KR102170089B1 - 반사기를 지닌 유기 감광성 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명에는 기재; 기재 위에 배치되는 제1 전극; 제1 전극 위에 배치되는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역; 및 제2 전극 위에 배치되는 하나 이상의 반사기를 포함하는 유기 감광성 디바이스로서, 하나 이상의 반사기는 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성되어 있는 것인 유기 감광성 디바이스가 개시되어 있다. 또한 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된 하나 이상의 반사기를 가진 감광성 디바이스의 제조 방법이 개시되어 있다.

Description

반사기를 지닌 유기 감광성 디바이스{ORGANIC PHOTOSENSITIVE DEVICES WITH REFLECTORS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012. 10. 11자 출원된 미국 가출원 제61/712,782호를 우선권 주장하며, 이 출원을 본원에서 전적으로 참조로서 원용한다.
공동 연구 계약
본 출원의 주제는 공동 대학 회사 연구 계약에 따라 하기 당사자 중 1 이상에 의해, 이를 대리하여, 및/또는 이에 관련하여 이루어졌다: 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건(THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF MICHIGAN)과 글로벌 포토닉 에너지사(Global Photonic Energy Corporation). 본 계약은 본 출원의 주제가 이루어진 일자에 그리고 그 전에 유효하였고, 계약 범위 내에서 착수한 활동의 결과로서 얻어졌다.
발명의 분야
본 개시 내용은 감광성 디바이스에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시 내용은 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된 반사기를 포함하는 감광성 디바이스에 관한 것이다. 또한 본원에서 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된 반사기를 포함하는 감광성 디바이스의 제조 방법이 개시된다.
광전자 디바이스는 전자파 방사선을 전자적으로 생성하거나 검출하는 또는 주위 전자파 방사선으로부터 발전하는 물질의 광학 및 전자 특성에 의존한다.
감광성 광전자 디바이스는 전자파 방사선을 전기로 전환한다. 또한 광기전(PV, photovoltaic) 디바이스로 불리는 태양 전지는 특히 전력을 발생하는데 사용되는 감광성 광전자 디바이스의 형태이다. 태양 이외의 광원으로부터 전기 에너지를 생성할 수 있는 PV 디바이스는 전력 소비 부하를 구동하여 예를 들어 조명하고, 가열하거나, 전자 회로 또는 디바이스 예컨대 계산기, 라디오, 컴퓨터 또는 원격 모니터링 또는 통신 설비에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이들 발전 응용 분야는 또한 배터리 또는 다른 에너지 저장 디바이스의 충전을 흔히 포함하여서 태양 또는 다른 광원으로부터 직접 조명이 가능하지 않을 때, 또는 PV 디바이스의 출력을 특정 응용 분야의 조건과 균형을 이루기 위해 운전이 계속될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "저항 부하"는 임의의 전력 소비 또는 저장 회로, 디바이스, 설비 또는 시스템을 의미한다.
또 다른 형태의 감광성 광전자 디바이스는 광전도체 전지이다. 본 기능에 있어서, 신호 검출 회로는 디바이스의 저항을 모니터하여 광 흡수로 인한 변화를 검출한다.
또 다른 형태의 감광성 광전자 디바이스는 광검출기이다. 운전에 있어서, 광검출기는 광검출기가 전자파 방사선에 노출될 때 발생한 전류를 측정하고, 인가된 바이어스 전압을 가질 수 있는 전류 검출 회로와 함께 사용된다. 본원에서 기재한 검출 회로는 바이어스 전압을 광검출기에 공급할 수 있고, 전자파 방사선에 대한 광검출기의 전자 반응을 측정할 수 있다.
이들 3종류의 감광성 광전자 디바이스는 하기에 정의한 정류 접합(junction)이 존재하는 지에 따라 그리고 또한 디바이스가 바이어스 또는 바이어스 전압으로서 또한 알려진 외부의 인가된 전압에 의해 작동되는 지에 따라 특징이 있을 수 있다. 광전도체 전지는 정류 접합이 없으며, 바이어스에 의해 정상적으로 작동된다. PV 디바이스는 하나 이상의 정류 접합이 있고, 바이어스에 의해 작동되지 않는다. 광검출기는 하나 이상의 정류 접합이 있고, 통상적으로 그러나 항상은 아니지만 바이어스에 의해 작동된다. 전형적으로, 광기전 전지는 전력을 회로, 디바이스 또는 설비에 공급한다. 광검출기 또는 광전도체는 검출 회로, 또는 검출 회로로부터 정보의 출력을 제어하기 위해 신호 또는 전류를 공급하지만, 회로, 디바이스 또는 설비에 전력을 공급하지 않는다.
전통적으로, 감광성 광전자 디바이스는 다수의 무기 반도체, 예를 들어 결정성, 다결정성 및 비정질 실리콘, 비화갈륨, 텔루르화카드뮴 등등으로 구성되었다. 본원에서 용어 "반도체"는 전하 캐리어(carrier)가 열 또는 전자 여기에 의해 유도될 때 전기를 통과할 수 있는 재료를 의미한다. 용어 "광전도성"은 일반적으로 전자파 방사 에너지가 흡수되고, 이로써 전기 전하 캐리어의 여기 에너지로 전환되어 캐리어가 물질에서 전기 전하를 통과하고, 즉 수송할 수 있는 공정에 관한 것이다. 용어 "광전도체" 및 "광전도성 물질"은 본원에서 전기 전하 캐리어를 생성하는 전자파 방사선을 흡수하는 특성을 위해 선택되는 반도체 물질을 의미하는 것으로 사용된다.
PV 디바이스는 이들이 입사 태양 전력을 유용한 전기 전력으로 전환할 수 있는 효율을 특징으로 할 수 있다. 결정성 또는 비정질 실리콘을 사용하는 디바이스는 상업적 응용 분야에 우세하며, 일부는 23% 이상의 효율을 달성하였다. 그러나 특히 표면적이 큰, 효율적인 결정계 디바이스는 큰 결정을 상당한 효율 감소 결함 없이 생성하는데 고유한 문제점으로 인해 제조하는데 어렵고, 고비용이다. 다른 한편, 고효율의 비정질 실리콘 디바이스는 여전히 안정성에 대한 문제점에 시달린다. 현재 시판되는 비정질 실리콘 전지는 안정화 효율이 4 내지 8%이다. 경제적인 생산비로 허용가능한 광기전 전환 효율을 달성하기 위해 유기 광기전 전지의 사용에 최근 노력이 더 집중되었다.
PV 디바이스는 광전류 곱하기 광전압의 최대 곱을 위해, 표준 조명 조건(즉, 1000 W/㎡, AM1.5 스펙트럼 조명인 표준 시험 조건) 하에 최대 발전에 최적화될 수 있다. 표준 조명 조건 하에 이러한 전지의 전력 변환 효율은 하기 3개의 변수에 좌우된다: (1) 제로 바이어스 하에 전류, 즉 단락 전류(I SC)(암페어), (2) 개방 회로 조건 하에 광전압, 즉 개방 회로 전압(VOC)(볼트) 및 (3) 필 펙터(ff, fill factor).
PV 디바이스는 이들이 부하 전체에 걸쳐 접속되고, 광에 의해 조사될 때 광 생성 전류를 생성한다. 무한 부하 하에 조사될 때, PV 디바이스는 그의 최대 가능 전압, V 개방 회로, 또는 VOC를 생성한다. 단락된 그의 전기 접점에 의해 조사될 때, PV 디바이스는 그의 최대 가능 전류, I 단락, 또는 ISC를 생성한다. 실제로 발전하는데 사용될 때, PV 디바이스는 유한 저항 부하에 접속되고, 출력은 전류와 전압의 곱, I x V에 의해 제공된다. PV 디바이스에 의해 생성된 최대 총 전력은 본질적으로 곱 ISC x VOC를 초과할 수 없다. 부하 값이 최대 전력 추출을 위해 최적화될 때, 전류와 전압은 각각 값, Imax와 Vmax을 갖는다.
PV 디바이스에 대한 성능 지수(figure of merit)는 다음과 같이 정의된 곡필 펙터(ff)이다:
Figure 112015044483654-pct00001
(1)
상기 식에서, ISC와 VOC가 실제 사용에서 결코 동시에 얻어지지 않으므로, ff는 항상 1 미만이다. 그럼에도, ff가 1에 접근함에 따라, 디바이스는 직렬 또는 내부 저항이 작고, 따라서 최적 조건 하에 부하에 ISC와 VOC의 곱의 더 큰 퍼센트를 전달한다. Pinc가 디바이스 상에 입사하는 전력인 경우, 디바이스의 전력 효율(ηp)은 하기식에 의해 산출될 수 있다:
Figure 112015044483654-pct00002
실질적인 용량을 차지하는 내부에 발생된 전기장을 생성하기 위해, 통상의 방법은 적절히 선택되는 전도성을 가진 물질의 2 층을 특히 이들의 분자 양자 에너지 상태의 분포에 관해 병치하는 것이다. 이들 2 물질의 인터페이스는 광기전 헤테로접합으로 불린다. 종래의 반도체 이론에서, PV 헤테로접합을 형성하기 위한 물질은 일반적으로 n 또는 p형으로 정의되었다. 여기서 n형은 다수 캐리어형이 전자인 것을 의미한다. 이는 물질이 비교적 자유 에너지 상태에서 많은 전자를 갖는 것으로 간주될 수 있다. p형은 다수 캐리어형이 정공인 것을 의미한다. 이러한 물질은 비교적 자유 에너지 상태에서 많은 정공을 갖는다. 백그라운드(background), 즉 광생성되지 않은, 다수 캐리어 농도의 형태는 주로 결함 또는 불순물에 의한 우발적인 도핑에 좌우된다. 불순물의 형태와 농도는 또한 HOMO-LUMO 갭으로서 알려진, 최고 점유 분자 궤도(HOMO) 에너지 준위와 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지 준위 사이의 갭 내에서 페르미(Fermi) 에너지의 값, 또는 준위를 결정한다. 페르미 에너지는 점유 가능성이 ½과 동일한 에너지의 값에 의해 표시된 분자 양자 에너지 상태의 통계적인 점유를 특징으로 한다. LUMO 에너지 준위에 가까운 페르미 에너지는 전자가 우세한 캐리어인 것을 나타낸다. HOMO 에너지 준위에 가까운 페르미 에너지는 정공이 우세한 캐리어인 것을 나타낸다. 따라서 페르미 에너지는 종래 반도체의 주요 특징적인 특성이며, 원형적인 PV 헤테로접합은 종래에 p-n 인터페이스이었다.
용어 "정류"는 특히 인터페이스는 비대칭 전도 특성이 있으며, 즉 인터페이스가 전자 전하 수송을 바람직하게는 한 방향으로 지지하는 것을 의미한다. 정류는 통상적으로 적절히 선택되는 물질 사이의 헤테로접합에서 일어나는 내부 전기장(built-in electric field)과 관련되어 있다.
유기 물질의 문맥 중에서, 용어 "도너" 및 "억셉터"는 2종의 접촉하지만 상이한 유기 물질의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위의 상대 위치를 의미한다. 이는 무기 문맥에서 이들 용어의 사용과 비교하여, "도너" 및 "억셉터"가 무기 n형 및 p형 층을 각각 생성하는데 사용될 수 있는 도펀트(dopant)의 형태를 의미할 수 있는 경우이다. 유기 문맥에서, 또 다른 물질과 접촉하는 한 물질의 LUMO 에너지 준위가 더 낮다면, 이 물질은 억셉터이다. 그렇지 않은 경우에 이것은 도너이다. 도너 억셉터 접합에서 전자가 억셉터 물질로 이동하고, 정공이 도너 물질로 이동하는 것이 외부 바이어스의 부재 하에 에너지적으로 유리하다.
유기 반도체에서 중요한 특성은 캐리어 이동도이다. 이동도는 전하 캐리어가 전도 물질을 통해 전기장에 반응하여 이동할 수 있는 용이성을 측정한다. 유기 감광성 디바이스의 문맥에서, 고 전자 이동도로 인해 전자에 의해 우선적으로 통과되는 물질을 포함하는 층이 전자 수송 층, 또는 ETL(electron transport layer)로서 지칭될 수 있다. 고 정공 이동도로 인해 정공에 의해 우선적으로 통과되는 물질을 포함하는 층은 정공 수송 층, 또는 HTL(hole transport layer)로서 지칭될 수 있다. 일 실시형태에서, 억셉터 물질은 ETL이며, 도너 물질은 HTL이다.
종래의 무기 반도체 PV 전지는 p-n 접합을 사용하여 내부 필드를 성립한다. 그러나 p-n형 접합의 성립에 더해, 헤테로접합의 에너지 준위 옵셋(offset)이 또한 중요한 역할을 한다는 사실이 이제 인정되고 있다. 유기 D-A 헤테로접합에서 에너지 준위 옵셋은 유기 물질에서 광생성 공정의 기본 특성으로 인해 유기 PV 디바이스의 작동에 중요하다고 생각된다. 유기 물질의 광학 여기 시, 편재된 프렌켈(Frenkel) 또는 전하 이동 엑시톤(exciton)이 생성된다. 전기 검출 또는 전류 생성이 일어날 때, 결합된 엑시톤은 이들의 구성 전자와 정공으로 해리되어야 한다. 이러한 공정은 내부 전기장에 의해 유도될 수 있지만, 유기 디바이스에서 전형적으로 발견된 전기장(F ~ 106 V/cm)에서 효율은 낮다. 유기 물질 중 가장 효율적인 엑시톤 해리는 도너 억셉터(D-A) 인터페이스에서 일어난다. 이러한 인터페이스에서, 이온화 전위가 낮은 도너 물질은 전자 친화력이 큰 억셉터 물질과 헤테로접합을 형성한다. 도너 및 억셉터 물질의 에너지 준위의 정렬에 따라, 엑시톤의 해리는 이러한 인터페이스에서 에너지적으로 유리하게 될 수 있으며, 억셉터 물질에서 자유 전자 폴라론(polaron)을 유도하고, 도너 물질에서 자유 정공 폴라론을 유도할 수 있다.
유기 PV 전지는 종래의 실리콘계 디바이스와 비교할 때 잠재적인 장점이 많다. 유기 PV 전지는 경량이고, 물질 사용에서 경제적이며, 저비용의 기재, 예컨대 가요성 플라스틱 호일에 침착될 수 있다. 캐리어 생성은 엑시톤 생성, 확산, 및 이온화 또는 수집(collection)을 필요로 한다. 각각의 이들 공정과 관련된 효율(η)이 있다. 첨자는 다음과 같이 사용될 수 있다: 전력 효율에 대해 P, 외부 양자 효율에 대해 EXT, 광자 흡수 엑시톤 생성에 대해 A, 확산에 대해 ED, 수집에 대해 CC, 및 내부 양자 효율에 대해 INT. 이러한 표기법을 사용하면 하기식이다:
Figure 112015044483654-pct00003
엑시톤의 확산 길이(LD)는 전형적으로 광학 흡수 길이(~500 Δ)보다 훨씬 작으며(LD ~ 50 Δ), 다수의 또는 크게 접힌(highly folded) 인터페이스가 있는 두꺼운, 따라서 저항성인 전지, 또는 광학 흡수 효율이 낮은 얇은 전지를 사용하는 것 사이에 트레이드오프(tradeoff)를 필요로 한다.
종래의 유기 PV 전지는 투명한 기재 예컨대 투명한 전도체, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO)로 코팅된 유리 또는 플라스틱 위에 제조되어 광활성 영역에 도달하는 입사 전자파 방사선을 들어오게 허용한다. 이들 기재는 유기 PV 디바이스의 응용 분야를 제한하며, 이들이 고비용이고/이거나 디바이스의 전체 비용 구조의 중요한 요소일 수 있으므로, 이러한 기재는 특히 대면적 응용 분야에서 전체 디바이스의 비용 효과를 제한하는 가능성이 있다. 역(inverted) 유기 PV 전지는 투명한 상부 전극을 이용하고, 임의 표면, 예컨대 금속 호일, 플라스틱, 또는 유리 위 제조를 가능하게 한다. 이러한 설계는 유기 PV 전지의 응용 분야를 상당히 확대한다. 예를 들어, 유기 PV 전지의 발전 코팅이 불투명 기재를 포함하여, 다양한 기재 표면에서 성장될 수 있다. 따라서 다양한 기재 위 적용을 위해 원하는 색상의 효율적인 유기 감광성 디바이스, 예컨대 효율적인 발전 PV 코팅을 개발할 필요성이 존재한다. 더 구체적으로는, 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하는 효율적인 발전 코팅을 개발할 필요성이 존재한다.
따라서 기재; 기재 위에 배치되는 제1 전극; 제1 전극 위에 배치되는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역으로서, 투명한 범위의 파장에서 광을 투과하는 광활성 영역; 및 제2 전극 위에 배치되는 반사기로서, 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하는 반사기를 포함하는 유기 감광성 디바이스가 개시된다. 일부 실시형태에서, 감광성 디바이스는 1 이상의 원하는 파장에 상응하는 색을 나타낸다.
일부 실시형태에서, 감광성 디바이스는 추가로 제2 전극과 반사기 사이에 위치하는 금속 그리드를 포함한다.
제1 양태에서, 반사기와 제1 전극은 광학 미소공동을 한정하며, 여기서 제1 전극은 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥10%를 반사하고, 반사기는 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 반사기는 광활성 영역이 40% 초과의 흡수율을 나타내는 임의 파장에서 5% 미만의 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 광학 미소공동은 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함하며, 여기서 광학 스페이서는 1 이상의 원하는 파장 또는 이의 서브세트과 공명하도록 선택되는 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 원하는 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 반사기는 분포 브래그(Bragg) 반사기(DBR, distributed Bragg reflector) 및 루게이트 반사기(rugate reflector)에서 선택된다.
제2 양태에서, 반사기는 하나 이상의 노치 필터(notch filter)를 포함하며, 여기서 하나 이상의 노치 필터는 1 이상의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 디바이스는 추가로 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함한다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 노치 필터는 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택된다.
제2 양태의 일부 실시형태에서, 반사기는 적어도 제1 노치 필터 및 제2 노치 필터를 포함하며, 여기서 제1 노치 필터는 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내며, 제2 노치 필터는 1 이상의 제2의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타낸다. 본 실시형태에서, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 제1의 원하는 파장과 1 이상의 제2의 원하는 파장에 상응하는 색을 나타낼 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 및 제2 노치 필터는 독립적으로 DBR과 루게이트 반사기에서 선택된다.
제3 양태에서, 반사기는 제1 반사기와 제2 반사기를 포함하며, 여기서 제1 반사기는 하나 이상의 노치 필터를 포함하고, 하나 이상의 노치 필터는 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되며, 제2 반사기와 제1 전극은 광학 미소공동을 한정하고, 제1 전극은 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥10%를 반사하고, 제2 반사기는 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 제2의 원하는 파장을 부분적으로 반사하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 반사기는 광활성 영역이 40% 초과의 흡수율을 나타내는 임의 파장에서 5% 미만의 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드는 제2 반사기에 의해 부분적으로 반사된 1 이상의 제2의 원하는 파장과 중첩하지 않는다.
제3 양태의 일부 실시형태에서, 광학 미소공동은 제2 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함하며, 여기서 광학 스페이서는 1 이상의 제2의 원하는 파장 또는 이의 서브세트과 공명하도록 선택되는 두께를 가진다. 일부 실시형태에서, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 원하는 반사된 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 반사기는 분포 브래그 반사기(DBR) 및 루게이트 반사기에서 선택된다.
제3 양태의 일부 실시형태에서, 감광성 디바이스는 1 이상의 제1의 원하는 파장과 1 이상의 제2의 원하는 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타낼 수 있다.
제3 양태의 일부 실시형태에서, 제1 및 제2 반사기는 독립적으로 DBR과 루게이트 반사기에서 선택된다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 유기 광검출기이다.
일부 실시형태에서, 디바이스는 유기 태양 전지이다.
또한 본 개시 내용의 유기 감광성 디바이스의 제조 방법이 개시된다. 일 실시형태에서, 이 방법은 제1 전극을 기재 위에 침착시키는 단계; 광활성 영역을 제1 전극 위에 침착시키는 단계; 제2 전극을 광활성 영역 위에 침착시키는 단계; 하나 이상의 반사기를 제2 전극 위에 침착시키는 단계를 포함하며, 여기서 하나 이상의 반사기는 1 이상의 원하는 파장을 반사하도록 구성된다.
첨부 도면은 본 명세서에 일체화되고, 본 명세서의 일부를 구성한다.
도 1은 본 개시 내용에 따라 유기 감광성 디바이스의 개략도이다.
도 2a는 반사기(160)와 제1 전극(110)이 광학 미소공동(200)을 한정하는 일예의 유기 감광성 디바이스의 개략도이다.
도 2b는 광활성 영역의 투명한 범위에서 반사기의 반사율, 및 반사율에 대한 공동 공진 효과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 샘플 DBR에 대한 반사율 대 파장의 플롯이다.
도 4a는 하나 이상의 노치 필터를 가진 일예의 유기 감광성 디바이스의 개략도이다.
도 4b는 하나 이상의 노치 필터를 가진 감광성 디바이스에 대한 광활성 영역 흡수 스펙트럼과 좁은 반사 밴드를 보여준다. 생성된 외부 양자 효율(EQE, external quantum efficiency)을 또한 노치 필터의 좁은 반사 밴드(반사 색)에서 관찰된 EQE에서 예리한(sharp) 하향 스파이크(spike)로서 보여준다.
도 5는 노치 필터로서 역할하는 샘플 루게이트 반사기에 대한 투과율(%) 대 파장의 플롯이다.
도 6은 적어도 2개의 반사기: 제1 반사기(160A) 및 제2 반사기(160B)를 가진 비제한적인 디바이스 개략도를 보여주며, 여기서 제1 반사기는 하나 이상의 노치 필터를 포함하고, 제2 반사기와 제1 전극(110)은 광학 미소공동을 한정한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유기"는 유기 감광성 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있는 소분자 유기 물질뿐만 아니라 중합체 물질을 포함한다. "소분자"는 중합체가 아닌 임의의 유기 물질을 의미하며, "소분자"는 실제로 아주 클 수 있다. 소분자는 어떤 상황에서 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환기로서 장쇄 알킬기를 사용하는 경우 "소분자" 분류에서 분자를 제외하지 않는다. 소분자는 또한 예를 들어 중합체 골격 위 펜던트 기로서 또는 골격의 일부로서 중합체에 일체화될 수 있다.
용어 "전극" 및 "접점"은 본원에서 광생성 전류를 외부 회로에 전달하거나 바이어스 전류 또는 전압을 디바이스에 공급하기 위한 매체를 제공하는 층을 의미하는 것으로 사용된다. 즉, 전극, 또는 접점은 유기 감광성 광전자 디바이스의 활성 영역과 전하 캐리어를 외부 회로로 또는 외부 회로로부터 수송하기 위한 와이어, 리드, 트레이스(trace) 또는 다른 수단 사이에 인터페이스를 제공한다. 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 일예이다. 본원에서 전극에 대한 그 개시 내용을 참조로서 원용하는 미국특허 제6,352,777호에서는 전극, 또는 접점의 일예를 제공하며, 이들은 감광성 광전자 디바이스에 사용될 수 있다. 감광성 광전자 디바이스에 있어서, 디바이스 외부로부터 주위 전자파 방사선의 최대량을 광전도성 활성 내부 영역에 수용되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 전자파 방사선은 광전도성 층(들)에 도달하여야 하며, 여기서 이것은 광전도성 흡수에 의해 전기로 전환될 수 있다. 이는 흔히 하나 이상의 전기 접점이 입사 전자파 방사선을 최소로 흡수하고, 최소로 반사하여야 한다는 사실을 좌우한다. 일부 경우에, 이러한 접점은 실질적으로 투명하여야 한다. 반대 전극은 반사 물질일 수 있어서 흡수되지 않고 전지를 통과한 광이 전지를 통해 반사된다.
용어 "캐소드"는 다음 방식으로 사용된다. 주위 조사 하에 그리고 저항 부하에 접속되고, 외부 인가 전압이 없는 적층 PV 디바이스의 단일 장치 또는 비적층(non-stacked) PV 디바이스, 예를 들어 PV 디바이스에서, 전자가 광전도 물질로부터 캐소드로 이동한다.
유사하게도, 용어 "애노드"는 본원에서 조명 하에 PV 디바이스에서, 정공이 광전도 물질로부터 애노드로 이동하는 것으로 사용되며, 이는 반대 방식으로 이동한 전자와 동일하다. 용어가 본원에서 사용될 때, 애노드와 캐소드는 전극 또는 전하 이동 층일 수 있다는 사실에 주의할 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 물질 층 또는 상이한 물질의 일련의 여러 층이 관련 파장에서 적어도 50%의 주위 전자파 방사선을 층 또는 층들을 통해 투과되게 허용할 때 "투명"하다고 일컬어진다. 유사하게, 관련 파장에서 주위 전자파 방사선의 일부, 그러나 50% 미만의 투과를 허용하는 층들은 "반투명"하다고 일컬어진다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "상부"는 기재 구조(존재하는 경우)로부터 가장 멀리 떨어져 있는 것을 의미하며, 반면에 "하부"는 기재 구조에 가장 가까운 것을 의미한다. 예를 들어, 2개의 전극을 가진 디바이스에 대해, 하부 전극은 기재 구조에 가장 가까운 전극이며, 일반적으로 제조된 제1 전극이다. 하부 전극에는 2 표면, 기재에 가장 가까운 하부 면, 및 기재로부터 더 떨어진 상부 면이 있다. 제1 층이 제2 층 "위에 배치되고" 또는 "상부에"로 기재되는 경우, 제1 층은 기재로부터 더 멀리 떨어져서 배치된다. 제1 층이 제2 층"과 물리적 접촉되어 있다"고 규정되지 않는 한, 제1 및 제2 층 사이에 다른 층이 존재할 수 있다. 예를 들어, 비록 사이에 다양한 유기 층이 존재하지만, 캐소드는 애노드 "위에 배치되고" 또는 "상부에"로서 기재될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "광학 미소공동(optical microcavity)"은 광 전파 방향을 따라 치수가 입사 방사선의 약 수(~4) 파장 이하인 광학 구역을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "반사율"은 소정 파장에서 반사되는 입사광의 퍼센트를 의미한다. "고 반사율"은 30% 초과 반사율로서 정의된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "흡수율"은 소정 파장에서 흡수되는 입사광의 퍼센트를 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "투과율"은 소정 파장에서 투과되는 입사광의 퍼센트를 의미한다.
본원에서 기재한 유기 감광성 광전자 디바이스는 예를 들어 입사 전자파 방사선으로부터 사용가능한 전류를 생성하는데 사용될 수 있거나(예, PV 디바이스) 입사 전자파 방사선을 검출하는데 사용될 수 있다. 역 감광성 광전자 디바이스는 임의 기재와 표면 위에 디바이스 물질의 제조를 가능하게 한다. 역 디바이스 구조는 예를 들어 미국특허 공개 제2010/0102304호에 개시되어 있으며, 이 문헌을 본원에서 역 유기 감광성 디바이스의 개시 내용에 대해 참조로서 원용한다. 이러한 설계는 유기 감광성 디바이스의 응용 분야를 확대하며, 예컨대 가요성 및 불투명 기재 위에 발전 코팅, 예를 들어 발전 페인트의 제조를 허용한다. 본 개시 내용에서, 발전 코팅이 원하는 색을 나타내기 위해, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된 하나 이상의 반사기를 포함한다. 반사기는 유기 감광성 디바이스, 예컨대 유기 PV 디바이스의 광활성 영역에 의해 흡수된 입사광의 양을 잠재적으로 줄일 수 있으므로, 본 개시 내용은 디바이스 효율 감소를 최소화하면서 원하는 파장(즉, 색)에서 고 반사율을 가능하게 하는 설계 검토 사항을 예상한다.
따라서 도 1에 도시한 바와 같이, 기재(100); 기재 위에 배치되는 제1 전극(110); 제1 전극 위에 배치되는 제2 전극(130); 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역(120); 및 제2 전극 위에 배치되는 하나 이상의 반사기(160)를 포함하는 유기 감광성 디바이스가 개시되며, 여기서 하나 이상의 반사기는 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사한다. 일부 실시형태에서, 광활성 영역은 투명한 범위에서의 파장에 광을 투과한다.
일부 실시형태에서, 감광성 디바이스는 1 이상의 원하는 반사된 파장에 상응하는 색을 나타낸다.
일부 실시형태에서, 감광성 디바이스는 추가로 제2 전극(130)과 반사기(160) 사이에 위치하는 금속 그리드(140)를 포함한다. 금속 그리드는 디바이스에서 동시에 직렬 저항을 최소화하면서 가능한 한 많은 입사광을 투과하는데 최적화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 금속 그리드는 스테인리스강, 백금, 팔라듐, 티탄, 및 이들의 합금에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속 그리드는 약 50% 내지 약 99% 범위의 투과율을 갖는다. 금속 그리드는 용액, 증기, 또는 둘 다의 조합으로부터 침착될 수 있다. 일부 실시형태에서, 금속 그리드는 진공 증착, 실크 스크리닝, 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 화학적 증착(CVD, chemical vapor deposition), 레이저 융삭(laser ablation), 물리적 증착, 및 스퍼터링에서 선택되는 하나 이상의 기법에 의해 침착된다.
기재(100)는 디바이스의 제1 전극, 광활성 영역, 제2 전극, 반사기 및 임의의 추가 층을 지지할 수 있는 임의 표면을 포함할 수 있다. 기재는 연질, 경질, 또는 반경질일 수 있고, 평면 또는 비평면일 수 있다. 기재는 투명, 반투명 또는 불투명일 수 있다. 플라스틱, 유리, 및 석영이 경질 기재 물질의 일예이다. 플라스틱 및 금속 호일은 연질 기재 물질의 일예이다. 특정 실시형태에서, 유리는 건축용 판유리 또는 자동차 유리를 포함한다. 일부 실시형태에서, 반경질 또는 연질 물질은 최종 기재를 형성하는 성형가능한 시트 또는 2차 표면에 적용될 수 있는 플라스틱 시트를 포함한다. 특정 실시형태에서, 기재는 자동차 본체 및 부품, 선박 본체 및 부품, 항공기 본체 및 부품, 우주선 본체 및 부품, 창문, 거울, 모바일 장치, 셀 폰, 컴퓨터, 건물 표면, 건물 시팅(sheeting), 건물 사이딩(siding), 지붕 싱글(shingle), 및 충전식 전지에서 선택될 수 있다.
제1 및 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역(120)은 전류를 생성하기 위해 전자파 방사선을 흡수하여 전자와 정공으로 해리할 수 있는 엑시톤을 생성하는 감광성 디바이스의 부분이다. 광활성 영역에 의해 흡수된 광의 파장, 즉 엑시톤 흡수 밴드, 및 광활성 영역에 의해 투과된 광의 파장, 즉 투명한 범위는 광활성 영역을 포함하는 물질의 형태에 의해 결정된다.
광활성 영역(120)은 유기 물질을 포함한다. 특히, 광활성 영역(120)은 하나 이상의 도너 물질과 하나 이상의 억셉터 물질을 포함하여 하나 이상의 헤테로접합을 형성한다. 엑시톤의 해리는 전형적으로 도너 및 억셉터 물질의 병치에 의해 형성된 "헤테로접합"에서 일어날 것이다. 일부 실시형태에서, 헤테로접합은 혼합된 헤테로접합, 벌크 헤테로접합, 평면 헤테로접합, 나노결정 벌크 헤테로접합, 및 혼성 평면 혼합 헤테로접합에서 선택된다. 도너 및 억셉터 물질은 예를 들어 진공 증착, 스핀 코팅, 유기 기상 증착(OVPD), 잉크젯 인쇄, 및 진공 열 증발(VTE)에서 선택되는 하나 이상의 기법에 의해 침착될 수 있다.
적합한 도너 물질은 예를 들어 스쿠아레인(squaraine), 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 포르피린, 서브프탈로시아닌, 및 이들의 유도체 또는 전이 금속 착체를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 도너 물질은 서브프탈로시아닌(SubPc), 구리 프탈로시아닌(CuPc), 클로로알루미늄 프탈로시아닌(ClAlPc), 주석 프탈로시아닌(SnPc), 아연 프탈로시아닌(ZnPc), 및 다른 개질 프탈로시아닌, 메로시아닌 염료, 붕소 디피로메텐(BODIPY) 염료, 티오펜, 예컨대 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 펜타센, 테트라센, 디인데노퍼릴렌(DIP), 및 스쿠아레인(SQ) 염료로부터 선택된다. 특정 실시형태에서, 하나 이상의 도너 물질은 2,4-비스[4-(N,N-디페닐아미노)-2,6-디하이드록시페닐]스쿠아레인(DPSQ)을 포함한다.
적합한 억셉터 물질은 예를 들어 중합체 또는 비중합체 퍼릴렌, 나프탈렌, 풀러렌(예, C60 C70, C84), 작용기화 풀러렌 유도체(예, PCBMs, ICBA, ICMA 등) 및 나노세관을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 억셉터 물질은 C60, C70, 3,4,9,10-퍼릴렌테트라카르복실릭비스-벤즈이미다졸(PTCBI), [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PCBM), [6,6]-페닐-C70-부티르산 메틸 에스테르(PC70BM), 및 헥사데카플루오로프탈로시아닌(F16CuPc)에서 선택된다.
본원에서 기재한 "전극"은 "금속" 또는 "금속 대체물"로 포함될 수 있다. 본원에서, 용어 "금속"은 원소로 순수한 금속, 예 Mg로 포함되는 물질과 또한 2종 이상의 원소로 순수한 금속, 예 Mg:Ag로 의미한, Mg와 Ag 함께 포함되는 물질인 금속 합금 둘 다 포함하는데 사용된다. 본원에서, 용어 "금속 대체물"은 표준 정의 내에서 금속이 아니지만, 특정 적합한 응용 분야에서 원하는 금속과 같은 특성이 있는 물질을 의미한다. 전극과 전하 이동 층에 대해 통상 사용된 금속 대체물은 도핑된 광 밴드갭 반도체(wide-bandgap semiconductor), 예를 들어 투명한 전도 산화물 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO), 갈륨 인듐 주석 산화물(GITO), 및 아연 인듐 주석 산화물(ZITO)을 포함할 것이다. 또 다른 일예의 금속 대체물은 투명한 전도성 중합체 폴리아닐린(PANI) 및 이의 화학 상대물이다.
금속 대체물은 추가로 광범위 비금속 물질로부터 선택될 수 있으며, 여기서 용어 "비금속"은 광범위 물질을 포함하나, 단 물질은 이의 화학적 비결합 형태로 금속을 포함하지 않는 것을 의미한다. 금속이 단독으로 또는 합금으로서 1 이상의 다른 금속과 조합하여 이의 화학적 비결합 형태로 존재하는 경우, 금속은 대안으로 이의 금속 형태로 존재하거나 "유리 금속"인 것으로 언급될 수 있다. 따라서 본원에서 기재한 금속 대체물 전극은 때로 "무금속"으로 언급될 수 있으며, 여기서 용어 "무금속"은 이의 화학적 비결합 형태로 무금속 물질을 포함하는 것을 명확히 의미한다. 유리 금속은 전형적으로 금속 격자 전체에 걸쳐 전자 전도 밴드에서 자유롭게 이동할 수 있는 다수의 원자가 전자에 유래하는 금속 결합 형태를 갖는다. 금속 대체물은 금속 성분을 함유할 수 있지만, 이들은 여러 근거로 "비금속성"이다. 이들은 순수 유리금속도 유리 금속의 합금도 아니다. 금속이 이들의 금속 형태로 존재하는 경우, 전자 전도 밴드는 다른 금속 특성 중에서 광학 방사선에 대해 고 반사율뿐만 아니라, 고 전기 전도도를 제공하는 경향이 있다.
제2 전극(130)은 디바이스 광활성 영역(120)의 상부를 통해 들어가는 광을 투과하도록 투명하거나 적어도 반투명해야 한다. 제2 전극(130)은 예를 들어 투명한 산화물 및 금속 또는 금속 대체물로서 이들에 투명성 또는 적어도 반투명성을 부여하는데 충분한 두께를 가진 금속 또는 금속 대체물로부터 선택될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 투명한 전도 산화물, 투명한 전도 중합체, 반투명 금속, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 투명한 전도 산화물은 인듐 주석 산화물(ITO), 주석 산화물((TO), 갈륨 인듐 주석 산화물(GITO), 아연 산화물(ZO), 및 아연 인듐 주석 산화물(ZITO)로부터 선택된다. 일부 실시형태에서, 투명한 전도 중합체는 폴리아닐린(PANI)을 포함한다. 다른 일예의 전극은 고 투명, 비금속, 저 저항 캐소드 예컨대 파르타사라티(Parthasarathy) 외 그의 공동 발명자의 미국특허 제6,420,031호에 개시된 것들, 또는 고 효율, 저 저항 금속/비금속 화합물 전극 예컨대 포리스트(Forrest) 외 그의 공동 발명자의 미국특허 제5,703,436호에 개시된 것들을 포함하며, 이들 두 문헌을 본원에서 전극에 대한 이들의 개시 내용을 위해 참조로서 원용한다. 전극의 각 형태는 전형적으로 예를 들어 ITO 층을 유기 물질 위에 스퍼터 침착하여 고 투명한, 비금속, 저 저항 전극을 형성하거나 반투명한 금속 층, 예컨대 Mg:Ag 층 위에 스퍼터 침착하여 고 효율, 저 저항 금속/비금속 화합물 전극을 형성하는 단계를 포함하는 제조 공정으로 제조된다.
제1 및 제2 전극 중 하나는 애노드일 수 있고, 나머지 전극은 캐소드일 수 있다. 본 발명의 감광성 디바이스는 도너 물질이 광활성 영역(120)의 하부에 있도록(기재에 가장 가깝게) 배열될 수 있거나 도너 물질이 광활성 영역의 상부에 있도록(기재로부터 가장 멀게) 배열될 수 있다. 따라서 전극이 원하는 캐리어(도너와 접촉하고 있다면 정공, 억셉터와 접촉하고 있다면 전자)의 효율적인 주입을 가능하게 하도록 최적화되어야 하는 것이 당연하다.
본 개시 내용의 제1 양태에서, 반사기(160)와 제1 전극(110)은 도 2a에 도시한 바와 같이 광학 미소공동(200)을 한정한다. 이러한 제1 양태에서, 제1 전극(110)은 반사성이어야 한다. 제1 전극은 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥10%, 예컨대 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥20%, ≥30%, ≥40%, ≥50%, ≥60%, ≥70%, ≥80%, ≥90%, 또는 약 100%를 반사할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 전극(110)은 금속 물질을 포함한다. 특정 실시형태에서, 금속 물질은 강, Ni, Ag, Mg, Au, Ti, Sn, In, Al, 및 이들의 혼합물 또는 합금에서 선택된다.
제1 양태에 따라, 반사기(160)는 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 원하는 파장을 부분적으로 반사하도록 구성된다. 예를 들어, 녹색 색조에 대해, 540 nm 및 550 nm의 파장 사이 광 중 10%는 반사될 수 있으며, 다른 파장에서 반사는 없을 수 있다. 광활성 영역의 "투명한 범위"는 광활성 영역이 50% 초과, 예컨대 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과, 또는 90% 초과의 투과율을 나타내는 파장으로서 정의된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 파장을 "부분적으로 반사하는" 것은 그 파장에서 광 중 약 10% 내지 50%를 반사하는 것을 의미하고, 광 중 나머지 퍼센트 대부분이 투과된다. 반사기(160)가 구성될 수 있으며, 광활성 영역(120)의 물질은 엑시톤 흡수 밴드가 디바이스의 원하는 반사된 파장(들)에서 최소이도록 선택될 수 있다. 반사기는 광활성 영역에 의해 흡수된 파장에서, 예를 들어 광활성 영역이 30% 초과, 예컨대 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 또는 70% 초과의 흡수율을 나타내는 파장에서 전무에 가까운 반사율, 예컨대 5% 미만, 4% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만의 반사율을 나타낼 수 있다. 일부 실시형태에서, 광학 미소공동(200)은 반사기(160)와 제2 전극(130) 사이에 위치하는 광학 스페이서(150)를 포함하며, 여기서 광학 스페이서는 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 원하는 파장 또는 이의 서브세트과 공명하도록 선택되는 두께를 갖는다. 광학 스페이서는 BCP, NPD, NTCDA, UGH2, CBP, 등과 같은 유기 분자, PEDOT, 폴리스티렌, 등과 같은 중합체, 및 임의의 이들 물질 중 도핑된 변형체를 포함하여, 임의의 많은 광 에너지 갭 반도체, 임의의 화학양론 혼합물로 MoO3, 인듐 주석 산화물, WO3, SnO, InO와 같은 금속 산화물, 및 CdTe, AlAs, 등과 같은 무기 반도체로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 도 2a의 예시 실시형태에 도시한 바와 같이, 반사기(160)는 광활성 영역에 흡수되는 파장(예, 녹색 및 적색 스펙트럼)을 실질적으로 투과하고, 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 원하는 파장(예, 청색 스펙트럼)을 부분적으로 반사한다. 반사기에 의해 반사되지 않는, 즉 반사기에 의해 부분적으로 투과되는 1 이상의 원하는 파장에서 광의 퍼센트는 광활성 영역을 통과하고, 제1 전극(110)에 의해 원하는 정도로 반사된다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 광학 미소공동에서 이와 같이 반사된 광은 원하는 반사 색을 강화하는 것을 전도적으로 간섭할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에서, 공동의 공진 파장에서 강화가 관찰된다. 공진은 스톱 밴드(stop band) 파장 범위 내에 존재해야 한다. 더 큰 반사는 더 좁은 공진(높은 Q)과 더 순수한 색을 야기할 것이다. 즉, Q는 선질 계수(quality factor)이고, 공진의 폭에 대한 그 피크 높이의 비이다. 따라서 피크가 더 예리할수록, Q도 더 커진다. 여기서 고려된 공동은 최대 Q일 필요는 없다(대략 5 이상인 Q는 대부분의 실질적인 목적에 적합하다). 그러나 Q가 더 클수록, 더 포화된(saturated) 반사 색이 보일 것이다. 더 큰 포화는 "더 순수한" 현색에 상응한다. 전형적으로, 고 반사도를 달성하기 위해, 공동 광학 길이는 4로 나눈 입사 파장의 임의 정수 배수이어야 한다.
기재(100)가 투명한 경우, 디바이스는 광이 기재를 통해 디바이스로 들어가도록 역으로 배열될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 반사기(160)는 기재와 제1 전극(110) 사이에 위치할 수 있다. 제2 전극(130)은 반사기(160)와 제2 전극(130)이 상기에 기재한 바와 같이 광학 미소공동을 한정하도록 반사성일 수 있다. 광학 스페이서(150)와 금속 그리드(140)가 반사기(160)와 제1 전극(110) 사이에 위치할 수 있다.
제1 양태를 위해 본원에서 기재한 설계 특성을 달성할 수 있는 임의 반사기가 본 개시 내용에 의해 예상된다. 특정 실시형태에서, 반사기(160)는 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택된다.
예를 들어, DBR로서, 반사기(160)는 두께(d)가 λ 0 = 4n x d를 만족하는 고 굴절률(n) 및 저 굴절률 물질을 교대하는 유전체 스택(stack)을 포함할 수 있으며, 여기서 λ 0 는 중앙 반사 파장이다. 물질은 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 유기 및 무기 중합체는 실리콘 함유 중합체일 수 있다. 산화물과 질화물은 예를 들어 유리질 유전체 예컨대 SiNx, SiO2, TiO2, 등에서 선택될 수 있다. 도 3에서 원하는 중앙 파장(λ0)에 대한 반사율은 하기식에 의해 근사치로 계산될 수 있다:
Figure 112015044483654-pct00004
n high / low - 고/저 굴절률
n o /s - 입사/기재 굴절률
N - 쌍의 수
반사 스톱 밴드의 폭은 하기식에 의해 추산될 수 있다:
Figure 112015044483654-pct00005
반사 스톱 밴드의 폭은 물질의 굴절률 차(index contrast)에 의해 조절될 수 있다. 반사율은 물질의 굴절률 차와 물질의 교대 쌍의 수(N)에 의해 결정된다. 디바이스 색은 관찰 각도에 따라 변할 수 있다(무지갯빛). 더 큰 굴절률 물질을 사용하면 더 적은 각도의 색 차를 얻고, 더 얇은 유전체 스택을 가능하게 한다.
대안으로, 루게이트 반사기로서, 반사기(160)는 다양한 혼합 비율에서 2종 이상의 물질의 블렌드 또는 달라진 충전 밀도에서 하나 이상의 물질을 포함하여 물질 전체에 걸쳐 연속으로 달라지는 굴절률, 예컨대 사인곡선으로 달라지는 굴절률 프로파일을 달성할 수 있다. 루게이트 반사기의 평면에 수직인 위치(z)에서, 굴절률은 다음과 같이 산출될 수 있다:
Figure 112015044483654-pct00006
z - 평면에 수직인 위치
n o - 평균 굴절률
Δn - 굴절률 변조 진폭
λ o - 중앙 파장
변조 주기는 원하는 중앙 파장(λo)에 의해 결정된다. 굴절률 변조 진폭은 반사 스톱 밴드의 폭을 조절한다. 주기 수는 반사율을 결정한다. 포락 함수(envelope function)를 굴절률 변조에 적용하여 반사 스톱 밴드의 측면에 나타나는 사이드 로브(side-lobe)를 제거할 수 있다.
제1 양태의 일부 실시형태에서, 반사기는 금속 또는 유전체로 포함되는 나노입자, 또는 유전체 층에 매립된 나노구조를 포함한다. 나노입자 및/또는 나노구조는 미소공동을 조정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 굴절률을 바꿀 수 있으며, 따라서 공동의 중앙 파장을 바꿀 수 있다. 또는, 금속의 경우에, 이들은 공동 자체 내에 광학 모드를 변경하는 플라즈마 공명을 생성할 수 있다. 이러한 광학 모드는 이러한 입자 또는 구조를 결핍하고 있는 동일한 공동의 파장과 상이한 파장에서 공진될 것이다(즉, 투과 또는 반사 최대 및 피크 폭을 가질 것이다).
본 개시 내용의 제2 양태에서, 도 1에서 반사기(160)는 1 이상의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성된 하나 이상의 노치 필터를 포함한다. 디바이스는 1 이상의 원하는 파장 범위에 상응하는 색을 나타낼 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "좁은 반사 밴드"는 중앙 반사 파장의 5% 이하인 폭을 가진 반사 밴드를 의미한다(즉, 550 nm의 중앙 파장에서 녹색에서, 좁은 밴드는 28 nm 미만일 것이다). 도 4a에 도시한 바와 같이, 디바이스는 추가로 좁은 밴드 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함할 수 있다. 광학 스페이서는 유기 감광성 디바이스의 성능을 최적화하는데 사용될 수 있다. 도 4a에서, 대부분의 가시 스펙트럼은 광활성 영역(PV 전지)에서 흡수를 위해 좁은 밴드 반사기를 통해 투과된다. 1 이상의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드는 디바이스가 원하는(반사) 색을 나타내게 한다. 노치 필터의 반사 밴드가 좁기 때문에, 노치 필터는 임의의 원하는 파장(들)을 반사하는데 사용될 수 있다. 즉, 노치 필터가 반사해야하는데 대해 또는 광활성 영역이 흡수해야하는데 대해 제한은 없다. 예를 들어, 도 4b에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 노치 필터를 포함하는 디바이스는 좁은 파장 범위에서 고 반사율을 나타낸다. 광활성 영역은 광범위한 파장에 걸쳐 흡수할 수 있으며, 효율에서 단지 약간의 감소가 노치 필터의 좁은 반사 밴드(반사 색)에서 일어난다.
1 이상의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드를 달성할 수 있는 임의 노치 필터는 본 개시 내용에 의해 예상된다. 특정 실시형태에서, 하나 이상의 노치 필터는 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택된다. DBR 또는 루게이트 반사기는 이들 반사기가 1 이상의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드를 나타내기 위해 상기에서 확인된 변수를 기초로 구성될 수 있다.
도 5에서는 노치 필터로서 역할하는 루게이트 반사기의 투과에 대한 샘플 플롯을 보여준다. 도시한 바와 같이, 노치 필터는 거의 모든 플롯 파장에서 90% 초과하여 투과한다. 좁은 반사밴드가 550 nm의 파장 바로 아래에서 관찰된다.
본 개시 내용의 제2 양태에서, 제1 전극은 금속 대체물, 비금속 물질, 또는 금속 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극은 반사성일 필요는 없다. 그러나 반사성 제1 전극은 광을 광활성 영역으로 반사하여 광활성 영역에 의해 흡수되는 방사선의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서 제2 양태의 일부 실시형태에서, 제1 전극은 금속 물질을 포함한다. 금속 물질은 예를 들어 강, Ni, Ag, Mg, Au, Ti, Sn, In, Al, 및 이들의 혼합물 또는 합금에서 선택될 수 있다.
제2 양태의 일부 실시형태에서, 2 이상의 노치 필터가 원하는 파장에서 일련의 좁은 반사 밴드를 생성하는데 결합하여 사용된다. 따라서 일부 실시형태에서, 반사기는 적어도 제1 노치 필터 및 제2 노치 필터를 포함하며, 여기서 제1 노치 필터는 1 이상의 제1의 원하는 파장에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되며, 제2 노치 필터는 1 이상의 제2의 원하는 파장에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성된다. 이러한 실시형태에서, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 제1의 원하는 파장과 1 이상의 제2의 원하는 파장에 상응하는 색을 나타낼 수 있다. 특정 실시형태에서, 제1 및 제2 노치 필터는 독립적으로 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택된다. 대안으로, 당업자가 이해하듯이, 더 많은 복소 굴절률 프로파일을 가진 단일 루게이트 반사기는 일련의 반사 스톱 밴드를 얻을 수 있다.
이전과 같이, 기재(100)가 투명한 경우, 디바이스는 광이 기재를 통해 디바이스로 들어가도록 역으로 배열될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 하나 이상의 노치 필터를 포함하는 반사기(160)는 기재와 제1 전극(110) 사이에 위치할 수 있다. 광학 스페이서와 금속 그리드는 반사기(160)와 제1 전극(110) 사이에 위치할 수 있다.
제3 양태에서, 다수 반사기는 도 1에서 반사기(160)가 적어도 제1 반사기와 제2 반사기를 포함하도록 결합하여 사용된다. 제1 반사기는 하나 이상의 노치 필터를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 노치 필터는 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성될 수 있다. 제2 반사기와 제1 전극은 광학 미소공동을 한정할 수 있으며, 여기서 제1 전극은 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥10%, 예컨대 1 이상의 파장에서 입사광 중 ≥20%, ≥30%, ≥40%, ≥50%, ≥60%, ≥70%, ≥80%, ≥90%, 또는 약 100%를 반사한다. 제2 반사기는 광활성 영역 중 투명한 범위에서 1 이상의 제2의 원하는 파장을 부분적으로 반사하도록 구성된다. 제2 반사기가 구성될 수 있으며, 광활성 영역의 물질은 엑시톤 흡수 밴드가 1 이상의 제2의 원하는 파장에서 최소이도록 선택될 수 있다. 제2 반사기는 광활성 영역에 의해 흡수된 파장에서, 예를 들어 광활성 영역이 30% 초과, 예컨대 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 또는 70% 초과의 흡수율을 나타내는 파장에서 전무에 가까운 반사율, 예컨대 5% 미만, 4% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 또는 1% 미만의 반사율을 나타낼 수 있다. 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드는 제2 반사기에 의해 부분적으로 반사된 1 이상의 제2의 원하는 파장과 실질적으로 중첩하지 않아야 한다. 일부 실시형태에서, 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드는 제2 반사기에 의해 부분적으로 반사된 1 이상의 제2의 원하는 파장과 중첩하지 않는다. 일부 실시형태에서, 제1 반사기(160a)는 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 반사기(160b) 위에 위치한다.
제3 양태의 일부 실시형태에서, 광학 미소공동은 제2 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함하며, 여기서 광학 스페이서는 1 이상의 제2의 원하는 파장 또는 이의 서브세트과 공명하도록 선택되는 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 유기 감광성 디바이스는 1 이상의 제1의 원하는 파장, 및 1 이상의 제2의 원하는 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타낸다.
제3 양태를 위해 본원에서 기재한 설계 특성을 달성할 수 있는 임의 반사기가 본 개시 내용에 의해 예상된다. 특정 실시형태에서, 반사기는 독립적으로 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택된다. DBR 및/또는 루게이트 반사기는 이들 반사기에 대해 상기에 확인된 변수를 기초로, 1 이상의 제1의 원하는 파장 범위에서 좁은 반사 밴드를 나타내고/내거나 광활성 영역의 투명한 범위에서 1 이상의 제2의 원하는 파장을 부분적으로 반사하도록 구성될 수 있다.
이전과 같이, 기재(100)가 투명한 경우, 디바이스는 광이 기재를 통해 디바이스로 들어가도록 역으로 배열될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 반사기(160)는 기재와 제1 전극(110) 사이에 위치할 수 있다. 제2 전극(130)은 제2 반사기와 제2 전극이 상기에 기재한 바와 같이 광학 미소공동을 한정하도록 반사성일 수 있다. 광학 스페이서(150)와 금속 그리드(140)는 제2 반사기와 제1 전극 사이에 위치할 수 있다.
본 개시 내용의 반사기는 공기 노출로부터 그리고 입자에 의한 기계적 손상으로부터 하층 활성 유기 물질을 보호하는, 감광성 디바이스를 위한 봉입(封入) 층으로서 동시에 역할할 수 있다. 대안으로, 전용 봉입 층이 디바이스를 보호하기 위해 반사기(들)의 상부에 부가될 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 발명의 디바이스는 추가로 광활성 영역의 엑시톤 흡수 밴드에서 입사광을 위한 반사방지 유전체 코팅을 포함할 수 있다. 반사 방지 유전체 코팅은 반사기(들)로 설계될 수 있거나 반사기(들) 위에 배치되는 별도 코팅일 수 있다. 반사방지 코팅은 관심 파장에서 광학 통과 대역(pass-band)을 나타내도록 구성될 수 있다. 입사 파장의 대부분을 통과하는 광대역 반사방지 코팅은 구성에 있어서 단지 1 또는 2 층을 포함할 수 있으며, 반면에 예리한 파장 필터는 원하는 스펙트럼 통과 대역 또는 컷오프(cut-off) 밴드의 예리함(sharpness)에 따라 더 많은 층(예, 5-50)을 필요로 할 수 있다.
본원에서 기재한 임의의 실시형태에서, 반사기(들)는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유기 또는 무기 유전체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 유기 및 무기 중합체는 실리콘 함유 중합체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 산화물과 질화물은 SiNx, SiO2, 및 TiO2에서 선택된다.
본 개시 내용의 감광성 디바이스는 추가로 1 이상의 차단 층, 예컨대 엑시톤 차단 층(EBL, exciton blocking layer)을 포함할 수 있다. 1 이상의 차단 층이 제1 및 제2 전극 사이에 위치할 수 있다. 일부 실시형태에서, 1 이상의 차단 층은 제1 전극과 광활성 영역 및 제2 전극과 광활성 영역 중 하나 또는 둘 다의 사이에 위치한다. 엑시톤 차단 층으로서 사용될 수 있는 물질에 관해, 바토커프로인(BCP, bathocuproine), 바토페난트롤린(BPhen), 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭-이무수물(NTCDA), 3,4,9,10-퍼릴렌테트라카르복실릭비스-벤즈이미다졸(PTCBI), 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(TPBi), 트리스(아세틸아세토네이토)루테늄(III)(Ru(acac)3), 및 알루미늄(III)페놀레이트(Alq2OPH), N,N'-디페닐-N,N'-비스-알파-나프틸벤지딘(NPD), 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(Alq3), 및 카르바졸 비페닐(CBP)에서 선택되는 것들이 비제한적으로 언급된다.
차단 층의 일예는 미국특허 공개 제2012/0235125호 및 제2011/0012091호에 그리고 미국특허 제7,230,269호 및 제6,451,415호에 기재되어 있으며, 이들 문헌을 본원에서 차단 층의 개시 내용에 대해 참조로서 원용한다.
본 개시 내용의 감광성 디바이스는 추가로 기재와 반사기(들) 사이에 위치하는 하나 이상의 평활 층을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 평활 층은 기재와 금속 그리드 사이에 위치한다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 평활 층은 3,4-폴리에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS)의 필름을 포함한다. 하나 이상의 평활 층은 제1 전극과 광활성 영역 또는 제2 전극과 광활성 영역 사이에 위치할 수 있으며, 향상된 제조 수율을 유도할 수 있다. 특정 이론에 매이지 않고서도, 향상된 제조 수율은 조면이 달리 얇은 분자 층을 통한 단락을 야기할 수 있는 전극, 예컨대 ITO를 평탄화하는, 스핀 코팅된 PEDOT:PSS 필름의 능력 결과일 수 있다고 생각된다.
본 개시 내용의 유기 감광성 디바이스는 PV 디바이스, 예컨대 태양 전지, 광검출기 또는 광전도체로서 역할할 수 있다. 본원에서 기재한 유기 감광성 광전자 디바이스가 PV 디바이스로서 역할할 때는 언제나, 광전도성 유기 층에 사용된 물질 및 이의 두께는 예를 들어 디바이스의 외부 양자 효율을 최적화하도록 선택될 수 있다.본원에서 기재한 유기 감광성 광전자 디바이스가 광검출기 또는 광전도체로서 역할할 때는 언제나, 광전도성 유기 층에 사용된 물질과 이의 두께는 예를 들어 원하는 스펙트럼 영역에 대한 디바이스의 감도를 최대화하도록 선택될 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 양태는 본 개시 내용의 유기 감광성 디바이스를 제조하는 방법이다. 일 실시형태에서, 이 방법은 제1 전극을 기재 위에 침착시키는 단계; 광활성 영역을 제1 전극 위에 침착시키는 단계; 제2 전극을 광활성 영역 위에 침착시키는 단계; 하나 이상의 반사기를 제2 전극 위에 침착시키는 단계를 포함하며, 여기서 하나 이상의 반사기는 1 이상의 원하는 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성된다.
본 개시 내용의 방법에서, 반사기(들)는 본 개시 내용의 상이한 양태에서 본원에서 기재한 설계 특성을 나타내도록 구성될 수 있다.
유사하게, 도너와 억셉터 물질은 본원에서 기재한 설계 특성을 나타내도록 선택될 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 방법은 하나 이상의 반사기를 침착시키기 전에 금속 그리드를 제2 전극 위에 침착시키는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시형태에서, 본 방법은 제1 전극을 침착시키기 전에 하나 이상의 평활 층을 기재 위에 침착시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 본 방법은 광활성 영역을 침착시키기 전에 하나 이상의 차단 층을 제1 전극 위에 침착시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 본 방법은 제2 전극을 침착시키기 전에 하나 이상의 차단 층을 광활성 영역 위에 침착시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 본 방법은 광활성 영역을 침착시키기 전에 하나 이상의 차단 층을 제1 전극 위에 침착시키고, 제2 전극을 침착시키기 전에 하나 이상의 차단 층을 광활성 영역 위에 침착시키는 단계를 더 포함한다.
본원에서 기재한 전극, 광활성 영역, 금속 그리드, 반사기 물질, 광학 스페이서 물질 및 추가의 유기 또는 무기 층은 용액, 증기, 또는 둘 다의 조합으로부터 침착될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전극 및/또는 하나 이상의 반사기는 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 화학적 증착(CVD), 레이저 융삭, 물리적 증착, 및 스퍼터링에서 선택되는 하나 이상의 기법에 의해 침착된다.
본원에서 기재한 바와 같이, 본 발명의 디바이스는 발전 코팅을 형성하는 다양한 기재 위에서 성장을 통해 제조될 수 있다. 발전 코팅은 예를 들어 페인트, 셰이드(shade), 또는 보호 층으로서 사용될 수 있으며, 예를 들어 필름 또는 호일의 형태를 취할 수 있다.
기재한 특정 물질과 구조는 사실상 예시이며, 다른 물질과 구조가 사용될 수 있다. 기능성 유기 감광성 광전자 디바이스는 상이한 방식으로 기재한 다양한 층을 결합함으로써 달성될 수 있거나, 설계, 성능, 및 비용 요인에 기초하여 층을 완전히 생략할 수 있다. 구체적으로 기재하지 않은 다른 층이 또한 포함될 수 있다. 구체적으로 기재한 물질 이외의 물질이 사용될 수 있다. 본원에서 기재한 디바이스의 층은 당연히 물질의 조합, 예컨대 호스트와 도펀트의 혼합물, 또는 더 일반적으로는 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 층은 다양한 서브층(sublayer)을 가질 수 있다. 본원에서 다양한 층에 부여된 명칭은 엄밀히 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 광활성 영역의 일부가 아닌 유기 층, 즉 광전류에 상당히 기여하는 광자를 일반적으로 흡수하지 않는 유기 층은 "비광활성 층"으로서 지칭될 수 있다. 비광활성 층의 일예는 EBL과 애노드 평활 층을 포함한다. 비광활성 층의 다른 형태가 또한 사용될 수 있다.

Claims (44)

  1. 유기 감광성 디바이스로서,
    기재;
    기재 위에 배치되는 제1 전극;
    제1 전극 위에 배치되는 제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역으로서, 투명한 범위의 파장에서 입사광을 투과하는 광활성 영역; 및
    제2 전극 위에 배치되는 반사기
    를 포함하며,
    반사기와 제1 전극은 광학 미소공동(optical microcavity)을 한정하며, 반사기는 광활성 영역의 투명한 범위에서 입사광 중 1 이상의 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성되고, 제1 전극은 광활성 영역의 투명한 범위 중 1 이상의 파장에서 입사광 중 10% 이상을 반사하도록 구성되고,
    유기 감광성 디바이스는 1 이상의 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타내며,
    반사기의 부분적 반사와 제1 전극의 반사는 전도적으로 간섭하여 색을 강화하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 반사기는 광활성 영역이 40% 초과의 흡수율을 나타내는 임의 파장에서 5% 미만의 반사율을 나타내는 것인 유기 감광성 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 광학 미소공동은 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함하며, 광학 스페이서는 1 이상의 파장 또는 이의 서브세트(subset)와 공명하도록 선택되는 두께를 갖는 것인 유기 감광성 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 제2 전극과 반사기 사이에 위치하는 금속 그리드(grid)를 더 포함하는 유기 감광성 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 반사기는 분포 브래그 반사기(DBR: distributed Bragg reflector) 및 루게이트 반사기(rugate reflector)에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 반사기는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 기재는 경질, 반경질, 또는 연질 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 기재는 건축용 판유리 또는 자동차 유리를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  9. 제7항에 있어서, 반경질 또는 연질 물질은 최종 기재를 형성하는 성형가능한 시트 또는 2차 표면에 적용될 수 있는 플라스틱 시트를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  10. 제7항에 있어서, 기재는 자동차 본체 및 부품, 선박 본체 및 부품, 항공기 본체 및 부품, 우주선 본체 및 부품, 창문, 거울, 모바일 장치, 셀 폰, 컴퓨터, 건물 표면, 건물 시팅(sheeting), 건물 사이딩(siding), 지붕 싱글(shingle), 및 충전식 전지에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 유기 광검출기인 유기 감광성 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 유기 태양 전지인 유기 감광성 디바이스.
  13. 유기 감광성 디바이스로서,
    기재;
    기재 위에 배치되는 제1 전극;
    제1 전극 위에 배치되는 제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역; 및
    제2 전극 위에 배치되는 반사기
    를 포함하며, 반사기는 입사광 중 1 이상의 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되는 하나 이상의 노치 필터(notch filter)를 포함하고, 좁은 반사 밴드는 중앙 반사 파장의 5% 이하인 폭을 가지는 것이고,
    유기 감광성 디바이스는 1 이상의 파장에 상응하는 색을 나타내는 것인 유기 감광성 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 더 포함하는 유기 감광성 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 하나 이상의 노치 필터는 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  16. 제13항에 있어서, 하나 이상의 노치 필터는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  17. 제13항에 있어서, 기재는 경질, 반경질, 또는 연질 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 기재는 건축용 판유리 또는 자동차 유리를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 반경질 또는 연질 물질은 최종 기재를 형성하는 성형가능한 시트 또는 2차 표면에 적용될 수 있는 플라스틱 시트를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  20. 제17항에 있어서, 기재는 자동차 본체 및 부품, 선박 본체 및 부품, 항공기 본체 및 부품, 우주선 본체 및 부품, 창문, 거울, 모바일 장치, 셀 폰, 컴퓨터, 건물 표면, 건물 시팅, 건물 사이딩, 지붕 싱글, 및 충전식 전지에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  21. 제13항에 있어서, 유기 광검출기인 유기 감광성 디바이스.
  22. 제13항에 있어서, 유기 태양 전지인 유기 감광성 디바이스.
  23. 유기 감광성 디바이스로서,
    기재;
    기재 위에 배치되는 제1 전극;
    제1 전극 위에 배치되는 제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역; 및
    제2 전극 위에 배치되는 반사기
    를 포함하며, 반사기는 적어도 제1 노치 필터 및 제2 노치 필터를 포함하고, 제1 노치 필터는 입사광 중 1 이상의 제1의 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되며, 제2 노치 필터는 입사광 중 1 이상의 제2의 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되고, 제1 및 제2 노치 필터에서 좁은 반사 밴드는 제1 및 제2 노치 필터 각각의 중앙 반사 파장의 5% 이하인 폭을 가지는 것이고,
    유기 감광성 디바이스는 1 이상의 제1 파장 및 1 이상의 제2 파장에 상응하는 색을 나타내는 것인 유기 감광성 디바이스.
  24. 제23항에 있어서, 제1 및 제2 노치 필터는 독립적으로 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  25. 제23항에 있어서, 제1 노치 필터는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하며, 제2 노치 필터는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  26. 유기 감광성 디바이스로서,
    기재;
    기재 위에 배치되는 제1 전극;
    제1 전극 위에 배치되는 제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 광활성 영역으로서, 투명한 범위의 파장에서 입사광을 투과하는 광활성 영역; 및
    제2 전극 위에 배치되는 제1 반사기 및 제2 반사기
    를 포함하며, 제1 반사기는 하나 이상의 노치 필터를 포함하고, 하나 이상의 노치 필터는 입사광 중 1 이상의 제1의 파장 범위에서 좁은 반사 밴드로 고 반사율을 나타내도록 구성되며, 좁은 반사 밴드는 중앙 반사 파장의 5% 이하인 폭을 가지는 것이고,
    제2 반사기와 제1 전극은 광학 미소공동을 한정하며, 제2 반사기는 광활성 영역의 투명한 범위에서 입사광 중 1 이상의 제2 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성되고,
    제1 전극은 광활성 영역의 투명한 범위의 1 이상의 파장에서 입사광 중 10% 이상을 반사하도록 구성되고,
    유기 감광성 디바이스는 1 이상의 제1 파장, 1 이상의 제2 파장 또는 이의 서브세트에 상응하는 색을 나타내고,
    제2 반사기의 부분적 반사와 제1 전극의 반사는 전도적으로 간섭하여 색을 강화하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  27. 제26항에 있어서, 제2 반사기는 광활성 영역이 40% 초과의 흡수율을 나타내는 파장에서 5% 미만의 반사율을 나타내는 것인 유기 감광성 디바이스.
  28. 제26항에 있어서, 1 이상의 제1의 파장 범위에서 좁은 반사 밴드는 1 이상의 제2의 파장과 중첩하지 않는 것인 유기 감광성 디바이스.
  29. 제26항에 있어서, 광학 미소공동은 제2 반사기와 제2 전극 사이에 위치하는 광학 스페이서를 포함하며, 광학 스페이서는 1 이상의 제2의 파장 또는 이의 서브세트와 공명하도록 선택되는 두께를 갖는 것인 유기 감광성 디바이스.
  30. 제26항에 있어서, 반사기들은 독립적으로 DBR 및 루게이트 반사기에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  31. 제26항에 있어서, 하나 이상의 노치 필터는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하며, 제2 반사기는 유기 및 무기 중합체, 유기 소분자, 산화물, 질화물, 및 옥시질화물에서 선택되는 1 이상의 유전체 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  32. 제26항에 있어서, 기재는 경질, 반경질, 또는 연질 물질을 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  33. 제32항에 있어서, 기재는 건축용 판유리 또는 자동차 유리를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  34. 제32항에 있어서, 반경질 또는 연질 물질은 최종 기재를 형성하는 성형가능한 시트 또는 2차 표면에 적용될 수 있는 플라스틱 시트를 포함하는 것인 유기 감광성 디바이스.
  35. 제32항에 있어서, 기재는 자동차 본체 및 부품, 선박 본체 및 부품, 항공기 본체 및 부품, 우주선 본체 및 부품, 창문, 거울, 모바일 장치, 셀 폰, 컴퓨터, 건물 표면, 건물 시팅, 건물 사이딩, 지붕 싱글, 및 충전식 전지에서 선택되는 것인 유기 감광성 디바이스.
  36. 제26항에 있어서, 유기 광검출기인 유기 감광성 디바이스.
  37. 제26항에 있어서, 유기 태양 전지인 유기 감광성 디바이스.
  38. 제1항, 제13항, 제23항 및 제26항 중 어느 한 항의 유기 감광성 디바이스의 제조 방법으로서,
    기재 위에 제1 전극을 참착시키는 단계;
    제1 전극 위에 광활성 영역을 침착시키는 단계;
    광활성 영역 위에 제2 전극을 침착시키는 단계; 및
    제2 전극 위에 하나 이상의 반사기를 침착시키는 단계
    를 포함하며, 하나 이상의 반사기는 1 이상의 파장을 적어도 부분적으로 반사하도록 구성되는 것인 제조 방법.
  39. 제38항에 있어서, 하나 이상의 반사기를 침착시키기 전에 제2 전극 위에 금속 그리드를 침착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  40. 제38항에 있어서, 하나 이상의 반사기는 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 화학적 증착(CVD), 레이저 융삭(laser ablation), 물리적 증착, 및 스퍼터링에서 선택되는 기법에 의해 침착되는 것인 방법.
  41. 제38항에 있어서, 기재는 경질, 반경질, 또는 연질 물질을 포함하는 것인 방법.
  42. 제41항에 있어서, 기재는 건축용 판유리 또는 자동차 유리를 포함하는 것인 방법.
  43. 제41항에 있어서, 반경질 또는 연질 물질은 최종 기재를 형성하는 성형가능한 시트 또는 2차 표면에 적용될 수 있는 플라스틱 시트를 포함하는 것인 방법.
  44. 제41항에 있어서, 기재는 자동차 본체 및 부품, 선박 본체 및 부품, 항공기 본체 및 부품, 우주선 본체 및 부품, 창문, 거울, 모바일 장치, 셀 폰, 컴퓨터, 건물 표면, 건물 시팅, 건물 사이딩, 지붕 싱글, 및 충전식 전지에서 선택되는 것인 방법.
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