TW201342678A - 製備用於有機感光裝置之金屬基板表面之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示製備金屬基板表面之方法。本發明亦係關於包含藉由該方法製得之金屬基板的有機光伏打裝置。本發明亦揭示反向感光裝置，其包含：包含不銹鋼箔之反射電極、位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。

Description

製備用於有機感光裝置之金屬基板表面之方法
本發明之標的物係關於製備金屬基板表面之方法。本發明亦係關於包含藉由該方法製得之金屬基板的有機光伏打裝置。本發明亦揭示反向有機感光光電子裝置，其包含：包含不銹鋼箔之反射電極、位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
本申請案主張2011年11月1日提出申請之美國臨時申請案第61/554,324號之權益，該案件之全文以引用方式併入本文中。
關於聯邦資助研究之聲明
本發明係根據能源部(Department of Energy)授予之第DE-SC0001013號證書在美國政府支持下作出。政府對本發明擁有一定的權利。
聯合研究協定
本發明之標的物係由、代表及/或結合聯合大學協作研究協定(joint university-corporation research agreement)的以下各方中之一方或多方作出：密歇根大學(University of Michigan)及全球光子能源公司(Global Photonic Energy Corporation)。該協定在製備本發明之標的物之日期時及其之前有效，且係作為在該協定之範疇內所採取之活動的結果而作出。
光電子裝置依賴材料之光學及電子性質來以電子方式產生或偵測電磁輻射或自環境電磁輻射產生電。
感光光電子裝置將電磁輻射轉換成電。太陽能電池(亦稱作光伏打(PV)裝置)係特定用於產生電功率之一類感光光電子裝置。PV裝置可自除日光以外的光源產生電能，其可用於驅動功率消耗負載以提供(例如)照明、加熱或向電子電路或裝置(例如計算器、無線電、電腦或遠端監控或通信設備)供電。此等發電應用亦通常涉及向電池或其他能量儲存裝置充電，以便當來自太陽或其他光源之直接照射不可用時操作可繼續，或用以平衡PV裝置之功率輸出與特定應用要求。本文所用之術語「電阻負載」係指任一功率消耗或儲存電路、裝置、設備或系統。
另一類感光光電子裝置係光導體電池。在此功能中，信號偵測電路監控裝置之電阻以偵測因吸收光所致之變化。
另一類感光光電子裝置係光偵測器。在操作中，光偵測器與電流偵測電路結合使用，該電流偵測電路在光偵測器暴露於電磁輻射且可具有所施加之偏壓電壓時量測所產生之電流。本文所述之偵測電路能夠向光偵測器提供偏壓電壓並量測光偵測器對電磁輻射之電子反應。
可根據是否存在如下文所定義之整流接面且亦根據裝置是否藉助外部施加電壓(亦稱作偏壓或偏壓電壓)操作來表徵此三類感光光電子裝置。光導體電池不具有整流接面且通常在有偏壓之情況下操作。PV裝置具有至少一個整流接面且在無偏壓之情況下操作。光偵測器具有至少一個整流 接面且通常(但不總是)在有偏壓之情況下操作。一般而言，光伏打電池向電路、裝置或設備提供功率，但並不提供控制偵測電路之信號或電流或自偵測電路輸出資訊。相比之下，光偵測器或光導體提供控制偵測電路之信號或電流，或自偵測電路輸出資訊，但並不向電路、裝置或設備提供功率。
傳統上，感光光電子裝置係由諸多無機半導體構成，例如結晶、多晶及非晶型矽、砷化鎵、碲化鎘及其他材料。本文之術語「半導體」表示在藉由熱或電磁激發誘導電荷載流子時可導電之材料。術語「光導電」概言之係指以下過程：電磁輻射能量被吸收並由此轉換成電荷載流子之激發能量，以便載流子可傳導(亦即傳輸)材料中之電荷。本文所用之術語「光導體」及「光導電材料」係指針對其吸收電磁輻射以產生電荷載流子之性質經選擇之半導體材料。
PV裝置之特徵在於其可將入射太陽能轉換成有用電能之有效性。利用結晶或非晶型矽之裝置在商業應用中佔主導地位，且一些已達到23%或更大之效率。然而，基於結晶之有效裝置(尤其具有大表面積者)之製造由於在製造不具有顯著效率降格缺陷之大晶體時所固有之問題而係困難且昂貴的。另一方面，高效非晶型矽裝置仍具有穩定性問題。現有市售非晶型矽電池具有介於4%與8%之間的穩定效率。
可在標準照射條件(亦即標準測試條件(Standard Test Conditions)，其係1000 W/m2，AM1.5光譜照射)下最佳化PV裝置以產生最大電功率，且使光電流乘以光電壓之乘積最大。此電池在標準照射條件下之功率轉換效率取決於以下三個參數：(1)零偏壓下之電流，亦即短路電流ISC，以安培表示，(2)開路條件下之光電壓，亦即開路電壓VOC，以伏特表示，及(3)填充因子FF。
PV裝置在跨越負載連接且由光輻照時產生光生電流。在無窮大負載下輻照時，PV裝置產生其最大可能電壓V開路或VOC。在其電觸點短路下輻照時，PV裝置產生其最大可能電流I短路或ISC。在實際用於產生功率時，將PV裝置連接至有限電阻負載且藉由電流與電壓之乘積I×V給出功率輸出。由PV裝置產生之最大總功率固有地不能超出乘積ISC×VOC。在最佳化負載值以達到最大功率提取時，電流及電壓分別具有值Imax及Vmax。
PV裝置之品質因數係填充因子FF，其定義為：FF={ImaxVmax}/{ISCVOC} (1)其中FF總是小於1，此乃因ISC及VOC在實際使用中從不會同時獲得。然而，隨著FF接近1，裝置具有較小之串聯電阻或內部電阻，且由此在最佳條件下將ISC與VOC之乘積的較大百分比輸送至負載。在Pinc係裝置上之入射功率時，該裝置之功率效率η P 可由下式計算：η P =FF*(ISC*VOC)/Pinc
為產生佔據半導體之大部分體積之內部產生電場，通常方法係並置兩層具有經適宜選定之導電性質之材料，該等 性質尤其係關於其分子量子能態之分佈。此兩種材料之界面稱作光伏打接面。在傳統半導體理論中，用於形成PV接面之材料通常表示為n型或p型。此處，n型表示多數載流子類型係電子。此可視為具有許多處於相對自由能態之電子的材料。p型表示多數載流子類型係電洞。此材料具有許多處於相對自由能態之電洞。本底類型(亦即，非光生之多數載流子濃度)主要取決於缺陷或雜質之無意摻雜。雜質之類型及濃度決定在導電帶最小值與價能帶最大值能量之間的間隙內之費米能量(Fermi energy)之值或位準。費米能量描述分子之量子能態之統計佔據率，該量子能態由能量值表示且其佔據概率等於½。接近導電帶最小能量(LUMO)之費米能量指示電子係主導載流子。接近價能帶最大能量(HOMO)之費米能量指示電洞係主導載流子。因此，費米能量係傳統半導體之主要表徵性質，且典型PV接面傳統上一直為p-n界面。
術語「整流」尤其表示界面具有不對稱之導電特性，亦即，該界面支持電子電荷較佳在一個方向上傳輸。整流通常與內在電場有關，該內在電場係在經適宜選定之材料之間的接面處存在。
有機異質接面之電流-電壓特性通常使用針對無機二極體推導之一般化Shockley方程建模。然而，由於Shockley方程並不嚴格地適用於有機半導體供體-受體(D-A)異質接面(HJ)，故所得到之參數缺乏明確的物理含義。
有機半導體之顯著性質係載流子遷移率。遷移率量度電 荷載流子可因應電場移動穿過導電材料之難易性。在有機感光裝置之情形下，包括因高電子遷移率而優先傳導電子之材料的層可稱作電子傳輸層或ETL。包括因高電洞遷移率而優先傳導電洞之材料的層可稱作電洞傳輸層或HTL。在一些情形下，受體材料可為ETL且供體材料可為HTL。
習用無機半導體PV電池可採用p-n接面來建立內部電場。然而，現已認識到，除p-n型接面之確立以外，異質接面之能階偏移亦可起重要作用。據信，有機供體-受體(D-A)異質接面處之能階偏移因有機材料中光生過程之基本性質而對有機PV裝置之操作具有重要性。在光激發有機材料之後，生成定域弗倫克爾(Frenkel)或電荷傳輸激子。為實施電偵測或促使電流生成，束縛激子必須解離成其組成電子及電洞。此過程可由內在電場誘導，但在有機裝置中通常發現之電場(F約為106 V/cm)下效率較低。有機材料中之最有效激子解離發生在D-A界面處。在此界面處，具有低電離電勢之供體材料與具有高電子親和性之受體材料形成異質接面。端視供體及受體材料之能階對準而定，激子之解離在此界面處可在能量上變得有利，從而在受體材料中產生自由電子極性子且在供體材料中產生自由電洞極性子。
有機PV電池與傳統的矽基裝置相比具有許多潛在優點。有機PV電池重量輕，材料使用經濟，且可將其沈積於諸如撓性塑膠箔等低成本基板上。然而，有機PV裝置通常具有相對低的量子產率(所吸收光子與所生成載流子對之 比率，或電磁輻射至電之轉換效率)，約為1%或更低。人們認為，此部分地係由固有光導電過程之二級性質所致。亦即，生成載流子需要生成激子、擴散及電離或收集。存在與該等過程中之每一者皆相關之效率η。可使用下列下標：P為功率效率，EXT為外部量子效率，A為光子吸收，ED為擴散，CC為收集，且INT為內部量子效率。使用以下表示法：η P ~η EXT =η A *η ED *η CC
η EXT =η A *η INT
激子之擴散長度(LD)通常較光吸收長度(約500 Å)低很多(LD為約50 Å)，從而需要在使用具有多重或高度摺疊界面之厚且因此電阻性電池或具有低光吸收效率之薄電池之間進行權衡。
習用有機PV電池係在塗覆有透明導體(例如氧化銦錫(ITO))之透明基板(例如玻璃或塑膠)上製作。由於該等基板可能係裝置總成本結構中之昂貴及/或重要元件，故使用該等透明導電基板(尤其在大面積應用中)可能會限制總裝置之成本效益。反向有機PV電池使用反射基板及透明頂部觸點。此構造消除了對相當高成本透明基板之需要且容許在任意表面上製作。此設計顯著擴展了有機PV電池之應用，例如容許施加發電塗層或在撓性且廉價的不透明基板上生長。因此，需要研發製備該等基板之有效且低成本方法。
本發明揭示製備金屬基板表面之方法，其包含：(a)將金屬基板附接至剛性支撐結構以提供暴露的頂部表面；(b)將該金屬基板之暴露的頂部表面用無機磨料漿液機械拋光達足以降低頂部表面之表面粗糙度的時間；及(c)將有機平滑層施加於頂部表面上以形成具有平坦化頂部表面之金屬基板。
在一個實施例中，剛性支撐結構包含帶、盤或板，其可由任何已知的剛性材料(例如玻璃、塑膠或金屬)製得。
在一個實施例中，本文所述之方法可為連續製程或分批製程。當使用連續製程時，剛性支撐結構應適當地予以調整，例如呈帶形式。
在一個實施例中，金屬基板可在施加有機層之前自剛性支撐結構移除。應瞭解，可用任何已知的黏合劑(例如石英蠟)將金屬基板黏合至剛性支撐結構。當使用可移除黏合劑時，該方法可進一步包含在施加有機平滑層之前在至少一種溶劑(例如二甲苯)中超音波處理金屬基板以移除任何殘留石英蠟。
在一個實施例中，有機平滑層可經由溶液處理、例如藉由一或多種選自旋轉塗佈、旋轉澆注、噴霧塗佈、浸漬塗佈及刮刀塗佈之技術來施加。
在一個實施例中，有機平滑層包含聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸鹽)(PEDOT：PSS)。
在一個實施例中，實施機械拋光達足夠時間以使表面粗 糙度降低至20 nm以下，例如3 nm或以下。足以降低表面粗糙度之時間介於15-60分鐘、例如20-50分鐘範圍內。
在一個實施例中，金屬基板包含不銹鋼，其可使用包含磨料(包括氧化鋁，尤其煅燒氧化鋁)之漿液、例如水性懸浮液機械拋光。
本發明亦係關於以反向方式生長之有機感光光電子裝置，例如有機PV裝置。出於本發明之目的，以反向方式生長意指以反射電極開始且使用透明頂部電極。在一些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置包含：反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
在一些實施例中，反射電極可包含基板，例如本文所述之金屬基板。在一些實施例中，電極可包含選自以下之低功函數金屬：鋼、Ni、Ag、Al、Mg、In及其混合物或合金。
在某些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置包含：經表面處理之反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
在一些實施例中，有機供體-受體異質接面之供體可選自酞菁、卟啉、亞酞菁、及其衍生物或過渡金屬錯合物。在一些實施例中，供體包含氯化硼亞酞菁(SubPc)或銅酞菁(CuPc)。在一些實施例中，有機供體-受體異質接面之受 體係選自聚合或非聚合苝、聚合或非聚合萘以及聚合或非聚合富勒烯(fullerene)。在一些實施例中，受體包含C60或3,4,9,10-苝四甲酸雙-苯并咪唑(PTCBI)。
在一些實施例中，透明電極係選自厚度足以使其透明或半透明之透明氧化物及金屬或金屬替代物。在一些實施例中，透明電極係選自透明導電氧化物，例如氧化銦錫(ITO)、鎵銦錫氧化物(GITO)及鋅銦錫氧化物(ZITO)。
在一些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置可視情況在反射電極與透明電極之間包含一或多個阻擋層，例如激子阻擋層(EBL)。在一些實施例中，EBL可選自三氧化鉬、N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺(NPD)、叁(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、咔唑聯苯(CBP)、浴銅靈(bathocuproine)(BCP)及叁(乙醯基丙酮酸)釕(III)(Ru(acac)3)。
本發明亦闡述包含至少一個有機PV裝置之發電裝置，該有機PV裝置包含：反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
在一些實施例中，發電裝置係在本文所述之金屬基板上形成。在一些實施例中，發電裝置係直接在裝置之外殼上形成，其中該裝置外殼用作基板且反射電極係在該基板上形成。
本發明亦闡述製造有機PV裝置之方法，其包含：提供反射電極； 對該反射電極實施至少一次表面處理；在該反射電極上形成有機供體-受體異質接面；及在該有機供體-受體異質接面上形成透明電極。
本發明亦闡述生成及/或量測電之方法。在一些實施例中，該方法包含：為包含反射電極之有機PV裝置提供光；在該反射電極上形成有機供體-受體異質接面；及在該供體-受體異質接面上形成透明電極。
在一些實施例中，基板具有反射性，例如金屬箔，且最靠近該反射基板之電極係由本文所定義之適宜透明或半透明材料形成。
本發明闡述反向有機感光光電子裝置。所述有機裝置可用於(例如)自入射電磁輻射生成可用電流(例如，PV裝置)或可用於偵測入射電磁輻射。一些實施例可包含陽極、陰極及陽極與陰極之間的光活性區域。光活性區域係感光裝置中吸收電磁輻射以生成可解離以生成電流之激子的部分。本文所述之裝置亦可包括至少一個透明電極以使入射輻射被吸收於裝置內。若干種PV裝置材料及組態闡述於美國專利第6,657,378號、第6,580,027號、第6,352,777號及美國專利申請公開案第2010/0102304號中，其關於PV裝置材料及組態之揭示內容以引用方式併入本文中。
本文所用之術語「層」係指感光裝置中主要維度係X-Y(亦即沿其長度及寬度)之構件或組件。應理解，術語層不 一定限於材料之單一層或片。此外，應理解，某些層之表面(包含此等層與其他材料或層之界面)可能不完整，其中該等表面代表與其他材料或層之互穿、纏結或回旋網路。同樣，亦應理解，層可係不連續的，因此該層在X-Y維度上之連續性可被其他層或材料破壞或以其他方式打斷。
本文所用之術語「電極」及「觸點」係指提供用以將光生電流輸送至外部電路或向裝置提供偏壓電流或電壓之介質的層。亦即，電極或觸點在有機感光光電子裝置之活性區域與導線、引線、跡線或其他部件之間提供界面，以將電荷載流子輸送至外部電路或自外部電路輸送電荷載流子。實例係陽極及陰極。美國專利第6,352,777號(其關於電極之揭示內容併入本文中)提供可用於感光光電子裝置中之電極或觸點的實例。在感光光電子裝置中，可能期望將來自裝置外部之最大量環境電磁輻射引入光導活性內部區域中。亦即，電磁輻射必須到達光導層，在光導層可藉由光導吸收將電磁輻射轉化成電。此通常表明，至少一個電性觸點應最低限度地吸收及最低限度地反射入射電磁輻射。在一些情形下，此觸點應為實質上透明的。相對電極可為反射材料，以便透過電池而未被吸收之光反射回電池。若層容許至少約50%之具有相關波長的環境電磁輻射透射穿過層，則本文所用之材料層或一系列不同材料之若干層可稱為「透明的」。同樣，容許一些但少於約50%之具有相關波長的環境電磁輻射透過之層可視為「半透明的」。
術語「陰極」按下列方式使用。在處於環境輻照下且與電阻負載連接且無外部施加電壓之非堆疊PV裝置或堆疊PV裝置之單一單元(例如，PV裝置)中，電子自光導材料移動至陰極。同樣，在本文中按如下方式使用術語「陽極」：在處於照射下之PV裝置中，電洞自光導材料移動至陽極，其等效於電子以相反方式進行移動。應注意，本文所用之術語陽極及陰極可為電極或電荷傳輸層。
本文所用之「頂部」意指距基板結構(若存在)最遠，而「底部」意指距基板結構最近。若該裝置不包括基板結構，則「頂部」意指距反射電極最遠。舉例而言，對於具有兩個電極之裝置而言，底部電極係距基板結構最近之電極，且其通常係製作之第一電極。底部電極具有兩個表面，即距基板最近之底部側及遠離基板之頂部側。當第一層闡述為佈置於第二層「之上」或「位於其頂部」時，該第一層遠離基板佈置。除非指明第一層與第二層「物理接觸」，否則在第一層與第二層之間可有其他層。舉例而言，陰極可闡述為佈置於陽極「之上」或「位於其頂部」，即使其間有各種有機層。
圖1顯示反向有機感光光電子裝置100之實例。該等圖不必按比例繪製。裝置100可包括反射基板110、供體層115、受體層120、可選阻擋層125及透明電極130。裝置100可藉由按順序沈積所述層來製作。在一些實施例中，圖1中所述之裝置可視情況在阻擋層125與透明電極130之間包括極薄之損壞誘導金屬層，以使透明性不受影響。裝 置100亦可視情況包括基板結構135。在一些實施例中，基板結構可直接支撐反射電極110。
圖1中所示各層之特定配置僅具例示性，且並非意欲加以限制。舉例而言，可省去一些層(例如阻擋層)。可添加其他層(例如反射電極或其他受體及供體層)。各層之順序可改變。可使用不同於彼等具體闡述之配置。此外，有機PV裝置可以包含一或多個額外供體-受體層之串聯裝置形式存在。串聯裝置可具有電荷傳輸層、電極或位於串聯供體-受體層之間的電荷重組層。可組合基板及反射電極，基板可具有反射性且電極係透明的。
在一些實施例中，反射電極110及基板材料135可加以組合或由兩種金屬形成。在一些實施例中，基板135具有反射性且電極110係透明的。
裝置可在上面生長或可位於上面之基板135可為提供期望結構性質之任一適宜材料。基板可為撓性或剛性、平面或非平面的。基板可為透明的、半透明的或不透明的。塑膠、玻璃及石英係剛性基板材料之實例。塑膠及金屬箔係撓性基板材料之實例。基板之材料及厚度可經選擇以獲得期望之結構及光學性質。在一些實施例中，基板135係不銹鋼，例如不銹鋼箔(SUS)。SUS基板與習用材料相比相對低成本，且在層生長期間提供較佳之散熱體。
在一些實施例中，適宜用於有機PV中之金屬基板可藉由機械拋光以使表面粗糙度降低至(例如)3 nm以下或介於1-3 nm之間來製備。在一些其他實施例中，金屬基板之表 面可藉由沈積平滑層、例如有機平滑層進一步平滑。
在機械拋光製程之一些實施例中，將金屬基板附接至剛性支撐結構以提供暴露的頂部表面。剛性支撐結構可為帶、盤或板，其可由任何已知之剛性材料(例如玻璃、塑膠或金屬)製得。在一個實施例中，本文所述之方法可為連續製程或分批製程。當使用連續製程時，剛性支撐結構應適當地予以調整，例如呈帶形式。
在一些實施例中，可用任何已知的黏合劑(例如石英蠟)將金屬基板黏合至剛性支撐結構。
金屬基板之暴露的頂部表面可用無機磨料漿液機械拋光達足以降低表面之表面粗糙度的時間。漿液(例如水性懸浮液)包含磨料，例如氧化鋁，例如煅燒氧化鋁。
在一個實施例中，實施機械拋光達足夠時間以使表面粗糙度降低至(例如)20 nm以下，例如3 nm或以下。足以降低表面粗糙度之時間可介於15-60分鐘、例如20-50分鐘範圍內。
在一個實施例中，金屬基板可自剛性支撐結構移除，隨後在下一步驟中施加有機層。當使用可移除黏合劑時，該方法可進一步包含在施加有機平滑層之前在至少一種溶劑(例如二甲苯)中超音波處理金屬基板以移除任何殘留石英蠟。
在一些實施例中，可藉由施加有機平滑層使所獲得之頂部表面進一步平坦化。在一個實施例中，有機平滑層包含聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸鹽) (PEDOT：PSS)。
在一個實施例中，有機平滑層可經由溶液處理，例如藉由一或多種選自旋轉塗佈、旋轉澆注、噴霧塗佈、浸漬塗佈及刮刀塗佈之技術來施加。
在一些其他實施例中，本發明亦係關於以反向方式生長之有機感光光電子裝置，例如有機PV裝置。出於本發明之目的，以反向方式生長意指以反射電極開始且使用透明頂部電極。在一些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置包含：反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
在一些實施例中，反射電極可包含基板，例如本文所述之金屬基板。在一些實施例中，電極可包含選自以下之低功函數金屬：鋼、Ni、Ag、Al、Mg、In及其混合物或合金。
在某些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置包含：經表面處理之反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
除在實例中以外，或除非另外指明，否則在說明書及申請專利範圍中所用之表示成份的量、反應條件、分析量測值及諸如此類之所有數字均應理解為在所有情況下皆受詞語「約」修飾。因此，除非指明相反之情形，否則說明書 及隨附申請專利範圍中所列示之數字參數均為可隨本發明尋求達成之期望性質而變化之近似值。無論如何，且並非試圖限制申請專利範圍之範疇之等效項原則的應用，每一數字參數皆應至少根據有效數位之數目及通常之舍入方法來解釋。
儘管列示本發明之寬廣範疇之數值範圍及參數係近似值，但除非另外指示，否則在特定實例中所列示之數值係儘可能準確地報告。然而，任一數值固有地含有必然由其各自測試量測中存在之標準偏差所引起之某些誤差。
在一些實施例中，本文所述之「電極」可由「金屬」或「金屬替代物」構成。本文所用之術語「金屬」既包含由基本上純淨之金屬(例如Mg)構成之材料且亦包含金屬合金，金屬合金係由兩種或更多種基本上純淨金屬構成之材料，例如，Mg以及Ag，表示為Mg：Ag。此處，術語「金屬替代物」係指並非通常定義內之金屬但具有某些適宜應用中所期望之類金屬性質的材料。通常用於電極及電荷傳輸層之金屬替代物包括經摻雜之寬帶隙半導體，例如透明導電氧化物，例如氧化銦錫(ITO)、鎵銦錫氧化物(GITO)及鋅銦錫氧化物(ZITO)。具體而言，ITO係光帶隙為約3.2 eV之高度摻雜簡併n+半導體，此使得其對大於約3900 Å之波長透明。另一適宜金屬替代物係透明導電聚合物聚苯胺(PANI)及其化學相關物質。
金屬替代物可另外選自寬範圍之非金屬材料，其中術語「非金屬」意欲包含假設材料以其化學未結合形式不含金 屬之寬範圍材料。若金屬以其化學未結合形式單獨存在或與一或多種其他金屬組合成合金，則可另外將金屬稱作以其金屬形式存在或稱作「自由金屬」。因此，本文所述之金屬替代物電極有時可稱作「不含金屬」，其中術語「不含金屬」明確地意欲包含以其化學未結合形式不含金屬之材料。自由金屬通常具有由大量價電子形成之金屬鍵結形式，該等價電子可在電子導帶中自由移動穿過金屬晶格。儘管金屬替代物可含有金屬成份，但基於若干基準其為「非金屬」。其既非純自由金屬亦非自由金屬之合金。在金屬以其金屬形式存在時，電子導帶往往會尤其提供針對光輻射之高導電性以及高反射性等金屬性質。
透明電極130可選自厚度足以使其透明之透明氧化物及金屬或金屬替代物。常用於電極及電荷傳輸層之金屬替代物包括摻雜之寬帶隙半導體，例如透明導電氧化物。在一些實施例中，透明電極130可選自ITO、GITO及ZITO。其他實例性電極包括高度透明之非金屬低電阻陰極(例如彼等揭示於頒予Parthasarathy等人之美國專利第6,420,031號中者)或高效低電阻金屬/非金屬複合陰極(例如彼等揭示於頒予Forrest等人之美國專利第5,703,436號中者)，二者之關於陰極之揭示內容皆以引用方式併入本文中。每一類陰極通常皆在包括以下步驟之製作方法中製備：將ITO層濺鍍沈積至有機材料(例如CuPc)上以形成高度透明之非金屬低電阻陰極，或濺鍍沈積至薄Mg：Ag層上以形成高效低電阻金屬/非金屬複合陰極。
本文所述之裝置包含至少一個「光活性區域」，在光活性區域中光被吸收以形成隨後可解離成電子及電洞的激發態或「激子」。激子之解離通常在藉由並置供體層及受體層形成之「異質接面」處發生。例如，在圖1之裝置中，「光活性區域」可包括供體層115及受體層120。電荷分離可主要發生在介於供體層115與受體層120之間之有機異質接面處。異質接面處之內在電勢係由接觸形成異質接面之兩種材料間之HOMO-LUMO能階差來決定。供體與受體材料之間之HOMO-LUMO間隙偏移在供體-受體界面處產生電場，該電場促進在界面之激子擴散長度內產生之激子解離成符號相反之載流子(電洞及電子)。
構成受體層120之適宜材料可包括(例如)聚合或非聚合苝、萘、富勒烯或奈米管。在一些實施例中，受體層120可包含C60、3,4,9,10-苝四甲酸雙-苯并咪唑(PTCBI)。在其他實施例中，受體層120可包含如美國專利第6,580,027號中所述之富勒烯材料，關於富勒烯材料之描述以引用方式併入本文中。在一些實施例中，供體層115可包含方酸(squaraine)、酞菁、卟啉、氯化硼亞酞菁(SubPc)、銅酞菁(CuPc)、或其衍生物或過渡金屬錯合物(例如酞菁氯化鋁(AlClPc))。
適用於光活性層之其他有機材料可包括環金屬化有機金屬化合物。本文所用之術語「有機金屬」係如熟習此項技術者通常所理解的，且如(例如)Gary L.Miessler及Donald A.Tarr之「Inorganic Chemistry」(第2版)，Prentice Hall (1998)中所給出。因此，術語有機金屬可係指具有經由碳-金屬鍵鍵結至金屬之有機基團之化合物。除一或多個與有機物質鍵結之碳-金屬鍵以外，有機金屬化合物可包含一或多個來自雜原子之供體鍵。與有機物質鍵結之碳-金屬鍵可係指(例如)金屬與有機基團(例如苯基、烷基、烯基等)中之碳原子之間的直接鍵。術語環金屬化係指化合物包含二齒有機金屬配體，以便在鍵結至金屬之後形成包括金屬作為環成員之一的環結構。
如上文針對術語「層」所述，應理解，受體層120與供體層115之邊界(如圖1中所繪示)可係不完整的、不連續的，及/或代表供體與受體材料之互穿、纏結或回旋網路。舉例而言，儘管在一些實施例中有機供體-受體異質接面可形成平面異質接面，但在其他實施例中，其可形成本體異質接面、奈米結晶本體異質接面、雜平面混合異質接面或混合異質接面。在一些實施例中，可使用兩個或更多個有機供體-受體異質接面來建立串聯反向PV裝置。
可使用真空沈積、旋轉塗佈、有機蒸氣相沈積、噴墨印刷及業內已知之其他方法來製作有機層。
本文所述實施例之有機感光光電子裝置可用作PV裝置、光偵測器或光導體。每當本文所述之有機感光光電子裝置用作PV裝置時，可選擇光導有機層中所用之材料及其厚度以(例如)最佳化裝置之外部量子效率。每當本文所述之有機感光光電子裝置用作光偵測器或光導體時，可選擇光導有機層中所用之材料及其厚度以(例如)使裝置對期望 光譜區之敏感性最大。
圖1之裝置可進一步包括一或多個阻擋層125，例如闡述於美國專利第6,097,147號及美國專利第6,451,415號(Forrest等人)中之激子阻擋層(EBL)，每一案件關於阻擋層之揭示內容皆以引用方式併入本文中。在某些實施例中，較高之內部及外部量子效率可藉由納入EBL來達成，納入EBL可將光生激子限制在接近解離界面之區域中並防止寄生激子在感光有機/電極界面處猝滅。除限制激子可擴散之體積以外，EBL亦可用作在沈積電極期間所引入物質之擴散障壁。在一些情形下，可使EBL厚至足以填充原本可使有機PV裝置失效之針孔或短路缺陷。因此，EBL可幫助防止脆弱的有機層在將電極沈積至有機材料上時受損。
不受限於任一特定理論，據信，EBL獲得其激子阻擋性質之原因在於其LUMO-HOMO能隙實質上大於激子受阻擋而無法到達之毗鄰有機半導體。因此，由於能量原因，可防止受限制之激子存在於EBL中。儘管期望EBL阻擋激子，但不期望EBL阻擋所有電荷。然而，由於毗鄰能階之性質，EBL可阻擋一種符號之電荷載流子。藉由設計，EBL將在兩個其他層之間存在，通常位於有機感光半導體層及電極、電荷傳輸層或電荷重組層之間。毗鄰電極或電荷傳輸層在上下文中為陰極或陽極。因此，在裝置中給定位置之EBL材料可經選擇以使期望符號之載流子在其傳輸到達電極或電荷傳輸層時不受阻礙。合適之能階對準可確保對電荷傳輸不存在障壁，從而防止串聯電阻增加。在某 些實施例中，可能期望用作陰極側EBL之材料具有接近匹配毗鄰受體材料之LUMO能階的LUMO能階，以便將對電子之任何不期望障壁降至最低。
應瞭解，材料之激子阻擋性質並非一定係其HOMO-LUMO能隙之固有性質。給定材料是否可用作激子阻擋劑取決於毗鄰有機感光材料之相對HOMO及LUMO能階。因此，不能不考慮使用化合物之裝置情形而孤立地將一類化合物確定為激子阻擋劑。然而，根據本文之教示內容，熟習此項技術者可確定給定材料在與所選組材料一起用於構造有機PV裝置時是否用作激子阻擋層。
在一些實施例中，阻擋層125可包含位於受體層120與透明電極130之間的EBL。適宜EBL材料之實例包括(但不限於)據信具有約3.5 eV之LUMO-HOMO能階分離的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(亦稱作浴銅靈或BCP)、或雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-酚酸鋁(III)(Alq2OPH)。BCP可為可將電子自受體層容易地傳輸至陰極之有效激子阻擋劑。在其他實施例中，EBL可選自三氧化鉬、N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺(NPD)、叁(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、咔唑聯苯(CBP)及叁(乙醯基丙酮酸)釕(III)(Ru(acac)3)。
在一些實施例中，阻擋層125可包含摻雜有適宜摻雜劑之EBL，包括但不限於3,4,9,10-苝四甲酸二酸酐(PTCDA)、3,4,9,10-苝四甲酸二醯亞胺(PTCDI)、3,4,9,10-苝四甲酸-雙-苯并咪唑(PTCBI)、1,4,5,8-萘四甲酸二酸酐(NTCDA)及其衍生物。在本文所述之裝置中沈積之BCP可 係非晶型。非晶型BCP激子阻擋層可顯示膜重結晶作用，此在高光強度下可尤其迅速。由此發生之多晶材料之形態變化產生具有諸如下列可能缺陷之較低品質膜：電極材料之短路、空隙或侵入。因此，已發現，使用適宜的相對大且穩定之分子摻雜一些顯示此效應的EBL材料(例如BCP)可穩定EBL結構以防止使性能降格的形態變化。應進一步瞭解，使用LUMO能階接近EBL之材料摻雜在給定裝置中傳輸電子之EBL可幫助確保不會形成電子陷阱，電子陷阱可產生空間電荷積累且降低性能。此外，應瞭解，相對低的摻雜密度應可將隔離摻雜劑位點處之激子生成降至最低。由於周圍EBL材料可有效防止該等激子發生擴散，故該等吸收會降低裝置之光轉換效率。
在一些實施例中，圖1之裝置可進一步包含一或多個透明電荷傳輸層或電荷重組層。本文所述之電荷傳輸層鑒於以下事實而與受體層及供體層不同：電荷傳輸層通常(但並非一定)為無機(通常為金屬)層且其可經選擇而不具有光導活性。本文所用之術語「電荷傳輸層」係指與電極相似但不同之層，其不同之處在於，電荷傳輸層僅將電荷載流子自光電子裝置之一個分段輸送至毗鄰分段。本文所用之術語「電荷重組層」係指與電極相似但不同之層，其不同之處在於，電荷重組層容許電子及電洞在串聯感光裝置之間重組且亦可增強接近一或多個活性層之內部光場強度。電荷重組層可由如美國專利第6,657,378號中所述之半透明金屬奈米團簇、奈米顆粒或奈米棒構成，該案件關於該等 半透明金屬奈米團簇、奈米顆粒或奈米棒之揭示內容以引用方式併入本文中。
在一些其他實施例中，平滑層可位於反射電極110(例如，陽極)與供體層115之間。此層之實例性材料包含3,4-聚伸乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT：PSS)之膜。在反射電極110(例如，包含ITO之陽極)與供體層115(例如，CuPc)之間引入PEDOT：PSS層可使得製作良率大大提高。不受限於特定理論，據信，製作良率提高可源於旋轉塗佈之PEDOT：PSS膜能夠使ITO平坦化，而ITO之粗糙表面原本會透過薄分子層產生短路。
在另一實施例中，可對圖1裝置之一或多個層實施表面處理。舉例而言，可在沈積下一層之前使用電漿來處理一或多個層。舉例而言，可使用溫和的氬或氧電漿來處理各層。此處理可有利於降低串聯電阻。有利的是，可在沈積下一層之前使可選PEDOT：PSS層經受溫和的電漿處理。或者，可對一或多個層實施紫外線臭氧(UV-O3)處理。在至少一個實施例中，對反射電極(例如，陽極層)實施表面處理。
本文所述之實施例亦包括製造圖1中有機PV裝置之方法，其包含：提供反射電極110，在反射電極110上實施至少一次表面處理，在反射電極110上形成有機供體-受體異質接面(例如，供體層115及受體層120)，及在該有機供體-受體異質接面上形成透明電極130。
本文所述之實施例亦包括生成及/或量測電之方法。在 一些實施例中，該方法包含：向圖1之裝置提供光，該裝置包含反射電極110、位於該反射電極頂部上之有機供體-受體異質接面(例如，供體層115及受體層120)及位於該供體-受體異質接面頂部上之透明電極130。
在一些實施例中，闡述發電裝置，其可包括至少一個圖1之裝置，該裝置包含：反射電極110；位於該反射電極頂部上之有機供體-受體異質接面(例如，供體層115及受體層120)；及位於該供體-受體異質接面頂部上之透明電極130。在一些實施例中，裝置可呈塗層、膜或箔形式。舉例而言，在一個實施例中，可在基板結構135上形成裝置100(其包含膜、箔或諸如此類)，或直接在裝置外殼上形成(例如施加塗層)。在一些實施例中，裝置顯示介於1%至4%、例如介於約2%至3%範圍內之η P 。在一些實施例中，裝置顯示介於0.2 V至1.5 V、例如約0.8 V至約1.2 V範圍內之V OC 。在一些實施例中，裝置顯示介於0.4至0.85、例如0.5至0.6範圍內之FF。
在其他實施例中，本文所述之有機感光光電子裝置可用作光偵測器。在此實施例中，裝置可為多層有機裝置。在此情形下，通常可施加外部電場以促進提取所分離之電荷。
可使用塗層將光能量聚焦至裝置之期望區域中。參見，例如，美國專利第7,196,835號，其關於該等塗層之內容以引用方式併入本文中。
以非限制性實例形式提供圖1中所圖解說明之簡單分層 結構，且應瞭解，本文所述之實施例可結合各種其他結構使用。所闡述之具體材料及結構實際上具有例示性，且可使用其他材料及結構。基於設計、性能及成本因素，藉由以不同方式組合所述各層可達成功能有機感光光電子裝置，或可完全省略多個層。亦可包括未特定闡述之其他層。可使用除具體闡述材料以外的材料。雖然本文中所提供之許多實例將各種層描述為包含單一種材料，但應理解，可使用材料之組合(例如，主體材料與摻雜物之混合物)或更通常混合物。另外，該等層可具有各種子層。本文中提供給各層之名稱並不意欲具有嚴格限制意義。並非光活性區域之一部分之有機層、亦即通常並不吸收對光電流具有顯著貢獻之光子的有機層可稱作「非光活性層」。非光活性層之實例包括EBL及陽極平滑層。亦可使用其他類型之非光活性層。
藉由下列非限制性實例來進一步闡述本文所述之方法及裝置，該等實例意欲純粹係例示性的。
實例1
製備不銹鋼箔(SUS)基板以供光伏打裝置應用。
首先，使用加熱至80℃之石英蠟將箔基板(約76 μm厚)黏合至105 mm玻璃載體盤。將其冷卻至室溫之後，將玻璃載體安裝至位於研磨夾具(lapping jig)上之真空夾盤上，並隨後使用由1微米煅燒氧化鋁及去離子(DI)水構成之自由流動漿液將箔以20 rpm在1300克力下拋光約30-45分鐘。藉由熔化蠟自玻璃載體移除箔。將分離的箔在二甲苯 中超音波處理以移除殘留蠟，且隨後相繼在丙酮及沸騰的異丙醇中清潔。所得表面非定向、高度反射且對於薄膜太陽能電池製作而言足夠平滑。如在圖2(b)及圖2(c)中所見，與圖2(a)中所見之拋光前表面相比，在拋光之後表面粗糙度大幅降低至1.63 nm。隨後以1000 rpm旋轉澆注PEDOT：PSS層30秒，隨後以6000 rpm旋轉澆注1分鐘，以提供較佳之平坦化表面及對金屬電極之較佳潤濕。此製備方法簡單且低成本。可在藉由此方法製備之SUS基板上生長有機太陽能電池並保持相當效率。
實例2
使用根據實例1中所述之方法製備之SUS基板來製造有機感光裝置(OPV)。首先，將1200Å Ag：Mg熱蒸發至SUS上以改變陰極的功函數。隨後，以1 Å/s之速率熱蒸發按C60 500 Å/SubPc 110 Å/MoO3 300 Å順序之OPV層。在氬氣中藉由RF濺鍍以0.1 Å/s之速率沈積500 Å厚之ITO頂部電極。將使用SUS之裝置之每一層之表面粗糙度與除基板以外每一層之材料相同之其他裝置(基板/Ag：Mg/C60/SubPc/MoO3/ITO)進行比較。與SUS進行比較之基板包括玻璃、石英、SiO2及Si。圖3及圖4圖解說明沈積於各種基板(自左至右為玻璃、石英(未顯示於圖5中)、SiO2、SUS及Si)上之裝置之使用原子力顯微術(AFM)測定的表面粗糙度演變。
相繼沈積於各種基板上期間藉由AFM量測之各層基板、Ag：Mg(最初50 Å)、Ag：Mg(1200 Å)、SubPc、MoO3及ITO之RMS(均方根)表面粗糙度列示於表1中。亦參見圖3及圖 4。
在機械拋光之後SUS之表面比其他基板略微粗糙(1.6 nm)。例如，對於玻璃，粗糙度為0.3 nm，對於石英為0.8 nm，對於SiO2為0.4 nm，且對於Si為0.2 nm。然而，相繼沈積於SUS基板上之各層保持相當之粗糙度，介於1.4 nm至2.9 nm範圍內。例如，對於最初的50 Å Ag：Mg層為2.1 nm，對於接下來的1200 Å Ag：Mg為2.9 nm，對於C60為2.0 nm，對於SubPC為1.7 nm，對於MoO3為1.4 nm，且對於ITO為2.0 nm。
實例3
製備使用SUS作為基板之平面IOPV(SUS/PEDOT：PSS/Ag：Mg/C60/SubPc/MoO3/ITO)。以1000 rpm旋轉澆注PEDOT：PSS 30秒，隨後以6000 rpm旋轉澆注1分鐘，以提供較佳之平坦化表面及對金屬電極之較佳潤濕。根據實例2中所述之方法來製備裝置之其餘部分。
使用電流-電壓量測值來描述電池在黑暗中及在使用150 W氙弧燈之模擬AM 1.5 G模擬日照(未對太陽光譜失配進行校正)下的性能。裝置之性能數據顯示於圖5-7中。
此電池之性能隨照射強度之變化顯示於圖5中，圖5圖解說明η P (黑色正方形)、VOC(綠色正方形)及FF(三角形)隨用於裝置之光強度的變化。在1個日光之AM 1.5 G日照下，IOPV展示VOC為1.0 V，FF為0.56，從而使得η P 為2.3%。將黑暗電流-電壓電流曲線擬合為經修改的理想二極體方程： 假設n為3，RSA為0.007 Ω-cm2，且J S為3×10-6 A/cm2。
在黑暗中(正方形)及在1個日光之照射下(三角形)電流密度對電壓特性分別以線性(圖6)及對數(圖7)標度顯示。該裝置展示相對低的黑暗電流，此表明平滑的SUS基板充分降低表面粗糙度，已知此會導致電流洩漏。
實例4
將如實例3中所述生長於SUS上之IOPV與使用塗佈ITO之玻璃作為基板之習用OPV及使用石英作為基板之IOPV進行比較。
圖8圖解說明以下三種裝置之電流密度-電壓(J-V)特性：(1)習用IOPV在黑暗中(正方形)及在1個日光之AM 1.5 G模擬照射下；(2)位於石英基板上之IOPV在黑暗中(圓形)及在 1個日光之AM 1.5 G模擬照射下；(3)位於SUS基板上之IOPV在黑暗中(圓形)及在1個日光之AM 1.5 G模擬照射下。對於裝置(1)、(2)及(3)，根據文中理論之擬合分別由細實線、長虛線及短虛線指示。
根據本發明中所述之方程來計算功率效率η P 、開路電壓VOC及填充因子FF，且列示於表2中。
如所見，生長於SUS上之IOPV達成與其他兩個裝置相當之效率。功率轉換效率為2.3%，與生長於石英上之IOPV(2.4%)大致相等，且為位於塗佈ITO之玻璃上之習用平面太陽能電池(3.3%)的約70%。
儘管本發明係參考具體實例及實施例加以闡述，但應瞭解，本文所述之裝置並不限於該等實例及實施例。因此，熟習此項技術者應明瞭，所主張之各實施例可包括本文所述之具體實例及較佳實施例的多種變化形式。
100‧‧‧反向有機感光光電子裝置
110‧‧‧反射基板
115‧‧‧供體層
120‧‧‧受體層
125‧‧‧阻擋層
130‧‧‧透明電極
135‧‧‧基板結構
圖1顯示反向有機PV裝置，其包含在基板上形成之經表面處理之反射電極、位於該反射電極頂部上之有機供體-受體異質接面及位於該供體-受體異質接面頂部上之透明電極。
圖2圖解說明在拋光之前及之後的不銹鋼箔(SUS)基板之表面。圖2(a)係拋光之前之SUS基板的掃描電子顯微鏡(SEM)影像。圖2(b)顯示拋光之後之SUS基板的SEM影像。圖2(c)係拋光之後同一SUS基板之原子力顯微術(AFM)影像，其呈現降低之表面粗糙度。(影像面積為5×5 μm，均方根(RMS)粗糙度為1.63 nm)
圖3圖解說明沈積於各種基板上之感光裝置的表面粗糙度演變。其顯示相繼沈積於各種基板(自左至右為玻璃、石英、位於Si上之薄SiO2、SUS及Si)上期間使用AFM(影像面積為5×5 μm)測定之各層(包括基板、Ag：Mg(最初50 Å及1200 Å)及C60)之影像及RMS表面粗糙度。
圖4圖解說明沈積於各種基板上之感光裝置的表面粗糙度演變。其顯示相繼沈積於各種基板(自左至右為玻璃、Si+薄氧化物、SUS及Si)上期間使用AFM(影像面積為5×5 μm)測定之各層(包括SubPc、MoO3及ITO)之影像及RMS表面粗糙度。
圖5圖解說明η P (正方形)、VOC(圓形)及FF(三角形)隨用於平面IOPV(SUS/PEDOT：PSS/Ag：Mg/C60/SubPc/MoO3/ITO)之功率強度的變化。
圖6圖解說明在黑暗中(正方形)及在1個日光之模擬AM1.5G照射下(三角形)平面IOPV(SUS/PEDOT：PSS/Ag：Mg/C60/SubPc/MoO3/ITO)之電流密度-電壓(J-V)特性。
圖7圖解說明在黑暗中(正方形)及在1個日光之模擬AM1.5G照射下(三角形)平面IOPV(SUS/PEDOT：PSS/Ag： Mg/C60/SubPc/MoO3/ITO)之電流密度-電壓(J-V)特性。
圖8圖解說明以下各項之電流密度-電壓(J-V)特性：(1)習用IOPV在黑暗中(正方形)及在1個日光之AM1.5G模擬照射下；(2)位於石英基板上之IOPV在黑暗中(圓形)及在1個日光之AM1.5G模擬照射下；(3)位於SUS基板上之IOPV在黑暗中(圓形)及在1個日光之AM1.5G模擬照射下。對於裝置(1)、(2)及(3)，根據文中理論之擬合分別由實線、長虛線及短虛線指示。
100‧‧‧反向有機感光光電子裝置
110‧‧‧反射基板
115‧‧‧供體層
120‧‧‧受體層
125‧‧‧阻擋層
130‧‧‧透明電極
135‧‧‧基板結構

Claims (20)

  1. 一種製備金屬基板表面之方法，該方法包含：(a)將金屬基板附接至剛性支撐結構以提供暴露的頂部表面；(b)將該金屬基板之該暴露的頂部表面用無機磨料漿液機械拋光達足以降低該頂部表面之表面粗糙度的時間；及(c)將有機平滑層施加於該頂部表面上以形成具有平坦化頂部表面之金屬基板。
  2. 如請求項1之方法，其中該剛性支撐結構包含帶、盤或板。
  3. 如請求項2之方法，其中該帶、盤或板包含玻璃、塑膠或金屬。
  4. 如請求項2之方法，其中步驟(b)係連續製程且該剛性支撐結構包含帶。
  5. 如請求項1之方法，其中在施加該有機層之前將該金屬基板自該剛性支撐結構移除。
  6. 如請求項1之方法，其中該金屬基板係用石英蠟黏合至該剛性支撐結構。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包含在至少一種溶劑中超音波處理該金屬基板以移除任何殘留石英蠟。
  8. 如請求項7之方法，其中該至少一種溶劑包含二甲苯。
  9. 如請求項1之方法，其中該有機平滑層係經由溶液處理來施加。
  10. 如請求項1之方法，其中該有機平滑層包含聚(3,4-伸乙 基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸鹽)(PEDOT：PSS)。
  11. 如請求項1之方法，其中實施該機械拋光達足夠時間以使表面粗糙度降低至20 nm以下。
  12. 如請求項11之方法，其中該足以降低表面粗糙度之時間介於15分鐘至60分鐘範圍內。
  13. 如請求項1之方法，其中該金屬基板包含不銹鋼。
  14. 一種反向感光裝置，其包含：經表面處理之包含不銹鋼箔之反射電極；位於該反射電極上之有機供體-受體異質接面；及位於該供體-受體異質接面上之透明電極。
  15. 如請求項14之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之該供體包含選自酞菁、卟啉、亞酞菁及其衍生物或過渡金屬錯合物之材料。
  16. 如請求項14之反向感光裝置，其中該供體-受體異質接面之該供體包含氯化硼亞酞菁或銅酞菁。
  17. 如請求項14之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之該受體包含選自聚合及非聚合苝、聚合及非聚合萘以及聚合及非聚合富勒烯(fullerene)之材料。
  18. 如請求項14之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之該受體包含C60或3,4,9,10-苝四甲酸雙-苯并咪唑。
  19. 如請求項14之反向感光裝置，其中該透明電極容許至少約50%之環境電磁輻射傳輸透過該電極。
  20. 如請求項14之反向感光裝置，其中該裝置進一步包含激子阻擋層。
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