JP2009505440A - 開回路電圧が上昇した有機感光性装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、契約番号339−6002として米国空軍科学研究局により交付された、および契約番号341−4141として米国エネルギー省再生可能エネルギー研究所により交付された米国政府による支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明に関して一定の権利を有する。
特許請求されている発明は、大学−企業の共同研究契約の以下の1以上の当事者のために、および/またはこれらと関連してなされたものである:プリンストン大学、南カリフォルニア大学、およびグローバル フォトニック エナジー コーポレイション(Global Photonic Energy Corporation)。特許請求されている発明がなされた日以前に当該契約は発効しており、かつ、特許請求されている発明は、当該契約の範囲内でなされた活動の結果としてなされたものである。
本発明は、大まかに言って、有機感光性光電子装置に関する。より詳細には、本発明は、電荷−キャリア励起後のフランク−コンドンシフトを低減させるべく選択された材料および材料配置から形成される有機ドナー−アクセプタヘテロ接合を有する有機感光性光電子装置に関する。
光電子装置は、電磁波を電子的に製造もしくは検出するために、または環境の電磁波から電気を生成するために、材料の光学特性または電子特性に依存する。
有機感光性装置において電力変換効率(ηp)の低下を生じる要因の1つにフランク−コンドンシフト(FCS)があることが研究により明らかとなった。このFCSは、電荷担体がドナーおよび/またはアクセプタとして用いられる有機分子の再組織化を引き起こす際に起こる非放射性の損失機構である。光伝導性材料が受けるフランク−コンドンシフトが増加するにつれて、感光性装置の電力変換効率(ηp)は低下する。
図1は、ドナー−アクセプタヘテロ接合を説明するためのエネルギーレベル図である。
有機感光性装置は、光が吸収されて励起子を形成する少なくとも1つの光活性領域を含み、当該励起子は続いて電子およびホールへと解離しうる。図2は、感光性光電子装置100の一例を示し、光活性領域150はドナー−アクセプタヘテロ接合を含む。この「光活性領域」は、電磁波を吸収して励起子を生成する感光性装置の一部分であり、当該励起子は解離して電流を発生させうる。装置100は、アノード120、アノード平滑層22、ドナー152、アクセプタ154、励起子ブロッキング層(「EBL」)156、およびカソード170を、基板110上に有する。
Claims (40)
- アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間で電気的に接続されたドナー−アクセプタヘテロ接合を形成する第1の有機材料および第2の有機材料と、
を有する感光性装置であって、
前記第1および第2の有機材料が、当該感光性装置中に配置された際に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、感光性装置。 - 前記第1および第2の有機材料の双方が、当該感光性装置中に配置された際に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項1に記載の感光性装置。
- 当該感光性装置中に配置された際の前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方のフランク−コンドンシフトが0.1eV未満である、請求項2に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、当該感光性装置中に配置された際に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項3に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料が、溶液の形態で測定した場合に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項1に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項5に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項6に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、J−凝集体を形成するように当該感光性装置に配置される、請求項1に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、分子の平面が平行となるように配向した少なくとも3つの分子のスタックとして当該感光性装置に配置され、当該スタックには崩壊、積層欠陥および転位がない、請求項1に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、単結合のペンダント側基を持たない分子からなる、請求項1に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、縮合環を有する平面状分子からなる、請求項1に記載の感光性装置。
- 縮合環を有する前記平面状分子が、ベンゼン、ポルフィリン、フタロシアニン、およびポリアセンからなる群から選択される、請求項11に記載の感光性装置。
- 前記ドナー−アクセプタヘテロ接合が第1の光電池を形成し、
当該装置が、それぞれの光電池がドナー−アクセプタヘテロ接合を含み、前記第1の光電池が当該スタック内に存在する光電池のスタックと、前記スタック中の2つの光電池間の導電性材料と、をさらに含み、
前記導電性材料が、前記スタックの外部への電気的接続を持たない電荷移動層として、前記スタックの外部への電気的接続を持たない再結合領域として、または前記スタックの外部への電気的接続を有する電極として配置される、請求項1に記載の感光性装置。 - 前記ドナー−アクセプタヘテロ接合が、バルクヘテロ接合、混合ヘテロ接合、平面ヘテロ接合、およびハイブリッドヘテロ接合からなる群から選択される、請求項1に記載の感光性装置。
- 第1の導電層を準備すること、
前記第1の導電層上に第1の有機材料および第2の有機材料を配置して、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成すること、および、
前記第1および第2の有機材料上に第2の導電層を形成すること、
を含み、前記第1および第2の有機材料が、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成するように配置された際、前記第2の導電層の形成後に測定した場合に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、方法。 - 前記第1および第2の有機材料の双方が、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成するように配置された際、前記第2の導電層の形成後に測定した場合に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成するように配置された際、前記第2の導電層の形成後に測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項16に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成するように配置された際、前記第2の導電層の形成後に測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項17に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料が、溶液の形態で測定した場合に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項19に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項20に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方を、これがJ−凝集体を形成するように組織化することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方を、これが分子の平面が平行となるように配向した少なくとも3つの分子のスタックを形成するように組織化することをさらに含み、当該スタックには崩壊、積層欠陥および転位がない、請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、単結合のペンダント側基を持たない分子からなる、請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、縮合環を有する平面状分子からなる、請求項15に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料を配置してドナー−アクセプタヘテロ接合を形成することは、前記第1および第2の有機材料を配置してバルクヘテロ接合、混合ヘテロ接合、平面ヘテロ接合、またはハイブリッドへテロ接合を形成する、請求項15に記載の感光性装置。
- アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間で電気的に接続されたドナー−アクセプタヘテロ接合を形成する第1の有機材料および第2の有機材料と、
を有する感光性装置であって、
前記第1および第2の有機材料が、溶液の形態で測定した場合に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、感光性装置。 - 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項27に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項28に記載の感光性装置。
- 溶液形態の前記第1の有機材料の分子の形状が、当該感光性装置に配置された際の前記第1の有機材料の分子の形状と実質的に同一である、請求項27に記載の感光性装置。
- 前記第1の有機材料が、分子の平面が平行となるように配向した少なくとも3つの分子のスタックを形成するように当該感光性装置に配置され、当該スタックには崩壊、積層欠陥および転位がない、請求項30に記載の感光性装置。
- 溶液形態の前記第2の有機材料の分子の形状が、当該感光性装置に配置された際の前記第2の有機材料の分子の形状と実質的に同一である、請求項30に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、J−凝集体を形成するように当該感光性装置に配置される、請求項27に記載の感光性装置。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、単結合のペンダント側基を持たない分子からなる、請求項27に記載の感光性装置。
- 第1の導電層を準備すること、
前記第1の導電層上に第1の有機材料および第2の有機材料を配置して、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成すること、および、
前記第1および第2の有機材料上に第2の導電層を形成すること、
を含み、前記第1および第2の有機材料が、ドナー−アクセプタヘテロ接合を形成するように配置された際、溶液の形態で測定した場合に、それぞれ0.5eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、方法。 - 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.2eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項35に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の双方が、溶液の形態で測定した場合に、0.1eV未満のフランク−コンドンシフトを有する、請求項36に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方を、これがJ−凝集体を形成するように組織化することをさらに含む、請求項35に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方を、これが分子の平面が平行となるように配向した少なくとも3つの分子のスタックを形成するように組織化することをさらに含み、当該スタックには崩壊、積層欠陥および転位がない、請求項35に記載の方法。
- 前記第1および第2の有機材料の少なくとも一方が、単結合のペンダント側基を持たない分子からなる、請求項35に記載の方法。
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