TWI577035B - 用於製備光敏元件及增加包含於其中之塊材異質接面的結晶度之熱退火及溶劑蒸汽退火方法 - Google Patents

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Description

用於製備光敏元件及增加包含於其中之塊材異質接面的結晶度之熱退火及溶劑蒸汽退火方法
本發明大體係關於一種藉由熱退火及溶劑蒸汽退火方法製備塊材異質接面有機光伏打電池之方法。更明確言之，其係關於藉由將塊材異質接面曝露於氣化溶劑，及熱退火與溶劑蒸汽退火之組合，增加有機薄膜之介觀秩序及結晶度。
本申請案主張於2010年4月8日申請之美國臨時申請案第61/322,039號及於2010年10月15日申請之第61/393,646號之優先權，其皆以全文引用的方式併入本文中。
關於聯邦資助研究之聲明
在由美國能源部、國家再生能源實驗室所授予之合同第DE-FG36-08GO18022號下，由美國政府支持製備本申請案之標的物。該政府具有本申請案之標的物的某些權利。
聯合研究協議
本申請案之標的物係由同屬大學-公司聯合研究協議的1個或更多個下列實體的代表者及/或相關者所創作完成：密西根大學及全球光子能源公司。本協議係在本發明創作日及該日之前生效，且本發明係在本協議範疇內從事活動之結果。
光電子裝置依靠材料之光學及電子特性，以電子地產生或檢測電磁輻射或自周圍電磁輻射產生電力。
光敏光電子裝置將電磁輻射轉換為電力。太陽能電池(亦稱為光伏打(PV)裝置)係一類特定用於產生電能之光敏光電子裝置。PV裝置(其可自除太陽光以外之光源產生電能)可用於驅動消耗功率之負載，以提供(例如)照明、取暖，或對電路及裝置(如計算器、收音機、電腦、遠端監測或通訊設備)提供電力。該等發電應用亦經常包括對電池或其他能量儲存裝置充電，以使得當無法獲得來自太陽或其他光源之直接照明時，可繼續操作，或使PV裝置之功率輸出與特定應用之要求平衡。本文使用之術語「電阻負載」係指任何消耗或儲存能量之電路、裝置、設備或系統。
另一類型之光敏光電子裝置係光電導體電池。在此功能中，信號檢測電路監測該裝置之電阻，以檢測由於吸收光線所產生之變化。
另一類型之光敏光電子裝置係光檢測器。操作時，光檢測器與電流檢測電路(其測量當該光檢測器曝露於電磁輻射時所產生之電流且可具有施加的偏壓)結合使用。如本文所述之檢測電路可提供偏壓給光檢測器並測量該光檢測器對電磁輻射之電回應。
根據是否存在如下所定義之整流接面，及亦根據該裝置是否利用外部施加電壓(亦稱為偏壓)操作，對該三種類型之光敏光電子裝置進行特徵分析。光電導體電池不具有整流接面且通常係利用偏壓操作。PV裝置具有至少一個整流接面且不利用偏壓操作。光檢測器具有至少一個整流接面且通常係(但並非總是)利用偏壓操作。一般而言，光伏打電池提供電力給電路、裝置或設備，但並不提供信號或電流給控制檢測電路、或來自檢測電路之資訊輸出。相反地，光檢測器或光電導體提供信號或電流給控制檢測電路，或來自該檢測電路之資訊輸出，但是並不提供電力給電路、裝置或設備。
傳統上，光敏光電子裝置係由諸多無機半導體(例如結晶、多晶或非晶形矽、砷化鎵、碲化鎘及其他物質)構成。此處，術語「半導體」表示當藉由熱或電磁激發感生電荷載流子時可導電之材料。術語「光電導」一般係指其中電磁輻射能被吸收並藉此轉化為電荷載流子之激發能，以使得該等載流子可在材料中傳導(即傳輸)電荷之過程。本文使用之術語「光電導體」及「光電導材料」係指因吸收電磁輻射以產生電荷載流子之特性而選擇之半導體材料。
PV裝置之特徵為可將入射的太陽能轉化為有用的電能之效率。利用結晶或非晶形矽之裝置佔商業應用之大部份，且某些已達到23%或更高之效率。然而，製造高效的基於晶體之裝置(尤其係大表面積之裝置)係困難且昂貴，此係由於在無明顯效率降低之缺陷下，製造大晶體所固有之問題。另一方面，高效的非晶形矽裝置仍遭遇安定性問題。目前市售之非晶形矽電池具有介於4與8%之間的安定效率。
可將PV裝置最優化，以在標準照明條件(即，標準測試條件，其係1000 W/m2，AM1.5光譜照明)下產生最大的電功率，以使光電流與光電壓之乘積最大。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)在零偏壓下之電流，即短路電流I SC，以安培計；(2)在開路電流條件下之光電壓，即，開路電壓VOC，以伏特計；(3)填充因子ff。
當PV裝置與負載連接且受光照射時，其產生光生電流。當在無限大負載下受照射時，PV裝置產生其最大可能的電壓V開路或VOC。當PV裝置以電接觸短路形式受照射時，其產生其最大可能的電流I短路或ISC。當實際上用於產生功率時，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表示功率輸出。由PV裝置所產生之最大總功率固有地無法超過乘積ISC×VOC。當將負載值最優化以最大化功率提取時，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={Imax Vmax}/{ISC VOC}　(1)
其中ff係始終小於1，因為在實際使用中，無法同時獲得ISC及VOC。儘管如此，但在最佳條件下，當ff接近1時，該裝置具有更小的串聯或內部電阻，且因此提供更大百分比之ISC與VOC乘積給負載。當Pinc係裝置上之入射功率時，該裝置之功率效率ηP可如下計算：
ηP=ff*(ISC*VOC)/Pinc。
為了產生覆蓋該半導體之大量體積之內生電場，通常的方法係將兩層具有適當選擇之導電特性(尤其係關於其分子量子能態之分佈)之材料並列。該兩種材料之界面稱為光伏打接面。在傳統的半導體理論中，形成PV接面之材料一般係表示為n型或p型。此處，n型表示多數載流子類型係電子。此可視為具有諸多處於相對自由能態之電子之材料。P型表示多數載流子類型係電洞。此材料具有諸多處於相對自由能態之電洞。該背景之類型(即，非光生者)，多數載流子濃度主要取決於因缺陷或雜質而產生之非故意摻雜。雜質之類型及濃度決定在最小導帶能與最大價帶能之間的間隙內之費米(Fermi)能量或等級之數值。費米能量表示由能量值表示之分子量子能態之統計佔有率之特徵，其佔有概率等於1/2。接近最小導帶能之費米能能表示電子係主要的載流子。接近最大價帶能之費米能量表示電洞係主要的載流子。因此，費米能量係傳統半導體之主要特徵性質，且原型PV接面通常係p-n界面。
術語「整流」尤其表示界面具有不對稱導電特性，即，該界面支持電荷優先在一方向上傳輸。整流通常係與內建電場相關，該電場在經適當選擇之材料之間的接面處出現。
習知的無機半導體PV電池利用p-n接面建立內部電場。早期的有機薄膜電池(如由Tang,Appl. Phys Lett. 48,183(1986)所指出者)含有類似於習知無機PV電池中所使用者之異質接面。然而，現已認識到，除建立p-n型接面以外，異質接面之能級偏移亦發揮重要作用。
據信，在有機D-A異質接面處之能級偏移對於有機PV裝置之操作係重要，此係由於有機材料中之光生過程之基本性質。在光激發有機材料時，產生定域弗倫克爾(Frenkel)激子或電荷轉移激子。為進行電檢測或出現電流產生，必須將結合的激子解離成其組成電子及電洞。可藉由內建電場來引發此過程，但在有機裝置中通常發現之電場處之效率(F~106 V/cm)係較低。有機材料中之大多數有效的激子解離係在供體-受體(D-A)界面處發生。在此界面處，具有低離子化電位之供體材料與具有高電子親合力之受體材料形成異質接面。根據該供體及受體材料之能級配向，該激子之解離可在此界面處變得十分有利，從而在該受體材料中形成自由電子極化子及在該供體材料中形成自由電洞極化子。
有機PV電池相比於習知的基於矽之裝置具有諸多可能的優點。有機PV電池重量輕、材料使用經濟，且可在低成本基板(如可撓性塑料箔)上沉積。然而，有機PV裝置一般具有較低的外部量子效率(電磁輻射轉化為電力之效率)，其係在1%或更低之級別。認為此部份係由於內在光電導過程之二級性質。即，載流子產生需要激子產生、擴散及解離或收集。存在與各該等過程相關之效率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表示收集、及INT表示內部量子效率。使用此表示法：
ηP~ηEXT=ηA*ηED*ηCC
ηEXT=ηA*ηINT。
激子之擴散長度(LD)通常係遠小於(LD~50Δ)光吸收長度(~500Δ)，其需要平衡使用具有多個或高度折叠界面之較厚且因此呈電阻性之電池或具有低光吸收效率之薄電池。
製造塊材異質接面(BHJ)元件之若干方法包括在聚合物旋塗期間之相分離、藉由小分子量有機層之高溫退火引發自供體-受體混合物之相分離、及利用有機氣相沉積法控制小分子量有機層之生長。
高效塊材異質接面太陽能電池之一挑戰係在光活性層內之供體與受體材料之間產生最大的界面，以確保激子有效解離，而相分離之典型尺寸係在激子擴散範圍及電荷載流子至電極之連續傳輸通路內。為獲得用於高效太陽能電池之理想材料系統及摻合物結構，可希望經由一或多種退火方法(如熱退火及溶劑蒸汽退火)，控制供體-受體摻合物之形態及結晶度。
雖然旋轉澆鑄方法提供製備均質薄膜的簡單且方便之方法，但是溶劑可在此製程期間快速蒸發且可抑制緊密混合之供體及受體材料之相分離。因為有機材料可在自溶液澆鑄期間形成非晶形、結晶、或半結晶結構，所以針對不同溶劑之不同蒸發時間可影響該等有機分子之動態組裝過程。此繼而可確定活性層之微結構及形態，及載流子傳輸特性及元件性能之所得可變性。因此，自旋塗獲得之薄膜一般並不處於其熱動力平衡狀態，此使得熱動力驅動該等薄膜朝安定的平衡狀態重組。在高溫或溶劑蒸汽壓力下，可加速此發展。
在有機半導體材料中，後退火可藉由增加介觀秩序及結晶度加強電荷載流子傳輸，其本身可顯示使分子間π-π堆疊最大化。一般而言，塊材太陽能電池之性能可藉由控制活性層之奈米形態而最優化。對於小分子塊材太陽能電池而言，已開發在DPP(TBFu)2/PC70BM系統中之熱退火方法，以增加電荷載流子遷移率並提高載流子收集率。
或者，溶劑蒸汽退火可用於活性層形態控制及優化。此處，氣氛經溶劑快速飽和且允許膜形成動力學進一步延長。此進一步膜形成(如熱退火)可改善供體/受體域之相互滲透並增強供體域內之秩序。因此，仍需求進一步發展活性層形態控制及優化。申請者在本文中描述不僅滿足此需求，而且亦可用於製備具有加強性能特性之塊材異質接面元件之溶劑蒸汽退火方法。申請者亦描述熱退火與溶劑蒸汽退火之組合，其產生最佳活性層形態及具有增強性能特徵之塊材異質接面元件。
本發明係揭示一種製備塊材異質接面有機光敏元件之方法，其包括曝露於特定熱退火及/或溶劑蒸汽退火方法。
在一實施例中，一種製備光敏元件之方法包括：提供一具有至少一種電極及塊材異質接面之結構，其中該塊材異質接面包括至少一種第一有機光活性材料及至少一種第二有機光活性材料；提供至少一種溶劑；使至少一部份該溶劑氣化；及使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑下，其中該於氣化溶劑下之曝露增加該第一或第二有機光活性材料中至少一者之結晶度。
在某些實施例中，該方法另外包括使該結構熱退火。在某些實施例中，在使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑之後，進行該熱退火步驟。
在另一實施例中，描述一種增加光敏元件中之塊材異質接面之結晶度之方法，該塊材異質接面包括至少一種第一及至少一種第二有機光活性材料。在一實施例中，該方法包括：使該塊材異質接面之至少一部份曝露於氣化溶劑下，其中該光敏元件在與未曝露於該氣化溶劑之該元件相比時顯示一或多種以下特徵：增加的填充因子(FF)；增加的外部量子效率(EQE)；及增加的電流密度對電壓比(J-V)。
在某些實施例中，該方法另外包括使該結構熱退火。在某些實施例中，在使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑之後，進行該熱退火步驟。
併入本說明書中並構成本說明書之一部份之附圖闡述若干本文所述之實施例，且與實施方式一起用於解釋本申請案之原理。該等圖表不一定按比例繪成。
定義
本文使用之術語「有機」包括可用於製造有機光電子元件之聚合物質及小分子有機物質。「小分子」係指任何非聚合物之有機物質，且「小分子」實際上可相當大。在某些情況下，小分子可包括重複單元。例如，使用長鏈烷基作為取代基不會使分子不屬於「小分子」類。亦可將小分子併入聚合物中，例如，作為聚合物主鏈上之側基或作為該主鏈之一部份。小分子亦可作為樹枝狀聚合物之核心部份，該樹枝狀聚合物係由一系列在該核心部份上建立之化學外殼組成。該樹枝狀聚合物之核心部份可係熒光或磷光小分子發射體。樹枝狀聚合物可係「小分子」。一般而言，小分子具有確定的化學式，分子間的分子量相同，而聚合物具有確定的化學式，分子間的分子量可變化。本文使用之「有機」包括(但不限於)烴基及經雜原子取代之烴基配位體之金屬錯合物。
本文描述於製備塊材異質接面有機光伏打電池期間利用溶劑退火且特定言之溶劑蒸汽退火及熱退火之方法及製程。該等有機物質之形態及相分離可係重要，因為其允許電荷分離及收集。本文所述之溶劑蒸汽退火方法可係適用，因為其對一或多種包括塊材異質接面之有機光活性材料具有模板作用，其使該有機材料自組裝形成有序聚集物。該等有機材料之奈米形態及結晶度可視溶劑類型及持續時間而定。在某些實施例中，本文所述之溶劑蒸汽退火及/或熱退火方法可增加一或多種有機材料(包括在鑄態下主要係非晶形性質之塊材異質接面摻合物)之結晶特徵。
在一實施例中，描述一種製備光敏元件之方法，其包括：提供一具有至少一種電極及塊材異質接面之結構，其中該塊材異質接面包括至少一種第一有機光活性材料及至少一種第二有機光活性材料；提供至少一種溶劑；使至少一部份該溶劑氣化；及使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑下，其中該曝露增加該第一或第二有機光活性材料中至少一者之結晶度。
在某些實施例中，該方法另外包括使該結構熱退火。在某些實施例中，在使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑之後，進行該熱退火步驟。
在某些實施例中，該結構可藉由將該至少一種第一有機光活性材料及該至少一種第二有機光活性材料沉積於該第一電極上製得。在完成退火製程之後，可使第二電極於該塊材異質接面上圖案化。
電極(如陽極及陰極)可係由金屬或「金屬取代物」組成。本文之術語「金屬」係用於包括由元素上純金屬及金屬合金(其係由兩或多種元素上純金屬組成之材料)組成之材料。術語「金屬取代物」係指在標準定義中非金屬，但是具有類金屬特性(如導電性)之材料。金屬取代物包括(例如)摻雜型寬帶隙半導體、簡並半導體、導電氧化物、及導電聚合物。
以如下方式使用術語「陰極」。在於環境照射下且與電阻負載相連且無外部施加電壓之非堆疊PV元件或堆疊PV元件之單一單元(例如，PV元件)中，電子自光電導材料移動至陰極。類似地，本文使用之術語「陽極」使得在於照明下之PV元件中，電洞自光電導材料移動至陽極，其相當於電子以相反的方式移動。應注意，當在本文使用該等術語時，陽極及陰極可係電極或電荷轉移層。
電極可包括單層或多層(「複合」電極)，且可係透明、半透明、或不透明。電極及電極材料之實例包括(但不限於)彼等揭示於頒予Bulovic等人之美國專利第6,352,777號及頒予Parthasarathy等人之美國專利第6,420,031號(各以引用的方式併入本文中以揭示此等各特徵)中者。如本文所使用，如果一層透射至少50%之相關波長之環境電磁輻射，則認為其係「透明」。
在一實施例中，該第一電極可包括一包含氧化鉬(MoOx)之界面層。MoOx係有機PV電池中之示例性界面層，據信其係用於減少暗電流及增加開路電壓(Li,N.等人，Open circuit voltage enhancement due to reduced dark current in small molecule photovoltaic cells,Appl. Phys. Lett.,94,023307，2009年1月)。
在某些實施例中，該第一有機光活性材料可包括供體型材料。本文中可使用之該第一有機光活性材料之非限制實例包括亞酞菁(SubPc)、銅酞菁(CuPc)、氯鋁酞菁(ClAlPc)、錫酞菁(SnPc)、并五苯、并四苯、二茚并苝(DIP)、及方酸(SQ)。
在某些實施例中，該第二有機光活性材料可包括受體型材料。本文中可使用之該第二有機光活性材料之非限制實例包括C60、C70、[6,6]-苯基C70丁酸甲酯(PC70BM)、3,4,9,10-苝四羧酸雙-苯并咪唑(PTCBI)、及十六氟酞菁(F16CuPc)。
在另一實施例中，可在(例如)該塊材異質接面與該第二電極之間包括一阻斷層。激子阻斷層(EBL)之實例係描述於頒予Forrest等人之美國專利第6,451,415號及第7,230,269號中，該等案件以引用的方式併入本文中以獲得其中與EBL相關之揭示內容。EBL之其他背景說明亦可參見Peumans等人，「Efficient photon harvesting at high optical intensities in ultrathin organic double-heterostructure photovoltaic diodes,」Applied Physics Letters 76,2650-52(2000)，其亦以引用的方式併入本文中。據信，EBL藉由避免激子自該供體及/或受體材料遷移出而減少淬滅。本文中可使用之該激子阻斷層之非限制實例包括浴銅靈(BCP)、浴啡啉(BPhen)、3,4,9,10-苝四羧酸雙苯并咪唑(PTCBI)、1,3,5-叁(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯(TPBi)、叁(乙醯基丙酮酸)釕(III)(RuAcaca3)、及苯酚鋁(III)(Alq2OPH)。
本文中可使用之第二電極之實例包括金屬取代物、非金屬物質或選自(例如)Ag、Au、及Al之金屬物質。
應瞭解，該第一電極可包括導電氧化物，如選自氧化銦錫(ITO)、氧化錫(TO)、氧化鎵銦錫(GITO)、氧化鋅(ZO)、及氧化鋅銦錫(ZITO)中之一者，且該透明導電聚合物包括聚苯胺(PANI)。在一實施例中，該塊材異質接面有機光伏打電池包括：
ITO/MoO3/SQ:PC70BM/LiF/Al；及
ITO/MoO3/SQ:PC70BM/C60/BCP/LiF/Al。
本文所述之有機層可具有25至1200 (如50至950 ，或甚至係100至700 )之厚度。
在某些實施例中，塊材異質接面可藉由(例如)真空熱蒸發(VTE)、旋塗、或有機氣相沉積(OVPD)製得。OVPD與真空熱蒸發(VTE)之不同之處在於：OVPD使用載體氣體以傳輸蒸汽至沉積室中。空間上分離蒸發與傳輸功能促使精確控制沉積製程，且可控制有機表面形態，例如具有光滑表面之平面或具有突出物之層。
在一實施例中，該塊材異質接面係藉由旋塗製得。在經由旋塗製備塊材異質接面時使用不同的溶劑系統可對光敏元件在完成時之最終效率具有影響。例如，可利用低沸點溫度溶劑或彼等具有較高沸點之溶劑製造元件。由於低沸點溶劑蒸發較快，因此可希望使用較高沸點之溶劑以進一步控制形態。在某些實施例中，在開始製備塊材異質接面時使用如1,2-二氯苯(DCB)之溶劑最終可產生相比於彼等用低沸點溶劑製成者，在溶劑蒸汽退火後展現改良性能特性之PV元件。
在某些實施例中，該至少一種第一有機光活性材料及該至少一種第二有機光活性材料係自沸點在1 atm下不大於約70℃之澆鑄溶劑澆鑄。示例性溶劑可包括氯仿。在另一實施例中，該至少一種第一有機光活性材料及該至少一種第二有機光活性材料係自沸點在1 atm下大於約130℃之澆鑄溶劑澆鑄。在另一實施例中，該至少一種第一有機光活性材料及該至少一種第二有機光活性材料係自沸點在1 atm下大於約175℃之澆鑄溶劑澆鑄。示例性溶劑可包括DCB。
為了改良塊材異質接面PV電池之特性，可藉由使一或多種有機光活性材料曝露於溶劑蒸汽退火，進一步最優化沉積有機層之薄膜形態。在某些實施例中，可使用一或多種溶劑實現最優化退火。曝露時間亦可影響該等有機材料之最終形態。
一示例性氣化溶劑包括二氯甲烷。在某些實施例中，可希望使該結構曝露於密封容器中之氣化溶劑。在某些實施例中，可使該結構曝露於該氣化溶劑達約5分鐘至約30分鐘或更久，例如，6分鐘至約15分鐘，或甚至約10分鐘至約12分鐘。
在某些實施例中，亦可希望進一步使該異質接面曝露於熱退火。熱退火步驟可助於進一步控制所製得元件之形態、結晶度、及/或加強之性能。例如，可希望在鑄態元件已曝露於溶劑蒸汽退火之後，使該結構熱退火。可在足以移除任何來自蒸汽退火步驟之殘留溶劑之溫度下進行熱退火。例如，在使結構曝露於利用二氯甲烷之溶劑蒸汽退火之後，可希望藉由直接施加熱至該結構使該元件熱退火。此可藉由在N2氣氛下，將該結構置於加熱至50℃之熱板上實現。
本文亦描述一種增加光敏元件中之塊材異質接面之結晶度之方法，其中該塊材異質接面包括至少一種第一及至少一種第二有機光活性材料。在此實施例中，該方法包括：使該塊材異質接面之至少一部份曝露於氣化溶劑下，其中該光敏元件在與未曝露於該氣化溶劑之該元件相比時顯示一或多種以下特徵：
增加的填充因子(FF)；
增加的外部量子效率(EQE)；及
增加的電流密度對電壓比(J-V)。
在某些實施例中，該方法另外包括使該結構熱退火。在某些實施例中，在使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑之後，進行該熱退火步驟。
適宜的方法及材料包括(但不限於)彼等以下詳細討論者。
實例
參考以下示例性實施例及操作實例之詳細描述，可更容易理解本發明。應瞭解，熟習此項技術者根據本說明書中所揭示之描述內容及實例，將明瞭其他實施例。
實例1
利用θ至2θ幾何之Rigaku繞射儀(使用40 kV Cu K α輻射源)，獲得以6000 RPM(每分鐘轉數)之速率旋塗於經80 MoO3預先塗覆之氧化銦錫(ITO)基板上之SQ:PC70BM(1:6之重量濃度)薄膜之X射線繞射圖(XRD)。藉由使用Woolam VASE橢偏計測得自20 mg/ml氯仿溶液澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)摻合物之厚度為680 。在Nanoscope III AFM中，以輕敲模式收集原子力顯微術(AFM)影像。對於溶劑退火樣品而言，於充填有1 ml二氯甲烷(DCM)之密封玻璃小瓶中，使SQ:PC70BM(1:6)塊材膜後退火6 min至30 min之時間。對於熱退火樣品而言，於N2手套箱中之熱板上，在50℃、70℃、110℃及130℃下使SQ:PC70BM(1:6)膜退火10 min。
在具有以下結構之太陽能電池上，進行鑄態SQ:PC70BM(1:6)膜(自氯仿溶劑澆鑄)之下一次DCM溶劑退火：ITO/MoO3(80 )/SQ:PC70BM(1:6 680 )/LiF(8A)/Al(1000 )。隨後，利用熱蒸發的C60層覆蓋元件，以使其具有ITO/MoO3(80 )/SQ:PC70BM(1:6 680 )/C60(40 A)/BCP(10 )/LiF(8 )/AI(1000 )之結構。隨後，於具有10-7 torr之基礎壓力之真空系統中，將MoO3熱蒸發至該ITO表面上。藉由通過蔭遮罩熱蒸發8 LiF及1000 厚的Al陰極，完成該等元件，其產生7.9×10-3 cm2之元件面積。使用來自具有AM1.5G濾波器之Xe弧光燈之Oriel 150 W太陽模擬器照射及經NREL校準之標準Si檢測器，測量該等元件之電流密度-電壓(J-V)特徵。使用標準方法進行測量及太陽光譜校正。使用來自Xe燈之在400 Hz下斬波且聚焦於該元件活性區域之單色光，測量EQE。
如圖1A中所示，針對在50℃、70℃、110℃及130℃下熱退火10分鐘之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池而言，未出現任何XRD峰，其指示非晶形特徵。相反地，在DCM溶劑退火超過12分鐘之後，出現SQ之兩個XRD峰，其可適當地編號為(001)及(002)峰。不限於任何特定理論，由於在溶劑退火後之SQ:PC70BM(1:6)混合物中之SQ峰相對較弱，因此據信SQ形成配向/結晶域，在其之間係SQ與PC70BM之非晶形部份。鑄態樣品(圖1B)及四種熱退火樣品之AFM影像之平均粗糙度為約0.58±0.12 nm，且SQ及PC70BM相無明顯的相分離差異，其顯示與XRD測量結果一致。據信，對於鑄態SQ:PC70BM膜而言，PC70BM可破壞SQ分子之聚集並損害其結晶度(圖1A)。相反，在溶劑退火後之SQ:PC70BM膜之粗糙度顯示增加一個數量級，自約0.58±0.12 nm(鑄態)增加至約5.6±1.2 nm(DCM退火8 min-圖1C)。12 min的較長DCM退火時間顯示使該等SQ:PC70BM(1:6)摻合物之粗糙度加倍(圖1D)，其表明當更多的SQ簇開始生長為多晶體時，出現更強的相分離。因此，咸信非晶形鑄態SQ:PC70BM(1:6)膜之DCM退火提供該SQ相之奈米結晶形態。
自氯仿溶劑澆鑄及在50℃至130℃之溫度下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之填充因子係示於圖2A中。該熱退火製程並未顯示改善填充因子，其與圖1A之XRD數據一致，且表明熱退火並不產生明顯的結晶度進展。自氯仿溶劑澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)元件在DCM溶劑退火製程後之結果係示於圖2B中。如圖所示，在1 sun照度下，6 min之DCM退火時間提高填充因子。在自DCB溶劑澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)元件(圖2C)中，填充因子顯示快速下降。相反地，在1 sun照度下，經10 min持續時間之DCM退火之元件之填充因子顯示逐漸增加。如圖1A中所示，較長的DCM溶劑退火持續時間顯示增加摻合物中之SQ相之結晶度，且延長該等SQ:PC70BM(1:6)摻合物中之DCM退火時間確實提高填充因子，據信其至少部份係由於增加的SQ相之聚集/結晶含量。
在圖3A中，自DCB溶劑澆鑄之鑄態及溶劑退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材電池之外部量子效率(EQE)顯示自300 nm至750 nm之寬廣且良好的光譜回應。據信，在約λ=690 nm處之EQE峰係由於SQ吸收，其中在約λ=350 nm及500 nm處集中之峰似乎來自PC70BM吸收。在10 min之DCM溶劑退火時間下，所得之EQE峰增加且曲線位移表明在後DCM溶劑退火製程之後，激子解離及電荷收集更平衡。
自DCB溶劑澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)塊材電池在1 sun照度下之J-V特徵係示於圖3B中。隨後之DCM溶劑退火顯示增加短路電流密度，且改變該J-V曲線之形狀，其表明該等元件變得更加導電。經10 min DCM退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材元件之FF顯示在較高功率強度下具有比鑄態元件相對更高的值，其顯示塊材膜內部之更佳的載體電荷傳輸。圖3C顯示DCM溶劑退火元件亦顯示ηP相對於功率強度之明顯增加。此等結果係與圖2A及2B中所示之熱退火及溶劑退火元件之行為一致。
實例2
利用θ至2θ幾何之Rigaku繞射儀(使用40 kV Cu K α輻射源)，獲得在經80 MoO3預先塗覆之氧化銦錫(ITO)塗層玻璃基板上以1000 rpm(每分鐘轉數)之低速率旋塗30秒之SQ:PC70BM(1:6之重量濃度)薄膜之X射線繞射圖(XRD)。藉由使用Woolam VASE橢偏計測得在熱板上加熱12 h之自42 mg/ml 1,2二氯苯(DCB)溶液澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)摻合物之厚度為780 。
在Nanoscope III AFM中，以輕敲模式收集原子力顯微術(AFM)影像。於充填有1 ml二氯甲烷(DCM)之密封玻璃小瓶中，進行SQ:PC70BM(1:6)沉積膜之溶劑退火，持續時間在6 min至30 min範圍內。針對透射電子顯微術(TEM)研究而言，將在經80 MoO3塗覆之ITO基板上之SQ:PC70BM(1:6)膜浸入去離子(DI)水中1小時。接著，該MoO3係溶於水中，且有機層漂浮於該DI水之表面上。隨後，將該鑄態及溶劑退火之SQ:PC70BM(1:6)膜轉移至經純碳膜塗覆之Cu網格上。使用200 kV JEOL 2010F分析電子顯微鏡，取得TEM影像。
使用Perkin-Elmer Lambda 1500 UV-NIR分光計，測量石英基板上之鑄態薄膜及四種DCM退火薄膜之吸收光譜。利用λ=600 nm之激發波長，測量光致發光(PL)。太陽能電池結構使用以下結構：ITO/MoO3(80 )/SQ:PC70BM(1:6 780 )/C60(40 )/BCP(10 )/Al(1000 )。此處，於具有10-7 torr之基礎壓力之真空系統中，將MoO3熱蒸發至該ITO表面上。在旋轉澆鑄沉積及溶劑退火之後，藉由通過蔭遮罩熱蒸發8 LiF及1000 厚的Al陰極，完成元件，其產生8×10-3 cm2之元件面積。使用來自具有AM1.5G濾波器之Xe弧光燈之Oriel 150 W太陽模擬器照射及經NREL校準之標準Si檢測器，測量該等元件之電流密度-電壓(J-V)特徵及功率轉換效率(ηP)。使用標準方法進行測量及太陽光譜校正。使用來自Xe燈之在200 Hz下斬波且聚焦於該元件活性區域之單色光，測量EQE。
SQ:PC70BM(1:6)摻合物之後退火使該等膜在封閉於室溫下之經超高純度氮氣充填之手套箱中之密封玻璃小瓶中之DCM蒸汽下曝露6 min至30 min。如圖4中所示，沉積態SQ:PC70BM膜之X射線繞射(XRD)峰之缺乏顯示非晶形結構。相反地，在退火10 min之後，在約2θ=7.80±0.08°處出現峰，當退火時間延長至30 min時，其強度增加。該峰係SQ之(001)反射，其對應於約11.26±0.16 之分子間間隔。在DCM下曝露30 min之後，出現對應於(002)反射之第二峰，其顯示秩序之持續增加。使用雪萊(Scherrer)法自XRD峰加寬推測，估計退火12 min及30 min之摻合物中之SQ之平均晶體尺寸分別係2.0±0.2 nm及51±4 nm。
自AFM影像獲得之鑄態膜之均方根粗糙度(圖5A)係約0.8±0.1 nm。相反地，在12 min溶劑退火後之摻合物之粗糙度增加至約8.4±1.2 nm(圖5B)，其顯示由於混合物中之SQ之多晶生長而產生之粗糙化。如進一步粗糙化至12.0±1.4 nm(圖5C)所示，在甚至更長的30 min退火下，SQ與PC70BM之相分離繼續進行。亦已於透射電子顯微鏡(TEM)影像(圖5C)及由AFM測得之表面相影像(圖5C中之插圖)中，觀測到據信部份係由於相分離而產生之粗糙化。如上自XRD線加寬所注意到，伴隨粗糙化，平均晶域尺寸亦顯示增加。
石英基板上之鑄態及四種DCM溶劑退火SQ:PC70BM摻合膜之可見光譜係示於圖6A中。SQ之吸收係數在整個觀測光譜範圍內隨著退火時間至多增加至8 min而增加，但是當時間進一步增加時，該變化似乎變得飽和。此外，亦顯示該結晶摻合物膜(DCM 12 min)在λ=680 nm處具有比非晶形膜更不顯著的吸收峰。
在存在自光生供體激子至受體分子之轉移電荷下，使膜之光致發光(PL)強度(圖6B)淬滅。因此，SQ:PC70BM摻合物中之有效的PL淬滅顯示有效的激子解離，此係由於在界面距離L D 以內之光生作用。如上所述，相關長度範圍針對SQ係1.6 nm，及針對PC70BM係20 nm至40 nm。10 min顯示產生最大的PL強度淬滅，接著隨退火時間進一步增加，淬滅降低。不限於任何特定理論，此可根據吾人的L D 及平均微晶尺寸δ值來理解。在約10至12 min退火之後，當L D ~δ~2 nm時，出現最強的PL淬滅。額外的退火顯示引起如結晶之進一步相分離此時δ>>L D ，且因此激子不再被有效地傳輸至解離異質介面。
在圖6C中，鑄態及溶劑退火之太陽能電池之EQE顯示與吸收光譜類似寬的光譜回應，其係自λ=300 nm之波長延伸至λ=750 nm之波長。SQ之EQE峰自約26±2%(鑄態)增加至約60±1%(退火10 min)。在12 min退火之後，於整個波長範圍內，峰值EQE降低至<40%。該等類似於彼等在吸收中所獲得者之結果進一步顯示：電池效率高度取決於微晶尺寸，其中最優尺寸相當於L D ，由此導致最多的激子擴散至SQ與PC70BM之間的供體/受體解離界面。
在圖6D中，於1 sun及AM1.5G模擬太陽發射下測得之J-V特徵顯示短路電流密度(J sc )係自約6.9 mA/cm2(鑄態)增加至約12.0 mA/cm2(10 min溶劑退火)，且隨後在曝露於DCM達12 min之後，降低至約8.3 mA/cm2。FF結果顯示類似的退火時間相關性，其說明延伸的秩序降低串聯電阻，正如具有改良之分子堆積之結晶有機材料所預期。使用改良的二極體方程式擬合正向J-V曲線產生比串聯電阻R SA 。鑄態電池之R SA 為約35.2±1.0 Ω‧cm2，且隨後當退火時間係12 min時，逐漸降低至約5.0±0.5 Ω‧cm2。然而，據信進一步增加DCM退火時間可提高活性層與觸點之間的針孔密度，從而導致短路的二極體。
如圖7A中所示，在退火時之光及電變化顯示導致η p 增加。此處，鑄態電池η p 顯示隨著功率強度稍微增加，隨後在1 sun下逐漸縮小至約2.4±0.1%，同時伴隨FF自約0.40±0.02(在0.002 sun下)降低至約0.36±0.01(1 sun)(參見圖7B)。相反地，對於經10 min退火之電池而言，FF自約0.42±0.01(0.002 sun)增加至約0.50±0.01(1 sun)，而η p 顯示相應地自1.5±0.1%增加至5.2±0.3%(1 sun)，其中此群體中之電池之峰測量值為5.5%(J SC =12.0 mA/cm2、FF=0.5及V oc =0.92 V)。最後，該等經12 min退火之電池顯示η p 降低約3.2±0.1%，其可歸因於降低的EQE及FF。
實例3
製造SQ/C60平面電池作為對照電池，以比較雙層結構與塊材太陽能電池。使鑄態SQ薄層自50℃至130℃退火，以研究結晶度對元件性能之影響。如圖8A中所示，在110℃及130℃下退火之SQ膜顯示(001)及(002)峰，其表明結晶特徵。平面電池之EQE(圖8B)顯示光回應隨著退火溫度增加至110℃而改善。在130℃之退火溫度下，存在屬於SQ膜之約650 nm及約760 nm之兩個峰，其表明單體SQ隨著退火溫度增加已經歷二聚化過程。在110℃下退火之電池在1 sun照度下之峰值效率(ηp)為約4.6%，其中FF=0.59、V oc =0.76 V及J sc =10.05 mA/cm2，且在較低強度下，FF增加至接近於約0.70。隨著退火溫度增加至約130℃，η p 顯示下降至2.9%，此係由於V oc 下降至0.46 V(參見圖9A至B)。據信，如圖8A中所示，隨130℃退火溫度增加的結晶度，FF在較高功率強度下增加至0.67。
以類似於實例2中所述之方式，製備SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面。在50℃、70℃、110℃及130℃下退火10 min之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池無XRD峰，其顯示非晶形特徵。不限於任何特定理論，據信PC70BM可破壞SQ分子之聚集並損害其結晶度。鑄態及四個熱退火樣品之AFM影像之平均粗糙度為約0.579±0.06 nm，且SQ及PC70BM相無明顯的相分離差異，其與XRD測量結果一致。亦藉由XPS研究SQ及PC70BM經由熱退火之組分重組(圖10)。具有402 eV結合能之N 1s峰顯示在SQ:PC70BM膜之上表面上存在SQ(C32H44N2O6)聚集，因為PC70BM分子(C82H14O2)中無N原子。存在屬於SQ及PC70BM之C 1s及O 1s之強峰。利用自XPS測量值獲得之O/C原子比，評估該五個樣品在表面上之SQ及PC70BM組成(圖10A)。該N峰太弱，所以不利用C/N或O/N原子比測定組成。如圖10B中所示，自不同的SQ:PC70BM樣品表面獲得之濃度係與AFM測量值一致，且在熱退火之後，無明顯的重量比變化。因此，根據XRD、AFM及XPS測量值，僅經熱處理之旋轉澆鑄樣品未顯示形態或結晶度變化。
五種元件之元件性能係示於圖11中。在70℃下退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材電池之效率自約5.3%(在0.02 sun(2 mW/cm2)AM 1.5 G照度下，FF=0.48)降至約4.0%(在1 sun下，FF=0.37)。FF之降低表明該等塊材太陽能電池仍具電阻性且顯示缺乏至各電極之雙連續電荷傳輸路徑，其繼而可抑制自由載體之提取。
為了進一步控制鑄態膜中之SQ及PC70BM之形態變化及結晶度，採用溶劑退火與熱退火之組合。藉由在於空氣中旋塗後，立即將薄膜保持在密封玻璃罐內部來控制溶劑退火時間。該罐填充有1 ml二氯甲烷(DCM)。用蓋子覆蓋該罐，以避免該溶劑快速蒸發。隨後，將鑄態及四種退火膜置於N2手套箱中之熱板上，以在50℃下退火，以移除殘留的DCM溶劑。如圖12中所示，SQ:PC70BM膜之粗糙度自約0.83 nm(圖12A-未經溶劑退火或熱退火之毛胚鑄件)至約8.4 nm(圖12C-DCM溶劑退火30 min，接著在50℃下熱退火)增加一個數量級。圖12B及12D之結果顯示僅熱退火之結果。XRD數據(圖12E-曝露於不同溶劑退火時間下，接著在50℃下熱退火之薄膜)清楚顯示：在較長時間下退火之SQ:PC70BM膜存在(001) SQ峰，其表明DCM氣相確實藉由DCM退火溶劑之溶解性及揮發性促進SQ:PC70BM混合物之奈米級相分離。該等結果顯示可藉由退火溶劑之溶解性及蒸汽壓力來控制SQ:PC70BM塊材太陽能電池之形態及分子排序。
曝露於不同時間之DCM溶劑退火且隨後在50℃下熱退火之元件之性能係示於圖13中。對於退火6 min之樣品而言，獲得約5.3%之最高效率，且在0.02 sun AM 1.5 G照度下，FF=0.47，隨後其緩慢降至約4.4%，且在1 sun下，FF=0.39。經6 min DCM退火之SQ:PC70BM塊材元件之FF顯示在較高功率強度下具有比鑄態元件更高的值，其顯示塊材膜內部的更佳載體電荷傳輸。該混合物中之SQ之結晶度特徵顯示SQ分子按順序聚集，其可加強電洞電荷傳輸。在一定程度上，DCM溶劑退火顯示減少使僅自熱退火獲得之元件性能退化之電荷失衡。由於DCM退火元件之FF仍低於0.50，因此可進一步經由不同的溶劑及退火時間來開發SQ及PC70BM混合物之良好控制的奈米級相分離。圖14顯示圖13中所述之製備態元件之EQE回應，其顯示自約300 nm至約750 nm之光譜回應。
除實例中或另外指示之處以外，本說明書及申請專利範圍中所使用之成份、反應條件、分析測量值等等之所有表示數量的數值應被理解為在所有情況下經術語「約」修飾。因此，除非相反地指出，否則本說明書及隨附申請專利範圍中所述之數值參數係可根據欲藉由本發明獲得之所需特性而變化之近似值。根本不意欲限制與申請專利範圍相當之教示之應用，應根據有效數字之數量及通常的四捨五入法理解各數值參數。
儘管本發明之寬廣範圍中所述之數值範圍及參數係近似值，但除非另外指出，否則具體實例中所述之數值係儘可能精確地記錄。然而，任何數值皆含有某些必然來自各自測試測量值中所產生之標準偏差之內在誤差。
除非相反地明確指出，否則本文使用之術語「該」、「一」或「一個」意指「至少一個」，且不應限於「僅一個」。因此，例如，「一層」應被理解為「至少一層」。
圖1A顯示自氯仿澆鑄且在不同溫度下熱退火10分鐘之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池及自氯仿澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之XRD(X射線繞射數據)；
圖1B至1D分別顯示自氯仿澆鑄、在70℃熱退火10分鐘、及經二氯甲烷溶劑退火12分鐘之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之RMS(均方根)粗糙度；
圖2A顯示自氯仿澆鑄且在不同溫度下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之FF相對於功率強度之曲線；
圖2B顯示自氯仿澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之FF相對於功率強度之曲線；
圖2C顯示自1,2-二氯苯澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之FF相對於功率強度之曲線；
圖3A顯示自1,2-二氯苯澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之EQE；
圖3B顯示自1,2-二氯苯澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之塊材異質接面元件之J-V；
圖3C顯示自1,2-二氯苯澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之塊材異質接面元件之ηP相對於功率強度之曲線；
圖4顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之XRD；
圖5A至5C分別顯示自DCB澆鑄、經二氯甲烷溶劑退火12分鐘、及經二氯甲烷溶劑退火30分鐘之塊材異質接面元件之RMS；
圖6A顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之吸收係數；
圖6B顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之PL(光致發光)強度(參見圖6A圖例)；
圖6C顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之EQE(參見圖6A圖例)；
圖6D顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之電流密度相對於V(電壓)之曲線(參見圖6A圖例)；
圖7A顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之ηP相對於功率強度之曲線；
圖7B顯示自DCB澆鑄且經二氯甲烷溶劑退火達不同曝露時間之SQ:PC70BM(1:6)塊材太陽能電池之FF相對於功率強度之曲線；
圖8A顯示在不同溫度下熱退火20分鐘之若干SQ:C60平面電池之XRD(X射線繞射)數據；
圖8B顯示圖8A中所測試之平面SQ:C60元件之EQE；
圖9A顯示圖8A中所測試之平面SQ:C60元件之ηP相對於功率強度之曲線；
圖9B顯示圖8A中所測試之平面SQ:C60元件之FF相對於功率強度之曲線；
圖10A顯示自DCB澆鑄且在不同溫度下熱退火10分鐘之若干SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之XPS(X射線光電子光譜法)測量值；
圖10B顯示圖10A中所述之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之AFM(原子力顯微術)測量值；
圖11A顯示圖10A中測試之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之ηP相對於功率強度之曲線；
圖11B顯示圖10A中測試之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之FF相對於功率強度之曲線；
圖12A顯示自DCB澆鑄之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之RMS(粗糙度測量系統)；
圖12B顯示自DCB澆鑄，接著在70℃下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之RMS粗糙度；
圖12C顯示自DCB澆鑄，接著經二氯甲烷溶劑蒸汽退火30分鐘並在50℃下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之RMS粗糙度；
圖12D顯示自DCB澆鑄，接著在110℃下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之RMS粗糙度；
圖12E顯示自DCB澆鑄，接著經二氯甲烷溶劑蒸汽退火不同時間，並在50℃下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之XRD數據；
圖13A顯示自DCB澆鑄，接著經二氯甲烷溶劑蒸汽退火不同時間，並在50℃下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之ηP相對於功率強度之曲線；
圖13B顯示圖13A中測試之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之FF相對於功率強度之曲線；
圖14顯示圖13A中測試之SQ:PC70BM(1:6)塊材異質接面元件之EQE；及
圖15顯示經澆鑄且在不同溫度下熱退火之SQ/C60平面電池、經澆鑄且在不同溫度下熱退火之SQ:PC70BM(1:6)塊材電池、及經澆鑄且經DCM溶劑退火2 min、6 min、8 min及12 min之SQ:PC70BM(1:6)塊材電池在1 sun照度下之ηP匯總。
(無元件符號說明)

Claims (28)

  1. 一種製備光敏元件之方法，其包括：提供具有至少一種第一電極及塊材異質接面之結構，其中該塊材異質接面包括至少一種第一有機光活性材料及至少一種第二有機光活性材料；提供至少一種溶劑；使至少一部份該溶劑氣化；及使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑下，其中該於氣化溶劑下之曝露增加該第一或第二有機光活性材料中至少一者之結晶度。
  2. 如請求項1之方法，其另外包括使該結構熱退火。
  3. 如請求項2之方法，其中在使該結構之至少一部份曝露於該氣化溶劑下之後，進行該熱退火。
  4. 如請求項2之方法，其中在約50℃或更高之溫度下，進行該熱退火。
  5. 如請求項1之方法，其中該結構係藉由將該至少一種第一及該至少一種第二有機光活性材料沉積於該至少一種第一電極上製得。
  6. 如請求項5之方法，其中該沉積係藉由旋轉澆鑄進行。
  7. 如請求項1之方法，其另外包括使至少一種第二電極在該塊材異質接面上圖案化。
  8. 如請求項5之方法，其另外包括在該至少一種第一電極與該塊材異質接面之間放置界面層。
  9. 如請求項5之方法，其另外包括在該塊材異質接面與該 至少一種第二電極之間放置至少一阻斷層。
  10. 如請求項1之方法，其中該結構係曝露於密封容器中之氣化溶劑。
  11. 如請求項1之方法，其中該結構在該氣化溶劑中曝露達約5分鐘至約30分鐘。
  12. 如請求項6之方法，其中該至少一種第一及該至少一種第二有機光活性材料係自沸點在1atm下不大於約70℃之澆鑄溶劑澆鑄。
  13. 如請求項12之方法，其中該澆鑄溶劑係氯仿。
  14. 如請求項6之方法，其中該至少一種第一及該至少一種第二有機光活性材料係自沸點在1atm下大於約175℃之澆鑄溶劑澆鑄。
  15. 如請求項14之方法，其中該澆鑄溶劑係1,2-二氯苯。
  16. 如請求項1之方法，其中該至少一種溶劑係二氯甲烷。
  17. 如請求項1之方法，其中該至少一種第一有機光活性材料係選自2,4-雙[4-(N,N-二異丁基胺基)-2,6-二羥基苯基]、及方酸(SQ)。
  18. 如請求項1之方法，其中該至少一種第二有機光活性材料包括PC70BM。
  19. 如請求項9之方法，其中該至少一阻斷層包括BCP。
  20. 一種增加光敏元件中之塊材異質接面之結晶度之方法，該方法包括：提供包括塊材異質接面之光敏元件，其中該塊材異質接面包括至少一種第一有機光活性材料及至少一種第二 有機光活性材料；提供至少一種溶劑；使至少一部份該溶劑氣化；及使該塊材異質接面之至少一部份曝露於該氣化溶劑下，其中該光敏元件在與未曝露於該氣化溶劑之該元件相比時顯示一或多種以下特徵：增加的填充因子(FF)；增加的外部量子效率(EQE)；及增加的電流密度對電壓比(J-V)。
  21. 如請求項20之方法，其另外包括使該塊材異質接面熱退火。
  22. 如請求項21之方法，其中在使該塊材異質接面之至少一部份曝露於該氣化溶劑下之後，進行該熱退火。
  23. 如請求項21之方法，其中在約50℃或更高之溫度下，進行該熱退火。
  24. 如請求項20之方法，其中該塊材異質接面係曝露於密封容器中之該氣化溶劑下。
  25. 如請求項24之方法，其中該元件係在該氣化溶劑中曝露達約5分鐘至約30分鐘。
  26. 如請求項20之方法，其中該至少一種溶劑係二氯甲烷。
  27. 如請求項20之方法，其中該至少一種第一有機光活性材料係選自2,4-雙[4-(N,N-二異丁基胺基)-2,6-二羥基苯基]、及方酸(SQ)。
  28. 如請求項20之方法，其中該至少一種第二有機光活性材料係選自[6,6]-苯基C70丁酸甲酯(PC70BM)。
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