TWI528607B - 反向有機感光裝置 - Google Patents

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索茲曼 朗達Ｆ 貝利
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美國密西根州立大學
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Description

反向有機感光裝置
本揭示內容概言之係關於有機感光光電裝置。更具體而言，本揭示內容係關於以反向方式生長之有機感光光電裝置，其包括反射基板及頂部透明電極。
本申請案係基於2008年10月27日提出申請且標題為「Inverted Organic Photovoltaics」之美國臨時專利申請案第61/108,817號及2008年10月29日提出申請且標題為「Inverted Organic Photovoltaics」之美國臨時專利申請案第61/109,305號並主張其優先權，出於所有目的二者之全部內容之整體內容皆以引用方式併入本文中。
光電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。感光光電裝置將電磁輻射轉變成電。太陽能電池(亦稱作光伏打(PV)裝置)係特定用於生成電功率之一類感光光電裝置。PV裝置可自除日光以外的光源生成電能，其可用於驅使功率消耗負載以提供(例如)照明或加熱、或向電子電路或裝置(例如計算器、無線電、電腦或遠程監控或通信設備)供電。該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可繼續作業，或用以平衡PV裝置之功率輸出與特定應用要求。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。
另一類感光光電裝置係光導體電池。在此功能中，信號檢測電路監控裝置之電阻以檢測因吸收光而導致之變化。
另一類感光光電裝置係光檢測器。在運作時，光檢測器與電流檢測電路結合使用，該電流檢測電路在光檢測器曝露於電磁輻射且可具有所施加之偏壓電壓時量測所生成之電流。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)下操作來描述該三類感光光電裝置。光導體電池不具有整流接面且通常在有偏壓的情況下操作。PV裝置具有至少一個整流接面且在無偏壓的情況下操作。光檢測器具有至少一個整流接面且通常(但不一定)在有偏壓的情況下操作。通常，PV電池可向電路、裝置或設備提供電力，但並不提供信號或電流以控制檢測電路或來自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以控制檢測電路或來自檢測電路之資訊輸出，但並不向電路、裝置或設備提供電力。
傳統上，感光光電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化成電荷載流子之激發能量以便載流子可傳導亦即輸送材料中之電荷。本文所用術語「光導體」及「光導電材料」係指經選擇使用其吸收電磁輻射以生成電荷載流子之性質的半導體材料。
PV裝置之特徵在於可有效地將入射太陽能轉化成有用電能。使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，難以製造基於結晶之有效裝置(尤其係具有大表面積者)且較昂貴，此乃因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所致。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。最近，更多努力專注於使用有機PV電池來達成可接受之光伏打轉換效率且具有經濟的生產成本。
可在標準照射條件(亦即標準測試條件(Standard Test Conditions)：1000W/m2，AM1.5光譜照明)下優化PV裝置以生成最大電能且光電流乘以光電壓之乘積最大。此一電池在標準照明條件下之能量轉換效率取決於下列三個參數：(1)零偏壓下之電流，亦即短路電流(JSC)，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(V)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。在無限負載下輻照時，PV裝置生成最大可能電壓或VOC。在其電性觸點短路下輻照時，PV裝置生成最大之可能電流I短路或ISC。在實際用於生成功率時，將PV裝置與有限電阻負載連接且藉由電流與電壓之乘積I×V列出功率輸出。由PV裝置生成之最大總功率固有地不能超出乘積ISC×VOC。在優化負載值用於最大電力抽取時，電流及電壓分別具有值Imax及Vmax。
PV裝置之品質因數為填充因子FF，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，且由此在優化條件下將ISC及VOC之乘積的較大百分比傳輸至負載。若Pinc為裝置之入射功率，則裝置之功率效率ηP可藉由下式計算：
ηP=FF*(ISC*VOC)/Pinc
在具有適宜能量之電磁輻射入射至半導體有機材料(例如，有機分子晶體(OMC)材料、或聚合物)上時，光子可被吸收以產生激發之分子狀態。此可以符號表示為S0+hv Ψ S0*。此處，S0及S0*分別表示基態分子狀態及激發之分子狀態。此能量吸收促使電子從最高已佔分子軌道(HOMO)能級中的束縛態(可為B-鍵)至最低未佔分子軌道(LUMO)能級(可為B-鍵)，或等效地促使電洞自LUMO能級至HOMO能級。在有機薄膜光導體中，人們通常認為所生成之分子狀態為激子，亦即，作為准顆粒輸送之束縛態的電子-電洞對。激子在成對重組之前可具有可觀壽命，成對重組係指原始電子及電洞彼此重組之過程，此與同來自其他對之電洞或電子進行重組不同。為產生光電流，電子-電洞對通常在兩個不同的接觸有機薄膜間之供體-受體介面處分離。若電荷未分離，則其可在成對重組過程中藉由發射能量低於入射光之光以放射方式重組、或藉由產生熱量以非放射方式重組(亦稱作猝滅)。在感光光電裝置中不期望發生該等結果中之任一者。
觸點處之電場或不均一性可導致激子在供體-受體介面處猝滅而非解離，從而導致對電流沒有淨貢獻。因此，可能期望保持光生激子遠離觸點。此具有限制激子擴散至靠近接面之區域的作用，以便相關電場具有更大機會來分離藉由解離靠近接面之激子所釋放的電荷載流子。
為產生佔據大部分體積之內部生成的電場，通常方法係並置兩層具有適宜選擇導電性質的材料，該等性質尤其係關於其分子量子能態的分佈。該兩種材料之介面稱作PV異質接面。在傳統半導體理論中，形成PV異質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。此可視作具有許多處於相對自由能態中之電子的材料。p-型表示大部分載流子類型係電洞。該材料具有許多處於相對自由能態中之電洞。背景(亦即非光生之大部分載流子濃度)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了HOMO能級與LUMO能級間之間隙(稱作HOMO-LUMO間隙)內的費米(Fermi)能量值或費米能級。費米能量的特徵在於分子的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。接近LUMO能級之費米能量表示電子為主導載流子。接近HOMO能級之費米能量表示電洞為主導載流子。因此，費米能量係傳統半導體之主要特徵性質且典型PV異質接面通常為p-n介面。
術語「整流」尤其表示介面具有不對稱之導電特徵，亦即，介面支持電荷較佳在一個方向上輸送。整流通常與內在電場相關，其係在所選適宜材料之間的異質接面處發生。
如本文所用且如熟習該項技術者通常所理解的，若第一能級接近真空能級，則第一HOMO或LUMO能級係「大於」或「高於」第二HOMO或LUMO能級。由於電離電位(IP)量測為相對於真空能級之負能量，故較高HOMO能級對應於具有較小絕對值之IP(不太負之IP)。類似地，較高LUMO能級對應於具有較小絕對值之電子親和性(EA)(不太負之EA)。在真空能級位於頂部之習用能級圖上，材料之LUMO能級高於同一材料之HOMO能級。「較高」HOMO或LUMO能級看來較「較低」HOMO或LUMO能級更接近此一圖之頂部。
在有機材料之情形下，術語「供體」及「受體」係指兩種接觸但不同有機材料之HOMO及LUMO能級的相對位置。此與在無機情形中使用該等術語不同，在無機情形中，「供體」及「受體」可係指可用於分別產生無機n-型層及p-型層之摻雜劑類型。在有機情形中，若與另一材料接觸之一種材料之LUMO能級較低，則該材料為受體。否則即為供體。在缺乏外部偏壓時，在供體-受體接面處，電子在能量上有利地移動至受體材料，且電洞在能量上有利地移動至供體材料。
有機半導體之顯著性質係載流子遷移率。遷移率表示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中，包含因高電子遷移率而優先傳導電子之材料的層可稱作電子輸送層或ETL。包含因高電洞遷移率而優先傳導電洞之材料的層可稱作電洞輸送層或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，異質接面之能級偏移亦可起重要作用。據信，有機供體-受體(D-A)異質接面處之能級偏移因有機材料中光生過程之基本性質而對有機PV裝置之作業很重要。在光激發有機材料後，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。此一過程可由內在電場誘導，但在有機裝置(F約106V/cm)中通常發現之電場的效率較低。有機材料中之最有效激子解離發生在D-A介面。在此一介面處，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級對準而定，激子之解離在此一介面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，且可將其沈積至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為吸收光子，ED為擴散，CC為收集，且INT為內部量子效率。使用以下表示法：
ηP~ηEXT=ηA*ηED*ηCC
ηEXT=ηA*ηINT
激子之擴散長度(LD)通常較光吸收長度(約500)低很多(LD為約50)，此需要在使用具有多重或高度摺疊介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)上製得。因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可能會尤其在大面積應用中限制總裝置之成本效益。反向有機PV電池使用反射基板及頂部透明觸點。此構造消除了對較高成本透明基板之需要且容許在任意表面上製造。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(例如金屬箔)上生長。因此，業內需要研發更有效的反向有機感光結構。
本揭示內容係關於以反向方式生長之有機感光光電裝置，例如有機PV裝置。出於本揭示內容之目的，以反向方式生長意指使用反射電極開始且使用頂部透明電極。在一些實施例中，本文所述之反向有機PV裝置包括：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，反射電極可包括基板，例如金屬陽極。在一些實施例中，電極可包括選自以下之低逸出功金屬：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裝置包括：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，供體包括銅酞菁(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、及聚合或非聚合富勒烯(fullerene)。在一些實施例中，受體包括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裝置可視需要在反射電極與透明電極之間包括一或多個阻擋層，例如激子阻擋層(EBL)。在一些實施例中，EBL可選自N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺(NPD)、參(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、咔唑聯苯(CBP)、浴銅靈(bathocuproine)(BCP)、及參(乙醯丙酮酸)釕(III)(Ru(acac)3)。
本發明亦闡述包括至少一個有機PV裝置之發電裝置，該有機PV裝置包括：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，發電裝置係在基板膜或箔上形成。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，其包括：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，該方法包括：向有機PV裝置提供光，該有機PV裝置包括：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，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自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)或可用於檢測入射電磁輻射。一些實施例可包括陽極、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可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含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裝置材料及構造係闡述於美國專利第6,657,378號、第6,580,027號及第6,352,777號中，將其關於PV裝置材料及構造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尺寸係X-Y亦即沿其長度及寬度的構件或組件。應理解，術語層無需限於材料之單一層或板。此外，應理解，某些層之表面(包含該等層與其他材料或層之介面)可能不完美，其中該等表面代表與其他材料或層之互穿、纏結或回旋網絡。同樣，亦應理解，層可能不連續，從而使得該層在X-Y尺寸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傳輸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裝置之活性區域與導線、引線、跡線或其他部件之間提供介面以輸送電荷載流子到達外部電路或自外部電路輸送電荷載流子。例如陽極及陰極。美國專利第6,352,777號(將其關於電極之揭示內容併入本文中)提供可用於感光光電裝置中之電極或觸點的實例。在感光光電裝置中，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，在此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，此一觸點應基本上係透明的。相對電極可為反射材料以便經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不同材料之若干層順序可稱為「透明」。同樣，容許部分但少於約50%之具有相關波長的環境電磁輻射透過之層係稱為「半透明」。
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」：在處於照明下之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，本文所用術語陽極及陰極可為電極或電荷轉移層。本文所用之「頂部」意指離基板結構(若存在)最遠，而「底部」意指離基板結構最近。若該裝置不含基板結構，則「頂部」意指離反射電極最遠。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，且其通常係所製造之第一電極。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。當第一層闡述為設置於第二層「之上」或「位於其頂部」時，該第一層遠離基板設置。除非指明第一層與第二層「有物理接觸」，否則在該第一與該第二層之間可具有其他層。舉例而言，陰極可闡述為設置於陽極「之上」或「位於其頂部」，即使其間有各種有機層。
圖1展示反向有機感光光電裝置100。該等圖不必按比例繪製。裝置100可包含反射基板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製造。在一些實施例中，圖1中所述之裝置可視需要在阻擋層125與透明電極130之間包含極薄之損壞誘導金屬層以使透明性不受影響。裝置100亦可視需要包含基板結構135。在一些實施例中，基板結構可直接支撐反射電極110。
圖1中所示各層之特定佈置僅具例示性，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)。各層之順序可有所改變。可使用除彼等具體闡述之佈置之外的佈置。此外，有機PV裝置可以包括一或多個額外供體-受體層之串聯裝置形式存在。串聯裝置可具有電荷轉移層、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。
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的任一適宜材料。基板可為撓性或剛性、平面或非平面。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，反射電極110可包括電極，例如金屬陽極。在一些實施例中，反射電極110可包括選自鋼、Ni、Ag、Al、Mg、In、及其混合物或合金之低逸出功金屬。在一些實施例中，電極可包括一種金屬作為基底及一種金屬作為電極材料，例如Ti、不銹鋼、或Al板，其頂部可具有或不具有Ag。
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。
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。本文所用術語「金屬」既包含由基本純淨之金屬(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純淨金屬構成之材料，例如，Mg以及Ag，示為Mg:Ag。此處，術語「金屬替代物」係指其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轉移層之金屬替代物包含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3.2eV之高度摻雜簡並n+半導體，此使得其對大於約3900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各種非金屬材料，其中術語「非金屬」意欲包含假設材料在其化學未結合形式中不含金屬的各種材料。若金屬在其化學未結合形式中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」意欲表達包含在其化學未結合形式中不含金屬之材料。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上自由移動穿過金屬晶格。儘管金屬替代物可含有金屬成份，但對於若干鹼而言其為「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。常用於電極及電荷轉移層之金屬替代物包含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。其他實例性電極包含高度透明之非金屬低電阻陰極(例如彼等揭示於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。每一類陰極通常皆可在包含以下步驟之製造製程中製備：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。
本文所述之裝置包括至少一個「光活性區域」，其中吸收光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」上發生。舉例而言，在圖1之裝置中，「光活性區域」可包含供體層115及受體層120。電荷分離可主要在供體層115與受體層120之間的有機異質接面上發生。異質接面處之內在電勢由兩種接觸以形成異質接面之材料之間的HOMO-LUMO能級差值決定。供體與受體材料之間之HOMO-LUMO間隙偏移在供體-受體介面處產生電場，該電場可促進在介面之激子擴散長度內所產生之激子解離成符號相反的載流子(電洞及電子)。
構成受體層120之適宜材料可包含(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可包括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可包括如美國專利第6,580,027號中所述之富勒烯材料，闡述富勒烯材料之全部內容以引用方式併入本文中。在一些實施例中，供體層115可包括方酸(squaraines)、酞菁、卟啉、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含環金屬化有機金屬化合物。本文所用術語「有機金屬」係如熟習此項技術者通常所理解的，且在(例如) Gary L. Miessler及Donald A. Tarr之「Inorganic Chemistry」(第2版)，Prentice Hall(1998)中列出。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之碳-金屬鍵結外，有機金屬化合物可包括一或多個來自雜原子之供體鍵。與有機物質之碳-金屬鍵可係指(例如)金屬與有機基團(例如苯基、烷基、烯基等)中碳原子之間的直接鍵。術語環金屬化係指化合物包括雙配體有機金屬配體以便在鍵結至金屬後形成包含金屬作為環成員之一的環結構。
根據上文針對術語「層」所述，應理解，受體層120與供體層115之邊界(如圖1中所示)可係不完全的、不連續的，及/或代表供體與受體材料之互相滲透、纏結或旋繞的網絡。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，可形成塊材異質接面、奈米結晶塊材異質接面、併合平面混合異質接面、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、旋塗、有機蒸氣相沈積、噴墨印刷、及業內已知之其他方法來製造有機層。
本文所述實施例之有機感光光電裝置可用作PV裝置、光檢測器或光導體。每當本文所述之有機感光光電裝置用作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)優化裝置之外部量子效率。每當本文所述之有機感光光電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。
期望之結果可藉由考慮可用於選擇層厚度之若干導則來達成。可能期望層厚度L小於或約等於激子擴散長度LD，此乃因據信大部分激子解離係在供體-受體介面之擴散長度內發生。根據此闡述，L係自激子形成位點至供體-受體介面的距離。若L大於LD，則許多激子可在解離之前發生重組。另外，期望總光導層厚度約為電磁輻射吸收長度1/α(其中α為吸收係數)以便可吸收幾乎所有入射至PV裝置上之輻射以產生激子。另外，光導層厚度應盡可能薄以避免因有機半導體之高體電阻率而產生過大串聯電阻。
因此，在選擇感光光電電池之光導有機層厚度時可能固有地需要權衡該等競爭性準則。因此，一方面，可能期望厚度與吸收長度相當或大於吸收長度以吸收最大量的入射輻射。另一方面，隨著光導層厚度增加，兩種不期望效應可有所增加。一種效應可能係由有機半導體之高串聯電阻所致，此乃因有機層厚度增加可使裝置電阻增加並降低效率。另一不期望效應係增加光導層厚度可增加在遠離電荷分離介面處生成激子之可能性，從而導致成對重組之可能性增加並再次降低效率。因此，可能期望以總裝置可產生高外部量子效率之方式使裝置構造在該等競爭效應之間達成平衡。
圖1之裝置可另外包含一或多個阻擋層125，例如闡述於美國專利第6,097,147號，Peumans等人,Applied Physics Letters 2000,76,2650-52及Forrest等人之美國專利第6,451,415號中之激子阻擋層(EBL)，其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介面之區域中並防止寄生激子在感光有機/電極介面處猝滅。除限制激子可擴散之體積外，EBL亦可用作在沈積電極期間所引入物質的擴散屏障。在一些情形下，可使EBL厚至足以填充原本可使有機PV裝置失效的針孔或短路缺陷。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。
不受限於任何特定理論，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，由於毗鄰能級之性質，EBL可阻擋一種符號之電荷載流子。藉由設計，EBL將存在於兩個其他層之間，通常位於有機感光半導體層及電極、電荷轉移層或電荷重組層之間。毗鄰電極或電荷轉移層在上下文中將為陰極或陽極。因此，在裝置中既定位置之EBL的材料將經選擇以使所期望符號之載流子在其輸送到達電極或電荷轉移層時不受阻礙。合適之能級對準可確保對電荷輸送無屏障存在，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能級的LUMO能級以便將對電子而言任何不期望之屏障降至最低。
應瞭解，材料之激子阻擋性質並非一定係其HOMO-LUMO能隙的固有性質。既定材料是否可用作激子阻擋劑係取決於毗鄰有機感光材料之相對HOMO及LUMO能級。因此，不可能不考慮可使用化合物之裝置的情形而將一類化合物孤立地視為激子阻擋劑。然而，根據本文之教示內容，熟習此項技術者可確定既定材料在與所選組之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可包括位於受體層120與透明電極130之間的EBL。適宜EBL材料之實例包含(但不限於)據信具有約3.5eV之LUMO-HOMO能級分離的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡啉(亦稱作浴銅靈或BCP)、或雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-酚酸鋁(III)(Alq2OPH)。BCP可為可容易地將電子自受體層輸送至陰極之有效激子阻擋劑。在其他實施例中，EBL可選自N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺(NPD)、參(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)、咔唑聯苯(CBP)、及參(乙醯丙酮酸)釕(III)(Ru(acac)3)。
在一些實施例中，阻擋層125可包括摻雜有適宜摻雜劑之EBL，包含但不限於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。多晶材料之最終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，使用適宜相對大及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結構以防止性能降格形態變化。應進一步瞭解，在既定裝置中摻雜輸送電子之EBL與LUMO能級接近EBL之材料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，相對低摻雜密度應可將隔離摻雜劑位點處之激子生成降至最低。因周圍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之裝置可另外包括一或多個透明電荷轉移層或電荷重組層。本文所述之電荷轉移層鑒於以下事實而與受體及供體層不同：電荷轉移層通常但非必須為無機(通常金屬)層且其可經選擇而不具有光導活性。本文所用之術語「電荷轉移層」係指與電極相似但不同之層，其不同之處在於電荷轉移層僅將電荷載流子自光電裝置之一分段遞送至毗鄰分段。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，其揭示內容以引用方式併入本文中。
在其他實施例中，平滑層可位於反射電極110(例如陽極)與供體層115之間。用於該層之實例性材料包括3,4-聚乙烯二氧基噻吩：聚磺苯乙烯(PEDOT:PSS)膜。在反射電極110(例如，包括ITO之陽極)與供體層115(例如CuPc)之間引入PEDOT:PSS層可使得製造良率大大提高。不受限於特定理論，據信，製造良率提高可源於旋塗之PEDOT:PSS膜能夠使ITO平坦化，而ITO之粗糙表面可另外在薄分子層上產生短路。
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含製造圖1中有機PV裝置之方法，其包括：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含生成及/或量測電之方法。在一些實施例中，該方法包括向圖1之裝置提供光，該裝置包括：反射電極110、位於該反射電極頂部之有機供體-受體異質接面(例如供體層115及受體層120)、及位於該供體-受體異質接面頂部之透明電極130。
在一些實施例中，闡述發電裝置，其可包含至少一個圖1之裝置，該裝置包括：反射電極110；位於該反射電極頂部之有機供體-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，在一實施例中，可在基板結構135上形成裝置100(包括膜、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ηP介於約0.3至約0.4之間。在一些實施例中，裝置顯示VOC介於約0.2至約1.5之間，例如約0.4至約0.5。在一些實施例中，裝置顯示FF介於約0.4至約0.85之間，例如約0.5。在一些實施例中，裝置顯示JSC/P0介於約0.002A/W至約0.025A/W之間，例如0.02A/W。在一些實施例中，裝置顯示RSA介於約5至約12之間。在一些實施例中，裝置顯示JS介於約2×10-7至約7×10-7之間。在一些實施例中，裝置顯示η約小於2，例如約接近1。
在其他實施例中，本文所述之有機感光光電裝置可用作光檢測器。在此實施例中，舉例而言，裝置100可為多層有機裝置，如美國專利第6,972,431號中所述，其揭示內容以引用方式併入本文中。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於裝置100之期望區域中。參見(例如)美國專利第7,196,835號、美國專利申請案第10/915,410號以提供此一塗層之實例，其以引用方式併入本文中。
以非限制性實例形式提供圖1中所示之簡單分層結構，且應瞭解，本文所述之實施例可結合各種其他結構使用。所描述之特定材料及結構實際上具有例示性，且亦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裝置，或可完全省略多個層。亦可包含未具體描述之其他層。可使用不同於彼等特定闡述材料之材料。儘管本文所提供之許多實例闡述各層包括單一材料，但應瞭解，可使用材料之組合(例如主體材料與摻雜劑之混合物)或更通常可使用混合物。另外，該等層可具有各種子層。本文中所提供用於各層之名稱不欲具有嚴格限制意味。並非光活性區域部分之有機層、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」。並非光活性層之實例包含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裝置，其意欲純粹係例示性。
實例 實例1
使用由CuPc及PTCBI形成之典型供體-受體雙層系統顯示反向結構。使用光學模擬來預測裝置性能並優化反向結構。實施標準之轉移矩陣計算來預測JSC。參見(例如) Appl. Phys. Rev. 93,3693(2003)及J. Appl. Phys. 86,487(1999)，其關於轉移矩陣計算之揭示內容係以引用方式併入本文中。厚度研究之結果示於圖2及3中。
實例2
使用橢偏測量術量測在Si基板上生長之有機膜的光學常數，而針對Ni之彼等光學常數係得自參考文獻。參見(例如) J. Phys. F:Metal Phys. 9,2491(1979)，出於此目的其以引用方式併入本文中。CuPc及PTCBI之激子擴散長度分別取為80及40，且壽命為2ns。參見(例如) Appl. Phys. Rev. 93,3693(2003)，出於此目的其以引用方式併入本文中。在該等模擬中，研究三個結構：一個對照PV及兩個反向PV。對照PV裝置係玻璃/ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000)。此對照PV之結果可參見圖4a。第一反向PV裝置係石英/Ag(1000)/BCP(100)/PTCBI(300)/CuPc(150)/ITO(400)。此對照PV之結果可參見圖4b。第二反向PV裝置係石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)。此對照PV之結果可參見圖4c。
實例3
藉由使用溶劑清潔法製造石英基板來形成三種不同類型的第二反向PV裝置(石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400))。參見(例如) Organic Electron 6,242(2005)，出於此目的其以引用方式併入本文中。將石英基礎結構載入電子束蒸發器中，在此以10/s之速率沈積1000 Ni。參見(例如) Appl. Phys. Lett. 86,263502(2005)，出於此目的其以引用方式併入本文中。對Ni陽極實施三種不同的表面處理。第一組係經受30分鐘的紫外線臭氧(UV-O3)處理。第二組在120W之功率下經受O2電漿80s。第三組在70W之功率下經受Ar電漿2分鐘，隨後經受30分鐘的UV-O3處理。然後將各結構載入基本壓力為5×10-7托之高真空熱沈積室中。在1×10-6托之壓力及2/s之速率下生長純化有機源。參見(例如) Organic Electron 6,242(2005)，出於此目的其以引用方式併入本文中。所生長之平面雙異質接面太陽能電池PV結構係由以下組成：400厚CuPc供體層、100厚PTCBI受體層、及1000厚BCP激子阻擋(參見(例如) Appl. Phys. Lett. 76,2650(2000)，出於此目的其以引用方式併入本文中)及損壞吸收層。在氮氣環境氣氛中貼附遮罩之前，需要中斷真空並暴露於空氣中。藉由400厚ITO陰極層形成頂部觸點，該ITO陰極層係經由界定1mm直徑孔之遮罩在15W及13.56MHz下進行濺鍍沈積。
使用電流-電壓量測值來描述電池在黑暗中及在使用150W氙弧燈之模擬AM1.5G日照(未對太陽光譜失配進行校正)下的性能。經Ar電漿處理之裝置的性能數據示於圖5中。圖5a中展示在黑暗中(實心三角形)及1級日照下(空心三角形)之電流-電壓曲線、以及對黑暗電流之擬合(線)。此電池之性能隨照明強度之變化情況示於圖5b中。
在類似條件下於同一室中且使用相同有機材料在經溶劑清潔且經10分鐘UV-O3處理之塗覆ITO的玻璃上生長對照PV，其包括；ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000)。在AM1.5G 1級日照下，對照裝置顯示VOC為0.44V，FF為0.64，JSC/P0為0.44A/W，從而得到1.2±0.1%的ηP。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：
其中，n為1.66、RSA為0.75Ω-cm2，且JS為9.8×10-8A/cm2。圖5a展示在黑暗中(實心正方形)及在1級日照下(空心圓)之裝置電流。線代表對黑暗電流之擬合。
表1(下文)列示了在經受上述三種不同表面處理之基板上生長之裝置的黑暗曲線擬合參數及AM1.5G 1級日照性能數據。
實例4
按以下方式製造具有厚度不同之CuPc及PTCBI層的反向PV裝置。對石英基板實施溶劑清潔，然後將其載入電子束蒸發器中，在此以5/s之速率沈積1000厚的Ni層。使Ni陽極經受紫外線臭氧處理30min，然後將其載入基本壓力為5×10-7托的高真空熱沈積室中。在1×10-6托之壓力及2/s之速率下生長純化有機源。在高純(<1ppm H2O及O2) N2環境中將遮罩貼附至沈積層及基板之前需中斷真空。頂部觸點由400厚之ITO層組成，該ITO層係在20W及0.1/s之速率下經由界定1mm直徑圓形陰極陣列之遮罩進行濺鍍沈積。藉由此方法製得之裝置的性能數據如下文所揭示。
包括石英/Ni(1000)/CuPc(350)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)之反向PV裝置的性能揭示於圖6中。圖6a展示對照裝置(玻璃/ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000))在黑暗中(正方形)及在模擬AM 1.5G 1級日照下(虛線)的電流-電壓特徵以及反向裝置在黑暗中(三角形)及在照明下(點劃線)的電流-電壓特徵。圖6b展示反向裝置之功率轉換效率(圓)、開路電壓(三角形)、及填充因子(正方形)。
圖7及8展示具有厚度不同之CuPc層(x=100至400)及PTCBI層(y=0至300)之反向裝置的性能。圖7之結構包括石英/Ni(1000)/CuPc(x )/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)。圖7a展示該等裝置在1級日照強度下之模擬(線)及量測(實心正方形)光電流。圖7b展示在AM1.5G 1級日照下之ηP(正方形)、Voc(三角形)、及FF。圖8之結構包括石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(y )/BCP(100)/ITO(400)。圖8a展示該等裝置在1級日照強度下之模擬(線)及量測(實心正方形)光電流。圖8b展示在AM1.5G 1級日照下之ηP(正方形)、Voc(三角形)、及FF。
圖9展示具有不同CuPc及PTCBI厚度之裝置的模擬等值圖線。圖9a展示JSC之等值圖線，而圖9b展示ηP之等值圖線。在圖9中，假設理想因子n=1.78，反向飽和電流JS=1.46 X 10-7A/cm2，且串聯電阻與CuPc及PTCBI厚度(tCuPc及tPTCBI)之變化關係遵循RSA=0.05 X[(tCuPc+tPTCBI)/]Ωcm2。CuPc及PTCBI之擴散長度取為80±20及30±5，且壽命為2ns。在該等模擬中，Ni陽極、ITO陰極、及BCP層之厚度值分別為1000、400、及100。
儘管本揭示內容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，所主張之各實施例包含本文所述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展示反向有機PV裝置，其包括在基板上形成之反射電極、位於該反射電極頂部之有機供體-受體異質接面及位於該供體-受體異質接面頂部之透明電極。
圖2a係PTCBI厚度對η(ηP-功率轉換效率)及反應率(JSC/P0)之圖線，其中A/W表示安培/瓦且「sim」表示「模擬」。
圖2b係PTCBI對VOC及FF之圖線。
圖2c係PTCBI厚度對串聯電阻(RS)及n之圖線。
圖2d係PTCBI厚度對反向飽和電流(JS)之圖線。
圖3a係CuPc厚度對η及JSC/P0之圖線。
圖3b係CuPc對VOC及FF之圖線。
圖3c係CuPc厚度對RS及n之圖線。
圖3d係CuPc厚度對JS之圖線。
圖4a展示對生長於玻璃：ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000)上之對照PV裝置實施之標準轉移矩陣模擬的計算。在峰吸收(CuPc為625nm(正方形)且PTCBI為540nm(星形))下的光場如圖所示。
圖4b展示對符合本文所述實施例之反向PV裝置：石英/Ag(1000)/BCP(100)/PTCBI(300)/CuPc(150)/ITO(400)實施之標準轉移矩陣模擬的計算。在峰吸收(CuPc為625nm(正方形)且PTCBI為540nm(星形))下的光場如圖所示。
圖4c展示對符合本文所述實施例之反向PV裝置：石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)實施之標準轉移矩陣模擬的計算。在峰吸收(CuPc為625nm(正方形)且PTCBI為540nm(星形))下的光場如圖所示。
圖5a展示在玻璃：ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000)上生長之對照PV裝置在黑暗中(實心正方形)及在模擬1級日照下(空心圓)的電流-電壓曲線。圖5a亦展示符合本文所述實施例之反向PV裝置：石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)在黑暗中(實心三角形)及在模擬1級日照下(空心三角形)的電流-電壓曲線。線係對黑暗電流曲線之擬合。
圖5b展示在符合本文所述實施例且使用Ar電漿處理之反向PV裝置：石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)中，隨入射功率密度而變化之ηP(正方形)、VOC(星形)及FF(三角形)。
圖6a展示對照裝置(玻璃/ITO(1550)/CuPc(200)/PTCBI(250)/BCP(100)/Ag(1000))在黑暗中(正方形)及在模擬AM1.5G 1級日照下(虛線)的電流-電壓特徵，以及符合本文所述實施例之反向PV裝置：石英/Ni(1000)/CuPc(350)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)在黑暗中(三角形)及在照明下(點劃線)的電流-電壓特徵。
圖6b展示包括石英/Ni(1000)/CuPc(350)/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)之反向PV裝置的ηP(圓)、VOC(三角形)及FF(正方形)。
圖7a展示在包括石英/Ni(1000)/CuPc(x )/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)之結構中具有不同CuPc厚度(x=100至400)之反向PV裝置在1級日照強度下的模擬(線)及量測(實心正方形)光電流。
圖7b展示在包括石英/Ni(1000)/CuPc(x )/PTCBI(100)/BCP(100)/ITO(400)之結構中具有不同CuPc厚度(x=100至400)之反向PV裝置在AM1.5G 1級日照下的ηP(正方形)、Voc(三角形)、及FF。
圖8a展示在包括石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(y )/BCP(100)/ITO(400)之結構中具有不同PTCBI厚度(y=0至300)之反向PV裝置在1級日照強度下的模擬(線)及量測(實心正方形)光電流。
圖8b展示在包括石英/Ni(1000)/CuPc(400)/PTCBI(y )/BCP(100)/ITO(400)之結構中具有不同PTCBI厚度(y=0至300)之反向PV裝置在AM1.5G 1級日照下的ηP(正方形)、Voc(三角形)、及FF。
圖9a展示隨CuPc及PTCBI厚度變化的JSC等值圖線。
圖9b展示隨CuPc及PTCBI厚度變化的ηP等值圖線。
100．．．反向有機感光光電裝置
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 (30)

  1. 一種反向感光裝置，其包括：經暴露於至少紫外線臭氧、氧電漿或氬電漿而表面處理過之反射電極；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。
  2. 如請求項1之反向感光裝置，其中該反射電極係在基板上形成。
  3. 如請求項1之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之供體包括選自酞菁、卟啉、亞酞菁及其衍生物或過渡金屬錯合物之材料。
  4. 如請求項1之反向感光裝置，其中該供體-受體異質接面之供體包括銅酞菁。
  5. 如請求項1之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之受體包括選自聚合及非聚合苝、聚合及非聚合萘及聚合及非聚合富勒烯(fullerene)之材料。
  6. 如請求項1之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面之受體包括3,4,9,10-苝四甲酸-雙-苯并咪唑。
  7. 如請求項1之反向感光裝置，其中該透明電極包括選自透明氧化物及金屬或金屬替代物之材料。
  8. 如請求項1之反向感光裝置，其中該透明電極容許至少約50%之環境電磁輻射透過該電極。
  9. 如請求項7之反向感光裝置，其中該透明電極包括選自氧化錫、鎵銦錫氧化物及鋅銦錫氧化物之材料。
  10. 如請求項1之反向感光裝置，其中該裝置另外包括激子阻擋層。
  11. 如請求項10之反向感光裝置，其中該激子阻擋層係位於該反射電極與該透明電極之間。
  12. 如請求項10之反向感光裝置，其中該激子阻擋層係位於該有機供體-受體異質接面之受體與該透明電極之間。
  13. 如請求項10之反向感光裝置，其中該激子阻擋層包括選自N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺、參(8-羥基喹啉)鋁、咔唑聯苯、浴銅靈(bathocuproine)及參(乙醯丙酮酸)釕(III)之材料。
  14. 如請求項1之反向感光裝置，其中該有機供體-受體異質接面包括選自平面異質接面、塊材異質接面、奈米結晶塊材異質接面、併合平面混合異質接面及混合異質接面之結構。
  15. 如請求項1之反向感光裝置，其中該裝置另外包括至少一個額外有機供體-受體異質接面以產生串聯裝置。
  16. 一種製造反向感光裝置之方法，該方法包括：提供反射電極；對該反射電極實施至少紫外線臭氧、氧電漿或氬電漿表面處理；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。
  17. 如請求項16之方法，其中該基板包括反射電極。
  18. 如請求項16之方法，其中該有機供體-受體異質接面之供體包括選自酞菁、卟啉、亞酞菁及其衍生物或過渡金屬錯合物之材料。
  19. 如請求項16之方法，其中該供體-受體異質接面之供體包括銅酞菁。
  20. 如請求項16之方法，其中該有機供體-受體異質接面之受體包括選自聚合或非聚合苝、萘及富勒烯之材料。
  21. 如請求項16之方法，其中該有機供體-受體異質接面之受體包括3,4,9,10-苝四甲酸-雙-苯并咪唑。
  22. 如請求項16之方法，其中該透明電極包括選自透明氧化物及金屬或金屬替代物之材料。
  23. 如請求項16之方法，其中該透明電極容許至少約50%之環境電磁輻射透過該電極。
  24. 如請求項16之方法，其中該透明電極包括選自氧化錫、鎵銦錫氧化物及鋅銦錫氧化物之材料。
  25. 如請求項16之方法，其另外包括提供激子阻擋層之步驟。
  26. 如請求項25之方法，其中該激子阻擋層係位於該反射電極與該透明電極之間。
  27. 如請求項25之方法，其中該激子阻擋層係位於該有機供體-受體異質接面之受體與該透明電極之間。
  28. 如請求項25之方法，其中該激子阻擋層包括選自N,N'-二苯基-N,N'-雙-α-萘基聯苯胺、參(8-羥基喹啉)鋁、咔唑聯苯、浴銅靈及參(乙醯丙酮酸)釕(III)之材料。
  29. 如請求項16之方法，其中該有機供體-受體異質接面包括選自平面異質接面、塊材異質接面、奈米結晶塊材異質接面、併合平面混合異質接面及混合異質接面之結構。
  30. 如請求項16之方法，其中對該反射電極實施至少紫外線臭氧、氧電漿或氬電漿表面處理之步驟包含將氧電漿及氬電漿表面處理之至少一種與紫外線臭氧表面處理一併實施。
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