TW201517343A - 用於有機光伏打電池中緩衝層之激子障壁處理 - Google Patents

用於有機光伏打電池中緩衝層之激子障壁處理 Download PDF

Info

Publication number
TW201517343A
TW201517343A TW103130017A TW103130017A TW201517343A TW 201517343 A TW201517343 A TW 201517343A TW 103130017 A TW103130017 A TW 103130017A TW 103130017 A TW103130017 A TW 103130017A TW 201517343 A TW201517343 A TW 201517343A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
acid
buffer layer
anode
group
self
Prior art date
Application number
TW103130017A
Other languages
English (en)
Inventor
Stephen R Forrest
Jeramy Zimmerman
Byeong-Seop Song
Original Assignee
Univ Michigan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Michigan filed Critical Univ Michigan
Publication of TW201517343A publication Critical patent/TW201517343A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H10K30/353—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising blocking layers, e.g. exciton blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H10K30/211—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions comprising multiple junctions, e.g. double heterojunctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L2031/0344—Organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本文揭示用於有機光敏光電子裝置中所用之緩衝層之激子障壁處理。更特定而言，本文所述之該等有機光敏光電子裝置包括至少一個佈置於陽極緩衝層之表面上之自裝配單層。亦揭示製備該等裝置之方法。本發明進一步係關於在基板上形成至少一個自裝配單層之方法。

Description

用於有機光伏打電池中緩衝層之激子障壁處理 相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2013年8月29日提出申請之美國臨時申請案第61/871,458號之優先權，其全部揭示內容皆以引用方式併入本文中。
關於由聯邦政府贊助之研究之聲明
本發明係根據美國能源部(Department of Energy)授予之合同編號DE-EE0005310及DE-SC0000957並在美國政府支持下進行。政府具有本發明之某些權利。
聯合研究協議
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)的以下各方中之一或多方作出：The Regents of the University of Michigan及Nanoflex Power公司。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。
本發明概言之係關於電活性、光學活性、太陽能及半導體裝置，且具體而言係關於包含至少一個佈置於陽極緩衝層之表面上之自裝配單層的有機光敏光電子裝置。本文亦揭示製備有機光敏光電子裝置之方法。本發明亦係關於在基板上形成至少一個自裝配單層之方法。
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檢 測電磁輻射或自環境電磁輻射生成電。
光敏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)係特定用於生成電力之一類光敏光電子裝置。PV裝置可自除日光以外之光源生成電能，其可用於驅動功率消耗負載以提供(例如)照明、加熱或給電子電路或裝置(例如計算器、無線電、電腦或遠端監測或通信設備)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明不可用時可繼續操作，或用以平衡PV裝置之功率輸出與特定應用之要求。本文所用術語「電阻負載」係指任一功率消耗或儲存電路、裝置、設備或系統。
另一類光敏光電子裝置係光導體電池。在此功能中，信號檢測電路監測裝置之電阻以檢測因吸收光而導致之變化。
另一類光敏光電子裝置係光檢測器。在操作中，光檢測器與電流檢測電路結合使用，該電流檢測電路量測在光檢測器暴露於電磁輻射且可具有所施加之偏壓電壓時所生成之電流。本文所述之檢測電路能夠向光檢測器提供偏壓電壓並量測該光檢測器對電磁輻射之電子反應。
可根據是否存在下文所定義之整流接面且亦根據裝置是否在外部施加電壓(亦稱作偏壓或偏壓電壓)下操作來表徵該三類光敏光電子裝置。光導體電池不具有整流接面且通常在偏壓之情形下操作。PV裝置具有至少一個整流接面且在無偏壓之情形下操作。光檢測器具有至少一個整流接面且通常(但不總是)在偏壓之情形下操作。通常，PV電池向電路、裝置或設備提供電力，但並不提供信號或電流來控制檢測電路或自該檢測電路之資訊輸出。相反，光檢測器或光導體提供信號或電流來控制檢測電路或自該檢測電路之資訊輸出，但並不向該電路、裝置或設備提供電力。
傳統上，光敏光電子裝置一直係由多個無機半導體構築而成，例如結晶、多晶及非晶矽、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生成電荷載流子之性質經選擇之半導體材料。
PV裝置之特徵在於可有效地將入射太陽能轉換成有用電力。採用結晶或非晶形矽之裝置在商業應用中佔主導地位；然而，基於結晶之有效裝置(尤其具有大表面積者)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製造起來困難且昂貴。另一方面，高效非晶矽裝置仍遭受穩定性問題。最近已致力於使用有機光伏打電池來以經濟的製造成本達成可接受之光伏打轉換效率。
可在標準照明條件(亦即標準測試條件(Standard Test Conditions)：1000W/m2，AM1.5光譜照明)下針對最大程度發電最佳化PV裝置以達成光電流乘以光電壓之最大乘積。此電池在標準照明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I SC，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。當在無限負載下輻照時，PV裝置生成其最大可能電壓，V開路或VOC。當在其電觸點短路下輻照時，PV裝置生成其最大可能電流I短路或ISC。在實際用於發電時，將PV裝置連接至有限電阻型負載且藉由電流與電壓之乘積I×V給出功率輸出。由PV裝置生成之最大總功率固有地不能超出乘積ISC×VOC。在針對最大功率抽取最佳化負載值時，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={Imax Vmax}/{ISC VOC} (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。
為產生佔據半導體大部分體積之內部生成的電場，常用方法係並置具有經適當選擇之導電性質的兩個材料層，該等性質尤其係關於其分子量子能態之分佈。該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型表示大部分載流子類型係電子。此可視作具有眾多處於相對自由能態之電子的材料。p型表示大部分載流子類型係電洞。此材料具有眾多處於相對自由能態之電洞。背景(亦即，非光生)大部分載流子濃度之類型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。費米能量表徵由能量值表示之分子量子能態之統計佔用，其佔用概率等於½。接近導帶最小能量(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特徵性質且典型PV接面傳統上為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。整流通常與發生在經適當選擇之材料之間的接面處之內在電場相關聯。
有機半導體之顯著性質係載流子遷移率。遷移率量測電荷載流子可因應電場移動穿過導電材料之難易性。在有機光敏裝置之情形下，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型接面之建立以外，異質接面之能階偏移亦可起重要作用。
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)或電荷轉移激子。為實施電檢測或促使電流生成，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106V/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力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。
載流子生成需要激子生成、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。可使用以下下標：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500Å)低很多(LD為約50Å)，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。
有機PV電池與傳統的基於矽之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，對於商業化，裝置效率應經由新材料及裝置設計方法進一步改良。
在有機PV電池中，可觀察到界面現象支配關鍵過程之特徵，例如供體/受體界面處之電荷分離及有機/電極界面處之電荷抽取。為增強電荷抽取同時抑制激子淬滅及重組，經常在光活性區與一個或兩個電極之間使用緩衝層。
理想有機光伏打電池具有電子供體及受體材料，其夾在兩個低電阻之載流子選擇性及激子障壁接觸緩衝層之間。最常見陽極側緩衝層處理之一係應用旋塗PEDOT-PSS。然而，PEDOT-PSS對常用氧化銦錫(ITO)陽極基板具有吸濕性及腐蝕性，此負面地影響裝置穩定性及壽命。此外，研究已顯示PEDOT-PSS之載流子選擇性較差。
已顯示最高佔用分子軌域(HOMO)能量類似於供體材料以及適宜寬之能隙之選擇有機半導體有效障壁真空沈積之供體層中生成之激子，而不阻礙電洞傳輸。不幸的是，極少該激子障壁材料在用於溶液處理之裝置中時亦抵抗形態變化或溶解。
金屬氧化物已用作陽極側接觸緩衝層。舉例而言，兩種經常採用之電洞抽取接觸材料係MoO3及NiO。在最近若干年中，MoO3已廣泛用作OPV之陽極緩衝層，此乃因其通常改良優於未經處理ITO之開路電壓(V oc )及電荷抽取性質(亦即填充因子，FF)且其通常用於具有不同HOMO能量之多種材料。然而，已顯示，MoO3以類似於C60之效率淬滅常見供體材料上之激子。據信，此淬滅係由於類似於供體-受體界面與供體材料形成交錯-間隙異質接面的極深前沿軌域能階。NiO具有跨騎大部分供體材料之有利能階。然而，NiO亦有效地淬滅激子。此淬滅可能係由於無機固體上常見之電活性表面狀態。對於雙層架構，激子-淬滅緩衝之結果在於供體中吸收之僅約一半光子可收集為 光電流。體異質接面電池之損失較小，但仍存在。
本發明之裝置及方法減少陽極緩衝層處之激子淬滅，而不犧牲電洞抽取效率，從而產生改良之裝置性能。具體而言，本發明之裝置及方法使用至少一個佈置於陽極緩衝層上之自裝配單層以減少激子淬滅並改良裝置性能。
本發明包括有機光敏光電子裝置，其包含呈疊加關係之陽極及陰極、包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料且佈置於陽極與陰極之間從而形成供體-受體異質接面的光活性區、佈置於陽極與光活性區之間之陽極緩衝層(其中陽極緩衝層具有更接近陽極之底部表面及更遠離陽極之頂部表面)及至少一個佈置於陽極緩衝層之頂部表面上之自裝配單層(SAM)。
亦揭示形成有機光敏光電子裝置之方法，其包含在陽極上沈積陽極緩衝層，其中陽極緩衝層具有更靠近陽極之底部表面及更遠離陽極之頂部表面；在陽極緩衝層之頂部表面上沈積至少一個SAM；在陽極緩衝層上沈積光活性區，其中光活性區包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料從而形成供體-受體異質接面；及在光活性區上沈積陰極。
進一步揭示在過渡金屬氧化物基板上形成至少一個自裝配單層之方法，其包含提供包含過渡金屬氧化物之基板及施加溶液至基板之至少一個表面，其中溶液包含四氫呋喃(THF)溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
亦揭示在NiO基板上形成至少一個自裝配單層之方法，其包含提供包含NiO或其合金之基板及將溶液旋塗至基板之至少一個表面上，其中溶液包含溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
本文所用術語「有機物」包括可用於製作有機光敏裝置之聚合物材料以及小分子有機材料。「小分子」係指任何不為聚合物之有機材料，且「小分子」實際上可相當大。在一些情況下，小分子可包括重複單元。舉例而言，使用長鏈烷基作為取代基不能將分子排除在「小分子」種類外。小分子亦可納入聚合物中，例如作為聚合物主鏈上之側基或作為主鏈之一部分。
在本發明之有機材料上下文中，術語「供體」及「受體」係指兩種接觸但不同之有機材料之最高佔用分子軌域(HOMO)及最低未佔用分子軌域(LUMO)能階的相對位置。若與另一材料接觸之一種材料之LUMO能階更遠離真空能階，則該材料係受體。否則，其係供體。在不存在外部偏壓下，其積極有利於供體-受體接面處之電子移動至受體材料中且有利於電洞移動至供體材料中。
本文中之術語「陰極」按以下方式使用。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，太陽能電池)中，電子自毗鄰光導材料移動至陰極。
類似地，在本文中按如下方式使用術語「陽極」：在處於照明下之太陽能電池中，電洞自毗鄰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，「陽極」及「陰極」電極可為電荷轉移區或重組區，例如彼等用於串接光伏打裝置中者。在光敏光電子裝置中，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 地吸收且最低限度地反射入射電磁輻射。在一些情形下，該觸點應透明或至少半透明。在電極允許相關波長中之至少50%環境電磁輻射透射穿過其時，認為該電極「透明」。在電極允許相關波長中之一些、但小於50%環境電磁輻射透射時，將該電極稱為「半透明」。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。
本文所用「光活性區」係指吸收電磁輻射以生成激子之裝置之區。類似地，若層吸收電磁輻射以生成激子，則該層係「光活性」層。激子可解離成電子及電洞以生成電流。
本文所用且繪示之術語「層」係指光敏裝置中主要維度係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，使得該層在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。
在本發明之一個態樣中，有機光敏光電子裝置包含呈疊加關係之陽極及陰極、包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料且佈置於陽極與陰極之間從而形成供體-受體異質接面的光活性區、佈置於陽極與光活性區之間之陽極緩衝層，其中陽極緩衝層具有更接近陽極之底部表面及更遠離陽極之頂部表面，及至少一個佈置於陽極緩衝層之頂部表面上之SAM。
本發明之有機光敏裝置之非限制實例示於圖1中。該裝置包含呈疊加關係之陽極105及陰極130。陽極緩衝層110佈置於陽極105與光活性區之間，該光活性區包含至少一種有機供體材料120及至少一種有機受體材料125從而形成供體-受體異質接面。本文所用術語供體-受體異質接面係指供體材料與受體材料之間之界面用於將激子解離成電洞及電子。圖1顯示雙層光活性區，其中至少一種有機供體材料120及 至少一種有機受體材料125形成平面異質接面。應瞭解，本發明之裝置並不限於平面異質接面。供體及受體材料可以有機光敏光電子裝置之技術中已知之任何方式排列。舉例而言，供體及受體材料可形成平面異質接面、混合異質接面、體異質接面或平面混合異質接面。
陽極緩衝層110具有更接近陽極105之底部表面B Sur 及更遠離陽極105之頂部表面T Sur 。至少一個SAM 115佈置於陽極緩衝層110之頂部表面T Sur 上。
本文所用術語「自裝配單層」係指裝配於基板表面上之分子之層，其中分子包括將分子附接(例如，藉由化學鍵)至表面之「首基」，及包含多種含碳「有機」基團(例如烷基鏈、芳基(例如苯)及/或經修飾基團(例如氟化苯))中之一或多者之「尾基」。首基可包含具有能夠將分子錨固至表面之對基板表面之親和力的官能基。適宜「首基」包括(但不限於)膦酸、羧酸、矽烷(例如三氯矽烷或三甲氧基矽烷)及硫醇。
本文所用「自裝配單層」可(但無需)覆蓋陽極緩衝層之整個頂部表面T Sur (亦即，自裝配單層無需係橫跨整個基板表面之連續層)。舉例而言，至少一個自裝配單層可覆蓋表面之至少50%，例如覆蓋表面之至少75%、至少85%、至少95%或甚至100%。
本文所用語言「至少一個自裝配單層」容許一或多個自裝配單層佈置於陽極緩衝層之頂部表面T Sur 上。舉例而言，可在第一SAM之頂部上堆疊第二SAM。在一些實施例中，兩個或更多個自裝配單層佈置於陽極緩衝層之頂部表面T Sur 上，例如2個SAM、3個SAM、4個SAM或5個SAM。
在一些實施例中，至少一個SAM 115包含選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。膦酸、羧酸、矽烷、硫醇及用於形成SAM之其他分子已在業內加以闡述且可根據本發明用於形成SAM。下文闡述用於形成 SAM之更特定分子的揭示內容。
膦酸具有通式。在一些實施例中，膦酸係選自烷基膦酸 或其官能化衍生物及芳基膦酸。本文所用術語「烷基膦酸」係指膦酸，其中R基團包含直鏈或具支鏈飽和烴基。本文所用術語「芳基膦酸」係指膦酸，其中R基團包含至少一個芳族環。舉例而言，術語「芳基膦酸」包括含有以至少一個芳族環封端之不同長度之碳鏈之膦酸。
在一些實施例中，芳基膦酸係選自苯基膦酸、苄基膦酸(BPA)、丙基苯基膦酸、萘基甲基膦酸及其官能化衍生物。
在一些實施例中，烷基膦酸係選自，其中n 係選自0至15。在某些實施例中，烷基膦酸係選自甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸及其官能化衍生物。在一些實施例中，膦酸係選自BPA或其官能化衍生物及丁基膦酸或其官能化衍生物。
羧酸具有通式。在一些實施例中，羧酸係選自烷基羧酸 或其官能化衍生物及芳基羧酸。本文所用術語「烷基羧酸」係指羧酸，其中R基團包含直鏈或具支鏈飽和烴基。本文所用術語「芳基羧酸」係指羧酸，其中R基團包含至少一個芳族環。舉例而言，術語「芳基羧酸」包括含有以至少一個芳族環封端之不同長度之碳鏈之羧酸。在一些實施例中，羧酸係選自苯甲酸、苯基乙酸及其衍生物。
硫醇具有通式R-SH。硫對各種金屬(例如金、銀及銅)具有親和力。在一些實施例中，硫醇係選自烷基硫醇或其官能化衍生物及芳基硫醇。本文所用術語「烷基硫醇」係指硫醇，其中R基團包含直鏈或 具支鏈飽和烴基。本文所用術語「芳基硫醇」係指硫醇，其中R基團包含至少一個芳族環。舉例而言，術語「芳基硫醇」包括含有以至少一個芳族環封端之不同長度之碳鏈之硫醇。在一些實施例中，硫醇係選自苯硫酚、苄基硫醇及其衍生物。
適宜矽烷之實例包括三氯矽烷(例如烷基三氯矽烷及芳基三氯矽烷)及三甲氧基矽烷(例如烷基三甲氧基矽烷及芳基三甲氧基矽烷)。
根據本發明，在認為至少一個自裝配單層包含選自膦酸、羧酸、矽烷、硫醇等之分子時，此包括膦酸、羧酸、矽烷、硫醇等鍵結至陽極緩衝層。舉例而言，在自裝配單層包括經由(例如)通式中之1個、2個或所有3個氧將陽極緩衝層鍵結至陽極緩衝層表面上之金屬位點的膦酸時，至少一個自裝配單層可包含膦酸。
至少一個自裝配單層之厚度可取決於形成SAM之分子之類型。 舉例而言，甲基膦酸之一個SAM可產生約0.3nm之厚度，而苄基膦酸之一個SAM及十六烷基膦酸之一個SAM可分別產生約0.5-0.6nm及約2nm之厚度。因此，可(例如)基於經選擇以形成至少一個SAM之分子最佳化峰裝置性能的厚度。可藉由平衡激子淬滅之有益減少與增加之串聯電阻之電勢實施厚度最佳化。在一些實施例中，至少一個SAM之厚度在約0.1nm至約5nm(例如約0.1nm至約3nm、約0.2nm至約2nm、約0.3nm至約1.5nm、約0.4nm至約1nm或約0.5nm至約0.8nm)之範圍內。
在一些實施例中，陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物。適宜過渡金屬氧化物包括(但不限於)MoO3、V2O3、ReO3、WO3、TiO2、Ta2O3、ZnO、NiO及其合金。在某些實施例中，過渡金屬氧化物係選自MoO3、NiO及其合金。在某些實施例中，陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物，且至少一個SAM包含至少一種膦酸，例如BPA或其官能化衍生物。
在本發明之一些實施例中，該裝置中之陽極緩衝層與無一或多個自裝配單層之裝置中之陽極緩衝層相比呈現較少激子淬滅特徵。在一些實施例中，該裝置與無一或多個自裝配單層之裝置相比呈現較大功率轉化效率。
本發明之裝置可包括額外緩衝層。舉例而言，儘管圖1中未顯示，但該裝置可包括佈置於光活性區與陰極之間之陰極緩衝層。陰極緩衝層應經選擇以障壁激子並有利於電子傳輸至陰極。在一些實施例中，陰極緩衝層包含選自以下之材料：浴銅靈(bathocuproine)(BCP)、紅菲咯啉(bathophenanthroline)(BPhen)、1,4,5,8-萘-四甲酸-二酐(NTCDA)、3,4,9,10-苝四甲酸雙-苯并咪唑(PTCBI)、1,3,5-參(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、參(乙醯基丙酮酸)釕(III)(Ru(acac)3)及酚鋁(III)(Alq2 OPH)、N,N’-二苯基-N,N’-雙-α-萘基聯苯胺(NPD)、參(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)及咔唑聯苯(CBP)。在一些實施例中，陰極緩衝層進一步包含電子傳輸材料。在某些實施例中，電子傳輸材料包含與至少一種受體材料相同之材料。在某些實施例中，電子傳輸材料係富勒烯，例如C60。
本發明並不限於有機供體及受體材料之任何特定組合。在一些實施例中，至少一種有機受體材料包含選自以下之材料：亞酞青素、亞萘酞花青、二吡咯甲川複合物(例如鋅二吡咯甲川複合物、BODIPY複合物)、苝、萘、富勒烯及富勒烯衍生物(例如，PCBM、ICBA、ICMA等)及聚合物(例如羰基取代之聚噻吩、氰基取代之聚噻吩、聚伸苯基伸乙烯或含有電子缺乏單體之聚合物，例如苝二醯亞胺、苯并噻二唑或富勒烯聚合物)。非限制性提及彼等選自以下者：C60、C70、C76、C82、C84或其衍生物，例如苯基-C61-丁酸-甲基酯([60]PCBM)、苯基-C71-丁酸-甲基酯([70]PCBM)或噻吩基-C61-丁酸-甲基酯([60]ThCBM)及其他受體(例如3,4,9,10-苝四甲酸-雙苯并咪唑 (PTCBI)、十六氟酞菁(F16CuPc)及其衍生物)。
在一些實施例中，至少一種有機供體材料包含選自以下之材料：酞菁(例如銅酞菁(CuPc)、氯鋁酞菁(ClAlPc)、錫酞菁(SnPc)、鋅酞菁(ZnPc)及其他經改質酞菁)、亞酞青素(例如硼亞酞青素(SubPc))、萘酞菁、部花青染料、硼-二吡咯甲烯(BODIPY)染料、噻吩(例如聚(3-己基噻吩)(P3HT))、低帶隙聚合物、多并苯(例如并五苯及并四苯)、二氫茚苝(DIP)、方酸(方酸，SQ)、四苯基二苯并二茚并芘(DBP)及其衍生物。方酸供體材料之實例包括(但不限於)2,4-雙[4-(N,N-二丙基胺基)-2,6-二羥基苯基]方酸、2,4-雙[4-(N,N二異丁基胺基)-2,6-二羥基苯基]方酸、2,4-雙[4-(N,N-二苯基胺基)-2,6-二羥基苯基]方酸(DPSQ)。
在某些實施例中，至少一種有機供體材料係選自方酸或其官能化衍生物，且至少一種受體材料係選自富勒烯或其官能化衍生物。在某些實施例中，方酸係DPSQ且富勒烯係C60。
本文揭示之有機光敏光電子裝置可在提供期望結構性質之任何基板上生長或放置。因此，在一些實施例中，該裝置進一步包含基板。舉例而言，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。基板可為反射性的。塑膠、玻璃、金屬及石英係剛性基板材料之實例。塑膠及金屬箔及薄玻璃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結構及光學性質。
本發明之有機光敏光電子裝置可以包含兩個或更多個子電池之串接裝置存在。如本文所用之子電池意指包含至少一個供體-受體異質接面之裝置之組件。在子電池個別地用作光敏光電子裝置時，其通常包括完整之電極組(亦即，陽極及陰極)。串接裝置可包含電荷轉移材料、電極或串接供體-受體異質接面之間之電荷重組材料或隧道接面。在一些串接組態中，毗鄰子電池可利用共有(亦即共享)電極、電 荷轉移區或電荷重組區。在其他情形下，毗鄰子電池不共享共有電極或電荷轉移區。子電池可並聯或串聯電連接。
在一些實施例中，電荷轉移層或電荷重組層可選自Al、Ag、Au、MoO3、Li、LiF、Sn、Ti、WO3、氧化銦錫(ITO)、氧化錫(TO)、氧化鎵銦錫(GITO)、氧化鋅(ZO)或氧化鋅銦錫(ZITO)。在另一實施例中，電荷轉移層或電荷重組層可包括金屬奈米簇、奈米顆粒或奈米棒。
可使用業內已知之技術沈積材料。舉例而言，可自溶液、蒸氣或二者之組合沈積或共沈積本文所述材料。端視材料及期望沈積技術而定，可經由溶液加工、例如藉由一或多種選自旋塗、旋轉澆注、噴塗、浸塗、刮刀塗佈、噴墨印刷或轉移印刷之技術沈積或共沈積材料。類似地，可使用真空蒸發(例如真空熱蒸發、電子束蒸發、有機蒸氣相沈積或有機蒸氣-噴射印刷)沈積或共沈積材料。
本發明之有機光敏光電子裝置可用作(例如)PV裝置(例如太陽能電池、光檢測器或光導體)。
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。舉例而言，可選擇適當厚度以達成裝置中之期望光學間隔及/或降低裝置中之電阻。每當本文所述之有機光敏光電子裝置用作光檢測器或光導體時，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。
亦揭示形成有機光敏光電子裝置之方法，其包含在陽極上沈積陽極緩衝層，其中陽極緩衝層具有更接近陽極之底部表面及更遠離陽極之頂部表面；在陽極緩衝層之頂部表面上沈積至少一個SAM；在陽極緩衝層上沈積光活性區，其中光活性區包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料從而形成供體-受體異質接面；及在光活性 區上沈積陰極。
在一些實施例中，沈積至少一個SAM之步驟包含向陽極緩衝層之至少頂部表面施加溶液或蒸氣。舉例而言，在一些實施例中，藉由物理氣相沈積在陽極緩衝層之頂部表面上沈積至少一個SAM。若施加溶液，則溶液包含溶劑及用於形成至少一個SAM之材料。在一些實施例中，溶液包含溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。溶劑中之濃度應足以塗佈陽極緩衝層之頂部表面用於形成至少一個SAM。舉例而言，在一些實施例中，溶液中之膦酸之濃度介於0.25mg/ml至1mg/ml範圍內。
在一些實施例中，溶劑包含醇(例如甲醇或乙醇)或四氫呋喃(THF)。在某些實施例中，溶劑包含醇與較小極性溶劑之混合物，例如乙醇與氯仿之混合物。
在一些實施例中，溶液包含至少一種膦酸。在一些實施例中，溶液包含THF溶劑及至少一種膦酸。在一些實施例中，至少一種膦酸係本文所述膦酸。在某些實施例中，至少一種膦酸BPA或其官能化衍生物。
適於施加溶液至陽極緩衝層之至少頂部表面之技術包括(但不限於)旋塗、浸泡、噴塗、刮刀塗佈及狹縫模具式塗佈。
在一些實施例中，陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物。適宜過渡金屬氧化物之實例係MoO3、V2O3、ReO3、WO3、TiO2、Ta2O3、ZnO、NiO及其合金。在一些實施例中，陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物且藉由旋塗或浸泡施加溶液。在某些該等實施例中，過渡金屬氧化物係選自MoO3、NiO及其合金。
沈積至少一個SAM之步驟可進一步包含加熱陽極緩衝層。加熱可(例如)在施加溶液至陽極緩衝層之至少頂部表面期間及/或在施加溶液之後發生。加熱可確保至少一個SAM鍵結至陽極緩衝層之表面(亦 即，如上文所述「首基」可鍵結至陽極緩衝層之表面)。在一些實施例中，陽極緩衝層係於介於40℃至200℃(例如80℃至160℃、100℃至140℃、110℃至130℃或115℃至125℃)範圍內之溫度下加熱。
沈積至少一個SAM之步驟可進一步包含用溶劑至少沖洗陽極緩衝層之頂部表面。在一些實施例中，用於沖洗之溶劑係溶液中所用之相同溶劑(例如THF)。在某些實施例中，溶液包含至少一種膦酸及THF，且用於沖洗之溶劑係THF。
在一些實施例中，陽極緩衝層包含NiO或其合金。在一些該等實施例中，藉由旋塗施加溶液。在某些實施例中，溶液包含至少一種膦酸，例如BPA。在某些實施例中，膦酸溶液包含THF作為溶劑。
在一些實施例中，陽極緩衝層包含選自MoO3、V2O3、ReO3、WO3、Ta2O3及其合金之過渡金屬氧化物。在某些該等實施例中，藉由浸泡施加溶液。在某些實施例中，溶液包含至少一種膦酸，例如BPA。在某些實施例中，膦酸溶液包含THF作為溶劑。
如上文所述，可針對峰裝置性能最佳化至少一個SAM之厚度。在一些實施例中，至少一個SAM之厚度介於約0.1nm至約5nm(例如約0.1nm至約3nm、約0.2nm至約2nm、約0.3nm至約1.5nm、約0.4nm至約1nm或約0.5nm至約0.8nm)之範圍內。應注意，在施加溶液至陽極緩衝層之頂部表面用於形成至少一個SAM時，佈置於陽極緩衝層之頂部表面上之所得厚度可大於上文所述厚度範圍。舉例而言，施加溶液至陽極緩衝層可產生約1nm至10nm厚之膜。在進一步處理後，如上文所述，可將膜之厚度降低至至少一個SAM之量表。
沈積光活性區以形成供體-受體異質接面。如上文所論述，本發明並不限於任何特定供體-受體異質接面。在一些實施例中，沈積光活性區以形成選自平面異質接面、混合異質接面、體異質接面及平面混合異質接面之供體-受體異質接面。
形成有機光敏光電子裝置之方法可進一步包含沈積位於光活性區與陰極之間之陰極緩衝層。如本文所述，陰極緩衝層經選擇以障壁激子並有利於電子傳輸至陰極。
進一步揭示用溶液處理過渡金屬氧化物基板之方法，其包含提供包含過渡金屬氧化物之基板，及施加溶液至基板之至少一個表面，其中溶液包含四氫呋喃(THF)溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
在一些實施例中，過渡金屬氧化物係選自本文所述過渡金屬氧化物。在一些實施例中，施加溶液之步驟包含選自旋塗、浸泡、噴塗、刮刀塗佈及狹縫模具式塗佈之技術。
在一些實施例中，膦酸係選自彼等本文所述者。
該方法可進一步包含加熱基板。加熱可在施加溶液至基板期間及/或在施加溶液之後發生。在一些實施例中，基板係於介於40℃至200℃、80℃至160℃、100℃至140℃、110℃至130℃或115℃至125℃範圍內之溫度下加熱。
該方法可進一步包含用溶劑沖洗基板之至少一個表面。在一些實施例中，用於沖洗之溶劑係THF。
亦揭示用溶液處理NiO基板之方法，其包含提供包含NiO或其合金之基板，及將溶液旋塗至基板之至少一個表面，其中溶液包含溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
在一些實施例中，膦酸係選自本文所述膦酸。在一些實施例中，溶劑係選自彼等本文所述者。
該方法可進一步包含加熱基板。加熱可在旋塗期間及/或之後發生。在一些實施例中，基板係於介於40℃至200℃、80℃至160℃、100℃至140℃、110℃至130℃或115℃至125℃範圍內之溫度下加熱。
該方法可進一步包含用溶劑沖洗基板之至少一個表面。在一些 實施例中，溶液中之溶劑及用於沖洗之溶劑相同。在一些實施例中，溶液中之溶劑及用於沖洗之溶劑二者皆係THF。
應瞭解，本文所述實施例可結合多種結構實用。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光伏打裝置，或可完全省略多個層。亦可包括未具體闡述之其他層。可使用不同於彼等具體闡述材料之材料。本文中給定用於各層之名稱不欲具有嚴格限制性。
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。
儘管列示本揭示內容之寬廣範疇之數字範圍及參數係近似值，但除非另外指示，否則在具體實例中所列示之數值係儘可能準確地報告。然而，任何數值皆固有地含有必然由其各別測試量測中存在之準則偏差所引起的必然誤差。
藉由以下非限制性實例來進一步闡述本文所述之裝置及方法，該等實例意欲純粹係例示性的。
實例
以下實例證實用膦酸處理陽極緩衝層的激子障壁效應。苄基膦酸(BPA)包括將膦酸分子鍵結至陽極緩衝層之表面之(例如)膦酸「首基」。據信，有機苄基「尾基」向陽極緩衝層提供激子障壁效應，從而產生改良之裝置性能。儘管實例中僅顯示膦酸，但具有「首基」以將分子錨固至緩衝層表面且具有有機「尾基」之其他SAM(例如上 述羧酸、矽烷及硫醇)將為陽極緩衝層提供激子障壁效應。因此，如上文所述，本發明並不僅限於膦酸SAM。
實例1
用於測定材料淬滅或障壁激子之程度之靈敏方法係定量比較在不同表面上沈積之光學泵送供體之光致發光(PL)強度與在完美淬滅及障壁參照層上沈積時之其強度。利用以下結構進行PL淬滅實驗之試樣：石英/測試層(8nm)/SubPc(40nm)/BPhen(8nm)，其中測試層係8nm厚完美淬滅C60、完美障壁BPhen、MoO3、NiO或BPA處理之MoO3或NiO之層。藉由高真空(約10-7托之基本壓力)熱蒸發(VTE)沈積有機層及MoO3。在MoO3上沈積膦酸實質上不同於ITO。在將MoO3浸泡於含有醇(例如，甲醇及乙醇)之溶液中時，MoO3溶解，從而排除業內已知之大多數浸泡並藉由聚集及生長(TBAG)拴系之常見沈積技術。然而，藉由用THF(具有類似於氯仿及甲醇之混合物之性質的溶劑)替換極性及醇溶劑之混合物，利用可變角度之光譜橢圓偏振法(VASE)觀察MoO3厚度損失。因此，膦酸自裝配單層(SAM)係藉由以下方式形成：將MoO3塗佈之基板於BPA溶解於THF中之1mM溶液中浸泡30分鐘，從而形成0.4-0.5nm(約1個單層)厚之BPA層，如藉由VASE所量測。隨後在超過純度N2環境中於120℃下將基板加熱30分鐘，從而在BPA與MoO3之間產生化學鍵。
使用電子束蒸發以0.5Å/s之速率及約2×10-5托之沈積壓力沈積NiO緩衝層且隨後將其穿過環境轉移至Glen 1000P灰化器，於其中將該等緩衝層於25W及150毫托下用遠程氧電漿處理90s。
在NiO浸泡於不同膦酸於THF中之1mM溶液中時，NiO之厚度隨時間減少，此表明膦酸自身對NiO具有腐蝕性。因此，為在NiO上沈積單層，將膦酸溶液旋塗至NiO表面上。隨後於80℃至170℃下加熱緩衝以在酸與NiO表面之間形成鍵。隨後用溶劑沖洗NiO表面以移除 任何未反應膦酸。具體而言，將NiO塗佈之試樣轉移至超高純度N2填充之手套箱，其中經由旋塗自THF中之1g/l溶液沈積約5nm至6nm厚之BPA層。發現以1000轉/分鐘(rpm)/sec之斜率及3000rpm之最終速度旋轉澆注之BPA於THF中之1mg/ml溶液產生約6nm之BPA厚度。隨後於120℃下將試樣加熱30分鐘且隨後在純THF中沖洗兩次，再次留下0.4-0.5nm(約1個單層)厚之BPA殘餘物，如藉由VASE所量測。膦酸SAM之沈積係在高純度氮手套箱中實施，但亦可在空氣中實施。
使用Thermo VG Scientific Clam 4MCD光電子發射分析儀及Al-Kα來源(1489eV)獲得X射線光電發射光譜。以20eV恆定通能收集光譜，且其在BPA處理後顯示磷2p電離及C 1s反應增加，此指示在NiO表面上存在膦酸。使用He-I發射燈(21.218eV)激發、加速電壓9V及2.5eV之收集器通能獲得紫外光電發射光譜(UPS)以測定NiO、BPA與有機材料之間之功函數、電離能量及真空能階位移。
藉由穿過石英基板以與法線呈30°利用單色Xe弧光燈之λ=400nm至650nm波長光照明膜來量測光致發光。亦穿過基板與法線呈60°量測PL強度(於λ=710nm下)。
圖2A使用文獻值顯示相對於真空，MoO3及NiO之價及導帶能量，以及之SubPc、DPSQ、C60及BPhen之HOMO、LUMO能量。使用UPS驗證NiO、SubPc及DPSQ之電離(HOMO)能量。在MoO3與供體材料之間存在大界面偶極以容許費米能階對準，此係自明顯電荷轉移或分子重組產物。有關HOMO電離能量、功函數及真空能階偏移示於圖2B中，如藉由UPS所量測。直接沈積至NiO上之有機物顯示0.5eV(對於SubPc)及0.9eV(對於DPSQ)界面偶極能量位移，此表明存在明顯分子重組及/或電荷轉移。BPA於NiO上之沈積伴有真空能階中之0.6±0.1eV位移，且BPA處理之NiO及SubPc及DPSQ之間之隨後偶極位移可忽略且在實驗誤差內(±0.1eV)。
PL淬滅結果示於圖2C中，從而提供各個層之障壁對淬滅效率的比較。MoO3緩衝與具有C60緩衝之試樣具有類似之PL強度，此指示在MoO3/供體界面處有效淬滅激子。儘管事實上傳輸能階未提供重組或激子與SubPc解離之明顯路徑，但NiO緩衝結構亦具有類似激子淬滅特徵(端視NiO沈積及電漿處理過程而定，淬滅介於85%至100%範圍內)。淬滅可能係經由表面狀態下之重組或NiO之帶隙內之缺陷發生。在施加BPA至MoO3或NiO表面時，PL強度增加，此表明分別障壁約15%及70%激子而不淬滅。由經類似平均厚度之SAM處理之MoO3及NiO組成之緩衝之障壁效率差異可能係自不同激子淬滅機制產生。對於BPA處理之MoO3，激子解離保持相當有效(例如，淬滅約85%激子)且可能在供體HOMO中之電洞隧道傳送至MoO3之導帶時發生。然而，在BPA處理之NiO之情形下，淬滅到達界面之僅約30%激子。
實例2
亦獲得具有經由不同技術沈積之膦酸SAM之不同厚度之MoO3塗佈之基板的PL淬滅結果。測試結構係石英/測試層(8nm)/SubPc(40nm)/BPhen(8nm)。測試層係C60(約8nm)、BPhen(8nm)、MoO3(16nm)及BPA處理之MoO3。對於BPA處理之MoO3，將MoO3塗佈之基板浸泡於BPA於THF中之1mM溶液中，從而產生約一個附接至MoO3塗佈之基板之表面的BPA單層(約0.5nm厚度)，如利用VASE所量測。另外，自THF旋塗不同膦酸之層(於THF中之典型濃度介於0.25mg/ml至1mg/ml範圍內)，從而產生約1-6nm厚之膦酸SAM之膜。選擇單一溶劑以防止因溶劑混合物之不一致蒸發引起之膜中之不均勻。於120℃下加熱30分鐘並在THF中沖洗後，厚度保持與初始沈積相同(如藉由VASE所量測)。此表明MoO3擴散至膦酸SAM中並與其反應。
如圖3中所示，MoO3具有與參照淬滅劑C60類似之PL，其指示強淬滅。藉由用不同厚度之BPA塗佈MoO3表面(如上文所述)，與較薄層 (例如，自0.25g/l溶液BPA浸泡或BPA旋塗)相比，觀察到較厚層(例如，自THF中之1g/l BPA旋塗)之改良之障壁(對於1g/l試樣，50%)。如圖4中所示，與BPA相比，自辛基膦酸(OPA)觀察到改良之障壁效率(BPA及OPA二者皆以0.5g/l施加)，但OPA之厚度較薄。
亦經由如上文所述旋塗、加熱及沖洗在NiO塗佈之基板上沈積不同濃度下之不同膦酸之SAM。亦生成浸泡於BPA中之試樣。結果示於圖5中。如所示，OPA及BPA旋塗之表面之PL類似於障壁參照BCP，其指示幾乎完美障壁能力。亦類似地沈積甲基膦酸(MePA)及亞磷酸(磷)之SAM且發現MePA之障壁效率為約50%且亞磷酸之PL類似於淬滅參照。浸泡於BPA中之NiO試樣顯示障壁效率介於障壁與淬滅之間之中間位置。
實例3
在清潔劑、溶劑及CO2雪清潔之ITO基板(Bayview Optics，薄片電阻：20Ω/□)上製作具有以下結構之雙層OPV：玻璃/ITO/陽極緩衝/DPSQ(10nm)/C60(40nm)/陰極緩衝/Ag(100nm)。對於MoO3及NiO，陽極緩衝層分別係20nm及8nm厚。陰極緩衝係PTCBI(5nm)或BPhen：C60(1：1,10nm)/PTCBI(5nm)。藉由自氯仿溶液旋塗沈積10nm厚之DPSQ供體；所有其他有機層皆係經由VTE沈積且隨後在二氯甲烷中溶劑-蒸氣退火。亦製造類似但具有16nm厚之不對稱[2-[4-(N,N-二苯基胺基)-2,6-二羥基苯基]-4-[4-二苯基亞胺基]方酸](DPASQ)及對稱DPSQ之4：6摻合物之裝置。亦利用結構玻璃/ITO/緩衝/SubPc(10nm)/C60(35nm)/BPhen(8nm)/Ag(100nm)製作SubPc供體裝置。在介於λ=1000nm與1600nm之波長之間之材料之透明區中使用VASE校正所有厚度。
BPA SAM係藉由如上文所述將MoO3塗佈之基板於BPA溶解於THF中之1mM溶液中浸泡30min從而形成0.4-0.5nm(約1個單層)厚之 BPA層而形成。隨後如上文所述將基板於120℃下在超高純度N2環境中加熱30min。如上文所述經由在超高純度N2填充之手套箱中自THF中之1g/l溶液旋塗在NiO緩衝層上沈積BPA SAM，從而產生約5nm厚之BPA層。隨後於120℃下將試樣加熱30分鐘且隨後在純THF中沖洗兩次，從而留下0.4-0.5nm(約1個單層)厚之BPA殘餘物。
在1個太陽、AM 1.5G照明下量測η P 且針對光譜失配進行校正。 試樣之VOC及FF之實驗誤差係±0.01V及±1%，如藉由試樣-對-試樣變化所測定，而短路電流密度(JSC)之誤差係由量測太陽模擬器之光譜及強度中之不確定性支配，其又支配η P 之誤差。
圖6顯示具有BPA處理之MoO3及NiO緩衝之DPSQ/C60 OPV的EQE。具有MoO3緩衝及未經處理NiO緩衝之參照裝置於λ=715nm下具有EQE29%，而BPA處理之MoO3及NiO分別具有最大EQE33%及36%。具有最高PL產率及因此障壁效率之緩衝具有與由DPSQ供體吸收相關之最高NIR EQE。在用BPhen：C60/PTCBI替代PTCBI陰極緩衝層時，基於富勒烯層中之降低之激子-極化子淬滅，λ=400-600nm下之EQE增加。採用轉移矩陣算法之結構之光學建模顯示，C60受體之反應之光譜位移係自在反射陰極與活性層之間插入10nm透明BPhen：C60時招致之光學腔變化引起。模型指示在NiO與供體材料之間插入BPA單層時光學模式無明顯變化，此由於其極薄而得以預期。
圖7顯示電流密度隨圖6中之裝置之施加偏壓變化。與測試之其他緩衝相比，NiO緩衝具有降低之JSC及VOC，但性能端視沈積及電漿處理條件而變。與MoO3對照裝置相比，針對BPA處理之MoO3及NiO緩衝觀察到JSC增加且FF或VOC無變化。如下表I中所示，具有MoO3緩衝之裝置具有η P =4.8±0.2%，BPA處理之MoO3緩衝層具有η P =5.1±0.3%，且BPA處理之NiO緩衝具有η P =5.4±0.3%；與未經處理之MoO3緩衝相比，增加13%。藉由納入激子障壁BPhen：C60/PTCBI陰極 緩衝效率進一步增加至η P =5.9±0.3%。
為證實膦酸緩衝處理之一般應用，比較圖8及下表II中之SubPc/C60及bSQ/C60裝置之BPA處理之NiO與MoO3緩衝。SubPc/C60裝置顯示於λ=590nm下SubPc反應改良約50%，其引起效率增加，自η P =3.1±0.2%增加至η P =3.8±0.2%。bSQ裝置顯示由於在溶劑蒸氣退火期間供體及受體材料之相互擴散，約6%之較小EQE改良，從而產生對更有效激子解離有益之體異質接面樣形貌。然而，效率自η P =5.5±0.3%改良至η P =6.0±0.3%(表II)。
實例4
圖9顯示障壁效率對BPA及OPA處理之MoO3表面之效應，其中將BPA或OPA旋塗至MoO3上並熱處理以將酸鍵結至表面。對於所有處理，供體之光電流及近紅外(NIR)EQE反應皆增加，從而對於高於0.25g/l BPA之濃度飽和。然而，對於經0.5g/l OPA及1g/l BPA處理(其降低總體效率)之裝置觀察到串聯電阻增加(及FF減少)。
實例5
圖10顯示具有BPA處理之MoO3陽極緩衝之DPSQ/C60裝置的裝置 性能數據，該MoO3陽極緩衝於溶解於THF中之BPA中浸泡30分鐘或自氯仿甲醇溶液(CM)或THF旋塗。對於浸泡於BPA溶液中之MoO3，NIR及總光反應及因此FF最高。浸泡方法亦容許膦酸之單一單層沈積於MoO3上。
實例6
圖11顯示在溶解於THF中之BPA或OPA中以不同浸泡持續時間處理MoO3陽極緩衝的效應。對於BPA處理，較長浸泡時間產生輕微較高之光電流及功率轉化效率(η P )。OPA處理產生輕微降低之FF及J sc 。
實例7
圖12顯示DPSQ/C60接面中之不同供體層厚度之效應。對於MoO3陽極緩衝表面上之約13nm之DPSQ厚度，NIR量子效率最大化，而於BPA處理之MoO3表面上之8nm DPSQ厚度下，NIR量子效率最高。然而，DPSQ厚度<10nm之裝置產率明顯降低。
實例8
圖13比較MoO3及BPA處理之MoO3(30min浸泡)陽極緩衝與NiO及BPA-、OPA-、MePA-及亞磷酸處理之NiO(藉由旋塗、加熱及沖洗施加，如上文所述)之量子效率。DPSQ供體自λ=550nm至800nm具有反應。OPA處理之表面之NIR EQE最高且所有膦酸處理皆顯示改良之EQE。EQE對應於圖3-5中之激子障壁效率。對於最佳障壁界面觀察到EQE增加約30%。圖14顯示對於BPA處理之NiO觀察到最高η P 且OPA處理儘管具有高J sc 但由於串聯電阻增加仍具有降低之FF。具體而言，觀察到對於OPA處理之NiO試樣以10-3Acm-2開始及對於MePA處理之NiO以2×10-2Acm-2開始之電流變化。在照明曲線中觀察到對電流抽取之此額外電阻。具有不同緩衝層之試樣之功率轉化效率係如下：MoO3參照係4.8%，BPA浸泡之MoO3係5.2%，BPA處理之NiO係5.6%，OPA處理之NiO係5.5%，MePA處理之NiO係5.5%，且亞磷酸處 理之NiO係4.0%。
實例9
圖15顯示改變BPA鍵結至NiO之溫度之效應。於80℃下，觀察到約32%之NIR EQE，但於170℃之鍵結溫度下，NIR EQE增加至約38%。然而，隨著溫度增加，且特定而言在溫度增加超過約120℃時，電流-電壓曲線降格，且特定而言，出現S形扭結，從而指示FF損失。S形扭結通常歸因於系統中之反相二極體，其可能係因功函數減少(其係源自與膦酸相關之偶極變化)而發生，從而引起NiO之有效功函數及有效前沿軌域能階減少。對於測試試樣之膦酸鍵結至陽極緩衝表面之理想加熱溫度係約120℃。
實例10
圖16顯示使用具有不同偶極距之經修飾BPA酸基團的效應，例如比較未經修飾BPA、在苄基環之4位處氟化之BPA及在苄基環之所有5位處氟化之BPA，如圖16中所繪示。DPSQ/C60裝置之EQE示於圖16中，其中藉由未經修飾之BPA處理達成最高NIR EQE(及因此障壁效率)。與未經修飾之BPA試樣相比，氟化化合物於λ=700nm下具有降低之EQE(自DPSQ供體)。
圖17顯示在照明下及在黑暗中圖16中之裝置之電流-電壓反應。未經修飾之BPA處理之試樣呈現暗電流中之小的變化(指示小的反向二極體)，而氟化BPA之J-V曲線不呈現變化，但氟化BPA之JSC降低。圖17顯示，BPA處理之NiO之功函數過淺且選擇具有偶極距之膦酸(例如氟化BPA)以誘導偶極可用於降低NiO之功函數並改良接觸物之抽取效率。
實例11
圖18比較具有不同長度之芳基封端之膦酸之裝置的EQE及J-V性能數據。所有變化形式皆降低激子淬滅，但對於BPA處理之NiO表面 觀察到最佳結果。對於萘基甲基膦酸及丙基苯基膦酸(即測試之較長酸)，串聯電阻增加。
實例12
圖19比較NiO表面上具有0個碳(亞磷酸)至16個碳(十六烷基膦酸)之不同烷基鏈長度之裝置的EQE及J-V性能數據。該等烷基膦酸SAM皆產生改良之EQE。最長鏈出現最高EQE，但與較短鏈相比，該等鏈顯示填充因子及功率轉化效率明顯降低。對於丁基膦酸觀察到最佳功率轉化效率，其中較短鏈產生較少激子淬滅及低電阻且較長鏈具有較高NIR EQE但增加之電阻或J-V曲線中之S形扭結。
105‧‧‧陽極
110‧‧‧陽極緩衝層
115‧‧‧自裝配單層
120‧‧‧有機供體材料
125‧‧‧有機受體材料
130‧‧‧陰極
附圖納入本說明書中且構成本說明書之一部分。
圖1顯示本發明之例示性有機光敏光電子裝置的示意圖。
圖2A顯示基於文獻值之材料之HOMO及LUMO(傳輸)能階。藉由UPS針對NiO、SubPc及DPSQ確認HOMO能量。所有能量值皆係相對於絕對真空能階以eV表示，只是MoO3除外，其向較低能量移位約1eV以容許與供體材料之費米能量(EF)對準。圖2B顯示對於NiO及BPA處理之NiO、以及對於沈積於每一緩衝上之SubPc及DPSQ之HOMO電離能量(IE)、功函數(WF)及真空能階偏移(△EVAC，以eV表示)。圖2C顯示在未經處理及BPA處理之MoO3及NiO上製作之32nm厚之SubPc層的PL強度對波長。類似於BPhen參照之光致發光(PL)反應指示完全障壁界面，而類似於C60緩衝之反應指示完美激子淬滅界面。插圖：BPA之分子結構式。
圖3顯示石英/測試層(8nm)/SubPc(40nm)/BPhen(8nm)之PL。測試層係C60(約8nm)、BPhen(8nm)、MoO3(16nm)及苄基膦酸(BPA)處理之MoO3，其中BPA處理引起在具有以下厚度之MoO3上添加一或多個自裝配單層：旋塗之1g BPA/l溶液(約5.4nm厚)、旋塗之0.5g BPA/l溶液(約2.2nm厚)、旋塗之0.25g BPA/l溶液(約0.6nm厚)及BPA浸泡(約0.5nm厚)。發射光係於λ=710nm之波長下量測到(頂部圖)且激發波長為λ=525nm(底部圖)。
圖4顯示石英/測試層(8nm)/SubPc(40nm)/BPhen(8nm)之PL。測試層係C60(約8nm)、BPhen(8nm)、MoO3(16nm)，BPA處理之MoO3、辛基膦酸(OPA)處理之MoO3，其中處理引起在具有以下厚度之MoO3上添加一或多個自裝配單層：旋塗之0.5g BPA/l溶液(約2.2nm厚)、旋塗之0.5g OPA/l溶液(約3.5nm厚)。發射光係於λ=710nm之波長下量測到(頂部圖)且激發波長為λ=525nm(底部圖)。
圖5顯示石英/測試層(8nm)/SubPc(47nm)/BPhen(8nm)之PL。測試層係C60(約8nm)、BCP(8nm)、NiO(8nm)、BPA處理之NiO、 OPA處理之NiO、甲基膦酸(MePA)處理之NiO及亞磷酸(磷)處理之NiO，其中處理引起在具有以下厚度之NiO上添加一或多個自裝配單層：旋塗之1g BPA/l溶液(約0.5nm厚)、旋塗之1g OPA/l溶液(約0.5nm厚)、旋塗之MePA及磷(過薄以致於不能利用VASE量測)。亦生成浸泡於BPA中之NiO試樣。發射光係於λ=710nm之波長下量測到(頂部圖)且激發波長為λ=525nm(底部圖)量測。
圖6顯示具有不同陽極緩衝之基於DPSQ/C60之光伏打裝置之隨波長變化的EQE。所有裝置皆具有PTCBI陰極緩衝，只是標記NiO+BPA+BPhen：C60之裝置除外，其具有NiO+BPA陽極緩衝及BPhen：C60/PTCBI陰極緩衝。
圖7顯示在1太陽、AM 1.5G照明下圖6中之裝置之電流密度對電壓特性，其顯示膦酸處理之緩衝之增加光反應。填充因子及開路電壓不受膦酸處理影響。
圖8顯示在MoO3及BPA處理之NiO緩衝上製作之SubPc/C60/BPhen及摻和之方酸菁(bSQ)/C60/PTCBI電池之隨波長變化的EQE。
圖9顯示具有以下結構之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底部)：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)。MoO3代表參照未經處理之裝置且「1g/l」、「0.5g/l」及「0.25g/l」指示旋塗於MoO3上之BPA之濃度。亦將0.5g/l下之OPA旋塗至一個裝置之MoO3上。
圖10顯示具有以下結構之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底部)：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)。MoO3代表參照未經處理之裝置。「0.5g/l CM」及「0.5g/l THF」分別指示自氯仿甲醇溶液或THF將BPA旋塗至MoO3上，且「THF浸泡」指示將MoO3陽極緩衝在溶解於THF中之BPA中浸泡30分鐘。
圖11顯示具有以下結構之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底部)：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)，其中將MoO3緩衝於膦酸溶液中浸泡不同浸泡時間。
圖12顯示具有以下結構之裝置隨DPSQ厚度變化之EQE(頂部)及NIR EQE：ITO/MoO3(20nm)/DPSQ(x nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)，其中MoO3指示參照未經處理之裝置且「+BPA」指示將MoO3緩衝在BPA於THF中之1mM溶液中浸泡約24小時。
圖13顯示具有以下結構之裝置之EQE：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)。使用各種未經處理及膦酸處理之緩衝。
圖14顯示具有以下緩衝之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底部)：MoO3參考緩衝、BPA浸泡之MoO3緩衝、BPA旋塗之NiO緩衝、OPA旋塗之NiO緩衝、MePA旋塗之NiO緩衝及亞磷酸旋塗之NiO緩衝。
圖15顯示具有以下結構之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底部)：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)，其中於不同加熱溫度下BPA鍵結至NiO緩衝。
圖16顯示BPA(左)、4-氟BPA(4F-BPA，中心)及五氟BPA(F5BPA，右)之化學結構。顯示具有以下結構之裝置之EQE：玻璃/ITO/緩衝/DPSQ(9nm)/C60(40nm)/PTCBI(5nm)/Ag(100nm)，其中用各種經修飾之BPA化合物處理陽極緩衝。
圖17顯示圖16中之裝置之光反應(頂部)及正向偏壓暗電流(底部)。
圖18顯示(i)苯基膦酸(苯基)、(ii)BPA(苄基)、(iii)丙基苯基膦酸(ProPhen)及(iv)2-萘基甲基膦酸(Naphth)之化學結構。顯示向NiO緩衝施加不同芳基膦酸處理之裝置之EQE(頂部)及電流-電壓性能(底 部)。
圖19顯示向NiO緩衝施加亞磷酸處理(H)及不同烷基膦酸處理(包括正丁基膦酸(丁基)、正辛基膦酸(辛基)及正十六烷基膦酸處理)之裝置的EQE(頂部)及電流-電壓性能。
105‧‧‧陽極
110‧‧‧陽極緩衝層
115‧‧‧自裝配單層
120‧‧‧有機供體材料
125‧‧‧有機受體材料
130‧‧‧陰極

Claims (47)

  1. 一種有機光敏光電子裝置，其包含：呈疊加關係之陽極及陰極；光活性區，其包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料且佈置於該陽極與該陰極之間，從而形成供體-受體異質接面；陽極緩衝層，其佈置於該陽極與該光活性區之間，其中該陽極緩衝層具有更接近該陽極之底部表面及更遠離該陽極之頂部表面；及至少一個自裝配單層，其佈置於該陽極緩衝層之該頂部表面上。
  2. 如請求項1之裝置，其中該至少一個自裝配單層包含選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
  3. 如請求項1之裝置，其中該陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物。
  4. 如請求項3之裝置，其中該過渡金屬氧化物係選自MoO3、V2O3、ReO3、WO3、TiO2、Ta2O3、ZnO、NiO及其合金。
  5. 如請求項4之裝置，其中該過渡金屬氧化物係選自MoO3、NiO及其合金。
  6. 如請求項1之裝置，其中該至少一個自裝配單層包含至少一種膦酸。
  7. 如請求項6之裝置，其中該至少一種膦酸係選自烷基膦酸或其官能化衍生物及芳基膦酸。
  8. 如請求項7之裝置，其中該等芳基膦酸係選自苯基膦酸、苄基膦酸、丙基苯基膦酸、萘基甲基膦酸及其官能化衍生物。
  9. 如請求項1之裝置，其中該至少一個自裝配單層包含苄基膦酸、 丁基膦酸或其官能化衍生物。
  10. 如請求項4之裝置，其中該至少一個自裝配單層包含苄基膦酸或其官能化衍生物。
  11. 如請求項7之裝置，其中該等烷基膦酸係選自 ，其中n係選自0至15。
  12. 如請求項11之裝置，其中該等烷基膦酸係選自甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸及其官能化衍生物。
  13. 如請求項1之裝置，其中該至少一個自裝配單層具有介於約0.4nm至1nm範圍內之厚度。
  14. 如請求項1之裝置，其中與無該至少一個自裝配單層之該裝置中之該陽極緩衝層相比，該裝置中之該陽極緩衝層呈現較少激子淬滅特徵。
  15. 如請求項1之裝置，其中該供體-受體異質接面係選自平面異質接面、混合異質接面、體異質接面及平面混合異質接面。
  16. 如請求項1之裝置，其進一步包含佈置於該光活性區與該陰極之間之陰極緩衝層。
  17. 一種形成有機光敏光電子裝置之方法，其包含：在陽極上沈積陽極緩衝層，其中該陽極緩衝層具有更接近該陽極之底部表面及更遠離該陽極之頂部表面；在該陽極緩衝層之該頂部表面上沈積至少一個自裝配單層；在該陽極緩衝層上沈積光活性區，其中該光活性區包含至少一種有機供體材料及至少一種有機受體材料，從而形成供體-受體異質接面；及在該光活性區上沈積陰極。
  18. 如請求項17之方法，其中該至少一個自裝配單層係藉由物理氣相沈積來沈積。
  19. 如請求項17之方法，其中沈積至少一個自裝配單層之步驟包含施加溶液至該陽極緩衝層之至少該頂部表面。
  20. 如請求項19之方法，其中該溶液包含溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
  21. 如請求項20之方法，其中該溶劑包含醇或四氫呋喃(THF)。
  22. 如請求項20之方法，其中該溶液係使用選自旋塗、浸泡、噴塗、刮刀塗佈及狹縫模具式塗佈之技術施加。
  23. 如請求項20之方法，其中該陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物。
  24. 如請求項17之方法，其中沈積至少一個自裝配單層之該步驟包含施加膦酸溶液至該陽極緩衝層之至少該頂部表面，其中該膦酸溶液係使用選自旋塗、浸泡、噴塗、刮刀塗佈及狹縫模具式塗佈之技術施加。
  25. 如請求項19之方法，其中沈積至少一個自裝配單層之該步驟進一步包含加熱該陽極緩衝層。
  26. 如請求項25之方法，其中該陽極緩衝層係於介於40℃至200℃範圍內之溫度下加熱。
  27. 如請求項25之方法，其中沈積至少一個自裝配單層之該步驟進一步包含用溶劑沖洗該陽極緩衝層之至少該頂部表面。
  28. 如請求項27之方法，其中該陽極緩衝層包含NiO或其合金。
  29. 如請求項17之方法，其中該陽極緩衝層包含過渡金屬氧化物。
  30. 如請求項29之方法，其中該過渡金屬氧化物係選自MoO3、V2O3、ReO3、WO3、TiO2、Ta2O3、ZnO、NiO及其合金。
  31. 如請求項17之方法，其中該至少一個自裝配單層包含膦酸。
  32. 如請求項31之方法，其中該膦酸係選自苄基膦酸或其官能化衍 生物及丁基膦酸或其官能化衍生物。
  33. 如請求項17之方法，其中該至少一個自裝配單層具有介於0.4nm至1nm範圍內之厚度。
  34. 如請求項17之方法，其進一步包含在該光活性區與該陰極之間沈積陰極緩衝層。
  35. 一種在金屬氧化物基板上形成至少一個自裝配單層之方法，其包含：提供包含過渡金屬氧化物之基板；及施加溶液至該基板之至少一個表面，其中該溶液包含四氫呋喃(THF)溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
  36. 如請求項35之方法，其中該過渡金屬氧化物係選自MoO3、V2O3、ReO3、WO3、TiO2、Ta2O3、ZnO、NiO及其合金。
  37. 如請求項35之方法，其中施加溶液之該步驟包含選自旋塗、浸泡、噴塗、刮刀塗佈及狹縫模具式塗佈之技術。
  38. 如請求項35之方法，其進一步包含加熱該基板。
  39. 如請求項38之方法，其中該基板係於介於40℃至200℃範圍內之溫度下加熱。
  40. 如請求項38之方法，其進一步包含用溶劑沖洗該基板之該至少一個表面。
  41. 如請求項40之方法，其中用於沖洗之該溶劑係THF。
  42. 一種在氧化鎳(NiO)基板上形成至少一個自裝配單層之方法，其包含：提供包含NiO或其合金之基板；及將溶液旋塗至該基板之至少一個表面，其中該溶液包含溶劑及選自膦酸、羧酸、矽烷及硫醇之分子。
  43. 如請求項42之方法，其進一步包含加熱該基板。
  44. 如請求項43之方法，其中該基板係於介於40℃至200℃範圍內之溫度下加熱。
  45. 如請求項43之方法，其進一步包含用溶劑沖洗該基板之該至少一個表面。
  46. 如請求項45之方法，其中該溶液中之該溶劑及用於沖洗之該溶劑相同。
  47. 如請求項46之方法，其中該溶液中之該溶劑及用於沖洗之該溶劑二者皆係THF。
TW103130017A 2013-08-29 2014-08-29 用於有機光伏打電池中緩衝層之激子障壁處理 TW201517343A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361871458P 2013-08-29 2013-08-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201517343A true TW201517343A (zh) 2015-05-01

Family

ID=51541333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103130017A TW201517343A (zh) 2013-08-29 2014-08-29 用於有機光伏打電池中緩衝層之激子障壁處理

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11329241B2 (zh)
EP (1) EP3039729A1 (zh)
JP (1) JP2016532300A (zh)
KR (1) KR20160047487A (zh)
CN (1) CN105723537A (zh)
TW (1) TW201517343A (zh)
WO (1) WO2015031717A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109075021A (zh) * 2016-03-03 2018-12-21 应用材料公司 利用间歇性空气-水暴露的改良自组装单层阻挡

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10651409B2 (en) * 2012-07-20 2020-05-12 Nutech Ventures Narrowband nanocomposite photodetector
US10903438B2 (en) 2017-06-16 2021-01-26 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, ultraviolet-absorbing photovoltaic devices
US11545635B2 (en) 2017-06-16 2023-01-03 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing boron-containing photovoltaic devices
US11778896B2 (en) 2017-06-16 2023-10-03 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing metal-complex photovoltaic devices
WO2018232358A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing and ultraviolet-absorbing photovoltaic devices
US11152581B2 (en) 2017-06-16 2021-10-19 Ubiquitous Energy, Inc. Visibly transparent, near-infrared-absorbing donor/acceptor photovoltaic devices
JP6852172B2 (ja) * 2017-09-19 2021-03-31 株式会社日本触媒 有機電界発光素子
JP6957310B2 (ja) * 2017-10-24 2021-11-02 東京エレクトロン株式会社 半導体装置およびｃｍｏｓトランジスタ
CN109904325A (zh) * 2018-12-29 2019-06-18 无锡海达安全玻璃有限公司 一种气致变色调控型半透明聚合物太阳能电池及其制备方法
TW202039314A (zh) 2019-01-31 2020-11-01 日商湯山製作所股份有限公司 盒子處理裝置和藥劑處理裝置
WO2021157468A1 (ja) * 2020-02-05 2021-08-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換素子および撮像素子

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8535616B2 (en) * 2005-08-02 2013-09-17 Moxtek, Inc. Sub-wavelength metallic apertures as light enhancement devices
WO2009094663A2 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 University Of Washington Photovoltaic devices having metal oxide electron-transport layers
WO2011103952A1 (en) * 2010-02-25 2011-09-01 Merck Patent Gmbh Electrode treatment process for organic electronic devices
US20120111408A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Deeken John S Controlled carbon deposition
CA2819899A1 (en) * 2011-02-01 2012-08-09 University Of South Florida A partially-sprayed layer organic solar photovoltaic cell using a self-assembled monolayer and method of manufacture
GB201110565D0 (en) * 2011-06-22 2011-08-03 Cambridge Display Tech Ltd Organic optoelectronic material, device and method
KR102065497B1 (ko) * 2012-01-11 2020-01-13 아이엠이씨 브이제트더블유 패터닝된 유기 반도체층

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109075021A (zh) * 2016-03-03 2018-12-21 应用材料公司 利用间歇性空气-水暴露的改良自组装单层阻挡
CN109075021B (zh) * 2016-03-03 2023-09-05 应用材料公司 利用间歇性空气-水暴露的改良自组装单层阻挡

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016532300A (ja) 2016-10-13
CN105723537A (zh) 2016-06-29
US20160204367A1 (en) 2016-07-14
EP3039729A1 (en) 2016-07-06
KR20160047487A (ko) 2016-05-02
US11329241B2 (en) 2022-05-10
WO2015031717A1 (en) 2015-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11329241B2 (en) Exciton-blocking treatments for buffer layers in organic photovoltaics
TWI402981B (zh) 具有互逆載體激子阻擋層之有機雙異質結構光伏打電池
TWI638476B (zh) 在有機光伏打裝置中之受體與施體的能量敏感化作用
TWI645573B (zh) 具有激子障蔽性電荷載體濾波器之有機光敏性裝置
TWI518056B (zh) 包括含方酸（ｓｑｕａｒａｉｎｅ）之有機異質接面的有機感光裝置及其製造方法
JP2015008310A (ja) 有機多層太陽電池
JP2007533163A (ja) ハイブリッド混合プラナーヘテロ接合を用いた高効率有機光電池
CA2827632A1 (en) Organic photovoltaic cell incorporating electron conducting exciton blocking layers
US10978654B2 (en) Exciton management in organic photovoltaic multi-donor energy cascades
TW201431148A (zh) 用於有機光伏打裝置之混合平面分級式異質接面
US20210288261A1 (en) Polymer photovoltaics employing a squaraine donor additive
AU2013296423A1 (en) Organic optoelectronics with electrode buffer layers
TWI628819B (zh) 用於有機光伏打之混合的混合平面異質接面
AU2013292306A1 (en) Multijunction organic photovoltaics incorporating solution and vacuum deposited active layers
TWI660532B (zh) 具有激子障蔽性電荷載體濾波器之有機光敏性裝置
TW201618347A (zh) 具有採用高玻璃轉換溫度材料之激子障蔽性電荷載體濾波器之穩定性有機光敏性裝置
TW201535814A (zh) 具有使用模板移轉印刷所達成的分級主動區域之光伏打電池
US7482195B2 (en) High mobility high efficiency organic films based on pure organic materials
Djurišić et al. The Influence of the Electrode Choice on the Performance of Organic Solar Cells