TW201535818A - 在有機光伏打多供體能量串聯中之激子管理 - Google Patents

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Abstract

本文揭示包含光活性區域之有機光敏性光電子裝置，諸如，有機光伏打裝置，其中該光活性區域包含能量串聯多層供體區域。該能量串聯多層供體區域可驅動激子從陽極轉移至解離界面同時減少激子淬滅，從而改良與太陽光譜之重疊，且減少極化子對複合至最低，達成裝置性能之改良。

Description

在有機光伏打多供體能量串聯中之激子管理 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2013年10月25日申請之美國臨時申請案第61/895,843號之權益，其全文以引用的方式併入本文中。
聯邦資助研究之相關聲明
本發明係受美國政府支持於美國能源部授予之契約號DE-SC0000957下進行。政府對本發明具有特定權利。
聯合研究協議
本發明之主題係以代表且/或聯合以下各方中之一方或多方達成聯合大學-公司研究協議來進行：密西根州立大學董事會(The Regents of the University of Michigan)及NanoFlex Power公司。該協議係在本發明主題制定日期當天及提前生效，並制定作為在協議範疇內所進行各項活動之成果。
本發明大體而言係關於電活性、光學活性、太陽能、及半導體裝置，及特定言之，係關於包括多供體能量串聯之有機光敏性光電子裝置。
光電子裝置仰賴於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。
光敏性光電子裝置將電磁輻射轉化成電。太陽能電池(亦稱為光 伏打(PV)裝置)為專門用於產生電力之一種類型的光敏性光電子裝置。可使用可自除日光外的光源產生電能之PV裝置於驅動功率消耗負載來提供(例如)照明、加熱，或為電子電路或裝置(諸如計算機、收音機、電腦或遠端監測或通訊設備)供電。該等發電應用通常亦涉及對電池或其他能量儲存裝置充電，以致當在無法取得來自太陽或其他光源之直接照明時可繼續作業，或平衡PV裝置之功率輸出與特定應用之要求。如本文所用，術語「電阻性負載」係指任何功率消耗或儲存電路、裝置、設備或系統。
另一類型的光敏性光電子裝置為光電導體電池。於此功能中，訊號偵測電路監測裝置之電阻來偵測因吸收光所致之改變。
另一類型的光敏性光電子裝置為光偵測器。於操作中，光偵測器係與當光偵測器暴露於電磁輻射時測量所產生電流及可能具有外加偏壓電壓之電流偵測電路結合使用。本文所述之偵測電路能夠為光偵測器提供偏壓電壓及測量光偵測器對電磁輻射之電子反應。
可根據是否存在如下文定義之整流接面及亦根據裝置是否利用外加電壓(亦稱為偏壓或偏壓電壓)操作來表徵此三類光敏性光電子裝置。光電導體電池不具有整流接面且通常利用偏壓操作。PV裝置具有至少一個整流接面且係在無偏壓下操作。光偵測器具有至少一個整流接面且通常但非始終利用偏壓操作。通常而言，光伏打電池為電路、裝置或設備供電，但不提供訊號或電流來控制偵測電路、或自該偵測電路輸出資訊。相對地，光偵測器或光電導體提供訊號或電流來控制偵測電路，或自偵測電路輸出資訊，但不為電路、裝置或設備提供功率。
傳統上，光敏性光電子裝置係由許多無機半導體(例如，晶型、多晶型及非晶型矽、砷化鎵、碲化鎘等等)建構。本文中術語「半導體」表示可在藉由熱或電磁激發誘導電荷載子時導電之材料。術語 「光電導」一般係指吸收電磁輻射能，且藉此轉換為電荷載子之激發能，以致該等載子可在材料中傳導(亦即，傳輸)電荷之過程。本文中使用術語「光電導體」及「光電導材料」來指示基於其吸收電磁輻射以產生電荷載子之特性所選擇的半導體材料。
PV裝置可由其可將入射太陽光能轉換為有用電能之效率來表徵。使用晶型或非晶型矽之裝置在商業應用中佔優勢；然而，有效率的結晶型裝置(特別是具大表面積者)因在製造無顯著效率劣化缺陷之大型晶體中所固有的問題而在製造上困難且昂貴。另一方面，高效率非晶型矽裝置仍舊存在穩定性問題。最近的努力聚焦在使用有機光伏打電池來以經濟生產成本獲致可接受的光伏打轉換效率上。
PV裝置可經最佳化成在標準照明條件(亦即，標準測試條件，1000W/m2、AM1.5光譜照明)下電功率產生量最大，此時光電流乘以光電壓之乘積最大。此種電池於標準照明條件下之功率轉換效率係取決於以下三個參數：(1)於零偏壓下之電流，即，短路電流ISC，單位為安培，(2)於開路條件下之光電壓，即，開路電壓VOC，單位為伏特，及(3)填充因子FF。
PV裝置當其連接到負載兩端及經光照射時產生光生電流。當在無限負載下經照射時，PV裝置產生其最大可能電壓(V開路或VOC)。當在其電接觸件短接下經照射時，PV裝置產生其最大可能電流(I短路或ISC)。當實際上用於產生功率時，PV裝置係連接至有限電阻性負載及由電流與電壓的乘積I×V給定功率輸出。由PV裝置所產生的最大總功率本質上不會超過乘積ISC×VOC。當負載值經最佳化以獲得最大功率提取時，電流與電壓分別具有值I最大及V最大。
PV裝置之一品質因數為填充因子FF，定義為：FF={I 最大 V 最大 }/{I SC V OC } (1)
其中FF始終小於1，此乃因在實際使用中從不會同時達成ISC及 VOC。然而，隨著FF接近1，裝置具有較小的串聯或內部電阻，且因而在最佳條件下提供負載較大的ISC與VOC乘積百分比。當Pinc為裝置上之入射功率時，可由下式計算得裝置之功率效率η P ：η P =FF*(ISC * VOC)/Pinc
為了產生佔據半導體大部分體積之內部產生電場，常見方法是並列兩層尤其就其分子量子能量狀態分佈而言具有經適宜選定的導電性質之材料(供體及受體)。此兩材料之界面稱為光伏打接面。於傳統半導體理論中，用於形成PV接面之材料一般表示為n或p型。此處n型表示多數載子類型為電子。此可視作具有許多呈相當自由能量狀態之電子之材料。p型表示多數載子類型為電洞。該材料具有許多呈相當自由能量狀態之電洞。背景(即，非光生)多數載子濃度之類型主要取決於經缺陷或雜質之非故意摻雜。雜質之類型及濃度決定介於最小導電帶與最大價帶能量間之能隙(亦稱為HOMO-LUMO能隙)內之費米能量(Fermi energy)或能階的值平。費米能量係表徵由佔據機率等於½之能量值表示的分子量子能量狀態之統計佔據。接近最小導電帶(LUMO)能量之費米能量指示電子為主要載子。接近最大價帶(HOMO)能量之費米能量指示電洞為主要載子。因此，費米能量為傳統半導體之一主要特徵性質及原型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導電特性，亦即，該界面較佳沿一個方向支援電子電荷傳輸。整流通常係與產生於經適宜選定材料間之接面處之內建電場相關聯。
如本文所用，及如熟習此項技藝者將會大致上瞭解，若第一能階更靠近真空能階，則第一「最高佔用分子軌域」(HOMO)或「最低未佔用分子軌域」(LUMO)能階則「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能階。由於電離電位(IP)係測得為相對於真空能階之負值能量，故較高之HOMO能階對應於具有較小絕對值之IP(較小負值之 IP)。類似地，較高之LUMO能階對應於具有較小絕對值之電子親和性(EA)(較小負值之EA)。於習知的能階圖上，真空能階位於頂部，材料之LUMO能階高於同一材料之HOMO能階。「較高」HOMO或LUMO能階顯示出比「較低」HOMO或LUMO能階更靠近該圖頂部。
有機半導體中之一顯著特性為載子遷移率。遷移率為電荷載子可響應於電場移動通過導電材料之容易度的量度。於有機光敏性裝置情況中，包含歸因於高電子遷移率而優先藉由電子傳導之材料之層可稱之為電子傳輸層(或ETL)。包含歸因於高電洞遷移率而優先藉由電洞傳導之材料之層可稱之為電洞傳輸層(或HTL)。於一些情況中，受體材料可為ETL而供體材料可為HTL。
習知的無機半導體PV電池可利用p-n接面來建立內場。然而，現明瞭除了建立p-n型接面之外，異質接面之能階偏移亦扮演重要角色。
咸信於有機供體-受體(D-A)異質接面處之能階偏移因有機材料中光發電過程之基本特性而對有機PV裝置之操作具重要性。在有機材料光激發時，即產生局部弗倫克爾(Frenkel)或電荷轉移激子。為了進行電偵測或電流產生，必須使束縛激子解離為其組成電子及電洞。此過程可藉由內建電場引發，但在通常存在於有機裝置中之電場(F~106V/cm)下的效率低。有機材料中最具效率的激子解離係發生在D-A界面處。於該界面處，具有低電離電位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。取決於供體及受體材料之能階之匹配，該界面處激子之解離可在能量上變得有利，從而導致受體材料中之自由電子極化子及供體材料中之自由電洞極化子。
載子之產生需要激子之產生、擴散、及電離或聚集。存在與各該等過程相關聯之效率η。可如下使用下標：P表示功率效率，EXT表示外部量子效率，A表示光子吸收，ED表示擴散，CC表示聚集，及 INT表示內部量子效率。使用此表示法：η P ~η EXT =η A * η ED * η CC
η EXT =η A * η INT
激子之擴散長度(LD)通常遠小於(LD~50Å)光學吸收長度(~500Å)，從而需要在使用厚且因此具電阻性之具有多重或高度折疊界面之電池、或使用具有低光學吸收效率之薄電池之間進行權衡。
OPV電池具有因其重量輕、當沉積至薄基板上時之可撓性、及低能量製造方法所致之低成本且有效地擷取太陽能之潛力。
就OPV而言之一種特別有前景的架構為可驅動能量及/或電荷轉移跨越多層堆疊之多供體能量串聯，該多層之激子能階從最靠近陽極之供體至最靠近供體-受體異質接面之供體單調減低。尤其就諸如在太陽能電池中之功率產生應用而言，供體串聯結構可確保高開路電壓(VOC)及准許功率轉換效率提高。為實現串聯架構之全部潛能，本發明者已確立用於設計該架構之新的標準，以例如減小極化子對複合至最低(獲致高VOC)，及減小各供體層中及其之間之損失至最低。
因此，本文揭示新穎的包含光活性區域之有機光敏性光電子裝置，其中該光活性區域包含能量串聯多層供體區域。該能量串聯多層供體區域可驅動激子從陽極轉移至解離界面，同時減少激子淬滅，從而改良與太陽光譜之重疊，且減少極化子對複合至最低，達成裝置性能之改良。
於一個態樣中，本發明包括一種有機光敏性光電子裝置，其包括兩個成疊置關係之電極及介於該兩個電極之間之有機光活性區域，其中該有機光活性區域包括與第二供體層相鄰之第一供體層、及與第二供體層相鄰之受體區域，其中該第一及第二供體層係經選擇以滿足以下標準：-該第一供體層具有較該第二供體層大的光學能隙，及 -該第一及該第二供體層具有實質上匹配最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
於另一個態樣中，本發明包括一種有機光敏性光電子裝置，其包括：兩個成疊置關係之電極；介於該兩個電極之間之有機光活性區域，其中該有機光活性區域包含與受體區域形成界面之供體區域，該供體區域包括至少三個供體層，其中該至少三個供體層包括最遠離受體區域定位之第一供體層、及最靠近受體區域定位之最後一個供體層，及其中該至少三個供體層係經選擇以滿足以下標準：-該至少三個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從第一供體層之光學能隙至最後一個供體層之光學能隙單調減低，及-該至少三個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
如本文所用，術語「有機」包括可用於製造有機光敏性裝置之聚合材料以及小分子有機材料。「小分子」係指不為聚合物之任何有機材料，及「小分子」實際上可能相當大。於一些情況中，小分子可包括重複單元。例如，使用長鏈烷基作為取代基並不會將分子從「小分子」類別移除。小分子亦可併入聚合物中，(例如)作為聚合物主鏈上之側基或作為主鏈之一部分。
本文所用術語「電極」及「接觸件」可指提供用於遞送光生電流至外電路或提供偏壓電流或電壓至裝置之介質之層。換言之，電極(或接觸件)可提供在有機光敏性光電子裝置之光活性區域及用於傳輸電荷載子至外部電路或用於自外部電路傳輸電荷載子之電線、引線、跡線或其他裝置之間的界面。陽極及陰極為實例。經引用以其電極相關揭示併入本文中之美國專利案第6,352,777號提供可用於光敏性光電子裝置中之電極(或接觸件)之實例。如本文所述之至少一個「電極」可指電荷轉移區域或複合區，諸如，彼等用於串聯式光伏打裝置中以分離該裝置之子電池者。
於光敏性光電子裝置中，可能期望能使來自裝置外部之最大量的環境電磁輻射被光電導活性內部區域接收。換言之，電磁輻射必須到達光電導層，在此其可藉由光電導吸收轉換為電。此通常決定至少一個電接觸件應最低程度地吸收及最低程度地反射入射電磁輻射。於一些情況中，該接觸件應為透明或至少半透明。電極在其允許相關波長之環境電磁輻射之至少50%透射透過其時被稱為「透明」。電極在其允許相關波長之環境電磁輻射之部分(但小於50%)透射時被稱為「半透明」。相對電極可為反射材料，以致已通過電池但未被吸收之 光被回反射通過該電池。
如在本文中所使用及敘述，「層」係指其主要維度為X-Y(亦即，沿著其長度及寬度)之光敏性裝置之構件或組件。應明瞭術語層不一定受限於材料之單層或片。另外，應明瞭某些層之表面(包括該等層與其他材料或層之界面)可能非完美，其中該等表面呈現與其他材料或層之互穿、糾纏或盤旋網狀結構。類似地，亦應明瞭層可為不連續，以致該層沿X-Y維度之連續性可被其他層或材料干擾或以其他方式中斷。
如本文所用，「光活性區域」係指裝置之吸收電磁輻射以產生激子之區域。類似地，層在其吸收電磁輻射以產生激子之情況下係「光活性」。該等激子可解離成電子及電洞，以產生電流。
如本文所用，「受體區域」係指一或多個包含至少一個受體材料之光活性區域之層。
本發明該等電極中之一者可為陽極，及另一電極為陰極。應瞭解該等電極應經最佳化以接收並傳輸所期望的載子(電洞或電子)。本文中使用術語「陰極」，使得在非堆疊PV裝置或堆疊PV裝置之單一單元中於環境輻射及與電阻性負載連接而無外加電壓(例如太陽能電池)下，電子自光活性區域移至陰極。類似地，本文中使用術語「陽極」，使得在PV裝置中於照明下電洞自光活性區域移至陽極，此等同於電子以相反方式移動。應注意「陽極」及「陰極」電極可為電荷轉移區域或複合區，諸如彼等用於串聯式光伏打裝置中以分離該裝置之子電池者。
如本文所用，層之「光學能隙」係指激發分子光學上自接地至其第一激發態所需的能量。換言之，光學能隙為分子之接地與第一光學激發態之間之能量差。
如本文所述，假若供體層包含具有彼此在0.1eV以內之HOMO能 階之有機材料，則供體層之HOMO能階係「實質上匹配」。
如本文所述，層之HOMO及LUMO能階係指形成層之材料之HOMO及LUMO能階。
如本文所述，於一個態樣中，本發明包括一種有機光敏性光電子裝置，其包括兩個成疊置關係之電極及介於該兩個電極之間之有機光活性區域，其中該有機光活性區域包括與第二供體層相鄰之第一供體層、及與第二供體層相鄰之受體區域。
圖1a中顯示根據本發明之有機光敏性光電子裝置之一個非限制性實例。該裝置包括配置在陽極及陰極之間之光活性區域，其中該光活性區域包括第一供體層(D1)、第二供體層(D2)、及包含受體材料之受體區域(A)。
根據本發明之設計標準，第一供體層(D1)及第二供體層(D2)係經選擇以滿足以下標準：-該第一供體層具有較該第二供體層大的光學能隙，及-該第一及該第二供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能。
於一些實施例中，該標準進一步要求如例如圖1b所顯示，第一供體層與第二供體層之最低未佔用分子軌域(LUMO)能階之間之能量偏移小到足以實質上防止該第一與該第二供體層之間之界面處之激子解離。於某些實施例中，該能量偏移小於或等於0.5eV，諸如，例如，小於或等於0.4eV、0.3eV、0.2eV、或0.1eV。
適宜供體材料之實例包括(但不限於)二苯基并四苯(DPT)、紅螢烯(RUB)、酞菁(諸如銅酞菁(CuPc)、氯鋁酞菁(ClAlPc)、錫酞菁(SnPc)、鋅酞菁(ZnPc)、及其他經改質酞菁)、亞酞菁(諸如硼亞酞菁(SubPc))、萘酞菁、部花青染料、硼-二吡咯甲川(BODIPY)染料、噻吩(諸如聚(3-己基噻吩)(P3HT))、低能帶隙聚合物、聚并苯(諸如并五 苯及并四苯)、二茚并苝(DIP)、方酸(SQ)染料、及四苯基二苯并二茚并芘(DBP；tetraphenyldibenzoperiflanthene)，其中應理解該等供體材料係經選擇以滿足本發明之供體層標準。預期其他有機供體材料。
於一些實施例中，該等供體層中之一者包含DBP。於某些實施例中，該第二供體層包含DBP。
於一些實施例中，該等供體層中之一者包含紅螢烯(RUB)。於某些實施例中，該第一供體層包含RUB。於某些實施例中，該第二供體層包含RUB。於某些實施例中，該第一供體層包含RUB及該第二供體層包含DBP。
於一些實施例中，該等供體層中之一者包含二苯基并四苯(DPT)。於某些實施例中，該第一供體層包含DPT。於某些實施例中，該第一供體層包含DPT及該第二供體層係選自RUB及DBP。
適宜受體材料之實例包括(但不限於)聚合或非聚合苝、聚合或非聚合萘、及聚合或非聚合富勒烯及富勒烯衍生物(例如，PCBM、ICBA、ICMA等)。非限制性地提及選自下列之彼等：C60、C70、C76、C82、C84、或其衍生物諸如苯基-C61-丁酸甲酯([60]PCBM)、苯基-C71-丁酸甲酯([70]PCBM)、或噻吩基-C61-丁酸甲酯([60]ThCBM)、及其他受體諸如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。本發明預期其他有機受體材料。
於一些實施例中，該受體區域包含富勒烯或其衍生物。於某些實施例中，該富勒烯係選自C60及C70。
於一些實施例中，該裝置為具有至少5.5%之功率轉換效率之太陽能電池。
圖2a中顯示根據本發明之有機光敏性光電子裝置之另一非限制性實例。該裝置包括配置在陽極與陰極之間之光活性區域，其中該光活 性區域包含與包含受體材料之受體區域(A)成界面之供體區域(D1、D2、...DN)。該供體區域包括至少三個供體層(D1、D2、...DN)，其中該至少三個供體層包括最遠離受體區域定位之第一供體層(D1)、及最靠近受體區域定位之最後一個供體層(DN)。
根據本發明之設計標準，該至少三個供體層係經選擇以滿足以下標準：-該至少三個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從第一供體層之光學能隙至最後一個供體層之光學能隙單調減低，及-該至少三個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
於一些實施例中，該標準進一步要求各對相鄰供體層之最低未佔用分子軌域(LUMO)能階之間之能量偏移小到足以實質上防止激子解離。於某些實施例中，任何兩個相鄰供體層均不具有大於0.5eV之LUMO能階之間之能量偏移。例如，於某些實施例中，相鄰供體層之LUMO能之間之各種能量偏移小於或等於0.5eV，諸如，例如，小於或等於0.4eV、0.3eV、0.2eV、或0.1eV。
上文描述適宜供體及受體材料之實例，其中應理解該等材料應經選擇以滿足本發明之設計標準。
於一些實施例中，該等供體層中之一者為DBP。於一些實施例中，該等供體層中之一者為RUB。於一些實施例中，該等供體層中之一者為DPT。於某些實施例中，該最後一個供體層為DBP。於某些實施例中，該最後一個供體層為DBP及該第一供體層為DPT。於某些實施例中，該至少三個供體層包含DBP、RUB、及DPT，其中該最後一個供體層為DBP。於某些實施例中，該至少三個供體層包含DBP、RUB、及DPT，其中該最後一個供體層為DBP及該第一供體層為DPT。
於一些實施例中，該受體區域包含富勒烯或其衍生物。於某些實施例中，該富勒烯係選自C60及C70。
供體層光學能隙朝向供體-受體異質接面之遞減順序導引激子能量朝向供體-受體異質接面從較高轉移至較低單重態激子狀態，主要係透過Förster能量轉移，於該供體-受體異質接面處，該等激子可解離為電子及電洞。供體材料之HOMO能階實質上相匹配，可提供有效電洞傳輸至陽極。另外，藉由限制供體層對之間之LUMO能量偏移，減低中間供體層界面處之激子解離至最低，以防止該等中間界面處之光電流產生。此外，藉由以供體之HOMO能階及受體之LUMO能階之間之大能量偏移選擇最靠近受體區域之受體材料及供體材料，可將開路電壓最大化，從而達成裝置性能之改良。
此外，在本發明標準之情況中，最靠近陽極之供體層可經最佳化以用於激子障壁，任何中間供體層可經最佳化以用於光學吸收，及最靠近受體區域之供體層可確保高開路電壓(Voc)，此歸因於極化子對複合速率之最小化，如上文所述。
因此，屬於本發明設計標準之情況中之多層串聯可在單一裝置中使用若干種供體材料以提供可撓性，其各者係經最佳化用於不同目的，達成裝置性能之改良，諸如，功率轉換效率提高。
於一些實施例中，該裝置為具有至少7%之功率轉換效率之太陽能電池。
本發明之有機光敏性光電子裝置形成受體材料與最靠近受體區域之供體材料之間之界面處之供體-受體異質接面。於一些實施例中，該供體-受體異質接面係選自平面異質接面及整體異質接面。
於本發明之一些實施例中，該光活性區域包括包含至少一種供體材料及至少一種受體材料之混合物之混合光活性層。於一些實施例中，該光活性層可包含純淨供體區域及混合光活性層。
如本文所用，「純淨」層係指包含單一材料之層(即，不是混合層)。類似地，純淨區域係指僅包括純淨層之區域。自此之後，除非由詞語「混合」修飾(即，混合層或混合光活性層)或另外指明包含多於一種材料，否則層假定為純淨。
圖3a中顯示根據本發明之有機光敏性光電子裝置之一個非限制性實例。該裝置包括配置在陽極與陰極之間之光活性區域，其中該光活性區域包括包含第一供體材料之第一供體層(D1)、包含第二供體材料之第二供體層(D2)、及包含供體材料(諸如第二供體材料)、及受體材料之混合物(D2+A)之混合光活性層。
根據本發明之設計標準，該第一供體材料(D1)及第二供體材料(D2)係經選擇以滿足以下標準：-該第一供體材料具有相較該第二供體材料更大的光學能隙，及-該第一及第二供體材料具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能。
如圖3所顯示，該混合光活性層(D2+A)可配置在第二層(D2)與陰極之間。於一些實施例中，包含受體材料之額外層可視需要配置在混合光活性層(D2+A)與陰極之間。於某些實施例中，該額外層包含受體材料(A)(即，於混合光活性層中可見之相同受體材料)。視需要選用之受體層(A)在圖3a中以虛線周界指示。
於一些實施例中，該混合光活性層包含與第二供體層相同的供體材料。於其他實施例中，該混合光活性層可包含不包含於第一供體層或第二供體層中之第三供體材料、及受體材料(D3+A)，如圖3b所顯示。該第三供體材料可經選擇以具有等於或小於第二供體層(D2)之光學能隙之光學能隙及實質上與該第一(D1)及第二(D2)供體層之HOMO能階匹配之HOMO能階。視需要選用之受體層(A)(諸如，如上所述者)亦可配置在混合光活性層與陰極之間，如圖3b中以虛線周界 所指示。
於一些實施例中，該等供體層中之一者為DBP。於一些實施例中，該等供體層中之一者為RUB。於一些實施例中，該等供體層中之一者為DPT。於某些實施例中，該第二供體層為DBP。於某些實施例中，該第二供體層為DBP及該第一供體層為DPT。於某些實施例中，該三種供體材料包括DBP、RUB、及DPT，其中該混合光活性層包含DBP。於某些實施例中，該三種供體材料包括DBP、RUB、及DPT，其中該混合光活性層之供體材料為DBP及該第一供體層為DPT。
圖4a中顯示根據本發明之有機光敏性光電子裝置之另一非限制性實例。該裝置包括具有純淨供體區域之光活性區域，該純淨供體區域包括三個與配置在陽極與陰極之間之包含供體材料及受體材料之混合光活性層(D3+A)成界面之供體層(D1、D2、D3)。
根據本發明之設計標準，該三個供體層係經選擇以滿足以下標準：-該三個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從第一供體層之光學能隙至第三供體層之光學能隙單調減低，及-該至少三個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
於一些實施例中，該混合光活性層可配置在第三層(D3)與陰極之間。於一些實施例中，包含受體材料之額外層(A)可視需要配置在混合光活性層(D3+A)與陰極之間。於某些實施例中，該額外層包含受體材料(A)(即，於混合光活性層中可見之相同受體材料)。
於一些實施例中，該混合光活性區域可包含如第三供體層(D3)之相同供體材料。該設計標準可應用於具有供體層D1、D2、...DN之裝置，其中該混合光活性層包括(DN+A)，如圖4所顯示。該等形成供體層D1、D2、...DN之供體材料經選擇使得該等供體層各者具有光學能 隙，以致該等光學能隙自第一供體材料(D1)之光學能隙至最後一個供體材料(DN)之光學能隙單調減低，及該等供體材料具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
於其他實施例中，該光活性區域可包含至少三個供體層(D1、D2、...DN)及該混合光活性層可包含不包含於前面供體層(DN+1)中之額外供體材料(DN+1)之混合物。因此，於該實施例中，圖4b中之DN+A變成DN+1+A。該額外供體材料可經選擇具有等於或小於前一相鄰供體層之供體材料之光學能隙之光學能隙及實質上與前面供體層之HOMO能階匹配之HOMO能階。一可視需要選用之受體層(A)亦可配置在混合光活性層與陰極之間，如圖4b中以虛線周界所指示。於某些實施例中，該受體層包含受體材料(A)(即，於混合光活性層中可見之相同受體材料)。
於一些實施例中，該等供體層中之一者為DBP。於一些實施例中，該等供體層中之一者為RUB。於一些實施例中，該等供體層中之一者為DPT。於某些實施例中，該最後一個供體層為DBP。於某些實施例中，該最後一個供體層為DBP及該第一供體層為DPT。於某些實施例中，該至少三個供體層包括DBP、RUB、及DPT，其中該最後一個供體層為DBP。於某些實施例中，該至少三個供體層包括DBP、RUB、及DPT，其中該最後一個供體層為DBP及該第一供體層為DPT。於一些實施例中，該混合光活性層包含與最後一個供體層相同的供體材料。於某些實施例中，該混合光活性層包含DBP。於某些實施例中，該混合光活性層包含不包含於純淨供體區域中之供體材料，其中該混合光活性層包含DBP。
於本發明之某些實施例中，該混合光活性層中之受體材料為富勒烯(諸如C60或C70)、或其衍生物。
在供體-受體異質接面為包含供體材料及受體材料之混合光活性 層之情況下，於供體-受體異質接面處之激子解離可得以改良。改良之激子解離可增加VOC，因而導致裝置之功率轉換效率提高。
本發明之有機光敏性光電子裝置可進一步包括如在相關技藝中已知用於該等裝置之額外層。例如，裝置可進一步包括電荷載子傳輸層及/或緩衝層(諸如，一或多個障壁層，諸如激子障壁層(EBL))。於一些實施例中，一或多個障壁層位於電極與光活性區域之間。就可使用作為激子障壁層之材料而言，非限制性地提及彼等選自以下者：浴銅靈(bathocuproine)(BCP)、浴啡啉(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(乙醯丙酮根)釕(III)(Ru(acac)3)、及苯酚鋁(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)。 障壁層之實例述於美國專利公開案第2012/0235125及2011/0012091號及美國專利案第7,230,269及6,451,415號中，其等關於障壁層之揭示內容以引用之方式併入本文中。此外，障壁層可為激子障壁性電荷載子濾波器，諸如，彼等述於PCT申請案第PCT/US2014/033981號中者。
此外，裝置可進一步包括至少一個平滑層。平滑層可位於(例如)光活性區域與任一個或兩個電極之間。包含3,4-聚伸乙二氧基噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT：PSS)之膜為平滑層之一個實例。
本發明之有機光敏性光電子裝置可作為包括兩個或更多個子電池之串聯裝置存在。子電池如本文中所用意指包括至少一個供體-受體異質接面之裝置之組件。例如，該等顯示於圖1至圖4中之裝置可各自構成可與另一子電池組合以形成串聯式裝置之子電池。串聯式裝置可包括電荷轉移材料、電極、或電荷複合材料或介於該等子電池之間之隧道接面。於一些串聯組態中，相鄰子電池可利用共同的(亦即， 共用的)電極、電荷轉移區域或電荷複合區域。於其他情況中，相鄰子電池不共用共同電極或電荷轉移區域。該等子電池可以並聯或串聯方式電連接。
於一些實施例中，電荷轉移層或電荷複合層可選自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)。於另一個實施例中，電荷轉移層或電荷複合層可包含金屬奈米簇、奈米顆粒、或奈米棒(nanorod)。
本發明之裝置可為(例如)光偵測器、光電導體、或光伏打裝置，諸如太陽能電池。
可利用相關技藝中已知之技術來沉積層及材料。例如，本文所述之層及材料可自溶液、蒸氣、或二者之組合來沉積或共沉積。於一些實施例中，有機材料或有機層可透過溶液處理(諸如藉由一或多種選自旋轉塗佈、旋轉澆鑄、噴霧塗佈、浸漬塗佈、刮刀式、噴墨印刷、或轉移印刷之技術)來沉積或共沉積。
於其他實施例中，有機材料可利用真空蒸鍍(諸如真空熱蒸鍍)、有機氣相沉積、或有機蒸氣噴射印刷來沉積或共沉積。
本文亦揭示一種製造如本文所述之有機光敏性光電子裝置之方法，該方法包括沉積光活性層於第一電極之上，及沉積第二電極於該光活性區域之上，該光活性區域包括與受體區域形成界面之供體區域，該供體區域包括兩個或更多個供體層，其中該兩個或更多個供體層包括最遠離受體區域定位之第一供體層及最靠近受體區域定位之最後一個供體層，及其中該兩個或更多個供體層經選擇以滿足以下標準：-該兩個或更多個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從第一供體層之光學能隙至最後一個供體層之光學能隙單調減低，及 -該兩個或更多個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階。
於一些實施例中，該光活性區域可包括包含供體材料及受體材料之混合光活性層。於某些實施例中，該混合光活性區域之供體材料可包含與最後一個供體層相同的材料。於其他某些實施例中，該混合光活性層之供體材料可包含不包含於該第一或最後一個供體層中之供體材料。
該兩個或更多個供體層可根據本文所述之其他標準及最佳化來選擇。例如，於一些實施例中，該最後一個供體層包含DBP。
應明瞭本文所述之實施例可結合多種結構使用。功能性有機光伏打裝置可基於設計、性能、及成本因素藉由以不同方式組合所述各種層來獲得，或可完全省略特定層。亦可包括未明確說明之其他層。可使用除彼等明確說明者外之材料。本文中針對各種層所給定的名稱並不欲具嚴格限制性。
除了在實例中、或另外指出之處外，應明瞭用於本說明書及申請專利範圍中之所有表示成分量、反應條件、分析測量值等等的數值在所有實例中均經術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則陳述於本說明書及隨附申請專利範圍中之數值參數為可隨本發明企圖獲得之期望特性變化之近似值。至少而非嘗試限制均等論應用於申請專利範圍之範疇，應根據有效位數的個數及尋常捨入法來解釋各數值參數。
儘管陳述本發明廣泛範圍之數值範圍及參數為近似值，然而除非另外指出，否則述於具體實例中之數值係儘可能精確地報告。然而，任何數值固有地包含必然由其各別試驗測量中存在的標準差所導致之特定誤差。
本文所述之裝置及方法將進一步由僅欲作為示例之以下非限制 性實例來說明。
實例
製得具有兩-及三-層供體串聯之有機光敏性光電子裝置並進行測試。三-層供體串聯係由DPT/RUB/DBP組成。進行各供體-供體界面處之激子障壁、淬滅、及轉移之分析，以明瞭各供體層在該串聯中所扮演的角色。觀測使用兩-層DPT/RUB及RUB/DBP供體串聯之個別裝置之性能，以分離各界面之性能貢獻。亦研究DPT/DBP界面之性能以進一步研究供體性能屬性。對結果的分析係用於解釋DPT/RUB/DBP多層供體串聯之性能結果。各實例遵循以下製造及測量程序。
經ITO塗佈(15Ω/sq)之玻璃基板(來自Bayview)經過洗滌劑及溶劑清潔，及在沉積PEDOT：PSS膜及加載至真空熱蒸鍍(VTE)室(<1×10-7托之基壓)之前將其暴露於紫外光及臭氧持續10分鐘。PEDOT：PSS PH 500水性分散液係購自Clevios。具有異丙醇(IPA)之PEDOT：PSS溶液係以1：2摻合比製得，使用0.45微米pvm過濾器過濾。在130℃於空氣中在熱板上將經旋塗之PEDOT：PSS膜覆蓋之ITO基板退火10分鐘。
DPT、RUB、DBP、及BPhen係購自Lumtec(活性層具有昇華級)。C60係購自MER(昇華級)。除BPhen以外之所有有機材料進一步藉由真空熱梯度純化來純化。99.9999%純度之Ag丸粒係購自Alfa Aesar。
太陽能電池直徑為1mm，由陰影遮罩開口(圓形)之尺寸限定供金屬沉積用。使用可變角光譜橢圓光度法測得膜厚度。
RUB之沉積速率為1.5Å/s及所有其他材料之沉積速率為1.0Å/s。
利用鎖定放大器及纖維耦合單色Xe弧放電燈(fwhm15nm)測得EQE。利用NIST-可追蹤Si光偵測器且斬波頻率在200Hz來校準光學功率。利用半導體參數分析器使用模擬大氣質量1.5個太陽(AM1.5G)照明來測試光伏打性能，其中照明強度係利用NREL-可追蹤KG-5濾 波Si參照電池進行測量。性能參數諸如開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、填充因子(FF)、及功率轉換效率(PCE)係報告用於獲得所給定裝置架構之最佳可重複效率。Voc及FF之實驗誤差可來自裝置之間之差異，及Jsc之誤差(~5%)主要係來自測量燈之強度及光譜之不確定度，此亦主宰PCE誤差。
對以下結構進行光致發光(PL)測量：石英(Qz)/活性層60nm/覆蓋層8nm，其中，1)活性層為DBP及覆蓋層為RUB、BPhen、C60、DPT；及2)活性層為DPT，及覆蓋層為RUB、BPhen、MoO3。該等樣本之光致發光發射光譜係使用PTI QuantaMaster分光熒光計以30°之入射角在高純度N2氛圍中進行測量以防止該等膜之大氣降解。該等樣本係透過活性層(Qz側為背側；覆蓋層側為對向入射光之前側)照射。將所有PL數據與活性層中所吸收的光子數標準化，以利用轉移矩陣方法來說明覆蓋層之折射率(n+ik)差異，及在數據匯集中針對燈強度進行校正。
使用可變角光譜橢圓光度計於矽晶圓上測量有機材料之光學常數(n、k)及膜厚度。利用%T測量結合可變角光譜橢圓光度法於康寧玻璃上測量DBP之光學常數。使用Perkin Elmer 1050來測量UV-VIS吸收。
實例1：DPT/RUB/DBP串聯
圖5顯示三-層供體串聯，其中該結構係由玻璃/氧化銦錫(ITO)/聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)：聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT：PSS)/二苯基并四苯(DPT，或D1)/紅螢烯(RUB，或D2)/四苯基二苯并二茚并芘(DBP，或D3)/C60/C60+4,7-二苯基-1,10-啡啉(BPhen)/BPhen/Ag組成。因此，該第一供體層為DPT，該中間供體層為RUB，及該最後一個供體層為DBP。DPT、RUB、及DBP具有約5.4eV之HOMO能及分別為約2.9、3.1及3.5eV之LUMO能。DPT、RUB、及DBP之光學能隙分別為約2.5 eV、2.3eV及1.9eV。受體層為C60，其具有6.5eV之HOMO能及4.0eV之LUMO能。因此，DBP之HOMO能及C60之LUMO能之間之差值為約1.4eV。
該三-層供體裝置之電參數包含於下表1中。針對各供體層計算之短路電流密度貢獻之間之比較分析顯示於下表2中。使用激子電流密度計算得各活性層對串聯效率之模擬EQE貢獻。藉由對自λ=400nm至700nm之模擬太陽光譜中之對應EQE貢獻積分，計算得各活性層對總Jsc之貢獻。最後，模擬總EQE光譜為來自藉由最佳擬合獲得的所有活性層對實驗EQE數據之貢獻之總和。
DPT/RUB/DBP/C60串聯、及可建構為對照組之DPT/C60、RUB/C60、DBP/C60雙層OPV之電流密度相對電壓(J-V)特徵及外部量子效率(EQE)顯示於圖7a至b中。DPT/RUB/DBP/C60串聯具有PCE=7.1±0.4%，或為接近單一供體DBP/C60裝置之PCE的兩倍。該改良主要係歸因於短路電流密度自Jsc=6.7±0.3mA/cm2增加至10.6±0.5mA/cm2，其中Voc及填充因子(FF)少許增加。所研究裝置之所有性能參數列於表I中。Jsc之增加亦反映在λ=615nm之波長下EQE自37±2%增加至68±3%，在新增10nm厚的DPT及RUB膜時，該波長僅位於DBP吸收範圍中(參見圖7b)。此外，相較在串聯中，在DBP/C60裝置中因在λ=400nm至550nm處之C60吸收所致之EQE更高。於串聯中C60吸收之減低係歸因於C60之吸收與RUB及DPT之光譜重疊，如自圖8所給定的其消光係數k(即，複合折射率之虛部)可明瞭。
DPT/RUB/DBP/C60串聯之模擬EQE顯示於圖9中。此處，DPT轉移激子至RUB，導致0.13±0.01mA/cm2之光電流貢獻，同時障壁RUB激子到達陽極。此外，RUB轉移激子至DBP，近似地貢獻相同的光電流，導致由於激子轉移所致之0.24±0.02mA/cm2之總體貢獻。DBP及C60層分別貢獻最多的串聯光電流：3.9±0.3mA/cm2及3.5±0.2mA/cm2 (參見表II)。相較於雙層DBP/C60電池，使用DPT/RUB/DBP/C60串聯之Jsc的總增量為1.7±0.1mA/cm2，該增量的14%係歸因於DPT-至-RUB-至-DBP激子轉移。相較於DBP/C60雙層，在串聯中來自DBP之光電流貢獻為接近兩倍，歸因於DPT/RUB之有效激子障壁。
利用具有至多1個太陽光之強度的模擬AM1.5G光譜照射不包含C60受體的串聯，該串聯具有以下結構：ITO/PEDOT：PSS/DPT/RUB/BPhen/Ag及ITO/PEDOT：PSS/RUB/DBP/BPhen/Ag，指示該等結構不產生光電流。因此，推斷得DPT/RUB及RUB/DBP界面不係光活性，及因此不會導致三-供體串聯式裝置中激子解離為游離電荷。
由該等分析得出的結論為，相較於DBP/C60雙層電池，針對DPT/RUB/DBP/C60串聯所觀察到之EQE增加，主要係歸因於DPT/RUB層障壁DBP激子。重要地，RUB之激子障壁導致DBP中產生1.6±0.1mA/cm2之額外光電流(自2.0±0.1增加至3.6±0.3mA/cm2)，連同歸因於RUB-至-DBP能量轉移之0.12mA/cm2；及當DPT及RUB二者包含於該三層供體串聯中時，DBP響應增加1.9±0.1mA/cm2(增加至3.9±0.3mA/cm2)，此乃因改良之DPT/RUB之激子障壁性，接著，額外增加0.24±0.01mA/cm2，此係歸因於DPT-至-RUB-至-DBP能量轉移。
實例2：DPT/RUB串聯
圖6a顯示包括兩個供體層及一個受體層之例示性光敏性光電子裝置。第一供體層為DPT及第二供體層為RUB。如上所述，DPT及RUB之光學能隙分別為2.5eV及2.3eV。受體層為C60。
裝置特徵呈現於表1中及針對各供體層計算之短路電流密度貢獻顯示於下表2中。RUB/C60對照OPV之JSC與DPT/RUB/C60串聯幾近相等。EQE模型化顯示由於能量轉移所致對JSC之DPT貢獻為3.8%(0.15mA/cm2)，RUB貢獻為5%(0.20mA/cm2)，及C60貢獻91.2%(3.57mA/cm2)。因此，20nm RUB層之對總裝置光電流之光電流貢獻等於 DPT(10nm)/RUB(10nm)2-供體堆疊之貢獻(參見表2)。
實例3：RUB/DBP串聯
圖6b顯示包括多層供體區域(包括兩個供體層)、及一受體層之另一例示性光敏性光電子裝置。於本實例中，第一供體層為RUB及第二供體層為DBP。如上所陳述，RUB及DBP之光學能隙分別為2.3eV及1.9eV。受體層為C60。
裝置特徵呈現於表1中及針對各供體層計算之短路電流密度貢獻顯示於下表2中。於插入RUB層至DBP/C60 OPV後，JSC從6.7±0.3mA/cm2增加至9.3±0.5mA/cm2。所觀察到之30%之JSC增強與DBP吸收區域中EQE增加(於615nm處，增加~30%)一致。根據光學模型化，EQE分佈為DBP(佔總JSC之51%或3.63mA/cm2)及C60(佔總JSC之47%或3.41mA/cm2)所主宰，而來自RUB之由於能量轉移所致之貢獻僅為總JSC之2%(或0.12mA/cm2)(參見表2)。有趣的是，於615nm處之DBP之EQE響應在RUB/DBP/C60串聯(64%)中相較在DPT/RUB/DBP/C60串聯中(68%)接近相等，此意指RUB膜之障壁效率類似於DPT/RUB膜之障壁效率。
實例4：DPT/DBP串聯
圖6c顯示包括多層供體區域(包括兩個供體層)、及一受體層之另一例示性光敏性光電子裝置。於本實例中，第一供體層為DPT及第二供體層為DBP。如上所陳述，DPT及DBP之光學能隙分別為2.5eV及1.9eV。受體層為C60。
裝置特徵呈現於表1中及針對各供體層計算之短路電流密度貢獻顯示於下表2中。於615nm處之EQE在DBP/C60至DPT/DBP/C60裝置時增加30%。該EQE增加極類似於DPT/RUB/DBP/C60串聯OPV之EQE增加，此顯示DPT層之障壁效率與DPT/RUB及RUB層之障壁效率相當。光學模型化顯示EQE分佈為DBP(佔總JSC之52%或3.55mA/cm2)及 C60(佔總JSC之44%或2.98mA/cm2)所主宰，而來自DPT之由於能量轉移所致之貢獻為總JSC之4%(或0.27mA/cm2)。
雖然提及諸如DPT、RUB、及DBP之特定供體材料，該提及僅係例示性及預期適宜供體層之任何組合可根據上述選擇標準來選擇。應進一步注意，上文提及之HOMO、LUMO、及光學能隙與所提及之例示性供體材料相關而非意欲限制(或不包括)使用具有不同能階之供體材料。
附圖係併入本說明書中，並構成本說明書的一部分。
圖1a至b顯示根據本發明之一例示性裝置之示意圖。
圖2a至b顯示根據本發明之一例示性裝置之示意圖。
圖3a至b顯示根據本發明之例示性裝置之示意圖。
圖4a至b顯示根據本發明之例示性裝置之示意圖。
圖5顯示具有三供體層串聯(包括特定的例示性材料)之例示性裝置之示意圖。
圖6a至c顯示具有兩供體層串聯(包括特定的例示性材料)之例示性裝置之示意圖。
圖7a顯示根據本發明之例示性裝置之電流密度相對電壓(J-V)特徵及圖7b顯示根據本發明之例示性裝置之於模擬AM1.5G照明下之外 部量子效率(EQE)成波長之函數關係。
圖8顯示根據本發明之例示性供體及受體材料之消光係數(k)。
圖9顯示根據本發明之例示性裝置之模擬EQE。

Claims (20)

  1. 一種有機光敏性光電子裝置，其包括：兩個成疊置關係之電極；介於該兩個電極之間之有機光活性區域，其中該有機光活性區域包括與第二供體層相鄰之第一供體層、及與該第二供體層相鄰之受體區域，其中該第一及該第二供體層係經選擇以滿足以下標準：該第一供體層具有較該第二供體層大的光學能隙，及該第一及該第二供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階；及其中該第二供體層為DBP。
  2. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該標準進一步要求該第一供體層及該第二供體層之最低未佔用分子軌域(LUMO)能階之間之能量偏移小到足以實質上防止激子解離。
  3. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該標準進一步要求該第一供體層及該第二供體層之LUMO能階之間之能量偏移小於或等於0.5eV。
  4. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該裝置為光伏打裝置。
  5. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該第一供體層包含紅螢烯(rubrene)(RUB)。
  6. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該受體區域包含富勒烯(fullerene)或其衍生物。
  7. 如請求項6之有機光敏性光電子裝置，其中該富勒烯係選自C60及C70。
  8. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該有機光活性區域包括包含與該第二供體層相同之供體材料、及受體材料之混合光活性層。
  9. 如請求項1之有機光敏性光電子裝置，其中該有機光活性區域包括包含不含於該第一或該第二供體層中之供體材料、及受體材料之混合光活性層。
  10. 一種有機光敏性光電子裝置，其包括：兩個成疊置關係之電極；介於該兩個電極之間之有機光活性區域，其中該有機光活性區域包含與受體區域形成界面之供體區域，該供體區域包括至少三個供體層，其中該至少三個供體層包括最遠離該受體區域定位之第一供體層、及最靠近該受體區域定位之最後一個供體層，及其中該至少三個供體層經選擇以滿足以下標準：該至少三個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從該第一供體層之光學能隙至該最後一個供體層之光學能隙單調減低，及該至少三個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階；及其中該最後一個供體層包含DBP。
  11. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該標準進一步要求各對相鄰供體層之LUMO能階之間之能量偏移小到足以實質上防止激子解離。
  12. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該標準進一步要求相鄰供體層之LUMO能階之間之各能量偏移小於或等於0.5eV。
  13. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該裝置為太陽能電池。
  14. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該第一供體層包含二苯基并四苯(DPT)及介於該第一與最後一個供體層之間之供體層包含紅螢烯(RUB)。
  15. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該受體區域包含富勒烯或其衍生物。
  16. 如請求項15之有機光敏性光電子裝置，其中該富勒烯係選自C60及C70。
  17. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該有機光活性區域包括包含與最後一個供體層相同之供體材料、及受體材料之混合光活性層。
  18. 如請求項10之有機光敏性光電子裝置，其中該有機光活性區域包括包含不含於前一個供體層中之供體材料、及受體材料之混合光活性層。
  19. 一種製造有機光敏性光電子裝置之方法，該方法包括：將光活性區域沉積於第一電極之上，及將第二電極沉積於該光活性區域之上，其中該光活性區域包括與受體區域形成界面之供體區域，該供體區域包括兩個或更多個供體層，及該兩個或更多個供體層包括最遠離該受體區域定位之第一供體層及最靠近該受體區域定位之最後一個供體層，及其中該兩個或更多個供體層經選擇以滿足以下標準：該兩個或更多個供體層各自具有光學能隙，以致該等光學能隙從該第一供體層之光學能隙至該最後一個供體層之光學能隙單調減低，及該兩個或更多個供體層具有實質上匹配之最高佔用分子軌域(HOMO)能階； 及其中該最後一個供體材料包含DBP。
  20. 如請求項19之方法，其中該光活性區域包括包含供體材料及受體材料之混合光活性層。
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