專(zhuān)利名稱(chēng)：大面積的光電裝置及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及光吸收性光子元件。具體地，本發(fā)明涉及具有大面積的光電(“PV”)裝置及其制造方法。
半導(dǎo)體PV裝置是以在吸收光子之后所形成的電子-空穴對(duì)為基礎(chǔ)的。該電荷分離通常需要電場(chǎng)。該電場(chǎng)可能產(chǎn)生于肖特基(Schottky)接觸，其中在金屬-半導(dǎo)體界面處存在內(nèi)置的電位或者產(chǎn)生于p型和n型半導(dǎo)體之間材料的p-n結(jié)。這樣的裝置通常由無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，特別是硅(其可以是單晶、多晶或者無(wú)定形結(jié)構(gòu)的)制成。之所以通常選擇硅，是由于硅有較高的光子轉(zhuǎn)化效率。然而硅技術(shù)通常具有高的成本和復(fù)雜的制造工藝，從而導(dǎo)致裝置相對(duì)于它們產(chǎn)生的代價(jià)高昂。
近來(lái)，隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料的進(jìn)步，基于活性半導(dǎo)體有機(jī)材料的有機(jī)PV裝置引起了更多的關(guān)注。這些材料有望提供一種使用以前的有機(jī)PV裝置未曾達(dá)到過(guò)的更好的效率。典型地，有機(jī)PV裝置的活性成分包括至少兩層相互接觸布置的有機(jī)半導(dǎo)體材料層。第一個(gè)有機(jī)半導(dǎo)體材料是電子受體，第二個(gè)是電子給予體。電子受體由于其更高的電子親和性，因而是能夠從其它相鄰材料接受電子的材料。電子給予體由于其更低的電離電勢(shì)，因而是能夠從其它相鄰材料接受空穴的材料。在有機(jī)光電導(dǎo)材料中吸收光子后導(dǎo)致形成結(jié)合的電子-空穴對(duì)，其必須在發(fā)生電荷聚集之前分離。單獨(dú)的電子和空穴穿過(guò)它們各自的接受體(半導(dǎo)體材料)從而在相反的電極處聚集。
為了從PV裝置得到實(shí)用的能源，需要大面積的裝置以俘獲許多的日光。然而，制造大面積的無(wú)缺陷的PV裝置卻是一種挑戰(zhàn)。通常，在裝置的制造中的缺陷，例如允許發(fā)生短路的一種缺陷，將導(dǎo)致整個(gè)裝置不能運(yùn)行和無(wú)用。
因此，急切需要提供一種覆蓋大面積且對(duì)制造缺陷更寬容的PV裝置。還急切需要提供一種即使在最初制造的元件中存在微觀(guān)的短路也仍能運(yùn)行并產(chǎn)生電能的大面積PV裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種覆蓋大面積的有機(jī)PV裝置。該有機(jī)PV裝置包含許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，有機(jī)PV電池包含至少一種有機(jī)電子受體和至少一種有機(jī)電子給予體。該有機(jī)電子受體和電子給予體彼此相鄰布置形成一個(gè)接合點(diǎn)，并共同以?shī)A心方式位于一對(duì)電極(陰極和陽(yáng)極)之間。一個(gè)有機(jī)PV電池的陰極與一個(gè)相鄰的有機(jī)PV電池的陽(yáng)極電連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一個(gè)能夠提供用于電子旁路的路徑的通道的電路元件與每個(gè)有機(jī)PV電池并聯(lián)。
本發(fā)明的另一方面提供了制造大面積PV裝置的方法。該方法包括(a)在基板上形成許多的有機(jī)PV電池，每個(gè)電池包含至少兩個(gè)布置在一對(duì)第一和第二電極之間的有機(jī)半導(dǎo)體材料；和(b)在一個(gè)電池的第一電極和相鄰電池的第二電極之間形成一個(gè)電觸點(diǎn)。形成許多有機(jī)PV電池的步驟包括(1)在基板上形成許多不同的第一電極；(2)在每個(gè)第一電極上布置第一有機(jī)半導(dǎo)體材料的第一層，每個(gè)第一層與其它的層相互分離；(3)在每個(gè)所述的第一層上布置第二有機(jī)半導(dǎo)體材料的第二層，所述的第一和第二有機(jī)半導(dǎo)體材料形成電子受體和電子給予體的接合點(diǎn)；和(4)在第二有機(jī)半導(dǎo)體材料的每個(gè)層上布置第二電極。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造大面積PV裝置的方法還包括(a)形成許多單獨(dú)的有機(jī)PV電池，每個(gè)電池至少包含兩個(gè)布置在一對(duì)第一和第二電極之間的有機(jī)半導(dǎo)體材料；(b)在基板上布置許多單獨(dú)的有機(jī)PV電池；(c)在一個(gè)電池的第一電極和另一個(gè)相鄰電池的第二電極之間形成電接觸。形成單獨(dú)的有機(jī)PV電池的步驟包括(1)提供第一電極層；(2)在所述的第一電極層上布置第一有機(jī)半導(dǎo)體材料；(3)在所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料上布置第二有機(jī)半導(dǎo)體材料；(4)在所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料上布置第二電極層。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在下列的對(duì)發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明和附圖中，其中相同的數(shù)字是指同樣的元件。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1顯示一個(gè)包含幾個(gè)串聯(lián)的PV電池的PV裝置。
圖2顯示一個(gè)包含幾個(gè)串聯(lián)的PV電池的PV裝置的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖3顯示一個(gè)包含幾個(gè)串聯(lián)的PV電池的PV裝置的不同的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖4顯示一個(gè)包含幾個(gè)串聯(lián)的PV電池的PV裝置，其中電路元件與每個(gè)PV電池并聯(lián)。
圖5顯示制造含幾個(gè)串聯(lián)的PV電池的PV裝置的方法的步驟。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案的PV裝置。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖中的元件并非按比例繪制。圖1中的PV裝置10包含許多有機(jī)PV電池12，其串聯(lián)連接排布以覆蓋大面積。術(shù)語(yǔ)“大面積”是指面積大于約100cm2。例如圖1列舉了六個(gè)有機(jī)PV電池12。然而可以根據(jù)需要選擇有機(jī)PV電池的數(shù)目以覆蓋可利用的面積，條件是全部電池是串聯(lián)的。還可以選擇有機(jī)PV電池的數(shù)目以提供所期望的輸出電壓V。
每個(gè)單個(gè)的有機(jī)PV電池12都有一個(gè)陽(yáng)極14和一個(gè)陰極16。該有機(jī)PV電池12以串聯(lián)形式連接，例如，如圖1所示從陽(yáng)極14連接至陰極16。關(guān)于這一點(diǎn)，各個(gè)陽(yáng)極和陰極可經(jīng)由圖1所示的互連導(dǎo)線(xiàn)18電連接。每個(gè)有機(jī)PV電池12能夠吸收光子能量并且在其陽(yáng)極14和陰極16之間產(chǎn)生電勢(shì)。來(lái)自許多有機(jī)PV電池12的輸出電壓V可以在連接第一個(gè)電池的陽(yáng)極14的導(dǎo)線(xiàn)22和連接該串聯(lián)中最后一個(gè)電池的陰極16的導(dǎo)線(xiàn)24之間的20處被獲得。輸出電壓V是所有單獨(dú)的電池12所產(chǎn)生的總電壓。
此外，在任何所需的裝置中，幾組PV電池(其中，每組包含許多串聯(lián)的PV電池)可以通過(guò)任意所要的連接方式(例如串聯(lián)、并聯(lián)或其組合)來(lái)提供一個(gè)具有所需電壓的整體工作PV裝置。
圖2顯示許多有機(jī)PV電池串聯(lián)并且布置在基板150上的側(cè)視圖?；?50可以是任何不導(dǎo)電的材料，例如玻璃、陶瓷、木材、紙或聚合材料。聚合材料例如是聚酯、聚碳酸酯、聚(對(duì)苯二甲酸亞乙酯)(“PET”)、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺或硅樹(shù)脂，是合適的。陰極16被布置在基板150上，每個(gè)陰極與其它的陰極相互分離。有機(jī)半導(dǎo)體電子受體材料的層15布置在陰極16上，并保留一部分陰極16裸露用于隨后的電連接。有機(jī)半導(dǎo)體電子給予體材料層17布置在層15上。陽(yáng)極層14布置在層17上形成包含高導(dǎo)電材料的電連接18來(lái)將一個(gè)有機(jī)PV電池12的陰極16與另一個(gè)相鄰的有機(jī)PV電池的陽(yáng)極14連接。備選地，如圖3中所示，通過(guò)延伸PV電池12的陽(yáng)極14至相鄰的PV電池的陰極16，可以省去單獨(dú)的電連接18。應(yīng)當(dāng)理解的是，電極14和16的角色可以互換。即，電極14可以為陽(yáng)極，而電極16可以為陰極。在這種情況下，層15是電子受體層，層17是電子給予體層。該P(yáng)V電池組12可通過(guò)基本上透明的保護(hù)涂層進(jìn)一步保護(hù)。術(shù)語(yǔ)“基本上透明的”是指允許以入射角小于約10度入射的電磁(“EM”)輻射通過(guò)約0.5微米厚的薄膜時(shí)至少有80％、優(yōu)選90％、更優(yōu)選95％的透射率。術(shù)語(yǔ)“電磁輻射”是指具有從紫外(“UV”)到紅外(“IR”)波長(zhǎng)范圍的，例如約100nm～約1mm的電磁輻射。優(yōu)選強(qiáng)烈吸收日光波長(zhǎng)范圍的有機(jī)半導(dǎo)體材料。用于PV裝置的每個(gè)元件的合適的材料公開(kāi)如下。
在有機(jī)半導(dǎo)體層15和17中吸收的光子產(chǎn)生受激電子-空穴對(duì)(或激子)，其遷移到層15和17之間的接合點(diǎn)，在那里它們分離成自由電子和空穴，它們轉(zhuǎn)移到各自要聚集的電極處。激子的壽命和擴(kuò)散長(zhǎng)度取決于有機(jī)半導(dǎo)體材料的種類(lèi)，但一般都很短。估計(jì)激子的擴(kuò)散長(zhǎng)度為約10nm。層15和17的理論厚度不應(yīng)該大于擴(kuò)散長(zhǎng)度很多，優(yōu)選為小于約100nm。然而，當(dāng)層15和17的厚度減少時(shí)，通過(guò)有機(jī)半導(dǎo)體層中的缺陷發(fā)生短路的概率將增加。此外，當(dāng)電池的表面面積增加時(shí)，在電池中引入缺陷的概率也將增加。這些缺陷可以是，例如針孔、刮痕、破縫、傳導(dǎo)雜質(zhì)等。當(dāng)這些缺陷存在于這種薄有機(jī)層中時(shí)，很容易在電極14和16之間通過(guò)缺陷發(fā)生短路。由于電荷優(yōu)先通過(guò)缺陷流動(dòng)，這種短路使得電池12失效將不會(huì)產(chǎn)生電荷分離。因此，如果僅由一個(gè)表面面積可滿(mǎn)足能量要求的大PV電池組成的PV裝置存在一個(gè)缺陷，則其整個(gè)元件將不會(huì)產(chǎn)生能量。相反地，含許多PV電池串聯(lián)的本發(fā)明的PV裝置可避免這種情況。即使一個(gè)或多個(gè)PV電池發(fā)生短路，其余的電池仍然可以運(yùn)轉(zhuǎn)并產(chǎn)生電能。
備選地，電極16可以是陽(yáng)極，并且電極14可以是陰極。此時(shí)，層17包含電子受體材料，并且層15包含電子給予體材料。
在本發(fā)明的另一具體實(shí)例中，每個(gè)有機(jī)PV電池還包含一個(gè)或多個(gè)層，該層用于增強(qiáng)電荷向電極的傳輸。例如可以在陰極和電子受體材料層之間布置電子傳輸層。合適的電子傳輸材料是8-羥基喹啉的有機(jī)金屬配合物，例如三(8-羥基喹啉合)鋁；均二苯乙烯衍生物；蒽衍生物；苝衍生物；金屬硫雜環(huán)己烯化合物；二唑衍生物和金屬螯合物；吡啶的衍生物；嘧啶衍生物；喹啉衍生物；喹喔啉衍生物；二苯醌衍生物；硝基取代的氟衍生物和三嗪?？梢栽陉?yáng)極和電子給予體材料層之間布置空穴傳輸材料。合適的空穴傳輸材料是三芳基二胺、四苯基二胺、芳香族叔胺、腙衍生物、咔唑衍生物、三唑衍生物、咪唑衍生物、具有氨基的二唑衍生物和聚噻吩?？梢允褂醚谀Ｍㄟ^(guò)選自例如物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、旋涂和噴涂的方法將該電子和空穴傳輸材料淀積在底層上。
本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)例如圖3所示。PV裝置10包含許多串聯(lián)的PV電池12。每個(gè)有機(jī)PV電池12包含上述公開(kāi)的元件。此外，電路元件30與有機(jī)PV電池12并聯(lián)。當(dāng)通過(guò)有機(jī)半導(dǎo)體層流向有機(jī)PV電池的陽(yáng)極或陰極的電荷流被中斷時(shí)，電路元件30為相關(guān)的有機(jī)PV電池提供一個(gè)電流旁路。這種中斷可能發(fā)生，例如當(dāng)PV電池中的兩個(gè)相鄰層之間存在間隙，例如在有機(jī)半導(dǎo)體層之間、或電極與相鄰的有機(jī)半導(dǎo)體層之間存在間隙時(shí)。這種間隙可能是，由例如制造或由有機(jī)PV電池的長(zhǎng)期使用所致的缺陷。電路元件30選自電阻器、二極管、變阻器或其組合。
每個(gè)包含許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池的模塊，可以被布置成覆蓋所需要的大面積以從陽(yáng)光聚集光子能量并產(chǎn)生電能。需要在柔性基板(例如包含上述公開(kāi)的聚合物之一的聚合物薄膜)上安裝有機(jī)PV電池。然后在具有任何曲率的表面上安置模塊。在一個(gè)具體實(shí)例中，模塊可以被安置在屋頂或建筑物的外墻上。
通常，電極由具有不同功函數(shù)的材料制成以便在PV電池上誘導(dǎo)電場(chǎng)PV電池的。陰極16典型地由具有低功函數(shù)的金屬，例如選自K、Li、Na、Mg、La、Ce、Ca、Sr、Ba、Al、Ag、In、Sn、Zn、Zr、Sm、Eu、及其混合物或其合金的金屬制成。陰極材料可以使用掩模通過(guò)選自物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、電子束蒸發(fā)、濺射或電鍍的方法被淀積在基板150上而形成單獨(dú)的陰極16。備選地，金屬薄膜可以被淀積在整個(gè)基板150上，然后選擇性地蝕刻而留下陰極16的圖案。作為另一種備選的方法，在基板上形成一個(gè)陰性圖案(例如使用照相平版印刷法)，所得到的圖案經(jīng)過(guò)電鍍處理得到陰極16的圖案。通常，陰極16的厚度范圍為約10nm～約1000nm。
陽(yáng)極16典型地由具有更高功函數(shù)的導(dǎo)電材料制成。在一個(gè)具體實(shí)例中，入射的EM射線(xiàn)撞擊陽(yáng)極側(cè)面，陽(yáng)極16由基本上透明的材料制成，例如由銦錫氧化物(“ITO”)、氧化錫、氧化銦、氧化鋅、銦鋅氧化物、鋅銦錫氧化物、氧化銻或其混合物制成?？梢允褂醚谀Ｍㄟ^(guò)選自物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、電子束蒸發(fā)、濺射或電鍍的方法將陽(yáng)極16淀積在底層上。備選地，在基板上形成一個(gè)陰性圖案(例如使用照相平版印刷法)，所得到的圖案經(jīng)過(guò)電鍍處理而得到陽(yáng)極14的圖案。基本上透明的金屬層也是合適的。這樣的金屬可以選自Au、Co、Ni、Pt、其混合物或其合金。典型地，陽(yáng)極14的厚度范圍為約50nm～約400nm，優(yōu)選為約50nm～約200nm。
用于層15的合適的電子受體材料是苝四甲酰二亞胺、苝四甲酰二咪唑、蒽醌吖啶酮顏料、多環(huán)醌、萘四甲酰二咪唑、CN-或CF3-取代的聚(亞苯基亞乙烯基)、巴克明斯特·富勒烯(C60)。
用于層17的合適的電子給予體材料是不含金屬的酞菁；包含銅、鋅、鎳、鉑、鎂、鉛、鐵、鋁、銦、鈦、鈧、釔、鈰、鐠、鑭、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥的酞菁顏料；喹吖啶酮顏料；靛藍(lán)和硫靛藍(lán)顏料；部花青化合物；花青化合物；方酸化合物；腙；吡唑啉；三苯基甲烷；三苯胺；共軛的導(dǎo)電性聚合物，例如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯撐、聚(亞苯基亞乙烯基)、聚(亞噻吩基亞乙烯基)、聚(異硫雜萘)和聚(硅烷)。
典型地，層15和17的厚度范圍為約5nm～約300nm，優(yōu)選為約10nm～約100nm。典型地，該有機(jī)半導(dǎo)體材料是通過(guò)選自真空沉積、旋涂、噴涂或噴墨印刷的方法被淀積在底層上的。使用掩?？梢院芊奖愕剡M(jìn)行真空沉積、旋涂、噴涂。噴墨印刷可以使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或計(jì)算機(jī)輔助的生產(chǎn)軟件來(lái)進(jìn)行以控制淀積材料的部位。備選地，在整個(gè)表面區(qū)域上淀積一層有機(jī)半導(dǎo)體材料，然后使用激光燒蝕方法將其圖案化以便在所要的位置留下材料。當(dāng)所需材料是聚合物時(shí)，可以首先淀積其單體，然后進(jìn)行聚合。
在本發(fā)明的另一具體實(shí)例中，可以通過(guò)提供沉積在整個(gè)組上的防護(hù)性屏障涂層來(lái)保護(hù)一個(gè)串聯(lián)的有機(jī)PV電池組防止其受到環(huán)境中的活性成分的侵蝕或機(jī)械損傷。該防護(hù)性屏障可以有利地包括許多至少由有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的交替層。例如首先將選自聚丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、硅樹(shù)脂-功能化的環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯和聚酯的聚合物層淀積在整個(gè)組上。可以通過(guò)選自真空沉積、物理汽相淀積、化學(xué)淀積、澆注、旋涂、浸涂和噴涂的方法來(lái)淀積該聚合物。然后通過(guò)選自物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、濺射、電子束沉積和電鍍的方法，將一層無(wú)機(jī)材料淀積于聚合物層上。用于該層的合適的無(wú)機(jī)材料是金屬、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氧化物及其混合物。備選地，保護(hù)性屏障可以包含具有低的活性氣體(例如氧化性物種和水汽)擴(kuò)散系數(shù)的聚合物。
在一個(gè)制造許多PV電池的方法的具體實(shí)例中，通過(guò)連續(xù)使用一系列掩模(每個(gè)針對(duì)專(zhuān)門(mén)的層提供合適的圖案)通過(guò)淀積方法形成連續(xù)的層16、15、17和14。
合適的淀積方法的非限制性實(shí)例包括物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、旋涂、噴涂、澆注、濺射和電子束蒸發(fā)。所選擇的方法與淀積的材料相容。備選地，通過(guò)組合使用掩模并通過(guò)切割、蝕刻或燒蝕來(lái)選擇性地圖案化而形成PV電池層。
在一個(gè)制造許多PV電池的方法的具體實(shí)例中，連續(xù)使用陰罩形成有機(jī)半導(dǎo)體材料的層15和17以及陽(yáng)極層14。圖4示出了該方法的步驟。首先，在步驟(a)中提供一個(gè)含上述公開(kāi)的基板材料之一的基板150。通過(guò)例如物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、濺射或電子束沉積，使用掩模在基板150上形成具有許多不同的分離的第一電極16。第一電極材料層可以被淀積在基板150的整個(gè)表面上，然后將該層蝕刻而形成第一電極圖案。在步驟(b)中，在電極16上及其邊緣上形成許多隔板50。在每一個(gè)電極16上安置一個(gè)隔板50。隔板50可由負(fù)性光致抗蝕劑組合物形成，例如通過(guò)旋涂和通過(guò)光刻工藝步驟圖案化而形成。隔板50為后續(xù)層的淀積提供陰罩。在步驟(c)中，將第一半導(dǎo)體材料以相對(duì)于基板150表面的法線(xiàn)的角度θ1淀積在電極16上而形成層15。例如如果第一電極16是陰極，那么層15包含電子受體。如果電極16是陽(yáng)極，那么層15包含電子給予體。在步驟(d)中，將第二半導(dǎo)體材料以角度θ2淀積在層15上而形成層17。如果層15包含電子受體，那么層17包含電子給予體。如果層15包含電子給予體，那么層17包含電子受體。角度θ2可以與角度θ1相同或不同。在步驟(e)中，將第二電極材料以角度θ3淀積在層17上而形成第二電極14。此處所公開(kāi)的使用隔板50的掩模效果的淀積減少了在形成層15、17和14中所付出的努力。該工件保持原位，僅需要改變被沉積物的來(lái)源和沉積角度。隨后任選地通過(guò)如激光燒蝕或蝕刻來(lái)除去隔板50。在步驟(f)中，形成互聯(lián)18，每個(gè)互聯(lián)18將PV電池的第一電極16與相鄰的PV電池的第二電極14連接。可以通過(guò)任何合適的方法，例如物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、濺射或電子束沉積，使用掩模來(lái)形成互聯(lián)18。
可以以沿基板150第一維延伸的條狀形式形成各個(gè)電極16、隔板50、層15、17和14以及互聯(lián)18。所有淀積步驟完成以后，將在其上面形成了涂層的基板沿基板150的第二維方向剪切以形成串聯(lián)的PV電池組。
盡管本文描述了各種具體實(shí)例，但是從說(shuō)明書(shū)的說(shuō)明所應(yīng)當(dāng)了解的是，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以對(duì)各種元素、變量、等同物進(jìn)行各種組合，這些組合仍然在如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)光電(“PV”)裝置(10)，其包含許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池(12)，每個(gè)所述的有機(jī)PV電池(12)包含第一電極(16)；第二電極(14)；至少第一和第二有機(jī)半導(dǎo)體材料彼此鄰近布置形成接合點(diǎn)，所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)為電子給予體材料，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)為電子受體材料，并且所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料布置在所述的第一電極和所述的第二電極之間；其中所述的一個(gè)PV電池的第一電極電連接至相鄰PV電池的所述的第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)PV裝置(10)，其還包含一個(gè)與有機(jī)PV電池(12)并聯(lián)的電路元件(30)，所述的電路元件選自電阻器、二極管、變阻器或及組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)PV裝置，其中所述的第一電極(16)是陽(yáng)極，其包含選自基本上透明的金屬和導(dǎo)電性氧化物的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)PV裝置(10)，其中所述的電子給予體材料(17)選自不含金屬的酞菁；包含銅、鋅、鎳、鉑、鎂、鉛、鐵、鋁、銦、鈦、鈧、釔、鈰、鐠、鑭、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥的酞菁顏料；喹吖啶酮顏料；靛藍(lán)和硫靛藍(lán)顏料；部花青化合物；花青化合物；方酸化合物；腙；吡唑啉；三苯基甲烷；三苯胺；共軛的導(dǎo)電性聚合物，例如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯撐、聚(亞苯基亞乙烯基)、聚(亞噻吩基亞乙烯基)、聚(異硫雜萘)和聚(硅烷)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)PV裝置(10)，其中所述的電子受體材料(15)選自苝四甲酰二亞胺、苝四甲酰二咪唑、蒽醌吖啶酮顏料、多環(huán)醌、萘四甲酰二咪唑、CN-或CF3取代的聚(亞苯基亞乙烯基)、巴克明斯特·富勒烯(C60)。
6.一種制造包含許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池(12)的有機(jī)PV裝置(10)的方法，所述的方法包括形成許多所述的有機(jī)PV電池(12)，所述的形成每一個(gè)所述的有機(jī)PV電池包括提供第一電極(16)；在所述的第一電極(16)上布置第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)；在所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)上布置第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)，以便在所述的半導(dǎo)體材料之間形成接合點(diǎn)；在所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)上布置第二電極(14)，前提條件是當(dāng)所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)是電子給予體時(shí)，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)是電子受體，當(dāng)所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)是電子受體時(shí)，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)是電子給予體，進(jìn)行所述的第二電極(14)的所述的布置，使得所述的第二電極與相鄰PV電池(12)的第一電極(16)發(fā)生電接觸。
7.一種制造包含許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池(12)的有機(jī)PV裝置(10)的方法，該方法包括(a)形成許多有機(jī)PV電池(12)，包括(i)提供第一電極(16)；(ii)在所述的第一電極上布置第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)；(iii)在所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)上布置第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)，從而在所述的半導(dǎo)體材料之間形成接合點(diǎn)；(iv)在所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)上布置第二電極(14)，前提條件是當(dāng)所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)是電子給予體時(shí)，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)是電子受體，當(dāng)所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)是電子受體時(shí)，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)是電子給予體；(b)在所述的有機(jī)PV電池(12)的第一電極(16)和所述的相鄰的有機(jī)PV電池的第二電極(14)之間提供電連接(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)的布置和所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)的布置獨(dú)立地選自真空沉積、旋涂、噴涂和噴墨印刷。
9.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述的第二電極(14)的布置選自物理汽相淀積、化學(xué)汽相淀積、電子束蒸發(fā)、濺射和電鍍。
10.一種產(chǎn)生電勢(shì)的方法，所述方法包括(a)提供一組許多串聯(lián)的有機(jī)PV電池(12)；每個(gè)所述的有機(jī)PV電池包括(i)第一電極(16)；(ii)第二電極(14)；和(iii)至少第一和第二有機(jī)半導(dǎo)體材料，它們彼此鄰近布置形成接合點(diǎn)，所述的第一有機(jī)半導(dǎo)體材料(17)為電子給予體材料，所述的第二有機(jī)半導(dǎo)體材料(15)為電子受體材料，所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料布置在所述的第一和所述的第二電極之間；其中所述的一個(gè)PV電池(12)的第一電極(16)與相鄰PV電池(12)的第二電極(14)的所述的電連接；(b)向所述的許多有機(jī)PV電池(12)的至少一個(gè)表面提供電磁(“EM”)輻射；并且(c)在該組中的所述的第一個(gè)PV電池(12)的第一電極和在該組中的最后一個(gè)PV電池的第二電極之間得到所述的電勢(shì)。
全文摘要
一種包含多個(gè)串聯(lián)的有機(jī)PV電池以覆蓋大面積的有機(jī)光電(“PV”)裝置。該有機(jī)PV裝置任選地具有與每個(gè)有機(jī)PV電池并聯(lián)的電路元件。即使當(dāng)在其中一個(gè)光電池中發(fā)生短路或中斷時(shí)，該有機(jī)PV裝置也可以繼續(xù)運(yùn)行。該元件可以很方便地使用陰罩制造，該陰罩允許在一個(gè)裝置內(nèi)形成幾個(gè)連續(xù)的層。
文檔編號(hào)H01L51/42GK1934710SQ200480042595
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者A·R·杜加爾, A·亞基莫夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司