CN102456837A - 光伏器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏器件。该光伏器件包括一个基底、一个阳极、一个阴极、两个半导体层以及一个电子传输层。第一半导体层包含第一金属酞菁。第二半导体层包含第二金属酞菁和一种电子受体的混合物。第二半导体层位于第一半导体层与所述电子传输层之间。第一和第二金属酞菁具有不同的化合价。这些层的互补的吸收曲线使得器件具有高于预期的吸收和效率，且不需要再结合层或者使各层之间的电流匹配。
Description
技术领域
本公开内容涉及用于在暴露于宽谱光源(如太阳光)时产生电流的光伏器件。此处所述的材料可被用于有机太阳能电池。
背景技术
一个光伏器件通常包含夹于两个电极(也即阳极和阴极)之间的一层光活性材料。该光活性层可吸收通过辐射发射出的光子的能量，如太阳光。该光子能量产生激子，或电子-空穴结合对。根据材料的不同，电子与空穴在发生自发再结合(spontaneous recombination)前可传播一段较短的距离(约几纳米)。激子可移动到它们可进行分离的接点处，从而使得电子在一个电极被收集，而空穴在另一个电极被收集。这就可以使电流流过一个外电路。
这种光的吸收和电荷的产生限于在有机光伏器件中。有机半导体材料由于其低成本潜力、重量轻和易加工而引起人们的兴趣。但是，通常用于有机太阳能电池的材料并不能与太阳光谱较好地匹配，导致很大部分穿过器件的光能流失(也即未转化为电流)以及低的能量转化率。超过总量一半的太阳光线处于650nm以上的波长范围内，需要捕获在大约650nm到约1000nm的近红外(NIR)范围内的较长波长。
一类被高度研究的材料为金属酞菁材料，金属酞菁为在环状分子中心包含一个金属原子的小分子。金属酞菁通常具有较高的吸收系数(α＞105cm-1)和约10-3cm2/V·s的空穴迁移率。它们通常在红外到近红外波长内具有Q带峰。但是，他们也具有较窄的吸收曲线。
因此需要提供一种光伏器件，其能够捕获更多存在于太阳光中的光能并产生更大量的电流，增大该器件的能量转化率。
发明内容
本文在多个实施方案中所公开的光伏器件具有改善的总能量转化率(PCE)。一般来说，光伏器件包括两个半导体层。第一层包含第一金属酞菁。第二层包含第二金属酞菁和一种电子受体的混合物。第一和第二金属酞菁彼此不同，且具有互补的吸收曲线。第一层与阳极接近，而第二层与阴极接近。
实施方案中公开的光伏器件包含：一个基底；一个位于该基底上的第一电极；包含第一金属酞菁的第一半导体层；包含第二金属酞菁和一种电子受体的第二半导体层，第一和第二金属酞菁具有不同的化合价；一个电子传输层；以及第二电极。第二半导体层位于第一半导体层和电子传输层之间。第一半导体层比第二半导体层距离第一电极更近。电子传输层位于第二半导体层和第二电极之间。
第一和第二金属酞菁可独立地具有式(I)的结构：
式(I)
其中M为一个二价、三价或四价的金属原子；X为羟基或卤素，并且n为0到2之间的一个整数，或(X)n为＝O；每个m代表在苯环上的R取代基的数目，且独立地为0到6之间的一个整数；每个R独立地选自：卤素、烷基、取代的烷基、烷氧基、取代的烷氧基、苯氧基、苯硫基、芳基、取代的芳基、杂芳基、-CN和-NO2；且p为0或1。
在实施方案中，第一金属酞菁为二价金属酞菁且第二金属酞菁为三价金属酞菁。在具体实施方案中，第一金属酞菁为锌酞菁，第二金属酞菁为氯化铟酞菁。
优选地，在第二半导体层中的第二金属酞菁与电子受体的重量比可为1∶99至99∶1。
所述电子受体可为C60富勒烯(C60 fullerene)、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、C70富勒烯、[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯、或富勒烯衍生物。在具体实施方案中，所述电子传输层包含所述电子受体。换句话说，所述电子传输层由与在第二半导体层中的电子受体所用的材料相同的材料构成。
所述阳极可包含氧化铟锡、氧化氟锡、掺杂氧化锌、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、碳纳米管或石墨烯(graphene)。
所述阴极可包含铝、银、钙、镁或其合金。
所述光伏器件还可另外包含一个位于电子传输层和阴极之间的空穴阻挡层。该空穴阻挡层可包含浴铜灵、氟化锂或红菲绕啉。
所述光伏器件还可另外包含一个位于阳极和第一半导体层之间的电子阻挡层。该电子阻挡层可包含聚(3，4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、MoO3或V2O5。
实施方案中还公开了一种光伏器件，其顺序包含：一个基底；一个位于该基底上的阳极；电子阻挡层；包含第一金属酞菁的第一半导体层；包含第二金属酞菁和一种电子受体的第二半导体层，第一和第二金属酞菁彼此不同；一个电子传输层；以及位于电子传输层上的阴极。优选地，所述光伏器件中的第一和第二金属酞菁独立地为如上所述的式(I)化合物。还优选地，所述光伏器件中的第一金属酞菁为锌酞菁而第二种金属酞菁为氯化铟酞菁。还优选地，所述光伏器件中的第二半导体层中第二金属酞菁与电子受体的重量比为1∶99至99∶1。还优选地，所述光伏器件中的所述电子受体为C60、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、C70富勒烯、[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯、或一种富勒烯衍生物。
在具体实施方案中还公开了一种光伏器件，其顺序包含：一个光透基底；一个位于该基底上的氧化铟锡电极；包含锌金属酞菁的第一半导体层；包含氯化铟金属酞菁和C60富勒烯的第二半导体层；一个包含C60富勒烯的电子传输层；一个包含浴铜灵的空穴阻挡层；以及一个沉积在该空穴阻挡层上的铝电极。优选地，所述光伏器件中的第二半导体层中氯化铟金属酞菁与C60富勒烯的重量比为30∶70至70∶30。
下文中将对本公开内容的这些以及其他非限制性方面作更详细的描述。
附图说明
以下为附图的简要说明，其目的为示例说明本文所公开的示例性实施方案，而并非意欲限制这些实施方案。
图1为本公开内容的第一个示例性光伏器件的横断面视图。
图2为本公开内容的第二个示例性光伏器件的横断面视图。
图3为如实施例中所述的本公开内容的一个简单平行串联光伏器件的带状图。
图4为展示两个比较器件和本公开内容的一个光伏器件的电流密度相对于所施加电压的图。
图5为展示一个比较器件和本公开内容的一个光伏器件的外量子效率的图。
图6为展示锌酞菁和氯化铟酞菁的吸收曲线的图。
具体实施方式
通过参考附图可以对本文公开的部件、方法和设备有更全面的理解。这些图只是基于方便和容易说明本发明而给出的示意图，因此并不意在指明器件或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方案的范围。
尽管为了清楚起见在以下描述中用了特定术语，但这些术语只意在指代附图中用于示例说明的实施方案的具体结构，并不意在限定或限制本公开内容的范围。在附图及以下描述中，应理解，相同的附图标记指代类似功能的部件。
与一个数值连用的修饰词“约”包含所述值且具有由上下文所指示的含义(例如，其包括至少与特定数值的测量相关的误差度)。当用于表示范围时，修饰词“约”也应被认为公开了两个端值的绝对数值所限定的范围。例如，范围“从约2到约4”也公开了范围“从2到4”。
本文所用术语术语“包含”意指要求存在所述部件并允许存在其他部件。术语“包含”应解释为包括术语“由...组成”，术语“由...组成”只允许存在所述部件以及所述部件生产过程可能带来的任何杂质。
本文所用术语“于...上”应解释为描述第一部件相对于第二部件的位置。该术语不应解释为要求第一部件与第二部件直接接触，但本术语的使用涵盖这种直接接触的情形。
本公开内容涉及一种包含两个半导体层的光伏器件。第一半导体层包含第一金属酞菁，第二半导体层包含第二金属酞菁和一种电子受体。该第一和第二金属酞菁彼此不同。它们一般选择为具有互补的吸收曲线。
图1是一个示例性光伏器件100的侧向横断面视图。提供一个基底110。第一电极，如阳极120，位于基底110上。而第一半导体层140位于阳极120上。第二半导体层150与第一半导体层140接触。第一半导体层140比第二半导体层150距离阳极120更近。如需要的话，一个任选的电子阻挡层130可处于阳极120和第一半导体层140之间。一个电子传输层160与第二半导体层150接触。一个任选的空穴阻挡层170位于在电子传输层160上。最后，第二电极，如阴极180，放置于基底110上且在空穴阻挡层170上。第二半导体层150比第一半导体层140距离阴极180更近。应注意的是阳极120比阴极180距离基底110更近。
如图2所示，制造一个功能性光伏器件只需要基底110、阳极120、第一半导体层140、第二半导体层150、电子传输层160和阴极180。但是，附加层也有助于得到高效的光伏器件。当以其他术语描述时，第一半导体层140和第二半导体层150位于阳极120和阴极180之间。还有，电子传输层160位于第二半导体层150和阴极180之间。空穴阻挡层170也位于第二半导体层150和阴极180之间。当电子传输层和空穴阻挡层均存在时，空穴阻挡层170位于电子传输层160和阴极180之间。
第一半导体层140包含第一金属酞菁。第二半导体层150包含与第一金属酞菁相比具有不同化合价的第二金属酞菁。金属酞菁为空穴传输分子，完全共轭，且具有优越的稳定性和色牢度。其结构允许结合的核素突出于平面，改变其堆积和晶体结构。它们通常在峰吸收度下具有很高的吸收系数(α＞105cm-1)。它们还在NIR区具有强的光电性能，使其可用于光伏器件。这些金属酞菁可被认为是光子吸收体和电子供体。应注意的是金属酞菁不包含亚酞菁，亚酞菁仅有三个苯环，而金属酞菁在其结构中具有四个苯环。
在实施方案中，第一和第二金属酞菁独立地为式(I)：
式(I)
其中M为二价、三价或四价的金属原子；X为羟基或卤素，且n为0到2之间的一个整数，或(X)n为＝O(也即一个双键氧原子，也称为“氧代”)；每个m代表在苯环上的R取代基的数目，且独立地为0到6之间的一个整数；每个R独立地选自：卤素、烷基、取代的烷基、烷氧基、取代的烷氧基、苯氧基、苯硫基、芳基、取代的芳基、杂芳基、-CN和-NO2；且p为0或1。
术语“烷基”是指全部由碳原子和氢原子组成的完全饱和的基团，其具有式CnH2n+1。烷基可为直链、支链或环状的。
术语“烷氧基”是指连接到氧原子上的烷基，也即-O-CnH2n+1。
术语“芳基”是指全部由碳原子和氢原子组成的芳香族基团。当芳基连同碳原子的数值范围一起描述时，不应解释为包含取代的芳香族基团。例如，表述“包含6到10个碳原子的芳基”应解释为仅是指苯基(6个碳原子)或萘基(10个碳原子)，而不应解释为包括甲基苯基基团(7个碳原子)。
术语“杂芳基”是指基团中包含至少一个替代碳原子的杂原子的芳香族基团。杂原子通常为氮、氧或硫。
术语“取代的”是指所述基团上的至少一个氢原子被另一个官能团，如卤素、-CN、-NO2、-COOH和-SO3H所取代。一个示例性的取代的烷基为全卤代烷基基团，其中在烷基基团上的一个或多个氢原子均被卤原子(如氟、氯、碘和溴)所替代。
通常，烷基和烷氧基基团各自独立地包含1到30个碳原子。类似地，芳基基团独立地包含6到30个碳原子。
在一些实施方案中，二价金属原子M可为铜、锌、镁、锡、铅、镍、钴、锑、铁或锰。三价金属原子M选自铟(III)、镓(III)和铝(III)或锡(III)。四价金属原子M选自钒(IV)和钛(IV)。
示例性酞菁包括氯化铟酞菁(ClInPc)、氯化铝酞菁(ClAlPc)、氯化镓酞菁(ClGaPc)、氧化钒酞菁(VOPc)、氧化钛酞菁(TiOPc)以及铜酞菁(CuPc)。当p为0时，所述化合物为二氢酞菁(H2Pc)。此处这些酞菁图示说明为式(1)-(7)。
在具体实施方案中，第一金属酞菁为二价金属酞菁(也即包含一个二价金属原子)，而第二金属酞菁为三价金属酞菁(也即包含一个三价金属原子)。在具体实施方案中，第一金属酞菁为锌金属酞菁而第二金属酞菁为氯化铟酞菁。
第二半导体层还包含一种电子受体。电子受体为接受通过另一种化合物转移至其的电子的材料或化合物。一般来说，电子受体比第二金属酞菁移动电子更有效。可用作电子受体的示例性材料包括C60富勒烯、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、C70富勒烯、[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC[70]BM)，或任何富勒烯衍生物。在具体实施方案中，电子受体为C60富勒烯。第一半导体层不包含电子受体。
在第二半导体层中，第二金属酞菁与电子受体的重量比为1∶99至99∶1，基于第二金属酞菁与电子受体的重量计。在一些实施方案中，所述重量比为30∶70至70∶30。优选地，第二半导体层为第二金属酞菁与电子受体的均匀混合物，但是在该第二层的孤立部分这两种组分可能会发生一些分离。
在两个半导体层中的第一和第二金属酞菁的吸收曲线应选择为彼此互补，来改善电流的产生。换句话说，第一和第二金属酞菁彼此是不同的，也即包含不同的金属原子且不是简单地为同一金属酞菁的同质异像体(polymorphs)。例如，ZnPc吸收在600-700nm范围内的光子。ClInPc具有测得的从600-800nm的峰吸收。通过将这两种金属酞菁结合在同一光伏器件中，可得到一个显著拓宽的吸收曲线。由于具有改善的与太阳光谱的重叠，这将导致短路电流(ISC)的增加。使用两种金属酞菁的另一个优点是它们具有相似的空穴迁移率，这可有助于减少关于载流子迁移率平衡的顾虑。
第一半导体层(包含第一金属酞菁)具有至少3nm的厚度。在薄膜(大约2nm或更小)情况下，该膜可聚集成孤立的微晶，在膜上留下空穴。这是不希望的。期望第一半导体层为连续膜。换句话说，第二半导体层不与第一半导体层另一侧的器件的部件相接触。第二半导体层(包含第二金属酞菁与电子受体的混合物)具有3nm到60nm的厚度。
第一和第二半导体层通常采用真空物理汽相沉积来沉积，该方法为常用的工业薄膜制备技术。其他沉积技术可包括液相沉积，如旋涂(spin coating)、浸渍涂布、刮刀涂布、棒涂布、丝网印刷、冲压和喷墨印刷，还有其他现有技术已知的常规方法。
如需要的话，可对第一半导体层实施化学处理以改变最初沉积的金属酞菁的多晶型态。多晶型态为酞菁的特殊晶体结构，且酞菁可具有多种晶体结构，或换句话说多于一种的多晶型物。已知几种不同的金属酞菁在化学处理时发生多晶型态变化。可采用几种不同的化学处理使金属酞菁从一种多晶型态改变至另一种多晶型态。一种方法是通过溶剂处理。溶剂蒸汽接触，例如与四氢呋喃(THF)的蒸汽，已被表明能改变部分金属酞菁的结构和性质。类似地，几种金属酞菁易转化为不同的多晶型态。溶剂可使金属酞菁膜膨胀和松弛，导致很高的光敏性和二形态结构。这还使一些多晶型体的吸收曲线延伸至超过900nm。另一种方法是热处理，由于改变温度和退火次数使晶体结构改变。在第一半导体层中金属酞菁的不同多晶型态的存在可由包括X射线衍射(XRD)在内的技术和其他现有技术中已知的方式来证实。
一种经研究可以提高效率的有机太阳能电池结构为系列串联电池，其中具有不同吸收特性的层互相向上堆叠，并通过一个再结合层(recombination layer)连接。再结合层吸收和反射光，减少了在一层中可吸收的透射光的量。另外，整个器件的短路电流密度(JSC)是各个吸收层中的最低JSC。因此，通常调整各层的短路电流密度(JSC)使其匹配。因为电流严重依赖于这些层的厚度和结构(比电压要依赖得多)，系列串联电池的制造过程要困难得多，因为厚度或结构的微小改变可导致器件性能产生很大的变化。
相反，本公开内容的平行串联电池并不需要复杂的再结合层，也不需要各层的JSC匹配。但是，平行串联电池的吸收曲线可捕获与常规系列串联电池一样宽的太阳光谱部分。
该光伏器件的一个显著特征是混合第二半导体层位于第一半导体层和电子传输层之间。这种结构使得第一半导体层中产生的电子被传输到第二半导体层内的电子受体并向前传输至阴极。这导致在第一和第二半导体层的连接处较有效地产生电流。由第二半导体层内的第二金属酞菁产生的电子也可以被传输到第二半导体层内的电子受体并向前传输至阴极。由于第一和第二金属酞菁的最高占据分子轨道(HOMO)水平的排列，由第二金属酞菁产生的空穴也可被传输到第一半导体层并直至阳极。因为存在使光生空穴和电子移动到各自电极的有效路径，这两种金属酞菁均对电流的产生有贡献。本质上，电池能够捕获和转化更多的光成为电。
光伏器件的基底100支撑光伏器件的其他组件。该基底应该至少在光谱的NIR区也是光透性的，以使得光穿过并接触半导体双层。在实施方案中，基底由包括，但不仅限于，玻璃或塑料薄膜或薄板的材料组成。对于结构柔性器件，可使用塑料基底，例如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺薄板等。基底的厚度可为从约10微米到大于10毫米，其中一个示例性厚度，特别是对于一个柔性塑料基底，为从约50微米到约5毫米，对于一个硬基底如玻璃或硅，为从约0.5到约10毫米。
阳极120和阴极180由导电性材料组成。适合做电极的示例性材料包括铝、金、银、铬、镍、铂、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等。电极之一，特别是阳极，是由光透材料如ITO或ZnO制成。在具体实施方案中，阳极为ITO而阴极为铝。电极的通常厚度约为，例如，从约40纳米到约1微米，其中一个更具体的厚度为约40到约400纳米。
电子阻挡层130可存在于阳极120与第一半导体层140之间。该层通过抑制电子向阳极移动来阻止在阳极上的再结合。示例性材料包括聚(3，4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、MoO3和V2O5。电子阻挡层的厚度可为从约1到约100纳米。
电子传输层160可存在于第二半导体层150与阴极180之间。该层一般由能使电子有效移动的材料制成，并且也可吸收一些光波长。电子传输层的示例性材料包括C60富勒烯、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、C70富勒烯、[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC[70]BM)，或任何富勒烯衍生物。电子传输层的厚度可为约1纳米到约50纳米。在特定实施例中，电子传输层包含电子受体。换句话说，在第二半导体层中用作电子受体的材料与用来制备电子传输层的材料相同。
空穴阻挡层170也可位于第二半导体层150与阴极180之间。当电子传输层存在时，空穴阻挡层170在电子传输层160与阴极180之间。用于该层的示例性空穴阻挡材料包括浴铜灵(BCP)、氟化锂和红菲绕啉。空穴阻挡层的厚度可为从约0.1纳米到约100纳米。
以下实施例阐述了根据本公开内容的方法制得的有机光伏器件。所述实施例仅为说明性的而无意在其中所述的材料、条件或工艺参数设定等方面对本公开内容作出限制。所有分数均为重量百分数，除非另有说明。
实施例
器件制作过程
提供一个涂覆有氧化铟锡(ITO)的铝硅酸盐玻璃基底(50mm×50mm)。所述ITO应以足够的量存在以使薄板电阻达到15Ω/sq，且用作阳极。基底清洁过程包括用皂液、去离子水、甲醇、异丙醇洗涤，然后经紫外光-臭氧照射。
清洁后，将基底装进一个多舟皿、多掩模的热蒸发器中。然后在任何层沉积之前使用一个低温泵抽真空至＜4x10-4Pa，并监测压力以保证在蒸发过程中压力不会升高至超过5x10-4Pa。
随后制造出三个器件结构。使用石英晶体监控器控制该层的厚度。使所有的层以大约0.08nm/s的速率沉积，且随后在高真空下压层。在器件完成前所有的层都不接触空气。所有的金属酞菁和C60通过三区梯度升华(3-zone train sublimation)纯化。
器件1具有为ZnPc的第一半导体层(10nm厚)和为C60的第二层(30nm厚)。
器件2具有由ClInPc和C60按1∶1(wt/wt)混合而形成的第一半导体层(10nm厚)。为C60的第二层(30nm厚)随后沉积在第一层上。
器件3具有为ZnPc的第一半导体层(10nm厚)。由ClInPc和C60按1∶1(wt/wt)混合而形成的第二半导体层(10nm厚)随后沉积在第一层上。为C60的第三层(30nm厚)随后沉积在第二层上。
所制得的所有器件均具有浴铜灵(BCP)空穴阻挡层(5nm厚)和铝阳极(50nm厚)。升华级BCP购自Sigma-Aldrich，且不作进一步纯化而使用。
对比
完成的器件采用压力接点与外测量电路连接。器件被100mW/cm2的模拟太阳光穿过ITO电极而照亮，该模拟太阳光使用带一个AM1.5G的光谱过滤器的Oriel 96000太阳模拟器产生。在测试时样品被放置于处于流动氩气环境中的腔室中。输入功率采用一个Newport818-UV/CM检测器和Newport 1830-C光功率计监测。一个Keithley 238源测量单元和PC收集J-V数据。有效器件面积通过遮光板限定为7mm2。
外量子效率(EQE)测量采用一个购自Photon TechnologyInternational的校准单色器和一个Keithley 6485皮可安培计进行，测量短路电流随入射波长的变化。这种特性可测量一个器件对光的电敏感度，并提供关于给定器件在被特定波长照射时产生的电流的信息。
简单平行串联电池(器件3)的带状图展示在图3中。电流由两个半导体层平行产生，因此不需要系列串联电池所要求的电流匹配条件。在ZnPc中产生的空穴可自由流到ITO电极，在ZnPc中产生的电子可被传输穿过存在于混合层中的C60网状结构。类似地，在混合层中的ClInPc中产生的空穴可被传输到ZnPc，因为ZnPc的HOMO比ClInPc的HOMO更接近真空。ClInPc中的电子也可传输到混合层中的C60网状结构。
图4为展示三种器件的电流密度对所施加电压的图。电流密度通过用电流除以有效面积来计算。
对比器件1和器件2，最大的不同就是开路电压VOC(当电流为零时器件上的电压)。器件2显示出很高的VOC，因为其基于一种三价的金属酞菁。相比而言，器件1(二价的ZnPc)具有低得多的VOC。与器件2相比，器件1仅具有稍高的短路电流JSC(电压为零时的电流)。这导致器件1具有0.86％的相对较低的能量转化率(PCE)。器件2具有1.34％的PCE，主要因为高得多的VOC。能量转化率PCE为器件在其最佳负载时得到的效率。
在器件1的两层之间***器件2的ClInPc:C60混合层得到器件3。在图4中，器件3比器件1或器件2具有明显更高的JSC。器件3的VOC在器件1和器件2的VOC之间，可能是因为由于ClInPc的存在使ZnPc的HOMO降低。另外，虽然没有报道最优时的试验结果，但各层电流的加和接近于测得的器件3的JSC。换句话说，器件3几乎没有因引入额外的混合层所造成的再结合而产生电流损失。作为有利的电流增加和电压增加的结果，填充因子的变化很小，器件3的总PCE为1.81％，高于器件1效率的两倍。器件3的PCE仅稍低于器件1和器件2的组合PCE。该效能类似于系列串联结构所能达到的效能，但是设计却简单得多，且不受电流匹配条件的制约。
为了研究各层的相对的电流贡献，图5展示了器件1和3的外量子效率(EQE)。ZnPc和ClInPc的UV吸收曲线展示于图6中。器件1的EQE与ZnPc吸收曲线的形状十分接近，这表明在太阳光谱的这个区域内的电流贡献由ZnPc层中的激子产生所引起。因此，器件1从700nm开始具有递减的电流贡献，这与ZnPc中光子吸收的下降相符。器件3的EQE曲线显示了在600-700nm范围来自ZnPc层的电流贡献，且在接近700nm处有一个很明显的电流贡献的增加。ClInPc:C60混合层的添加导致在740nm处EQE的相对五倍的增加。该EQE峰符合ClInPc的吸收曲线，这清楚地表明ClInPc:C60混合层中激子的产生是在700nm以上波长处产生光电流的主要原因。
已参照示例性实施方案对本公开内容进行了描述。显然，在阅读和理解上文详细描述的基础上，可对其作出修改与改变。本公开内容应解释为包括了所有这些修改与改变，而它们也包括在随后所附的权利要求或其等效物范围内。
Claims (10)
1.一种光伏器件，其包含：
基底；
一个位于该基底上的第一电极；
包含第一金属酞菁的第一半导体层；
包含第二金属酞菁和一种电子受体的第二半导体层，第一和第二金属酞菁具有不同的化合价；
一个电子传输层；以及
一个第二电极；
其中第二半导体层位于第一半导体层和电子传输层之间，第一半导体层比第二半导体层距离第一电极更近；且
其中所述电子传输层位于第二半导体层和第二电极之间。
2.权利要求1的光伏器件，其中第一和第二金属酞菁独立地为式(I)：
式(I)
其中M为二价、三价或四价的金属原子；X为羟基或卤素，且n为0到2之间的一个整数，或(X)n为＝O；每个m代表苯环上的R取代基的数目，且独立地为0到6之间的一个整数；每个R独立地选自：卤素、烷基、取代的烷基、烷氧基、取代的烷氧基、苯氧基、苯硫基、芳基、取代的芳基、杂芳基、-CN和-NO2；且p为0或1。
3.权利要求1的光伏器件，其中第一金属酞菁为二价金属酞菁而第二金属酞菁为三价金属酞菁。
4.权利要求1的光伏器件，其中第一金属酞菁为锌酞菁而第二金属酞菁为氯化铟酞菁。
5.权利要求1的光伏器件，其中所述电子受体为C60富勒烯、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、C70富勒烯、[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC[70]BM)，或任一种富勒烯衍生物。
6.权利要求1的光伏器件，其中所述电子传输层包含所述电子受体。
7.权利要求1的光伏器件，还包含一个位于所述电子传输层与第二电极之间的空穴阻挡层。
8.权利要求1的光伏器件，还包含一个位于第一电极与第一半导体层之间的电子阻挡层。
9.一种光伏器件，其顺序包含：
基底；
一个位于该基底上的阳极；
包含第一金属酞菁的第一半导体层；
包含第二金属酞菁和一种电子受体的第二半导体层；
一个电子传输层；和
一个位于该电子传输层上的阴极；
其中第一金属酞菁为二价金属酞菁而第二金属酞菁为三价金属酞菁。
10.一种光伏器件，其顺序包含：
一个光透基底；
一个位于该基底上的氧化铟锡电极；
包含锌金属酞菁的第一半导体层；
包含氯化铟金属酞菁和C60富勒烯的第二半导体层；
一个包含C60富勒烯的电子传输层；
一个包含浴铜灵的空穴阻挡层；以及
一个沉积在该空穴阻挡层上的铝电极。
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