattice region is assumed to be a backlight, in addition to the energy difference imposed by the applied electric field. The relative hopping probability between sites was calculated according to the Miller-Abrahams equation. During each time step of the model, the charge selected random nearest neighbors weighted by the relative hopping probability for hopping. If the selected site contained a BPhen molecule, the charge was kept stationary during this step instead. Charge behaviors in the mixed and net layers were the same in all other cases.

부위의 100x100 시뮬레이션된 격자의 한쪽 측 상에 전하를 주입하고, 전기장하에서 전하가 반대쪽으로부터 탈출하는 데 소요되는 시간을 측정함으로써 상이한 두께에 대한 추출 시간 중앙값을 계산하였다. 도 27은 혼합된 층 두께의 함수로서 추출 시간 중앙값 대 전기장을 보여주는 것이다. 혼합된 층의 주어진 두께에 대하여, 전기장은 혼합된 층에서 전하 수송을 가속화시켰고, 이로써, 전기장이 증가함에 따라 추출 시간 중앙값은 단축되었다. 혼합된 완충제 두께가 증가함에 따라, 전하가 혼합된 층을 통과하는 데 더 장시간이 소요되었다. 따라서, 추출 시간 중앙값은 혼합된 층 두께가 증가할수록 더 장기화되었다.The median extraction time for different thicknesses was calculated by injecting charge on one side of a 100x100 simulated lattice of the site and measuring the time it takes for the charge to escape from the opposite side under an electric field. Figure 27 shows the extraction time median vs. electric field as a function of mixed layer thickness. For a given thickness of the mixed layer, the electric field accelerated the charge transport in the mixed layer, thereby shortening the extraction time median as the electric field increased. As the mixed buffer thickness increased, it took a longer time for the charge to pass through the mixed layer. Thus, the median extraction time was longer as the mixed layer thickness increased.

모델의 예측 결과를 테스트하기 위해, 표 8에 제시된 바와 같은, 암실에서의 J-V 특징을 피팅함으로써 수득된 직렬 저항을, 혼합된 층 두께가 상이한 PM-HJ 전지에 대한 모델링으로부터 얻은 값과 비교하였다. 두께가 상이한 혼합된 층ㅢ 이동도를 추출 시간의 전기장 의존도로부터 계산하였고, 시뮬레이션된 층의 유효 이동도는 모두 4.7x10-3/V· s인 것으로 나타났고, 여기서, 1/전기장 의존도=추출 시간이었다. 이로써, 도 27의 삽도에 제시된 바와 같이, 층의 저항은 두께에 대하여 선형 방식으로 의존하여야 한다는 것으로 예측되었다. 1:1 혼합된 완충제 층의 예측 이동도는 유기물의 경우, 상대적으로 높은 순수한 C60보다 단지 10배 더 작았고, 이를 통해 상기 층이 어떻게 순 층으로 전하를 효율적으로 추출할 수 있는지 설명되었다. 이전 시뮬레이션에서 제시된 바와 같이, 상기 층은 엑시톤을 차단시키는 데 있어 효율적이었으며, 이로써 엑시톤 및 폴라론을 공간적으로 분리시켜 켄칭을 억제시켰다. To test the predicted results of the model, the series resistance obtained by fitting the JV feature in the darkroom, as shown in Table 8 , was compared to the value obtained from modeling for PM-HJ cells with different mixed layer thicknesses. The mixed layer mobility with different thicknesses was calculated from the electric field dependence of the extraction time and the effective mobility of the simulated layer was found to be 4.7 × 10 -3/ V · s , where 1 / electric field dependence = extraction It was time. Thus, the resistance layer as set forth in sapdo of Figure 27 that was expected to be about the thickness depends in a linear manner. The predicted mobility of the 1: 1 mixed buffer layer was only 10 times less than the relatively high pure C 60 for organic materials, thereby explaining how the layer could efficiently extract charge into the innermost layer. As suggested in previous simulations, the layer was efficient in blocking the excitons, thereby spatially separating the excitons and polarons to inhibit quenching.

실시예 20 Example 20

도 28에 제시된 바와 같은 디바이스를 예시된 바와 같이 제작하였다. 전체 구조는 유리 기판/ITO (100 nm)/MoO3(100 nm)/완충제 1/DBP(20 nm)/C60(40 nm)/완충제 2/Ag(100 nm)이었고, 여기서, 완충제 1 및 완충제 2 및 상응하는 측정된 효율 파라미터는 하기 표 9에 제시되어 있다. 28(a)는 1 sun 시뮬레이션된 AM 1.5G 조명하에서의 조명에 대한 J-V를 보여주는 것이고, 여기서, 삽도는 NPD를 보여주는 것이며, (b)는 DBP 및 C60 및 다양한 완충제로 구성된 활성층을 가지는 OPV 전지에 대한 외부 양자 효율을 보여주는 것이다. The device as shown in Fig . 28 was fabricated as illustrated. The overall structure was glass substrate / ITO (100 nm) / MoO 3 (100 nm) / Buffer 1 / DBP (20 nm) / C 60 (40 nm) / Buffer 2 / Ag (100 nm) Buffer 2 and the corresponding measured efficiency parameters are shown in Table 9 below. Figure 28 (a) shows the JV for illumination under 1 sun simulated AM 1.5G illumination, where the illustration shows NPD, (b) shows an OPV cell with DBP and C 60 and an active layer composed of various buffers Lt; RTI ID = 0.0 &gt; quantum efficiency. &Lt; / RTI &gt;

Figure pct00012
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각 필터에 대한 두께, 조성, 및 효율 파라미터 측정치는 표 9에 제시되어 있다. 참조와 비교하였을 때, 필터로서 NPD의 순 층을 포함한 경우, FF의 하락과 함께 JSC는 유의적으로 증가하였다. NPD와 함께 DBP의 1:1 블렌드로 구성된 필터를 사용한 것은 참조 디바이스와 비교하였을 때, 여전히 JSC도 개선시키면서, NPD만을 단독으로 사용한 것과 비교하였을 때 FF를 개선시키는 역할을 하였다. 캐소드에서 전자 필터와 함께, NDP:DBP 정공 필터는 PCE를 10% 증가시켰다. The thickness, composition, and efficiency parameter measurements for each filter are shown in Table 9 . Compared with the reference, when the NP layer of NPD was included as a filter, J SC increased significantly with the decrease of FF. The use of a filter consisting of a 1: 1 blend of DBP with NPD improved the FF when compared to reference devices, while still improving J SC , compared to using only NPD alone. With the electronic filter at the cathode, the NDP: DBP hole filter increased the PCE by 10%.

실시예Example 21 21

도 30에 나타낸 디바이스를 예시적으로 제작하였다. 전체 구조는 유리 기판/ITO/MoO3 (10nm)/DBP:C70(1:8)(54 nm)/C70 (9 nm)/완충제/Al(100 nm)이었다. 디바이스를 상업적으로 구입한 사전-패턴화된 ITO 기판 상에서 성장시켰다. 기판을 용매 및 UV-오존 시스템을 사용하여 세정하였다. 유기층, 금속 산화물, 및 캐소드를 0.1 nm/초의 속도로 열 증착기에서 증착시켰다. 디바이스 주변에 에폭시층을 배치하고 상면 상의 유리 슬라이드를 압착시켜 디바이스를 밀봉시켰다. 에폭시를 UV 경화시켰다. The device shown in Fig . 30 was manufactured by way of example. The overall structure was glass substrate / ITO / MoO 3 (10 nm) / DBP: C 70 (1: 8) (54 nm) / C 70 (9 nm) / buffer / Al (100 nm). The devices were grown on commercially purchased pre-patterned ITO substrates. The substrate was cleaned using a solvent and a UV-ozone system. The organic layer, the metal oxide, and the cathode were deposited in a thermal evaporator at a rate of 0.1 nm / sec. An epoxy layer was placed around the device and the glass slide on the top surface was squeezed to seal the device. The epoxy was UV cured.

하나의 디바이스에서, 완충제 층은 BPhen:C60 (1:1)(10 nm)와 BPhen 캡 층(5 nm)의 혼합된 층이었다. 다른 디바이스에서, 완충제 층은 TPBI:C70 (1:1) (10 nm)와 TPBi 캡 층(3 nm)과의 혼합된 층이었다. 하기 표 10에 열거된 것 및 상기 논의된 것과 같은 다른 넓은 에너지 갭 물질이 사용될 수 있음을 주지한다.In one device, the buffer layer was a mixed layer of BPhen: C 60 (1: 1) (10 nm) and BPhen cap layer (5 nm). In another device, the buffer layer was a mixed layer of TPBI: C 70 (1: 1) (10 nm) and TPBi cap layer (3 nm). It is noted that other broad energy gap materials such as those listed in Table 10 below and discussed above may be used.

증가된 온도에서 수명을 시험하기 위해서, 디바이스를 인쇄 회로 기판으로부터 제조된 캐리어 기판 상에 배치하였다. 접점을 납땜하였다. 전체 디바이스 면적에 열을 분포시키기 위한 저항 히터를 갖는 디바이스에 구리 플레이트를 부착시켰다. 열전대를 사용하여 온도를 측정하였다. 디바이스를 크세논 아크-램프를 사용하여 1000W/m2로 비추었고, Matlab 프로그램으로 조절되는 전류-전압 공급원 미터기를 사용하여 매30분마다 측정하였다. To test the lifetime at increased temperature, the device was placed on a carrier substrate made from a printed circuit board. The contacts were soldered. A copper plate was attached to a device having a resistance heater for distributing heat across the entire device area. The temperature was measured using a thermocouple. The device was illuminated at 1000 W / m &lt; 2 &gt; using a xenon arc-lamp and measured every 30 minutes using a current-voltage source meter controlled by a Matlab program.

도 31a-c는 다양한 온도에서의 BPhen을 이용한 디바이스에 대한 정규화된 성능 값을 나타내며, 도 32a-d는 다양한 온도에서의 TPBi를 이용한 디바이스에 대한 정규화된 성능 값을 나타낸다. 도 31a-c32a-d에 나타난 바와 같이, 이들 각각의 Tg로 나타나는 바와 같은 TPBi에 대해 비교되는 BPhen의 형태적 불안정성으로 인해, BPhen를 사용하는 디바이스의 성능은 특히 온도가 증가함에 따라 TPBi를 사용하여 디바이스보다 시간에 걸쳐 상당하게 빠르게 저하되었다. Figures 31a-c show normalized performance values for devices using BPhen at various temperatures, and Figures 32a-d show normalized performance values for devices using TPBi at various temperatures. Due to the morphological instability of BPhen compared to TPBi as shown by these respective Tg's, as shown in Figs. 31a-c and 32a-d , the performance of the device using BPhen increases with TPBi Using the device degraded considerably faster over time.

Figure pct00013
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실시예Example 22 22

도 33에서 나타난 디바이스를 실시예 21에 기재된 동일한 기술을 사용하여 예시적으로 제작하였다. 전체 구조는 나타난 바와 같이 다양한 완충제 층을 갖는 유리 기판/ITO/MoO3(10nm)/C70:DBP(8:1)(54 nm)/C70 (9 nm)/완충제(15 nm)/Al(100 nm)이었고, 완충제 층은 넓은 에너지 갭 물질 및 전자 전도성 물질의 혼합된 층을 갖고, 넓은 에너지 갭 물질의 캡 층을 포함한다. 상기 논의된 것과 같은 다른 넓은 에너지 갭 물질이 사용될 수 있음을 주지한다. 도 33은 BPhen보다 더 높은 Tg를 갖는 상이한 넓은 에너지 갭 물질, 즉, BAlq, 3TPYMB, 및 TPBi를 각각 사용하는 3개의 디바이스와 비교하여 완층제층에서 BPhen를 사용하는 디바이스의 55℃에서의 상대적인 정규화된 전력 변환 효율을 나타낸다. The device shown in Fig. 33 was made illustratively using the same technique described in Example 21. The overall structure is as shown in Table 1 , with glass substrate / ITO / MoO 3 (10 nm) / C 70 : DBP (8: 1) (54 nm) / C 70 (9 nm) / buffer (100 nm), and the buffer layer has a wide energy gap material and a mixed layer of an electron conductive material, and includes a cap layer of a wide energy gap material. It is noted that other wide energy gap materials such as those discussed above may be used. Figure 33 shows the relative normalization at 55 [deg.] C of a device using BPhen in a full layer compared to three devices using different wide energy gap materials with higher T g than BPhen, i.e., BAlq, 3TPYMB, and TPBi, Power conversion efficiency.

도 33에 나타난 바와 같이, 디바이스 성능은 BPhen보다 높은 Tg를 갖는 넓은 에너지 갭 물질을 갖는 혼합된 완층제층을 포함하는 디바이스에 대해 시간에 걸쳐 상당하게 덜 감소되었다. 다른 넓은 에너지 갭 물질 - Alq3 및 BP4mPy -의 분자 구조와 함께 이러한 물질의 분자 구조는 도 34-38에 나타나 있다.As shown in Figure 33 , the device performance was considerably less over time for a device comprising a mixed fill layer having a broad energy gap material with a higher Tg than BPhen. Other large energy gap materials - Alq 3 and BP4mPy - a molecular structure of such materials with a molecular structure of are shown in Figure 34-38.

도 39-41은 C70 및 각각 TPBi, 3TPYMB, 및 BAlq 중 하나를 포함하는 혼합된 완충제를 갖는 디바이스에 대해 55℃에서의 시간에 걸친 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다. 나타난 바와 같이, TPBi, 3TPYMB, 및 BAlq 중 하나를 포함하는 디바이스의 정규화된 성능 값(예를 들면, PCE, VOC, FF, 및 R에 기초함)은 BPhen을 포함하는 디바이스의 성능(도 31a-c도 33에 나타난 BPhen 디바이스의 성능)과 비교하여 시간에 걸쳐 상당하게 높게 유지되었다. Figures 39-41 show normalized reactivity, fill factor, V OC , and PCE over time at 55 ° C for devices with C 70 and mixed buffers containing one of TPBi, 3TPYMB, and BAlq, respectively. The normalized performance values of the device comprises one of, TPBi, 3TPYMB, and BAlq as shown performance of the device that includes a (e.g., PCE, based also on V OC, FF, and R) is BPhen (Fig. 31a -c and the performance of the BPhen device shown in Figure 33 ).

실시예Example 23 23

도 42에 나타난 디바이스를 실시예 21에 기재된 동일한 기술을 사용하여 예시적으로 제작하였다. 전체 구조는 유리 기판/ITO(160 nm)/MoO3 (10nm)/C70:DBP(8:1)(54 nm)/C70(9 nm)/3TPYMB:C60(1:1)(10 nm)/Al(100 nm)이었다. 3TPYMN:C60의 10 nm 층은 넓은 에너지 갭 물질 3TPYMB (3TPYMB의 Tg

Figure pct00014
106℃)을 포함하는 완충제 층이었다. 증가된 온도에서의 디바이스의 수명을 실시예 21에 기재된 것과 동일한 기술을 사용하여 시험하였다. 도 43-46은 각각 55℃, 70℃, 85℃, 및 100℃에서의 도 42의 디바이스에 대한 시간에 걸친 정규화된 반응도, 필 팩터, VOC, 및 PCE를 나타낸다. The device shown in Fig. 42 was made illustratively using the same technique described in Example 21. The entire structure of glass substrate / ITO (160 nm) / MoO 3 (10nm) / C 70: DBP (8: 1) (54 nm) / C 70 (9 nm) / 3TPYMB: C 60 (1: 1) (10 nm) / Al (100 nm). 3TPYMN: C 10 nm of layer 60 is a wide bandgap material 3TPYMB (the T g 3TPYMB
Figure pct00014
106 &lt; 0 &gt; C). The lifetime of the device at the increased temperature was tested using the same technique as described in Example 21. Figures 43-46 show the normalized reactivity, fill factor, V OC , and PCE over time for the device of Figure 42 at 55 ° C, 70 ° C, 85 ° C, and 100 ° C, respectively.

Claims (20)

유기 감광성 광전자 디바이스로서,
애노드 및 캐소드를 포함하는 중첩된 관계의 2개의 전극;
공여체-수용체 이종접합을 형성하는 2개의 전극 사이에 배치된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 광활성 영역으로서, 여기서 하나 이상의 수용체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOAcc) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOAcc)을 가지고, 하나 이상의 공여체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOdon) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOdon)를 가지는 광활성 영역; 및
캐소드 및 하나 이상의 수용체 물질 사이에 배치된 엑시톤-차단 전자 필터로서, 여기서 전자 필터는 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함하고, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은,
- LUMOAcc보다 작거나, 또는 그와 동일한 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOCS-WG);
- HOMOAcc보다 크거나, 그와 동일하거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 작은 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOCS - WG); 및
- HOMOAcc-LUMOACC 에너지 갭보다 넓은 HOMOCS - WG-LUMOCS - WG 에너지 갭
을 가지고;
하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 85℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 엑시톤-차단 전자 필터
를 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.
An organophotoreceptive optoelectronic device,
Two electrodes in an overlapping relationship comprising an anode and a cathode;
A photoactive region comprising at least one donor material and at least one acceptor material disposed between two electrodes forming a donor-acceptor heterojunction, wherein the at least one acceptor material has a lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO Acc ) and a peak At least one donor material having an occupied molecular orbital energy level (HOMO Acc ), a photoactive region having a lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO don ) and a highest occupied molecular orbital energy level (HOMO don ); And
An exciton-blocking electronic filter disposed between the cathode and the at least one receiver material, wherein the electronic filter comprises a mixture comprising at least one of a wide energy gap material on the cathode side and one or more electronically conductive materials, The energy gap material,
- lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO CS-WG ) less than or equal to LUMO Acc ;
- the highest occupied molecular orbital energy level (HOMO CS - WG ) that is greater than, equal to, or less than, 0.3 eV HOMO Acc ; And
- HOMO Acc -LUMO ACC wider than the energy gap of HOMO CS - WG -LUMO CS - WG Energy Gap
To have;
The wide energy gap material on at least one cathode side is an exciton-blocking electronic filter having a glass transition temperature of &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 85 C &
/ RTI &gt;
제1항에 있어서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(BP4mPy), 2,2',2"-(1,3,5-벤지네트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸)(TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(BAlq), 트리스(8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란(3TPYMB), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-MPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디(비페닐-4-일)피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PhPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PyCN), 6,60-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-4-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-6-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNT), 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.The method of claim 1, wherein the wide energy gap material on at least one cathode side is selected from the group consisting of 3,3 ', 5,5'-tetra [(m-pyridyl) (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), bis (2-methyl-8- quinolinolate) - Aluminum (Alq3), tris (2,4,6-trimethyl-3- (pyridin-3-yl) phenyl) borane (3TPYMB), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-dip-tolylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (M-PhPyCN), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-di (biphenyl-4-yl) pyridine-3,5-dicarbonitrile) Phenyl-4-p-tolylnicotinonitrile) (p-tert-butylphenol) An organic photosensitive photoelectron including a material selected from 4,4'- (PPtNN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2-phenyl-6-p- tolylnicotinonitrile) device. 제1항에 있어서, 넓은 에너지 갭 물질은 85-200℃의 유리 전이 온도를 가지는 유기 감광성 광전자 디바이스.The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein the broad energy gap material has a glass transition temperature of 85-200 占 폚. 제1항에 있어서, 넓은 에너지 갭 물질은 100-165℃의 유리 전이 온도를 가지는 유기 감광성 광전자 디바이스.The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein the broad energy gap material has a glass transition temperature of 100-165 &lt; 0 &gt; C. 제1항에 있어서, HOMOCS - WG는 HOMOAcc보다 크고, LUMOCS - WG는 LUMOAcc보다 작은 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein HOMO CS - WG is greater than HOMO Acc and LUMO CS - WG is less than LUMO Acc . 제1항에 있어서, LUMOEC는 LUMOAcc와 동일한 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.2. The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein LUMO EC is equal to LUMO Acc . 제1항에 있어서, LUMOEC는 LUMOAcc보다 큰 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.2. The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein the LUMO EC is greater than the LUMO Acc . 제1항에 있어서, LUMOCS - WG는 LUMOEC보다 작은 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein LUMO CS - WG is smaller than LUMO EC . 제1항에 있어서, 하나 이상의 수용체 물질은 서브프탈로시아닌, 서브나프탈로시아닌, 디피린 복합체, BODIPY 복합체, 페릴렌, 나프탈렌, 플러렌, 작용화된 플러렌 유도체, 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.The method of claim 1, wherein the at least one receptor material is selected from the group consisting of subphthalocyanine, subnaphthalocyanine, dipyrin complex, BODIPY complex, perylene, naphthalene, fullerene, functionalized fullerene derivatives, A photosensitive optoelectronic device. 제9항에 있어서, 하나 이상의 수용체 물질은 플러렌으로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.10. An organic photosensitive optoelectronic device according to claim 9, wherein the at least one receptor material comprises a material selected from fullerenes. 제1항에 있어서, 하나 이상의 전자 전도성 물질은 서브프탈로시아닌, 서브나프탈로시아닌, 디피린 복합체, BODIPY 복합체, 페릴렌, 나프탈렌, 플러렌, 작용화된 플러렌 유도체, 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.The method of claim 1, wherein the at least one electron conductive material comprises a material selected from subphthalocyanine, subnaphthalocyanine, dipyrin complex, BODIPY complex, perylene, naphthalene, fullerene, functionalized fullerene derivatives, Organic photosensitive optoelectronic devices. 제1항에 있어서, 하나 이상의 수용체 물질 및 하나 이상의 전자 전도성 물질은 동일한 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 1, wherein the at least one receptor material and the at least one electron conductive material comprise the same material. 유기 감광성 광전자 디바이스로서,
애노드 및 캐소드를 포함하는 중첩된 관계의 2개의 전극;
공여체-수용체 이종접합을 형성하는 2개의 전극 사이에 배치된 하나 이상의 공여체 물질 및 하나 이상의 수용체 물질을 포함하는 광활성 영역으로서, 여기서 하나 이상의 공여체 물질은 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOdon) 및 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOdon)을 가지는 광활성 영역; 및
애노드 및 하나 이상의 공여체 물질 사이에 배치된 엑시톤-차단 정공 필터로서, 여기서 정공 필터는 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질 및 하나 이상의 정공 전도성 물질을 포함하는 혼합물을 포함하고, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은,
- HOMOdon보다 크거나, 또는 그와 동일한 최고 점유 분자 오비탈 에너지 준위(HOMOAS-WG);
- LUMOdon보다 작거나, 그와 동일하거나, 또는 그보다 0.3 eV 이내로 더 큰 최저 비점유 분자 오비탈 에너지 준위(LUMOAS - WG); 및
- HOMOdon-LUMOdon 에너지 갭보다 넓은 HOMOAS - WG-LUMOAS - WG 에너지 갭
을 가지고;
여기서, 하나 이상의 애노드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 85℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 엑시톤-차단 정공 필터
를 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.
An organophotoreceptive optoelectronic device,
Two electrodes in an overlapping relationship comprising an anode and a cathode;
A photoactive region comprising at least one donor material and at least one donor material disposed between two electrodes forming a donor-acceptor heteromeric junction, wherein the at least one donor material has a lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO don ) and a peak A photoactive region having an occupied molecular orbital energy level (HOMO don ); And
An exciton-blocking hole filter disposed between the anode and the at least one donor material, wherein the hole filter comprises a mixture comprising at least one of a wide energy gap material at the anode side and at least one hole-conducting material, The energy gap material,
- greater than the HOMO don, or the same highest occupied molecular orbital energy levels (HOMO AS-WG) therewith;
- the lowest unoccupied molecular orbital energy level (LUMO AS - WG ) that is less than, equal to, or within 0.3 eV of LUMO don ; And
- don -LUMO don HOMO energy gap wider than the HOMO AS - AS -LUMO WG - WG energy gap
To have;
Here, the wide energy gap material on at least one anode side is an exciton-blocking hole filter having a glass transition temperature of 85 DEG C or higher
/ RTI &gt;
제13항에 있어서, 하나 이상의 캐소드 측의 넓은 에너지 갭 물질은 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐(BP4mPy), 2,2',2"-(1,3,5-벤지네트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸)(TPBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄(BAlq), 트리스(8-하이드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란(3TPYMB), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-딥-톨릴피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-MPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디(비페닐-4-일)피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PhPyCN), 4,40-(1,3-페닐렌)비스(2,6-디페닐피리딘-3,5-디카르보니트릴)(m-PyCN), 6,60-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-4-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNN), 4,40-(1,4-페닐렌)비스(2-페닐-6-p-톨릴니코티노니트릴)(p-PPtNT), 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The method of claim 13, wherein the broad energy gap material on at least one cathode side is selected from the group consisting of 3,3 ', 5,5'-tetra [(m-pyridyl) (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), bis (2-methyl-8- quinolinolate) - Aluminum (Alq3), tris (2,4,6-trimethyl-3- (pyridin-3-yl) phenyl) borane (3TPYMB), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-dip-tolylpyridine-3,5-dicarbonitrile) (M-PhPyCN), 4,40- (1,3-phenylene) bis (2,6-di (biphenyl-4-yl) pyridine-3,5-dicarbonitrile) Phenyl-4-p-tolylnicotinonitrile) (p-tert-butylphenol) An organic photosensitive photoelectron including a material selected from 4,4'- (PPtNN), 4,40- (1,4-phenylene) bis (2-phenyl-6-p- tolylnicotinonitrile) device. 제13항에 있어서, 넓은 에너지 갭 물질은 85-200℃의 유리 전이 온도를 가지는 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The organophotoreceptor optoelectronic device of claim 13, wherein the wide energy gap material has a glass transition temperature of from 85 占 폚 to 200 占 폚. 제13항에 있어서, HOMOAS - WG는 HOMOdon보다 크고, LUMOAS - WG는 LUMOdon보다 작은 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The organic photosensitive optoelectronic device of claim 13, wherein the HOMO AS - WG is greater than the HOMO don and the LUMO AS - WG is less than the LUMO don . 제13항에 있어서, HOMOHC는 HOMOdon와 동일하거나 그보다 작은 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 13, wherein the HOMO HC is equal to or less than HOMO don . 제13항에 있어서, HOMOAS - WG는 HOMOHC보다 큰 것인 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The organic photosensitive optoelectronic device according to claim 13, wherein the HOMO AS - WG is larger than the HOMO HC . 제13항에 있어서, 하나 이상의 공여체 물질은 프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 메로시아닌 염료, 붕소-디피로메텐(BODIPY) 염료, 티오펜, 저 밴드-갭 중합체, 폴리아센, 디인데노페릴렌(DIP), 스쿠아레인(SQ) 염료, 테트라페닐디벤조페리플란텐(DBP), 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.14. The method of claim 13, wherein the at least one donor material is selected from the group consisting of phthalocyanine, subphthalocyanine, naphthalocyanine, merocyanine dye, boron-dipyrromethene (BODIPY) dye, thiophene, (DIP), squalaine (SQ) dyes, tetraphenyldibenzopiperflanthene (DBP), and derivatives thereof. 제13항에 있어서, 하나 이상의 정공 전도성 물질은 프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 메로시아닌 염료, 붕소-디피로메텐(BODIPY) 염료, 티오펜, 저 밴드-갭 중합체, 폴리아센, 디인데노페릴렌(DIP), 스쿠아레인(SQ) 염료, 테트라페닐디벤조페리플란텐(DBP), 및 이들의 유도체로부터 선택되는 물질을 포함하는 유기 감광성 광전자 디바이스.The method of claim 13, wherein the at least one hole-conducting material is selected from the group consisting of phthalocyanine, subphthalocyanine, naphthalocyanine, merocyanine dye, boron-dipyrromethene (BODIPY) dye, thiophene, Wherein the organic photoconductive device comprises a material selected from the group consisting of diallyl (DIP), squalane (SQ) dyes, tetraphenyldibenzopiperflanthene (DBP), and derivatives thereof.
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