MX2007006185A - Dispositivo organico fotosensible optoelectronico que tiene una capa de bloqueo de excitones de fenantrolina. - Google Patents
Dispositivo organico fotosensible optoelectronico que tiene una capa de bloqueo de excitones de fenantrolina.Info
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Abstract
Se describe un dispositivo organico fotosensible optoelectronico, que tiene un anodo, un catodo, y una capa de bloqueo organica entre el anodo y el catodo, en donde la capa de bloqueo comprende un derivado de fenantrolina, y bloque por lo menos parcialmente por lo menos uno de excitones, electrones y huecos.
Description
DISPOSITIVO ORGÁNICO FOTOSENSIBLE OPTOELECTRÓNICO QUE TIENE UNA CAPA DE BLOQUEO DE EXCITONES DE FENANTROLINA
Campo de la invención
La presente invención se relaciona en general con los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos . Más específicamente, se refiere a dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos, por ejemplo, células solares y fotodectores de espectro visible, que tienen una capa de bloqueo de excitones, que comprenden un derivado de fenantrolina .
Antecedentes de la invención
Los dispositivos optoelectrónicos se basan en las propiedades ópticas y electrónicas de materiales para producir o detectar electrónicamente la radiación electromagnética o para generar electricidad a partir de la radiación electromagnética.
Los dispositivos fotosensibles optoelectrónicos convierten la radiación electromagnética en una señal eléctrica o en electricidad. Las células solares, también llamadas dispositivos fotovoltaicos ("PV") , son un tipo de dispositivo fotosensible optoelectrónico que se usa específicamente para
r i generar energía eléctrica. Las células fotoconductoras son un tipo de dispositivo fotosensible optoelectrónico que se usan en conjunto con el circuito de detección de señales que monitorea la resistencia del dispositivo para detectar cambios 5 debido a la luz absorbida. Los fotodetectores, que pueden recibir una tensión de polarización aplicada, son un tipo de dispositivo fotosensible optoelectrónico que se usan en conjunto con circuitos detectores de corriente que miden la corriente generada cuando el fotodetector se expone a la 10 radiación electromagnética.
Estas tres clases de dispositivos fotosensibles optoelectrónicos pueden caracterizarse según si está presente una unión rectificadora definida a continuación y también
15 según si el dispositivo se opera con una tensión aplicada externa, también denominada polarización o tensión de polarización, una célula fotoconductora no tiene una unión rectificadora y normalmente se opera con una polarización. Un dispositivo PV tiene al menos una unión rectificadora y se
20 opera sin ninguna polarización. Un fotodetector tiene al menos una unión rectificadora y generalmente pero no siempre se opera con una polarización. Como se utiliza aqui, el término "rectificador" indica, entre otros, que una interconexión tiene una característica de
25 conducción asimétrica, es decir, la interconexión soporta el
transporte de energía electrónica preferentemente en una dirección. El término "semiconductor" indica materiales que conducen electricidad cuando los portadores de carga son inducidos por excitación térmica o electromagnética. El término "fotoconductor" generalmente se relaciona con el proceso en el cual la energía radiante electromagnética se absorbe y se convierte asi en energía de excitación de los portadores de carga eléctrica de manera tal que los portadores pueden conducir, de manera tal que los portadores puedan conducir (es decir, transportar) la carga eléctrica en un material. El término "material fotoconductor" se refiere a materiales semiconductores que se utilizan por su propiedad de absorción de la radiación electromagnética para generar portadores de carga eléctrica. Como se utiliza aqui, "superior" significa más alejado del sustrato, mientras que "inferior" significa más cerca del sustrato. Puede haber capas intervinientes, a menos que se especifique que la primera capa está "en contacto fisico con" la segunda capa.
Cuando la radiación electromagnética de una energía apropiada es incidente sobre un material semiconductor orgánico, se puede absorber un fotón para producir un estado molecular excitado. En los materiales orgánicos fotosensibles, el estado molecular generado en general se considera que es un "excitón", es decir un par de electrón y hueco en un estado
unido que se transporta como una cuasiparticula. Un excitón puede tener una vida útil apreciable antes de la recombinación geminada ("enfriamiento") , que se refiere al electrón y al hueco originales que se reco binan uno con otro (por oposición a la recombinación con huecos o electrones de otros pares) . Para producir una corriente fotoeléctrica, el electrón y el hueco que forman el excitón generalmente se separan en una unión rectificadora.
En el caso de los dispositivos fotosensibles, la unión rectificadora se denomina heterounión fotovoltaica. Los tipos de heterouniones fotovoltaicas orgánicas incluyen una heterounión de donador y aceptor, formada como una interconexión de un material donador y un material aceptor, y una heterounión de barrera de Schottky, formada en la interconexión de un material fotoconductor y un metal .
La Figura 1 es un diagrama de nivel de energía que ilustra un ej-emplo de una heterounión de donador y aceptor. En el contexto de los materiales orgánicos, los términos "donador" y "aceptor" se refieren a posiciones relativas de los niveles de energía del Orbital Molecular Ocupado Más Alto ("HOMO") o del Orbital Molecular Desocupado Más Bajo ("LUMO") de dos materiales orgánicos en contacto, pero diferentes. Si un nivel de energía de LUMO de un material en contacto con otro es más
bajo, entonces ese material es un aceptor. De lo contrario es un donador. Es energéticamente favorable que, en la ausencia de una polarización externa, los electrones que están en una unión de donador y aceptor se muevan al material aceptor.
Como se utiliza aqui, un primer nivel de energía de HOMO o LUMO es "mayor que" o "más alto que" un segundo nivel de energía de HOMO o LUMO si el primer nivel de energía está más próximo al nivel de energía de vacío 10. Un nivel de energía de HOMO más alto corresponde a un potencial de ionización ("IP") que tiene una energía absoluta más pequeña en relación con un nivel de vacío. En forma similar, un nivel de energía de LUMO más alto corresponde a una afinidad al electrón ("EA") que tiene una energía absoluta más pequeña en relación con el nivel de vacio. En un diagrama de nivel de energía convencional, con el nivel de vacío arriba, el nivel de energía de LUMO de un material es más alto que el nivel de energía de HOMO del mismo material.
Después de la absorción de un fotón 6 en el donador 152 o el aceptor 154 crea un excitón 8, el excitón 8 se disocia en la interconexión rectificadora. El donador 152 transporta el hueco (círculo abierto) y el aceptor 154 transporta el electrón (circulo oscuro) .
Una propiedad significativa de los semiconductores orgánicos es la movilidad del portador. La movilidad mide la facilidad con la cual un portador de carga puede moverse a través un material conductor en respuesta a un campo eléctrico. En el contexto de los dispositivos orgánicos fotosensibles, un material que conduce preferentemente por electrones debido a una alta movilidad de electrones puede denominarse un material de transporte de electrones. Un material que conduce preferentemente por huecos debido a una alta movilidad de huecos puede denominarse material de transporte de huecos. Una capa que conduce preferentemente por electrones debido a una alta movilidad y/o posición en el dispositivo, denominarse capa de transporte de electrones ("ETL") . Una capa que conduce preferentemente por huecos, debido a una alta movilidad y/o posición en el dispositivo, puede denominarse capa de transporte de huecos, ("HTL") . Preferentemente, pero no necesariamente, un material aceptor es un material de transporte de electrones y un material donador es un material de transporte de huecos .
El modo de formar un par de dos materiales fotoconductores orgánicos para que sirvan como un donador y un aceptor en una heterounión fotovoltaica basada en las movilidades del portador y en relación con los niveles de HOMO y LUMO, es conocido en el arte y no nos referiremos a él aquí.
Como se utiliza aquí, el término "orgánico" incluye materiales poliméricos así como materiales orgánicos de molécula pequeña que se pueden usar para fabricar dispositivos orgánicos optoelectrónicos . "Molécula pequeña" se refiere a todo material orgánico que no se un polímero, y las "moléculas pequeñas" pueden en realidad ser bastante grandes. Las moléculas pequeñas pueden incluir unidades de repetición en algunas circunstancias. Por ejemplo, el uso de un grupo alquilo de cadena larga como sustituyente no quita a una molécula de la clase de "molécula pequeña". Las moléculas pequeñas también pueden incorporarse en polímeros, por ejemplo, como un grupo pendiente sobre una cadena principal del polímero o como parte de la cadena principal . Las moléculas pequeñas pueden servir también como el grupo central de un dendrímero, que comprende una serie de cápsulas químicas construidas sobre el grupo central. El grupo central de un dendrímero puede ser un emisor de moléculas pequeñas fluorescente o fosforescente. Un dendrímero puede ser una "molécula pequeña". En general, una molécula pequeña tiene una fórmula química definida con un peso molecular que es el mismo de una molécula a otra, mientras que un polímero tiene una
" fórmula química definida con un peso molecular que puede variar de una molécula a otra. Como se utiliza en la presente,
"orgánico" incluye complejos de metales de hidrocarbilo y ligandos de hidrocarbilo sustituidos con heteroátomos.
Para una explicación y descripción de antecedentes adicional del estado del arte para dispositivos orgánicos fotosensibles, que incluye su construcción general, características, materiales y rasgos, la Patente Estadounidense N° 6.657.378 de Forrest et al, la patente estadounidense N° 6.580.027 de Forrest et al y la patente estadounidense N° 6.352.777 de Bulovic et al se incorporan en la presente como referencia.
Extracto de la invención
La presente invención se refiere a dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos que comprenden un ánodo, un cátodo, y una capa de bloqueo orgánica entre el ánodo y el cátodo, en donde la capa de bloqueo comprende un derivado de fenantrolina, y bloquea por lo menos parcialmente uno de los excitones, electrons y huecos. Preferentemente, la capa de bloqueo es una capa de bloqueo de excitones. El derivado de-fenantrolina se selecciona preferentemente del grupo formado por mono-t-BBPr mono-PBP, mono-o~TBP, mono-XYBP, n-BBP, t-BBP, PBP, o-TBP, m-TBP y P (o-T) BP. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención es preferentemente una célula solar o un fotodetector, tal como un fotodetector de espectro solar o un fotodector de espectro visible. El dispositivo orgánico
fotosensible optoelectrónico de la invención puede comprender dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos apilados .
Preferentemente, el dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención además comprende una heterounión fotosensible, que es, más preferentemente, una heterounión de donador y aceptor. Preferentemente, la EBL está posicionada entre una heteroestructura fotosensible y uno del ánodo y el electrodo. En una realización preferida, el dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención también comprende una heteroestructura fotosensible, una primera EBL entre la heteroestructura fotosensible y el ánodo y una segunda EBL entre la heteroestructura fotosensible y el cátodo.
La EBL del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención puede estar adyacente al ánodo o al cátodo. Los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos déla invención también pueden comprender una primera EBL adyacente al ánodo y una segunda EBL adyacente al cátodo. Además, los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos de la invención pueden comprender también una ETL, en donde la capa de bloqueo está posicionada entre la ETL y uno del ánodo y el cátodo. Por ejemplo, la capa de bloqueo puede estar
posicionada entre la ETL y el cátodo, y el dispositivo puede comprender también una HTL entre el ánodo y la ETL, en donde la capa de bloqueo es preferentemente una capa de bloqueo de excitones. Los materiales preferidos de la ETL incluyen Cgo-
Preferentemente, el derivado de fenantrolina del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención tiene la estructura:
En donde Ri a Ri6 son hidrógeno, alquilo, fenilo, o fenilo sustituido, con la condición de que Ri y R2 no sean ambos hidrógeno y no sean ambos metilo en donde R3 y R^ son todos hidrógeno.
En una realización, el dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención comprende una capa de transporte de electrones, una capa de transporte de huecos, y la capa de bloqueo, que están dispuestas entre dos superficies reflectoras planares paralelas, que forman un guíaondas . Preferentemente, una de las dos superficies reflectoras tiene una perforación para admitir la luz incidente sobre el dispositivo. El dispositivo orgánico fotosensible
optoelectrónico de esa realización puede comprender también una parte transparente entre las dos superficies reflectoras, de manera tal que se admita luz al dispositivo desde una dirección sustancialmente paralela a los planos de las superficies reflectoras .
Una pluralidad del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de la invención también se puede apilar para formar un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico apilado.
La presente invención proporciona dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos y subcélulas del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico que comprenden una o más capas de bloqueo de excitones de derivado de fenantrolina para aumentar la eficiencia cuántica interna del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico o la subcélula. Los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos de la invención son capaces de operar a una eficiencia cuántica externa alta, y pueden comprender subcélulas apiladas. Preferentemente, un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico apilado de la invención es capaz de operar con una eficiencia cuántica externa que se aproxima a la eficiencia cuántica interna máxima de una subcélula óptima. Los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos de
la invención tienen V0c e Isc mejoradas comparados con los dispositivos que no comprenden capas de bloqueo de excitones. Los sustratos de los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos de la invención pueden ser conductores o aisladores, y pueden ser rígidos o sensibles.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de nivel de energía que ilustra una heterounión de donador y aceptor.
La Figura 2 ilustra un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico que incluye una heterounión de donador y aceptor.
La Figura 3 ilustra dos capas de donador y aceptor que forman una heterounión planar.
La Figura 4 ilustra una heterounión híbrida que incluye una heterounión mezclada entre una capa de donador y una capa de aceptor.
La Figura 5 ilustra una heterounión global.
La Figura 6 ilustra un dispositivo orgánico fotosensible que incluye una heterounión de barrera de Schottky.
La Figura 7 ilustra células fotosensibles en tándem en serie.
La Figura 8 ilustra células fotosensibles en tándem en paralelo .
La Figura 9 es un gráfico de perfiles de densidad de excitones calculados que compara el efecto de una EBL con el efecto de una interconexión de enfriamiento de excitones .
La Figura 10 representa un efecto de una EBL para desplazar la región activa de la disociación de excitones hacia la región de intensidad máxima del campo óptico y eléctrico.
La Figura 11 es un gráfico de la eficiencia cuántica externa medida ( T\EXT) a ? = 620 nm de dispositivos de ITO/CuPc/PTCBI/BCP/Ag en función de espesores diferentes de la capa.
La Figura 12A es un gráfico de mediciones la corriente en función de la tensión (I-V) de un dispositivo delgado que incorpora una EBL (ITO/150 A CuPc/ 160 A PTCBI/150 A
BCP/:PTCBI/800 A Ag) bajo intensidades diferentes de iluminación espectral de AM1,5.
La Figura 12B ilustra los cambios en la corriente de cortocircuito y la tensión de circuito abierto con espesores variados de una capa EBL de PBP.
La Figura 13A ilustra las características térmicas de un material de la EBL útil en la invención, medidas usando la calorimetría de exploración diferencial.
La Figura 13B ilustra una comparación de las características térmicas de BCP con aquellas de un material de la EBL útil en la invención.
La Figura 14A ilustra gráficos de la densidad de corriente en función de la tensión de dispositivos que comprenden EBL de BCP y un material de la EBL útil en la invención.
La Figura 14B ilustra una comparación de la eficiencia de energía de los dispositivos de la Figura 19A.
Las Figuras 15A a 15D ilustran características de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico apilado que comprende una EBL de BCP.
La Figura 16 ilustra la eficiencia de conversión de la energía de un dispositivo que comprende una EBL de PBP, en función de la energía óptica y del espesor de la EBL.
La Figura 17 ilustra el efecto de un aumento en el espesor de la EBL sobre la eficiencia de conversión de la energía.
La Figura 18 ilustra características de un ejemplo de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico del tipo de la goemetría de guíaondas.
La Figura 19 representa un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de tipo de guiaondas que tiene una capa de bloqueo de excitones .
La Figura 20 es una vista de arriba hacia abajo de la Figura 19 a través de la línea A-A.
La Figura 21 es un gráfico de las características de corriente y tensión de fotodetectores de varias capas.
La Figura 22 es un gráfico de algunos datos de la eficiencia y la absorción en función del guíaondas incidente para un fotodetector de varias capas.
La Figura 23 es un gráfico de la eficiencia cuántica externa en función de la tensión para algunos fotodetectores de varias capas .
Descripción Detallada
Un dispositivo orgánico fotosensible comprende por lo menos una región fotoactiva en la cual se absorbe la luz para formar un excitón, que posteriormente se puede disociar en un electrón y un hueco. La Figura 2 muestra un ejemplo de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico 100 en el cual la región fotoactiva 150 comprende una heterounión de donador y aceptor. La "región fotoactiva" es una parte de un dispositivo fotosensible que absorbe la radiación electromagnética para generar excitones que se pueden disociar para generar una corriente eléctrica. El dispositivo 100 comprende un ánodo 120, una capa de alisamiento del ánodo 122, un donador 152, un aceptor 154, una capa de bloqueo de excitones ("EBL") 156, y un cátodo 170, sobre un sustrato 110.
Ejemplos de la EBL 156 se describen en la patente estadounidense N° 6.451.415 de Forrest et al, que se incorpora en la presente como referencia. También se puede encontrar una explicación adicional de antecedentes de EBL en Peumans et al, "Efficient photon harvesting at high optical intensities in
ultrathin organic double-heterostructure photovoltaic diodes", Applied Physics Letters 76, 2650-52 (2000) . Las EBL reducen el enfriamiento impidiendo que los excitones migren fuera de los materiales donador y/o aceptor.
Los términos "electrodo" y "contacto" se usan en forma intercambiable en la presente para referirse a una capa que proporciona un medio para proveer de corriente fotogenerada a un circuito externo o para proveer una corriente o tensión de polarización al dispositivo. Como se ilustra en la Figura 2, el ánodo 120 y el cátodo 170 son ejemplos. Los electrodos pueden estar compuestos de metales o "sustitutos de metales". En la presente el término "metal" se usa para comprender tanto materiales compuestos de un metal elementarmente puro como aleaciones de metales que son materiales compuestos de dos o más metales elementarmente puros. El término "sustituto de metal" se refiere a un material que no es un metal dentro de la definición normal, pero que tiene propiedades similares a un metal, por ejemplo, conductividad, tal como semiconductores de espacio de banda ancha impurificados, semiconductores degenerados, óxidos conductores, y polímeros conductores. Los electrodos pueden comprender una sola capa o varias capas (un electrodo "compuesto") , puede ser transparente, semitransparente u opaco. Ejemplos de electrodos y materiales de electrodos incluyen aquellos revelados en la Patente
Estadounidense N° 6.352.777 de Bulovic et al, y la Patente Estadounidense N° 6.420.031 de Parthasaraty et al, cada una de las cuales se incorpora en la presente como referencia por la invención de estas características respectivas . Como se utiliza en la presente, se dice que una capa es "transparente" si transmite por lo menos un 50% de la radiación electromagnética ambiente en una longitud de onda relevante.
El sustrato 110 puede ser cualquier sustrato adecuado que provee propiedades estructurales deseadas. El sustrato puede ser flexible o rígido, planar o no planar. El sustrato puede ser transparente, translúcido u opaco. Los plásticos rígidos y el vidrio son ejemplos de materiales del sustrato rígidos preferidos. Los plásticos flexibles y las láminas de metal son ejemplos de materiales del sustrato flexibles.
Una capa de alisamiento del ánodo 122 puede estar situada entre la capa del ánodo 120 y la capa de donador 152. Las capas de alisamiento del ánodo se describen en la Patente 6.657.378 de Forrest et al, incorporada en la presente como referencia por su invención relacionada con esta característica.
En la Figura 2, la región fotoactiva 150 comprende el material de donador 152 y el material de aceptor 154. Los materiales
orgánicos para su uso en la región fotoactiva pueden incluir compuestos organometálicos, que incluyen compuestos organometálicos ciclometalizados. El término "organometálico" como se usa en la presente invención es el que entiende generalmente un experto en el arte y que se da, por ejemplo, en el Capítulo 13 de "Inorganic Chemistry" (2 a Edición) de Gary L. Miessler y Donald A. Tarr, Prentice Hall (1999) .
Las capas orgánicas pueden fabricarse usando la deposición de vacío, el recubrimiento de rotación, deposición de fase de vapor orgánica, impresión de chorro de tinta y otros métodos conocidos en el arte .
Ejemplos de diferentes tipos de heterouniones de donador y aceptor se muestran en las Figuras 3, 4 y 5. La Figura 3 ilustra dos capas de donador y aceptor que forman una heterounión planar. La Figura 4 ilustra una heterounión híbrida, que incluye una heterounión mezclada 153, que comprende una mezcla de materiales de donador y aceptor. La Figura 5 ilustra una heterounión "global" idealizada. Una heterounión global, en el caso de la corriente fotoeléctrica ideal, tiene una sola interconexión continua entre el material de donador 252 y el material de aceptor 254, aunque varias interconexiones generalmente existen en los dispositivos reales. Las heterouniones mezcladas y globales pueden tener
varias interconexiones de donador y aceptor como resultado de que tienen varios dominios de material. Los dominios que están rodeados por el material del tipo opuesto (por ejemplo, un dominio de material de donador rodeado por el material de aceptor) se pueden aislar eléctricamente, de manera tal que estos dominios no contribuyan a -la corriente fotoeléctrica. Otros dominios se pueden conectar mediante vías de percolación (vías de corriente fotoeléctrica continua) , de manera tal que estos otros dominios puedan contribuir a la corriente fotoeléctrica. La distinción entre una heterounión mezclada y una global está en los niveles de separación de fases entre los materiales de donador y aceptor. En una heterounión mezclada, hay muy poca o ninguna separación de fase (los dominios son muy pequeños, por ejemplo menos de algunos nanómetros) , mientras que en la heterounión global, hay una separación de fase significativa (por ejemplo, formando dominios con tamaños de pocos nanómetros a 100 nm) .
Se pueden formar heterouniones mezcladas de moléculas pequeñas, por ejemplo, mediante la co-deposición de materiales dedonador y 'aceptor usando la deposición de vacío o la deposición de vapor. Se pueden formar heterouniones globales de moléculas pequeñas, por ejemplo, mediante cultivo controlado, codeposición con recocción después de la deposición, o procesamiento en solución. Se pueden formar
heterouniones mezcladas o globales poliméricas, por ejemplo, mediante procesamiento en solución de mezclas de polímeros de materiales de donador y aceptor.
Si una región fotoactiva incluye una capa mezclada (153) o capas globales (252, 254) y una o ambas capas de donador (152) y de aceptor (154) , se dice que la región fotoactiva incluye una heterounión "híbrida". La disposición de las capas en la Figura 4 es un ejemplo. Para una explicación adicional de heterouniones híbridas, la Publicación de la Solicitud de Patente Estadounidense 2005/02241 13 Al, titulada "High efficiency organic photovoltaic cells employing hybridized mixed-planar heterojunction" de Jiangeng Xue et al, publicada el 13 de octubre de 2005, se incorpora por la presente como referencia. En general, las heterouniones planares tienen buena conducción del portador, pero mala disociación de excitones; una capa mezclada tiene mala conducción del portador y buena disociación de excitones, y una heterounión global tiene buena conducción del portador y buena disociación de excitones, pero puede experimentar una acumulación de carga al final de los "callejones sin salida" del material, disminuyendo la eficiencia. A menos que se exprese de otro modo, las heterouniones planares, mezcladas, globales e híbridas se pueden usar en forma intercambiable como heterouniones de
donador y aceptor en todas las realizaciones reveladas en la presente .
La Figura 6 muestra un ejemplo de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico 300 en el cual la región fotoactiva 350 es parte de una heterounión de barrera de Schottky. El dispositivo 300 comprende un contacto de transporte 320, una región fotoactiva 350 que comprende un material fotoconductor orgánico 358 y un contacto de Schottky 370. El contacto de Schottky 370 se forma típicamente como una capa de metal. Si la capa fotoconductora 358 es una ETL, se puede usar un metal de función de trabajo alto tal como oro, mientras que si la capa fotoconductora es una HTL, se puede usar un metal de función de bajo trabajo tal como aluminio, magnesio o indio. En una célula de barrera de Schottky, un campo eléctrico incorporado asociado con la barrera de Schottky tira del electrón y el hueco en un excitón separado. Generalmente, esta disociación del excitón asistida por el campo no es tan eficiente como la disociación en la interconexión de donador y aceptor.
Los dispositivos, como se ilustran, se pueden conectar a un elemento 190. Si el dispositivo es un dispositivo fotovoltaico, el elemento 190 es una carga resistiva que consume o almacena energía. Si el dispositivo es un
fotodetector, el elemento 190 es un circuito de detección de corriente que mide la corriente generada cuando el fotodetector se expone a la luz, y puede aplicar una polarización al dispositivo (que se describe, por ejemplo, en la Publicación de la Solicitud de Patente Estadounidense 2005-01 10007 Al, publicada el 26 de mayo de 2005 de Forrest et al) . Si la unión rectificadora se elimina desde el dispositivo (por ejemplo, usando un solo material fotoconductor como la región fotoactiva) , las estructuras resultantes se pueden usar como una célula fotoconductora, en cuyo caso el elemento 190 es un circuito de detección de señales para monitorear cambios en la resistencia a través del dispositivo debido a la absorción de la luz. A menos que se exprese de otro modo, cada una de estas disposiciones y modificaciones se puede usar para los dispositivos en cada uno de los dibujos y realizaciones reveladas en la presente.
Un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico también puede comprender capas de transferencia de carga transparentes, electrodos, o zonas de recombinación de carga. Una capa de transferencia de carga puede ser orgánica o inorgánica y puede o no ser activa fotoconductora. Una capa de transferencia de carga es similar a un electrodo, pero no tiene una conexión eléctrica externa al dispositivo, y solamente suministra portadores de carga desde una subsección
del dispositivo optoelectrónico a la subsección adyacente. Una zona de recombinación de carga es similar a una capa de transferencia de carga, pero permite la recombinación de los electrones y los huecos entre subsecciones adyacentes de un dispositivo optoelectrónico. Una zona de recombinación de carga puede incluir centros de recombinación de metal o de sustituto de metal semitransparente que comprenden nanogrupos, nanopartículas, y/o nanovarillas, que se describen por ejemplo en la Patente Estadounidense N° 6.657.378 de Forrest et al; la Solicitud de Patente Estadounidense 10/915.410, titulada "Organic Photosensitive Devices", de Rand et al, presentada el 11 de agosto de 2004; y la Solicitud de Patente Estadounidense 10/979.145 titulada "Stacked Organic Photosensitive Devices", de Forrest et al, presentada el 3 de noviembre de 2004; cada una de las cuales se incorpora en la presente como referencia por su invención de materiales de la zona de recombinación y estructuras . Una zona de recombinación de carga puede o no incluir una capa de matriz transparente en la cual están incrustados los centros de recombinación. Una capa de transferencia de carga, un electrodo o una zona de recombinación de carga puede servir como un cátodo y/o un ánodo de subsecciones del dispositivo optoelectrónico. Un electrodo o una capa de transferencia de carga puede servir como un contacto de Schottky.
Las Figuras 7 y 8 ilustran ejemplos de dispositivos en tándem que incluyen esas capas de transferencia de carga transparentes, electrodos, y zonas de recombinación de carga. En el dispositivo 400 de la Figura 7, las regiones fotoactivas 150 y 150' están apiladas eléctricamente en serie con una región conductora interviniente 460. Ilustrada sin conexiones eléctricas externas, la región conductora interviniente 460 puede ser una zona de recombinación de carga o puede ser una capa de transferencia de carga. Como una zona de recombinación de carga, la región 460 comprende los centros de recombinación 461 con o sin una capa de matriz transparente. Si no hay capa de matriz, la disposición del material que forma la zona puede no ser continua a través de la región 460. El dispositivo 500 de la Figura 8 ilustra las regiones fotoactivas 150 y 150' apiladas eléctricamente en paralelo, donde la célula superior está en una configuración invertida (es decir, el cátodo hacia abajo) . En cada una de las Figuras 7 y 8, las regiones fotoactivas 150 y 150' y las capas de bloqueo 156 y 156' se pueden formar a partir de los mismos materiales respectivos, o materiales diferentes, que dependen de la aplicación. En forma similar, las regiones fotoactivas 150 y 150' pueden ser de un mismo tipo (es decir, planar, mezclada, global, híbrida) de la heterounión, o puede -ser de tipos diferentes.
En cada uno de los dispositivos descritos anteriormente, se pueden omitir capas. Se pueden agregar otras capas, tales como capas reflectoras o regiones fotoactivas adicionales. El orden de las capas se puede alterar o invertir. Se puede emplear un concentrador o una configuración atrapadora para aumentar la eficiencia, que se revela por ejemplo en la Patente Estadounidense N° 6.333.458 de Forrest et al y la Patente Estadounidense N° 6.440.769 de Peumans et al, que se incorporan en la presente como referencia. Se pueden usar recubrimientos para centrar la energía óptica en regiones deseadas de un dispositivo, que se revelan por ejemplo en la Solicitud de Patente Estadounidense N° 10/857.747 titulada "Aperiodic electric multilayer stack" de Peumans et al, presentada el 1 de junio de 2004, que se incorpora en la presente como referencia. En los dispositivos en tándem, se pueden formar capas aislantes transparentes entre las células, con la conexión eléctrica entre las células que se proveen a través de los electrodos. También en los dispositivos en tándem, una o más de las regiones fotoactivas pueden ser una heterounión de barrera de Schottky en lugar de una heterounión de donador y aceptor. Se pueden usar disposiciones diferentes de aquellas descritas específicamente.
Como se utiliza en la presente, el término "subcélula" se refiere a una construcción orgánica fotosensible
optoelectrónica, que puede incluir una capa de bloqueo de excitones de acuerdo con la presente invención. Cuando una subcélula se usa individualmente como un dispositivo fotosensible optoelectrónico, generalmente incluye un grupo completo de electrodos, es decir positivo y negativo. Como se revela en la presente, en algunas configuraciones apiladas es posible que las subcélulas adyacentes utilicen electrodos o capas de transferencia comunes, es decir compartidas. En otros casos, las subcélulas adyacentes no comparten electrodos o capas de transferencia de carga comunes. El término "subcélula" que se revela en la presente comprende la construcción de la subunidad sin tener en cuenta si cada subunidad tiene sus propios electrodos distinguibles o comparte electrodos o capas de transferencia de carga con subunidades adyacentes. En la presente los términos "célula", "subcélula", "unidad", "subunidad", "sección" y "subsección" se usan en forma intercambiable para referirse a una capa fotoconductora o un grupo de capas y los electrodos o las capas de transferencia de carga adyacentes. Como se utilizan en la presente, los términos "pila", "apilado", "multisección" o "multicélula" se refieren a todos los dispositivos con varias capas de un material fotoconductor separado por uno o más electrodos o capas de transferencia de carga.
Dado que las subcélulas apiladas de la célula solar se pueden fabricar usando técnicas de deposición de vacío que permiten que se hagan conexiones eléctricas externas a los electrodos que separan las subcélulas, cada una de las subcélulas del dispositivo puede conectarse eléctricamente en paralelo o en serie, como se reveló anteriormente, según si se debe maximizar la energía y/o la tensión generada por la célula solar. La eficiencia cuántica externa mejorada que se puede alcanzar para las realizaciones de células solares apiladas se pueden conectar eléctricamente en paralelo, como una configuración eléctrica en paralelo permite que se realicen factores de relleno sustancialmente más altos que cuando las subcélulas se conectan en serie.
Aunque la alta resistencia en serie de los materiales orgánicos fotoconductores inhibe el uso de subcélulas en una configuración en serie para aplicaciones de alta energía, hay ciertas aplicaciones, por ejemplo, en la operación de visores de cristal líquido (LCD) , para las cuales se puede requerir una tensión más alta, pero solamente a baja corriente y, por lo tanto, a bajos niveles de energía. Para este tipo de aplicación, las células solares conectadas en serie, apiladas pueden ser adecuadas para proporcionar la tensión requerida para el LCD. En el caso en que la célula solar comprende subcélulas conectadas eléctricamente en serie para producir el
dispositivo de tensión más alta deseado, la célula solar apilada se puede fabricar de manera tal que cada subcélula produzca aproximadamente la misma corriente para reducir la ineficiencia. Por ejemplo, si la radiación incidente pasa en una sola dirección, las subcélulas apiladas pueden tener un espesor creciente con la subcélula más externa, que se expone más directamente a la radiación incidente, que es la más delgada. Alternativamente, si las subcélulas están superpuestas sobre una superficie reflectora, los espesores de las subcélulas individuales se pueden ajustar para explicar la radiación combinada total admitida en cada subcélula desde las direcciones originales y reflejadas.
Además, puede ser deseable tener una fuente de alimentación de corriente continua capaz de producir numerosas tensiones diferentes. Para esta aplicación, las conexiones externas a los electrodos intervinientes pueden ser de gran utilidad. Por consiguiente, además de ser capaz de proporcionar la tensión máxima que se genera a través del grupo completo de subcélulas, en un ejemplo de realización, las células solares apiladas de la presente invención también se pueden usar para proporcionar varias tensiones desde una sola fuente de energía derivando una tensión seleccionad desde un subgrupo de subcélulas seleccionado.
La presente invención se refiere a capas de bloqueo de excitones, EBL, que comprenden derivados de fenantrolina, y a dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos de capa delgada que comprenden una EBL de la invención.
Como se utiliza en la presente, el término "derivado de fenantrolina" se refiere a un compuesto de la fórmula
en donde Ri a Ríe son hidrógeno, alquilo, fenilo, o fenilo sustituido, con la condición de que Ri y R2 no sean ambos hidrógeno y no sean ambos metilo cuando R3 a Ríe son todos hidrógeno. Además, como se utiliza en la presente, un "derivado o análogo de BCP" es un derivado de fenantrolina en donde R3 a Ri6 son todos hidrógeno, es decir un compuesto de la fórmula
BCP es un compuesto de esa fórmula en donde Ri y R2 son ambos metilo, BPhen es un compuesto de esa fórmula en donde Ri y R2
son ambos H y n-BBP es un compuesto de esa fórmula en donde Ri es H y R2 es «-butilo.
Como se utiliza en la presente, en cada uno de los siguientes análogos de BCP, Ri es un hidrógeno, H, y R2 tiene la estructura indicada:
Como se utiliza en la presente, en cada uno de los siguientes análogos de BCP, Rx y R2 tienen cada uno la siguiente estructura:
PBP ^?
Como se utiliza en la presente, P(o-T)BP es un análogo de BCP
en donde Ri es
,
Como se utilizan en la presente, los términos "derivado de fenantrolina asimétrico" y "derivado de BCP asimétrico" o "análogo de BCP asimétrico" se refieren a derivados de fenantrolina y derivados de BCP que tienen sustituyentes asimétricos. Es decir, los sustituyentes correspondientes, por ejemplo i y R2, R y Rie, R7 y R12/ etc, difieren. En consecuencia, mono-t-BBP, mono-PBP, mono-o-TBP y mono-XYBP son derivados o análogos de BCP asimétricos. Los sustituyentes sobre derivados de fenantrolina y derivados de BCP, particularmente los sustituyentes asimétricos, reducen la velocidad del crecimiento de cristales de las EBL, y aumentan la vida útil del dispositivo. Aunque, en algunos casos, también puede haber una disminución en el s .
Ejemplos de realizaciones se fabricaron sobre sustratos de vidrio prelimpiados cubiertos con un ánodo de óxido de indio y estaño (ITO) conductor, transparente grueso (con una resistencia de la lámina de 40 O/D) . Antes de la deposición, los materiales orgánicos se purificaron en tres ciclos usando la sublimación de gradiente térmico. Se desarrollaron películas sobre el ITO empleando la deposición de haces moleculares orgánicos de vacío ultraalto (1 x 10~10 Torr) en la siguiente secuencia: películas de 30 A a 600 A de espesor de ftalocianina de cobre (CuPc) similar al donador estuvieron seguida por películas de 30 A a 600 A de espesor de material similar al aceptor, tal como bisimidazol 3,4,9,10-perilentetracarboxílico (PTCB) o C5o- Luego, se depositó una película de 100 A a 200 A de espesor de un material de la EBL de la invención o, para la comparación, batocuproína (BCP) .
Previamente se ha demostrado que BCP con espacio de energía de
3,5 eV es un bloqueador de excitones eficaz que puede transportar fácilmente electrones al cátodo de Ag de 800 A
(evaporado a 1 x 10~6 Torr, a través de una máscara de sombra con perforaciones de 1 mm de diámetro, en una cámara de vacío separada después de exponer los elementos orgánicos a la atmósfera) desde la capa de PTCBI adjunta. También se ha demostrado que PBP, que tiene un espacio de energía de 3,2 eV, es un bloqueador de excitones eficaz que puede transportar fácilmente electrones. No se cree que los espacios de energía
de otros materiales de la EBL de la invención difieran significativamente de la BCP, ya que los sustituyentes deben afectar los niveles de HOMO y LUMO en forma similar, de manera tal que el espacio se mantenga mayormente fijo. Todas las mediciones eléctricas de los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos se realizaron en el aire a menos que se especifique de otro modo.
La Figura 9 es un cálculo teórico de la densidad de excitones en función de la posición en un material orgánico fotosensible en condiciones de dos límites diferente para la interconexión derecha. Ambos perfiles de excitones son para una capa de 60 A de espesor de un material orgánico fotosensible, por ejemplo, PTCBI o CßOf suponiendo la generación uniforme de excitones en toda la película. La generación uniforme sigue a partir de la suposición de que LD « a, es decir la longitud de absorción es mucho mayor que la longitud de difusión de los excitones. Aquí, se supuso que la longitud de difusión de exctiones, LD, era 30 A. la linea llena supone una EBL hacia el lado de la mano derecha. La línea de puntos tiene una interconexión de enfriamiento del lado derecho. En ambos casos, la interconexión izquierda es el hundimiento de excitones intencional (por ejemplo una interconexión de CuPc/PTCBI o C50) . En un dispositivo de acuerdo con la presente invención, los excitones se pierden adrede en la interconexión de
hundimiento de excitones donde se convierten en pares de portadores de carga libre . El valor mucho más alto de la curva llena en el extremo derecho del gráfico ilustra que la velocidad de recombinación de excitones en la interconexión con la EBL es mucho menor, y es preferentemente despreciable.
La Figura 10 ilustra otro atributo beneficioso de una EBL en ciertas configuraciones del dispositivo. Se predice que la región activa se desplaza desde la región del campo óptico eléctrico que se desvanece cuando se inserta una capa de bloqueo de excitones en un dispositivo orgánico fotosensible opetoelectrónico que tiene un electrodo posterior metálico, por ejemplo, Ag. Como se puede observar a partir de este gráfico, la inserción de una capa de bloqueo de excitones de un material de bloqueo de excitones de la invención aumenta eficazmente el valor promedio del cuadrado del componente eléctrico, ?2, del campo óptico en las regiones activas del dispositivo. El perfil del campo óptico eléctrico ilustrado es conceptual, y surge debido a las condiciones de limite en la interconexión metálica, que corresponden a la reflexión óptica. Obsérvese que el perfil del campo óptico eléctrico real depende de la constante dieléctrica de las capas respectivas que atraviesa la luz incidente y varía para las longitudes de onda diferentes de la radiación incidente. Si bien los detalles pueden variar, es evidente que la inserción
de la capa EBL en un ejemplo de configuración del dispositivo, tal como el que se ilustra en la Figura 10, proporciona alguna separación adicional entre el electrodo de reflexión posterior y la heterounión. Es probable que esto coloque la heterounión en una región del campo óptico eléctrico más alto. El desplazamiento del campo óptico eléctrico aumenta la absorción de las capas activas, y, por lo tanto, la eficiencia de recolección de fotones . Esto no afecta la eficiencia cuántica interna. Sin embargo, en un dispositivo en donde la luz capturada se refleja varias veces a través de las capas fotoactivas, tal como la configuración de guíaondas que se describe más adelante en la presente, sí afecta el número requerido de pasadas que debe hacer la luz para obtener eficiencias externas altas. En los dispositivos apilados, que generalmente no tienen capas reflectoras, este efecto de mejoramiento de la absorción no está presente, ya que el valor cuadrado medio del campo óptico eléctrico generalmente es una función puramente en declinación de la profundidad de penetración de la radiación incidente en el dispositivo.
La Figura 11 muestra la eficiencia cuántica externa (?Exr) a ?= 620 nm (que corresponde a un pico de absorción de CuPc) de varios ejemplos de dispositivos, que comprenden EBL de BCP, por ejemplo, ITO/CuPc/PTCBl/BCP/Ag, en función de espesores diferentes de las capas. Para dispositivos con 300 A de PTCBI
y 100 A de BCP (círculos rellenos), se observa un aumento en ?Ex is cuando se reducen los espesores de las capas de CuPc. En forma similar, para los dispositivos con 300 A de CuPc y 100 A de BCP (cuadrados rellenos) , se observa un aumento en ?Exris a ? = 540 nm (un pico de absorción de PTCBI) cuando se reducen los espesores de las capas de PTCBI . Si se omite la EBL, la respuesta de la corriente fotoeléctrica de la célula PV se reduce significativamente para las células más delgadas. Obsérvese que la capa EBL permite la fabricación de dispositivos con espesores totales de la capa de solamente 60 A sin cortocircuitos eléctricos. Además, las mediciones eléctricas muestran que la resistencia en serie de las células se mantiene no afectada para las capas de BCP tan gruesas como 200 A de BCP. Se obtienen resultados similares usando capas EBL que comprenden derivados de fenantrolina de la invención.
El aumento monótono de
y el aumento aún mayor de ?/vr con espesores decrecientes de la capa fotoactiva en la presencia de la EBL proporcionan pruebas sorprendentes de que los excitones deben difundirse en la heterointerconexión para la disociación eficiente y la posterior recolección de la carga. La eficiencia cuántica externa decreciente para películas más gruesas entonces se debe exclusivamente a la absorción aumentada en las regiones inactivas (es decir las regiones de más de una longitud de difusión desde la heterointerconexión) .
Se piensa que además de mantener excitones fotogenerados fuera de la interconexión de Ag de enfriamiento, la EBL también ayuda a impedir la aparición de grupos de Ag en la capa de transporte de electrones. Esos grupos pueden producir defectos de cortocircuito y proporcionar sitios de enfriamiento adicionales para los excitones.
Las mediciones de corriente en función de tensión, I~V, de otro dispositivo, que comprende una ETL de BCP, es decir ITO/150 A de CuPc/60 A de PTCBI/150 A de BCP: PTCBI/800 A de Ag, bajo intensidades diferentes de iluminación espectral de AM1,5 se ilustran en la Figura 12A. La iluminación espectral simulada de intensidad variable se obtuvo bajo una atmósfera de nitrógeno usando una lámpara de arco de Xe de 150W equipada con AM1,5 y filtros de densidad neutra para atenuar el haz. (La energía óptica se midió usando un fotodiodo de Si calibrado de Ne port, Inc. La lámpara de arco de Xe pertenecía a Oriel.) La respuesta de I-V se caracteriza mediante resistencia en derivación (RoA, donde A es el área de unión) de 20±2k O-cm2, y una resistencia en serie pequeña de 30+10 O-cm2. La corriente oscura sigue la expresión para un diodo de unión de p-n clásico con un factor de idealidad de n = 1,4-1,7. Estos valores se comparan favorablemente con las células de silicio amorfo y constituyen una mejora significativa sobre
los informes previos de las células de película delgada polimérica.
Las mediciones de corriente en función de tensión, I-V, similares para dispositivos de acuerdo con la presente invención que comprenden EBL de PBP, es decir IT?/CuPc(200 A)/C60(400 A)/PBP(x A)/Ag(1000 A) a 127 m /cm2, se ilustran en la Figura 12B. Los datos demuestran que el aumento del espesor de la EBL de PBP deriva en una disminución significativa en la corriente de cortocircuito, ISc, pero con pocos cambios en la tensión de circuito abierto, V0c. Se debe apreciar que la capa de BCP en el dispositivo de la Figura 12A se impurificó con -10% (en peso) de PTCBI . Se piensa que la BCP, depositada en los dispositivos descritos, es amorfa. Se cree que la BCP cristalina de buena calidad también funcionaría como una EBL, y tendría mejores propiedades de transporte de electrones. Sin embargo, puede ser difícil o ineficiente para preparar un buen material cristalino. Como se discutió anteriormente, las capas de bloqueo de excitones de BCP amorfa no presentan recristalización de la película, que es especialmente rápida a altas intensidades de la luz. El cambio de morfología resultante del material policristalino deriva en una película de menor calidad con posibles defectos, tales como cortocircuitos, huecos o intrusión de material de electrodo.
La Patente Estadounidense N° 6.451.415 revela que se ha descubierto que la impurificación de algunos materiales de la EBL, tales como la BCP que presenta este efecto, con una molécula adecuada, relativamente grande y estable puede estabilizar la estructura de la EBL para impedir cambios de la morfología que degradan el rendimiento. Se debe apreciar también que la impurificación de una EBL, que transporta electrones en un dispositivo dado, con un material que tiene un nivel de energía de LUMO cercano a aquel de la EBL ayuda a asegurar que no se formen trampas de electrones, que podrían producir una acumulación de carga de espacio y reducir el rendimiento. Además, se debe apreciar que las densidades de impurificación relativamente bajas deben minimizar la generación de excitones en sitios de impurificación aislados. Cuando el material de la EBL circundante impide eficazmente que esos electrones se difundan, esas absorciones reducen la eficiencia de fotoconversión del dispositivo. Sin embargo, se ha descubierto que los derivados de fenantrolina, y en particular, los análogos de BCP de la invención tienen estabilidades térmicas altas, y velocidades de crecimiento de cristales significativamente más bajas que BCP. Como resultado, no se requiere impurificación con los materiales de la EBL de la invención, y las vidas útiles de los dispositivos de acuerdo con la invención son significativamente más prolongadas que los dispositivos que
comprenden ETL de BCP. Las propiedades térmicas de los materiales de la EBL de la invención se dan en la Tabla 1, y se ilustran en las Figuras 13A y 13B. La Figura 13A ilustra primera y segunda exploraciones de calorimetría de exploración diferencial (DSC) para BPhen, donde la primera exploración es del material cristalino, y la segunda exploración es del material amorfo, que se forma enfriando y congelando rápidamente la muestra después de la muestra fundida. En la primera exploración, no se observa ninguna temperatura de transición del vidrio, Tg ni ninguna temperatura de transición cristalina, Tc, pero sí se observan en la segunda exploración. Como se ilustra en la Figura 13B, PBP tiene un punto de fusión más alto que BCP y mono-PBP tiene una velocidad de crecimiento de cristales menor.
Los valores de ?Hm son las entalpias de las transiciones de fusión en la segunda exploración, a menos que se indique "a".
La curva de I-V para un dispositivo de acuerdo con la invención, que comprende una EBL de PBP, se compara con un dispositivo de BCP en la Figura 14A, y la eficiencia de energía ?p de los dos dispositivos se compara en la Figura 14B, demostrando la eficacia de los materiales de la EBL de la invención. Además, los materiales de la EBL de derivado de fenantrolina de la invención tienen desplazamientos hacia el rojo pequeños a despreciables, comparada con BCP, y potenciales de reducción reducidos, de manera tal que los materiales de la EBL de derivado de fenantrolina de la invención no sean absorbentes de luz significativos, y por lo tanto, el número de excitones formados en la EBL no es significativo. Además, la reducción de los potenciales de reducción reducidos de la EBL mueve la energía de LUMO de la EBL más cerca de aquella de una ETL, tal como C60, reduciendo cualquier barrera para la migración de electrones desde la ETL la EBL. Estas comparaciones demuestran que los materiales de la EBL de la presente invención, que tienen propiedades térmicas mejoradas comparados con BCP, y por lo tanto, vidas útiles más prolongadas, rinden por lo menos tan bien como BCP en los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos.
La dependencia de los parámetros de rendimiento para un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico, que comprende una EBL de BCP del tipo que se revela en la Patente Estadounidense N° 6.451.415, en el flujo óptico de AM1,5 se muestra en las Figuras 15A a 15D. La corriente de cortocircuito (Isc) es lineal con la intensidad de iluminación, lo cual indica que aún a los niveles de iluminación más altos de 15 soles, no ocurre ninguna acumulación de carga de espacio significativa. La tensión de circuito abierto (Voc) aumenta en forma monótona hasta que alcanza una meseta de Voc = 0,54 V para intensidades de iluminación >10 soles. El factor de llenado, ff:
/ V
definido en la Patente Estadounidense N° 6.451.415, e ilustrado en la Figura 12A, se acerca a 0,57 a bajas intensidades, un valor típico para las células solares inorgánicas convencionales, y excede el valor típico de ff<0,35 que se encuentra en otras PV orgánicas aún a las intensidades de iluminación más altas consideradas. A medida que ff disminuye con el aumento de Voc y la intensidad de la luz, la eficiencia de conversión de la energía externa (?p) a
AM1,5 es solamente una función que varía lentamente de la intensidad de iluminación, que alcanza un máximo de ?p =
(1, l,+-0, 0, 1) % sobre una meseta amplia que se extiende desde
0,1 a 10 soles. Estos resultados y aquellos de los dispositivos revelados en la Patente Estadounidense N°
6.451.415 representan una mejora significativa sobre las demostraciones previas de estas células PV orgánicas de película delgada y proporcionan una operación eficiente bajo una iluminación solar simulada de varios soles sin una disminución en la eficiencia de la conversión de energía.
Datos similares para dispositivos de la invención, ilustrados en la Figura 16, demuestran que, para un dispositivo que comprende una EBL de PBP, se puede obtener una alta eficiencia de conversión de energía, pero puede disminuir con los espesores crecientes de la capa. La Figura 17 ilustra que un aumento en el espesor de la capa de PBP disminuye el efecto del campo (FF) y la corriente de cortocircuito del dispositivo, que deriva en una caída de la eficiencia de conversión de energía a energías ópticas más altas, un resultado similar a los dispositivos basados en BCP.
En general, sin embargo, los datos de los dispositivos de PBP indican que el uso de los derivados de fenantrolina como las EBL de acuerdo con la invención, proporciona dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos que funcionan bien como dispositivos que comprenden materiales de la EBL de BCP. La estabilidad térmica mejorada de los materiales de la EBL de
la invención, que tienen velocidades de cristalización más bajas, particularmente aquella de los derivados asimétricos, mejora la estabilidad térmica de los dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos, y extiende la vida útil de esos dispositivos.
La Figura 18 muestra el espectro de acción de la corriente fotoeléctrica (?E?tr circuios llenos) a cero polarización (condición de cortocircuito) de un dispositivo de acuerdo con la Patente Estadounidense N° 6.451.415. La estructura del dispositivo era ITO/90 A CuPc/90 A PTCBI/100 A BCP/Ag (una EBL no impurificada) . La excelente igualdad del espectro de acción al espectro solar es evidente. El espectro de acción también se describe bien con la suma de los espectros de absorción de las películas orgánicas (pesadas por el flujo óptico incidente sobre cada capa absorbente a través del sustrato de vidrio) , que corrobora la suposición de que la especie de exciton es el estado intermedio entre la absorción de fotones y el par de electrón y hueco separado. Ahora, ?E?t se absorbe para aumentar linealmente con polarización invertida, con la pendiente de la corriente fotoeléctrica en función de la tensión aplicada que depende solamente del espesor de la capa de PTCBI . Además, el aumento en ?EXT sigue el espectro de absorción de PTCBI . Por consiguiente, se piensa que la dependencia de la corriente fotoeléctrica de la tensión se debe a la fotoconducción
intrínseca en PTCBI, es decir, la disociación de los excitones en la película global.
La Figura 18 también gráfica la dependencia espectral de la eficiencia cuántica interna calculada (TNT, círculos abiertos) , con una eficiencia máxima del 25% observada para PTCBI y espesores de CuPc de 90 A. Se debe apreciar que una eficiencia cuántica interna del 25% coincide con la ecuación de las soluciones analíticas a la difusión de los excitones para la geometría de interés. Esto es una fuerte indicación de que la eficiencia de cosecha de fotones está limitada solamente por la difusión de los excitones .
Es evidente a partir de las mediciones de ?.?t q e se puede lograr un ?p aumentado en una configuración del concentrador donde los fotones se fuerzan para hacer varias pasadas a través de la región de absorbente delgada. Se debe apreciar que la luz incidente sobre la cara transparente de un dispositivo se puede reflejar generalmente fuera de una capa reflectora interior opuesta una vez, y luego se puede absorber o, posiblemente, se puede transmitir fuera del dispositivo. Se describen configuraciones de los dispositivos en la Patente Estadounidense N° 6.333.458 (incorporada en la presente como referencia) , que hacen que toda la luz admitida en el
dispositivo se refleje varias veces para aumentar la eficiencia de absorción.
Un dispositivo que tiene una capa reflectora de Ag 1101 con una perforación pequeña sobre la superficie del sustrato, usado para demostrar este aumento en la eficiencia, se ilustra en la Figura 19. Una capa transparente 1102, por ejemplo, de vidrio o plástico, es mucho más ancha que la longitud de coherencia óptica. Un ánodo transparente de ITO impurificada en forma degenerada 1103 permite que la luz llegue a las capas electrónicamente activas 1104 y un cátodo metálico 1105 refleja la luz no absorbida. La radiación concentrada se centró sobre una perforación en la capa reflectora 1101, y formó un haz de incidencia normal cercano se refleja varias veces entre el cátodo y una superficie reflectora de Ag 1101, donde cada pasada sufre la absorción adicional por una capa doble adyacente a una EBL (que se muestra colectivamente como 1104, similar a la Figura 2) .
La Figura 20 usa los números de referencia de la Figura 19 para ilustrar la perforación circular en la capa reflectora 1101, mientras la capa 1102 se puede observar a través de la perforación en esta vista de la realización 1100 tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 19. Usando esta técnica, una eficiencia de energía externa de ?p=2,4 ± 0,3% se midió
para una célula con 60 A de CuPc, 60 A de PTCBI y 150 A de BCP. Se cree que ésta es la eficiencia de conversión de energía externa más alta a la AM1,5 informada para una célula fotovoltaica orgánica de película delgada. Se cree que son posibles eficiencias similares con los dispositivos que comprenden los materiales de la EBL de derivado de fenantrolina de la invención con vidas útiles operativas mejoradas. Obsérvese también que debido al electrodo superior pequeño, no toda la radiación incidente quedó atrapada en este ejemplo. Por lo tanto, la eficiencia de energía obtenida representa un límite más bajo. Colocando varias células conectadas en paralelo, en un recorrido del haz reflector, se cree que, dado un número suficiente de pasadas, se pueden lograr eficiencias superiores al 3% bajo una captura de luz mejorada. Se debe apreciar que esta estructura del dispositivo es particularmente capaz de aprovechar la mejora del campo eléctrico óptico ilustrado en la Figura 10.
También se debe apreciar que un mejor control del proceso de crecimiento permitiría que se desarrollen dispositivos más delgados y por lo tanto más eficientes. Una mayor optimización de la transparencia y el poder de reflexión de los electrodos reduce la absorción parásita. Además, la sintonización de la alineación del nivel de energía de los materiales donador y aceptor de electrones de manera tal la energía de unión del
excitón (-IeV) iguale más estrechamente la tensión de circuito abierto mejora adicionalmente el rendimiento del dispositivo. Se cree que las eficiencias internas del 80%, que corresponden a eficiencias de conversión de energía de -8% están dentro del alcance de esas células solares orgánicas optimizadas .
Se debe apreciar que las ventajas de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico que tiene una EBL en un dispositivo de tipo de guíaondas se demostraron usando la luz solar concentrada simulada. De todos modos, la luz solar real se puede concentrar y dirigir hacía las regiones fotoactivas de un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico, que se describe en la Patente Estadounidense N° 6.333.458.
Las Figuras 21, 22 y 23 ilustran datos de ejemplos de un fotodetector de varias capas que tiene una EBL. Una capa HTL adyacente a un electrodo y una capa ETL adyacente a un electrodo son generalmente más gruesas que varios pares de capas HTL/ETL en el interior del dispositivo fuera de los electrodos. Generalmente entonces, la capa HTL adyacente al electrodo tiene de 30 a 100 A de CuPc. En forma similar, la capa ETL, adyacente al cátodo, tiene generalmente de 30 a 100 A de, por ejemplo, PTCBI o Ceo y la EBL es, por ejemplo, de 50 a 200 A. Varios pares de capas HTL/ETL pueden tener capas ETL
y HTL que tienen, por ejemplo, un espesor de 2 a 10 A, con los pares repetidos de 2 a 50 veces.
La Figura 21 muestra la tensión de corriente para un fotodetector de varias capas y muestra en este ejemplo que 20 pares de HTL/ETL producen una respuesta de corriente más alta que 40 de tales superficies. La Figura 22 muestra los datos de la eficiencia cuántica y de la absorción para esos fotodetectores de varias capas e ilustra una respuesta espectral plana ancha. La Figura 23 muestra los datos de la eficiencia cuántica externa para fotodetectores que tienen 20 o 40 pares de HTL/ETL, y que el dispositivo de 20 capas tiene una eficiencia cuántica externa mejorada. En los fotodetectores de 20 y 40 pares, el espesor del dispositivo general no se incrementó en el mismo factor que el número de pares, es decir, 2 veces, de manera tal que las capas fotosensibles que forman los pares eran mucho más delgadas para el dispositivo de 40 pares. Se cree que la respuesta de corriente y la eficiencia cuántica fueron mejores para el dispositivo de 20 pares, porque el espesor delgado de las capas HTL y ETL en el dispositivo de 40 pares puede haber provocado que las capas empiecen a perder su carácter de capas discretas. En cambio se cree que los materiales que forman las capas se pueden haber entremezclado en alguna medida produciendo el rendimiento algo más pobre.
Síntesis A continuación se dan ejemplos de procesos para sintetizar ejemplos de materiales de la EBL de la invención. Estos ejemplos no taxativos son solamente ilustrativos de realizaciones preferidas de la presente invención, y no se debe interpretar que limitan la invención, cuyo alcance está definido las reivindicaciones adjuntas.
2,4,7, 9-tetrafenil-1.10-fenantrolina (PBP)
Bajo una atmósfera de nitrógeno, 15 ml de una solución de 1,6 mol/l de fenillitio (24 mmol) se agregaron a una suspensión de 2,0 g de batofenantrolina (6 mmol) en una mezcla de 60 ml de tolueno y 20 ml de THF, y la mezcla resultante se enfrió a 0°C. La solución de color rojo oscuro se agitó se agitó toda la noche a temperatura ambiente y se agregaron 10 ml de agua. La capar orgánica se separó, y la capa acuosa se extrajo tres veces con 40 ml de diclorometano. Los extractos combinados se agitaron con 30 g de Mn02 durante 2 horas. La mezcla se secó sobre 30 g de MgS04 anhidro, se filtró y se evaporó para dar 2,6 g de un sólido de color amarillo claro con un rendimiento del 90 por ciento. ^ NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 8,50 (d, J= 7,5 Hz, 4H) , 8,09 (s, 2H) , 7,81 (s, 2H) , 7,61-7,57 (m, 8H) , 7,55 (dd, J= 7,5, 7,5 Hz, 4H) , 1,52-1,41 (m, 4H) . Análisis
para PBP. Hallado: C, 88,62, H, 4,56, N 5,82. Calculado: C, 89,23, H, 4,99, N 5,78.
2 , 9-di-«-butil- , 7-difenil-1.10-fenantrolina («-BBP)
Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de PBP, y se obtuvo después de realizar la cromatografía en una columna de sílice/CH2Cl2 con un rendimiento del 80 por ciento. 1H NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 7,72 (s, 2H) , 7,50 (d, J= 4,7 Hz, 8H) , 7,47 (dd, J= 3,8, 7,5 Hz, 2H) , 7,44 (s, 2H) , 3,24 (t, J=8,2 Hz, 4H) , 1,99-1,89 (m, 4H) , 1,57-1,49 (m, 4H) , 1,00 (dd, J=7,5, 7,5 Hz, 6H) . Análisis para H-BBP. Hallado: C, 86,05, H, 7,18, N 6,47. Calculado: C, 86,44, H, 7,25, N 6,30.
2 , 9-d -butil-4.7-difenil-1.10-fenantrolina (/-BBP)
Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de PBP, y se obtuvo después de realizar la cromatografia en una de silice de una columna de hexano/CH2Cl2 (1:1) con un rendimiento del 70 por ciento. XH NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 7,71 (s, 2H) , 7,62 (s, 2H) , 7,49 (s, 10H) , 1,62 (s, 18H) . Análisis para NBBP. Hallado: C, 85,89, H, 7,40, N 6,24. Calculado: C, 86,44, H, 7,25, N 6,30.
2A7-trifenil-l, 10-fenantrolina (mono-PBP)
Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de PBP en donde se usaron 2 equivalentes de fenillitio por cada equivalente de batofenantrolina. El producto limpio se obtuvo después de realizar la cromatografía en una mezcla de sílice de una columna de metanol/CH2Cl2 (1:1) con un rendimiento del 75 por ciento. ''"H NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 9,26 (d, J= 7,7 Hz, ÍH) , 8,37 (d, J= 7,0 Hz, 2H) , 8,04 (s, ÍH) , 7,82 (m, 2H) , 7,59-7,45 (m, 14H) . Análisis para mono-FBP-1/8CH2C12. Hallado: C, 86,10, H, 4,50, N 6,79. Calculado: C, 86,33, H, 4,87, N 6,68.
2-/-butil-4 , 7-difenil-1.10-fenantrolina (mono-t-BBP) Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de PBP en donde se usaron 2 equivalentes de t-butillitio por cada equivalente de batofenantrolina. El producto limpio se obtuvo después de realizar la cromatografía en una mezcla de sílice de una columna de metanol/CH2C12 (1:1) con un rendimiento del 70 por ciento. ^? NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 9,28 (m, ÍH) , 7,81-7,74 (m, 2H) , 7,68 (s, 1H) , 7,57-7,35 (m, HH) , 1,62 (s, 9H) . Análisis para mono-t-BBP. Hallado: C, 86,19, H, 6,18, N 7,19. Calculado: C, 86,56, H, 6,25, N 7,21.
4, 7-difenil-2,9-di-n-tolil-l.10-fenantrolina ( -TBP)
Bajo una atmósfera de nitrógeno, 8,8 ml de una solución de 1,7 mol/l /-butillitio (15 mmol) se agregaron gota a gota a una solución de 2,55 g de 2-bromo-tolueno en 20 ml de THF a 0°C. La mezcla resultante se agitó durante otras 2 horas, y luego se transfirió a una suspensión agitada de 1,0 g de batofenantrolina (3 mmol) en 40 ml de tolueno en un baño de hielo. La solución de color rojo oscuro resultante se agitó toda la noche a temperatura ambiente, y luego se agregaron 10 ml de agua. La capa orgánica se separó, y la capa acuosa se extrajo tres veces con 30 ml de diclorometano. Los extractos combinados se agitaron con 15 g de Mn02 durante 2 horas. La mezcla luego se secó sobre 15 g de MgS04 anhidro, se filtró y se evaporó hasta secarse. El producto puro se obtuvo después de realizar la cromatografía en una columna de silice/CH2Cl2 con un rendimiento del 75 por ciento. E NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 8,50 (s, 2H) , 8,22 (d, J= 7,5 Hz, 2H) , 8,09 (s, 2H) , 7,80 (s, 2H) , 7,63-7,48 (m, 10H) , 7,45 (dd, J=7,0, 7,0 hz, 2H) , 7,31 (d, J=7,0Hz, 2H) , 2,54 (s, 6H) . Análisis para w-TBP. Hallado: C, 88,29, H, 5,40, N 5,57. Calculado: C, 89,03, H, 5,51, N 5,46.
4, 7-difenil-2,9-di-o-tolil-l.10-fenantrolina (o-TBP)
Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de -TBP. Sin embargo, el producto de la reacción consistía en batofenantrolina mono sustituida y di sustituida. Se obtuvo OTBP después de realizar la cromatografía en una mezcla de sílice de una columna de metanol/CH2Cl2 (1:1) de manera como el primer eluyente con un rendimiento del 20 por ciento. Se obtuvo mono-o-TBP como el segundo eluyente con un rendimiento del 50 por ciento. 1H NMR
(500 MHz, CDC13), ppm: 7,97 (s, 2H) , 7,85 (s, 2H) , 7,77 (s,
2H) , 7,64-7,59 (m, 4H) , 7,95-7,50 (m, 6H) , 7,35 (m, 6H) , 2,65
(s, 6H) . Análisis para o-TBP-l/8CH2Cl2. Hallado: C, 87,03, H,
5,41, N 5,23. Calculado: C, 87,51, H, 5,44, N 5,35.
4, 7-difenil-2-o-tolil-l .10-fenantrolina (mono-o-TBP)
aH NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 9,23 (d, J= 4,2 Hz, ÍH) , 7,87
(dd, J=9,4, 22,1 Hz, 2H) , 7,71 (s, 1H) , 7,67-7,64 (m, ÍH) , 7,57-7,45 (m, ÍH) , 7,32 (m, 3H) , 2,52 (s, 3H) . Análisis para mono-o-TBP. Hallado: C, 87,57, H, 5,26, N 6,63. Calculado: C,
88,12, H, 5,25, N 6,63.
4, 7-difenil-2-xilenil-l .10-fenantrolina (mono-XYBP) Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso análogo a la síntesis de m-TBP. El producto se obtuvo después de realizar la cromatografía en una mezcla de sílice de una columna de metanol/CH2Cl2 (1:1) con un rendimiento del 50 por ciento. 1H NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 9,24 (d, J= 4,2 Hz, 1H) , 7,89 (dd, J=9,4, 33,3 Hz, 2H) , 7,58-7,45 (m, 12H) , 7,20 (dd, J= 8,8 Hz, ÍH) , 7,1 (d, J= 7,51 Hz, 2H) , 2,17 (s, 6H) . Análisis para mono-XYBF-CH2Cl2. Hallado: C, 86,74, H, 5,15, N 6,35. Calculado: C, 86,29, H, 5,47, N 6,26.
2A7-trifenil-9-o-tolil-l, 10-fenantrolina [P (O-T) BP] Este compuesto de color amarillo se preparó en un proceso para la síntesis de PBP en donde se usaron 2 equivalentes del reactivo de fenillitio por cada equivalente de mono-o-TBP. El producto puro se obtuvo después de realizar la cromatografía en una mezcla de sílice de una columna de metanol/CH2Cl2 (1:1) con un rendimiento del 50 por ciento. 1H NMR (500 MHz, CDC13) , ppm: 8,40 (d, J= 7,0 Hz, 2H) , 8,06 (s, ÍH) , 7,88-7,80 (m, 2H) , 7,79 (s, ÍH) , 7,76-7,73 (m, ÍH) , 7,60-7,48 (m, 12H) , 7,45 (d, J= 7,0 Hz, 1H) , 7,41-7,38 (m, 1H) , 7,37-7,33 (m, 2H) , 2,84 (s, 3H) . Análisis para [P (O-T) BP] -CH2C12. Hallado: C, 87,19, H, 5,21, N 5,48. Calculado: C, 87,56, H, 5,20, N 5,50.
Por lo tanto, se ha descrito e ilustrado en la presente un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico y un método para producirlo. Si bien es evidente que la invención revelada en la presente está bien calculada para cumplir con los objetivos mencionados anteriormente, se apreciará que los expertos en el arte pueden prever numerosas modificaciones y realizaciones. En consecuencia, se desea que las reivindicaciones adjuntas cubren todas las modificaciones y realizaciones que están dentro del verdadero espíritu y alcance de la presente invención.
Claims (22)
1. Un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico, que comprende un ánodo, un cátodo y una capa de bloqueo orgánica entre el ánodo y el cátodo, en donde la capa de bloqueo comprende un derivado de fenantrolina de la fórmula en donde Ri a R?6 son hidrógeno, alquilo, fenilo o fenilo sustituido, con la condición de que Ri y R2 no sean ambos hidrógeno y no sean ambos metilo cuando R3 a Ríe son todos hidrógeno y bloquea por lo menos parcialmente por lo menos uno de excitones, electrones y huecos.
2. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el derivado de fenantrolina se selecciona del grupo formado por mono-t-BBP, mono-VBP, mono-o-TBP, mono-XYBF, M-BBP, t-BBP, PBP, 0-TBP, m-TBP y P- (0-T)BP.
3. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la capa de bloqueo es una capa de bloqueo de excitones (EBL) .
4. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo es una célula solar o fotodetector.
5. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el dispositivo es un fotodetector de espectro solar.
6. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el dispositivo es un fotodetector de espectro sensible.
7. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el dispositivo comprende dispositivos orgánicos fotosensibles optoelectrónicos apilados.
8. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 3, que también comprende una heterounión fotosensible.
9. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la heteroestructura fotosensible comprende una heterounión de donador y aceptor.
10. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la EBL está posicionada entre la heteroestructura fotosensible y uno del ánodo y el electrodo.
11. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, que también comprende una heteroestructura fotosensible, una primera EBL entre la heteroestructura fotosensible y el ánodo y una segunda EBL entre la heteroestructura fotosensible y el cátodo.
12. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la EBL está adyacente al ánodo o al cátodo.
13. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una primera EBL adyacente al ánodo y una segunda EBL adyacente al cátodo.
14. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo comprende una ETL, y la capa de bloqueo está posicionada entre la ETL y uno del ánodo y el cátodo .
15. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la capa de bloqueo está posicionada entre la ETL y el cátodo, y el dispositivo también comprende una HTL entre el ánodo y la ETL.
16. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la capa de bloqueo es una capa de bloqueo de excitones .
17. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la ETL comprende C60.
18. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el derivado de fenantrolina es asimétrico.
19. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una capa de transporte de electrones, una capa de transporte de huecos, y la capa de bloqueo están dispuestas entre dos superficies reflectoras planares paralelas, que forman un guíaondas.
20. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 19, en donde una de las dos superficies reflectoras tiene una perforación para admitir la luz incidente sobre el dispositivo.
21. El dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 19, que también comprende una parte transparente entre las dos superficies reflectoras, de manera tal que se admita la luz en el dispositivo desde una dirección sustancialmente paralela a los planos de las superficies reflectoras.
22. Un dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico apilado, que comprende una pluralidad del dispositivo orgánico fotosensible optoelectrónico de acuerdo con la reivindicación 1.
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