[发明专利]基于纯有机材料的高迁移率高效率有机膜

说明书

相关的申请

本申请要求在2005年9月30日提交的U.S.临时申请No.60/721,975的优先权的利益，其内容引入本文作为参考。

美国政府的权益

本发明是在美国政府支持下按照美国空军科学研究办公室(U.S.Air Force Office of Scientific Research)授予的合同第339-6002号和美国能源部国家可再生能源实验室(U.S.Department of Energy，NationalRenewable Energy Laboratory)授予的合同第339-4012号取得的。政府在本发明中具有确定的权利。

共同研究协议

所要求保护的发明是由下列团体中的一个或多个为代表和/或组合成大学-公司联合研究协议而取得：普林斯顿大学(PrincetonUniversity)、南加利福尼亚大学(The University of Southern California)和全球光能公司(Global Photonic Energy Corporation)。该协议在取得要求保护的发明的日期及其之前都处于生效中，并且要求保护的发明作为在该协议范围内进行活动的结果而取得。

技术领域

本发明一般涉及有机光敏性光电子装置。更具体地，本发明涉及包括至少一种高纯化的光电导材料的有机光敏性光电子装置，和纯化所述材料的方法。

背景技术

光电子装置依赖于材料的光学和电子性能，从而电子产生或检测电磁辐射或从环境电磁辐射产生电。

光敏性光电子装置将电磁辐射转换成电信号或电。太阳能电池，也称为光伏(“PV”)装置，是一类特别用来产生电能的光敏性光电子装置。光电导体电池是一类与信号检测电路联合使用的光敏性光电子装置，信号检测电路监测装置的电阻来检测吸收光而产生的变化。可以接收施加的偏电压的光检测器是一类与电流检测电路联合使用的光敏性光电子装置，电流检测电路测量光检测器暴露于电磁辐射时产生的电流。

这三类光敏性光电子装置可以根据是否存在如下面定义的整流结并还根据是否用外加电压(也称为偏压或偏电压)运行该装置来区分。光电导体电池没有整流结，并通常用偏压运行。PV装置具有至少一个整流结，不用偏压运行。光检测器具有至少一个整流结，通常但并不总是用偏压运行。

这里使用的术语“整流”尤其表示界面具有非对称传导特性，即该界面优先在一个方向上支持电子电荷传输。术语“半导体”表示当电荷载流子子是由热或电磁激发诱发时能导电的材料。术语“光电导”通常指电磁辐射能被吸收并从而转变成电荷载流子的激发能使得电荷载流子能在材料中传导(即传输)电荷的过程。术语“光电导性材料”是指利用其吸收电磁辐射来产生电荷载流子的性能的半导体材料。这里使用的“顶部”是指离基底最远，而“底部”是指离基底最近。可以有居间层，除非指明第一层“物理接触”第二层。

当适当能量的电磁辐射入射在有机半导体材料上时，可以吸收光子以产生激发的分子态。在有机光电导材料中，一般认为产生的分子态是“激子”，即以准粒子传输的束缚态的电子-空穴对。激子在成双(geminate)复合(“淬灭”)之前可具有可感知的寿命，成双复合指原配的电子和空穴彼此复合(与来自其它对的空穴或电子复合相反)。为产生光电流，形成激子的电子-空穴通常在整流结处分开。

在光敏性装置的情况中，整流结称为光伏异质结。有机光伏异质结的类型包括在给体材料与受体材料的界面形成的给体-受体异质结，和在光电导材料与金属的界面处形成的肖特基-势垒异质结。

图1是说明实例给体-受体异质结例子的能级图。在有机材料的背景下，术语″给体″和″受体″是指两种接触但不同的有机材料的最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低空分子轨道(“LUMO”)能级的相对位置。如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO能级较低，那么所述材料是受体。否则它是给体。这在缺乏外加偏压时，对于给体-受体结处的电子移动到受体材料中是能量上有利的。

用在这里，如果第一能级更接近真空能级10，那么第一HOMO或LUMO能级“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能级。较高的HOMO能级对应着相对于真空级具有较小绝对能量的电离势能(“IP”)。类似地，较高的LUMO能级对应着相对于真空级具有较小绝对能量的电子亲和势(“EA”)。在常规的能级图中，顶端是真空级，材料的LUMO能级高于相同材料的HOMO能级。