发明名称 多层式光伏打或光导电元件
摘要 本发明系关于光学吸收光子装置及特别系关于光电伏打及光电导性装置。特别系关于由多层半导性层,例如有机半导性聚合物形成的装置。此种装置具有两层中心半导性层其彼此层叠因而形成一混合层介于第一与第二半导性层间,同时保有至少部份第一及第二半导性层于混合层之各边上。
申请公布号 TW471183 申请公布日期 2002.01.01
申请号 TW088103540 申请日期 1999.03.08
申请人 剑桥展示工业有限公司 发明人 克劳斯.皮脱利须;梅努斯.格兰斯脱姆
分类号 H01L31/06 主分类号 H01L31/06
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种形成光电伏打或光电导性装置之方法,包含层叠第一组件及第二组件,该第一组件具有第一电极及第一半导性层主要包含第一半导性有机材料,及该第二组件具有第二电极及第二半导性层其主要包含第二半导性有机材料,其中该层叠步骤涉及第一半导性层与第二半导性层经过控制的接合因此形成一层混合层包含比第一半导性层成比例地少量第一半导性材料及比第二半导性层成比例地少量第二半导性材料,同时系有第一及第二半导性层但厚度较薄。2.一种设计及形成光电伏打或光电导性装置之方法,包含下列步骤:基于其电子性质选择第一及第二半导性有机材料,使第一半导性材料做为电子给予者及第二半导性材料做为电子接受者;形成一第一组件包括一第一电极及第一半导性层主要包含该第一半导性材料;形成一第二组件包含一第二电极及一第二半导性层主要包含该第二半导性材料;及经由层叠第一半导性层至第二半导性层而接合第一组件至第二组件。3.如申请专利范围第2项之方法,其中该层叠步骤涉及以控制方式接合第一半导性层及第二半导性层而形成一混合层包含比第一半导性层成比例减少的第一半导性材料及比地二半导性层成比例减少的第二半导性材料。4.如申请专利范围第1至3项中任一项之方法,其中该层叠步骤包含施压及/或施热。5.如申请专利范围第4项之方法,其中该施热包含加热第一及第二半导性层中之至少一层至高于其玻璃化温度。6.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该层叠步骤进一步包含退火而形成具有预定厚度之混合层。7.如申请专利范围第1或2项之方法,其进一步包含于层叠前藉有机或无机搀杂处理第一或第二半导性层中之至少一层。8.如申请专利范围第1或2项之方法,其进一步包含于层叠步骤前,处理第一及第二半导性层中之至少一层而改变其吸光特性及/或输送及注入性质。9.如申请专利范围第1或2项之方法,其中控制于层叠前于第一半导性层之厚度及于层叠前第二半导性层之厚度。10.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一组件为自撑式且包含第一半导性材料于一自撑式基材上,该基材载有或包含一第一电极。11.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第二组件为自撑成且包含第二半导性材料于一自撑式基材上,该基材载有或包含一第一电极。12.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该等组件中之至少一组件为挠性且呈卷储存及由卷供给用与另一自撑式基材层叠。13.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及第二基材中之至少一者为挠性。14.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及/或第二电极本身分别形成第一及/或第二基材。15.如申请专利范围第14项之方法,其中该等基材之一为金属箔。16.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及/或第二基材系设置用于透射光线。17.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一导电材料及第二导电材料中之至少一者包含成份材料混合物。18.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一导电材料及第二导电材料中之至少一者包含单一成份材料。19.如申请专利范围第18项之方法,其中该第一半导性层为第一半导性材料之同质层。20.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及第二半导性材料分别为电洞接受者及电子接受者。21.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含有机半导体。22.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含半导性聚合物。23.如申请专利范围第22项之方法,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含接合聚合物。24.如申请专利范围第23项之方法,其中该有机接合聚合物中之至少一者系选自包括:聚(伸苯基)及其衍生物,聚(伸苯基伸乙烯基)及其衍生物,聚(吩)及其衍生物,聚(伸吩基伸乙烯基)及前衍生物及聚(异)及其衍生物。25.如申请专利范围第22项之方法,其中该等聚合物中之至少一者为聚(角鲨烷)或其衍生物。26.如申请专利范围第22项之方法,其中该等聚合物中之至少一者为含有嵌二单位之聚合物。27.如申请专利范围第22项之方法,其中该等聚合物中之至少一者包含有机颜料或染料。28.如申请专利范围第22项之方法,其中该等聚合物中之至少一者包含有机聚合物。29.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该等半导性材料中之至少一者包含选自花青类,嵌二类,花青类,角鲨烷类,中花青类(merocyanines)及其各别衍生物之物质。30.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该等半导性材料中之至少一者包含一种偶氮染料其系由偶氮发包基团(-N=N-)键联芳香基组成。31.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该等半导性材料中之至少一者包含聚(矽烷)或聚(锗酸酯)。32.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及/或第二半导性材料系以有机或无机搀杂剂搀杂。33.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一半导性材料包含POPT及该第二半导性材料包含MCP。34.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一半导性材料包含P3HT及该第二半导性材料包含MCP。35.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该混合层为第一及第二半导性材料之交互渗透网路。36.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一半导性层含有大于80%(重量比)第一半导性材料。37.如申请专利范围第36项之方法,其中该第一半导性层也含有第二半导性材料。38.如申请专利范围第36项之方法,其中该第二半导性层为第二半导性材料之同质层。39.如申请专利范围第36项之方法,其中该第二半导性层也含有第一半导性材料。40.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第二半导性层含有超过80%(重量比)第二半导性材料。41.如申请专利范围第1或2项之方法,其中一层或多层系介于第一电极与第一半导性层间。42.如申请专利范围第1或2项之方法,其中第一电极系与第一半导性层做物理接触。43.如申请专利范围第1或2项之方法,其中一或多层系介于第二电极与第二半导性层间。44.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第二电极系与第二半导性层做物理接触。45.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一电极具有比第二电极更高的功函数。46.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一电极包含铟锡氧化物及第二电极包含铝。47.如申请专利范围第1或2项之方法,其中该第一及第二电极具有大致相等的功函数。48.一种光电伏打或光电导性装置,包含:一第一电极;一第一半导性层,主要包含一第一半导性有机材料于该第一电极之至少部份上;一混合层于该第一半导性层上;一第二半导性层主要包含第二半导性有机材料于该混合层上;及一第二电极于该第二半导性层之至少部份上,其中该混合层系连结第一及第二半导性层且含有一第一半导性层成比例减少之第一半导性材料及一第二半导性层成比例减少的第二半导性材料。49.如申请专利范围第48项之光电伏打或光电导性装置,其中一第一基材载有或包含该第一电极及一第二基材载有或包含该第二电极。50.如申请专利范围第49项之光电代打或光电导性装置,其中该第一及第二基材为自撑式。51.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及第二基材中之至少一者为挠性。52.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及/或第二电极本身分别形成第一及/或第二基材。53.如申请专利范围第52项之装置,其中该等基材之一为金属箔。54.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及/或第二基材系设置用于透射光线。55.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一导电材料及第二导电材料中之至少一者包含成份材料混合物。56.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一导电材料及第二导电材料中之至少一者包含单一成份材料。57.如申请专利范围第56项之装置,其中该第一半导性层为第一半导性材料之同质层。58.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及第二半导性材料分别为电洞接受者及电子接受者。59.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含有机半导体。60.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含半导性聚合物。61.如申请专利范围第60项之装置,其中该第一及第二半导性材料中之至少一者包含接合聚合物。62.如申请专利范围第61项之装置,其中该有机接合聚合物中之至少一者系选自包括:聚(伸苯基)及其衍生物,聚(伸苯基伸乙烯基)及其衍生物,聚(吩)及其衍生物,聚(伸吩基伸乙烯基)及前衍生物及聚(异)及其衍生物。63.如申请专利范围第60项之装置,其中该等聚合物中之至少一者为聚(角鲨烷)或其衍生物。64.如申请专利范围第60项之装置,其中该等聚合物中之至少一者为含有嵌二单位之聚合物。65.如申请专利范围第60项之装置,其中该等聚合物中之至少一者包含有机颜料或染料。66.如申请专利范围第60项之装置,其中该等聚合物中之至少一者包含有机聚合物。67.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该等半导性材料中之至少一者包含选自花青类,嵌二类,花青类,角鲨烷类,中花青类(merocyanines)及其各别衍生物之物质。68.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该等半导性材料中之至少一者包含一种偶氮染料其系由偶氮发包基团(-N=N-)键联芳香基组成。69.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该等半导性材料中之至少一者包含聚(矽烷)或聚(锗酸酯)。70.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及/或第二半导性材料系以有机或无机搀杂剂搀杂。71.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一半导性材料包含POPT及该第二半导性材料包含MCP。72.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一半导性材料包含P3HT及该第二半导性材料包含MCP。73.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该混合层为第一及第二半导性材料之交互渗透网路。74.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一半导性层含有大于80%(重量比)第一半导性材料。75.如申请专利范围第74项之装置,其中该第一半导性层也含有第二半导性材料。76.如申请专利范围第74项之装置,其中该第二半导性层为第二半导性材料之同质层。77.如申请专利范围第74项之装置,其中该第二半导性层也含有第一半导性材料。78.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第二半导性层含有超过80%(重量比)第二半导性材料。79.如申请专利范围第49或50项之装置,其中一层或多层系介于第一电极与第一半导性层间。80.如申请专利范围第49或50项之装置,其中第一电极系与第一半导性层做物理接触。81.如申请专利范围第49或50项之装置,其中一或多层系介于第二电极与第二半导性层间。82.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第二电极系与第二半导性层做物理接触。83.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一电极具有比第二电极更高的功函数。84.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一电极包含铟锡氧化物及第二电极包含铝。85.如申请专利范围第49或50项之装置,其中该第一及第二电极具有大致相等的功函数。图式简单说明:第一图为有机聚合物POPT之化学结构;第二图为有机聚合物MCP之化学结构;第三图为有机聚合物P3HT之化学结构;第四图a,第四图b及第四图c举例说明本发明之方法;第五图为根据本发明之装置之范例结构;及第六图为略图显示适合根据某些具体例执行本发明方法之装置。
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