專利名稱：低電阻薄膜有機(jī)太陽(yáng)能電池電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及有機(jī)光敏性光電子裝置的制造。更具體地，本 發(fā)明涉及一種建造具有低電阻透明電極的有機(jī)光敏性光電子裝置的方 法。
背景技術(shù)：
光電子裝置依賴于材料的光學(xué)和電子性能，從而電子地產(chǎn)生或檢 測(cè)電磁輻射或從環(huán)境電磁輻射產(chǎn)生電流。
光敏性光電子裝置將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或電流。太陽(yáng)能電池， 也稱為光伏("PV")裝置，是一種特別用來(lái)產(chǎn)生電能的光敏性光電子裝 置。光電導(dǎo)體電池是一種與檢測(cè)該裝置的電阻的信號(hào)檢測(cè)電路聯(lián)合使 用以檢測(cè)因吸收光而產(chǎn)生的變化的光敏性光電子裝置?？梢越邮苁┘?的偏電壓的光檢測(cè)器是一種與測(cè)定光檢測(cè)器暴露于電磁輻射時(shí)產(chǎn)生的
電流的電流檢測(cè)電路聯(lián)合使用的光敏性光電子裝置。
可以根據(jù)是否出現(xiàn)如下面定義的整流結(jié)并還根據(jù)是否用外部施加 的電壓也稱為偏電壓運(yùn)行該裝置來(lái)區(qū)分這三類光敏性光電子裝置。光 電導(dǎo)體電池沒(méi)有整流結(jié)，通常在偏電壓下運(yùn)行。PV裝置具有至少一個(gè) 整流結(jié)，沒(méi)有偏電壓地運(yùn)行。光檢測(cè)器具有至少一個(gè)整流結(jié)，常常但 不總是在偏電壓下運(yùn)行。
如這里使用的，術(shù)語(yǔ)"整流"尤其表示界面具有非對(duì)稱傳導(dǎo)特性， 即該界面優(yōu)先在一個(gè)方向上支持電子電荷傳輸。術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體"表示 當(dāng)熱或電磁激發(fā)感應(yīng)電荷載體時(shí)能傳導(dǎo)電的材料。術(shù)語(yǔ)"光電導(dǎo)性" 一般地涉及電磁輻射能被吸收并從而轉(zhuǎn)變成電荷載體的激發(fā)能從而載 體能在材料中傳導(dǎo)(即傳輸)電荷的過(guò)程。術(shù)語(yǔ)"光電導(dǎo)性材料"是 指因吸收電磁輻射以產(chǎn)生電荷載體的性能而被利用的半導(dǎo)體材料。如 這里使用的，"頂端"是指離基底最遠(yuǎn)，而"底部"是指離基底最近。 如果不指出第一層"物理地接觸"第二層，可以具有插入層。
當(dāng)合適能量的電磁輻射入射在有機(jī)半導(dǎo)體材料上時(shí)，可以吸收光 子以生產(chǎn)激發(fā)的分子態(tài)。在有機(jī)光電導(dǎo)性材料中， 一般認(rèn)為產(chǎn)生的分 子態(tài)是"激子"，即以準(zhǔn)粒子傳輸?shù)氖`態(tài)的電子-空穴對(duì)。激子在成 對(duì)復(fù)合("淬滅")之前可以具有顯著的壽命，成對(duì)復(fù)合指相互復(fù)合 的原始電子和空穴(與來(lái)自其它對(duì)的空穴或電子復(fù)合相反)。為生產(chǎn) 光電流，形成激子的電子-空穴通常在整流結(jié)處分開(kāi)。
在光敏性裝置的情況中，整流結(jié)稱為光伏異質(zhì)結(jié)。有機(jī)光伏異質(zhì) 結(jié)的類型包括在施主材料與受主材料的界面形成的施主-受主異質(zhì)結(jié)和
在光電導(dǎo)性材料與金屬的界面形成的肖特基-勢(shì)壘(Schottky-barrier)異質(zhì)結(jié)。
圖1是說(shuō)明示例性施主-受主異質(zhì)結(jié)的能級(jí)圖。在有機(jī)材料的環(huán)境
中，術(shù)語(yǔ)"施主"和"受主"是指兩個(gè)接觸但不同的有機(jī)材料的最高
占有分子軌道("HOMO")和最低未占有分子軌道("LUMO")能 級(jí)的相對(duì)位置。如果接觸另一種材料的一種材料的LUMO能級(jí)較低， 那么該材料是受主。否則它是施主。在沒(méi)有外部偏電壓下，在施主-受 主結(jié)的電子移動(dòng)到受主材料中是能量有利的。
如這里使用的，如果第一能級(jí)更接近真空能級(jí)10，那么第一 HOMO或LUMO能級(jí)比第二 HOMO或LUMO能級(jí)大或高。較高的 HOMO能級(jí)對(duì)應(yīng)著相對(duì)于真空能級(jí)具有較小絕對(duì)能量的電離勢(shì)能 ("IP")。類似地，較高的LUMO能級(jí)對(duì)應(yīng)著相對(duì)于真空能級(jí)具有 較小絕對(duì)能量的電子親和勢(shì)("EA")。在常規(guī)的能級(jí)圖中，頂端是 真空能級(jí)，材料的LUMO能級(jí)比相同材料的HOMO能級(jí)高。
在光子6吸收在施主152或受主154中產(chǎn)生激子8之后，激子8 在整流界面分離。施主152傳輸空穴(沒(méi)有涂黑的圓圈)，受主154 傳輸電子(涂黑的圓圈)。
有機(jī)半導(dǎo)體中重要的性能是載體遷移率。遷移率測(cè)定電荷載體響 應(yīng)電場(chǎng)而可以移動(dòng)通過(guò)傳導(dǎo)材料的容易性。在有機(jī)光敏性裝置的環(huán)境 中，由于高電子遷移率而優(yōu)選由電子傳導(dǎo)的材料可以稱為電子傳輸材 料。由于高空穴遷移率而優(yōu)選由空穴傳導(dǎo)的材料可以稱為空穴傳輸材 料。由于遷移率和/或在裝置中的位置而優(yōu)選由電子傳導(dǎo)的層可以稱為 電子傳輸層("ETL")。由于遷移率和/或在裝置中的位置而優(yōu)選由 空穴傳導(dǎo)的層可以稱為空穴傳輸層("HTL")。優(yōu)選地，但不必需地， 受主材料是電子傳輸材料，施主材料是空穴傳輸材料。
基于載體遷移率和相對(duì)HOMO和LUMO能級(jí)怎樣使兩種有機(jī)光 電導(dǎo)性材料成對(duì)以在光伏異質(zhì)結(jié)中充當(dāng)施主和受主在本領(lǐng)域中是公知 的，這里不解釋。
如這里使用的，術(shù)語(yǔ)"有機(jī)"包括聚合材料以及可以用來(lái)制造有 機(jī)光電子裝置的小分子有機(jī)材料。"小分子"是指不是聚合物的任何 有機(jī)材料，"小分子"可以實(shí)際上相當(dāng)大。在一些情況中小分子可以 包括重復(fù)單元。例如，使用長(zhǎng)鏈垸基作為取代基不從"小分子"類別 中排除該分子。小分子也可以引入到聚合物中，例如作為聚合物骨架 上的支鏈基團(tuán)或作為骨架的一部分。小分子也可以充當(dāng)樹(shù)狀大分子的 核部分，該樹(shù)狀大分子由一系列建造在該核部分上的化學(xué)殼組成。樹(shù) 狀大分子的核部分可以是熒光或磷光小分子發(fā)射體。樹(shù)狀大分子可以 是"小分子"。 一般地，小分子具有確定的化學(xué)式，分子量隨分子也 相同，而聚合物具有確定的化學(xué)式，但分子量可以隨分子而變化。如 這里使用的，"有機(jī)"包括烴基配體和雜原子取代的烴基配體的金屬 絡(luò)合物。
對(duì)于有機(jī)光敏性裝置領(lǐng)域狀態(tài)的另外的背景解釋和描述，包括它 們的一般結(jié)構(gòu)、特性、材料和特征，這里引入授權(quán)給Forrest等的美國(guó) 專利第6,657,378號(hào)、授權(quán)給Forrest等的美國(guó)專利第6,580,027號(hào)和授 權(quán)給Bulovic等的美國(guó)專利第6,352,777號(hào)供參考。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)降低光敏性裝置的串聯(lián)電阻的方法和結(jié)構(gòu)。
所述方法包括提供布置在透明基底上的包含第一導(dǎo)電材料的電 極；在第一導(dǎo)電材料上沉積并圖案化掩模使得掩模中的開(kāi)孔具有其狹 窄部分靠近基底的傾斜側(cè)面；將第二導(dǎo)電材料直接沉積到在掩模的開(kāi) 孔中暴露的第一導(dǎo)電材料上，至少部分地填充開(kāi)孔；剝?nèi)パ谀?，留?由在掩模的開(kāi)孔中的沉積物形成的第二導(dǎo)電材料的凹入結(jié)構(gòu)；剝?nèi)パ?模之后，將第一有機(jī)材料沉積到凹入結(jié)構(gòu)之間的第一導(dǎo)電材料上；和 在凹入結(jié)構(gòu)之間沉積的第一有機(jī)材料上沉積第三導(dǎo)電材料，凹入結(jié)構(gòu) 的邊緣對(duì)齊沉積從而第三導(dǎo)電材料不直接接觸第一導(dǎo)電材料且不直接 接觸第二導(dǎo)電材料。
第二導(dǎo)電材料可以具有與第一導(dǎo)電材料類似的導(dǎo)電率或可以更加 導(dǎo)電。
透明電極的第一導(dǎo)電材料可以是金屬或金屬代替物。這樣的金屬 除了別的以外，還包括氧化物和聚合物。 一個(gè)示例性導(dǎo)電性氧化物是 簡(jiǎn)并的半導(dǎo)體氧化物。
第二導(dǎo)電材料可以是金屬或金屬代替物。
所述方法可以進(jìn)一步包括使在凹入結(jié)構(gòu)之間沉積的第三導(dǎo)電材 料電互連。除了別的方式以外，這還可以通過(guò)作為布線步驟的一部分 形成互連/通道或通過(guò)構(gòu)造凹入結(jié)構(gòu)從而第三導(dǎo)電材料在沉積時(shí)形成單 一連續(xù)層而實(shí)現(xiàn)。
可以使用上述步驟產(chǎn)生施主-受主異質(zhì)結(jié)或肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)。為 形成施主-受主異質(zhì)結(jié)，所述方法可以進(jìn)一步包括在第一有機(jī)材料上 沉積第二有機(jī)材料，第一和第二有機(jī)材料形成平面的、塊狀或混合式 施主-受主異質(zhì)結(jié)?；蛘?，所述方法可以進(jìn)一步包括用第一有機(jī)材料 沉積第二有機(jī)材料，第一和第二有機(jī)材料形成混合、塊狀或混合式施 主-受主異質(zhì)結(jié)。
為形成肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)，第一導(dǎo)電材料可以是形成肖特基-勢(shì)壘 異質(zhì)結(jié)的金屬、透明電極和第一有機(jī)材料?；蛘撸谌龑?dǎo)電材料可以 是形成肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)的金屬、第三導(dǎo)電材料和第一有機(jī)材料?？?以用于透明電極的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是物理接觸透明基底的片。


圖1是說(shuō)明施主-受主異質(zhì)結(jié)的能級(jí)圖。
圖2說(shuō)明包括施主-受主異質(zhì)結(jié)的有機(jī)光敏性裝置。
圖3說(shuō)明形成平面異質(zhì)結(jié)的施主-受主雙層。
圖4說(shuō)明包括在施主層和受主層之間的混合的異質(zhì)結(jié)的混合式異 質(zhì)結(jié)。
圖5說(shuō)明塊狀異質(zhì)結(jié)。
圖6說(shuō)明包括肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)的有機(jī)光敏性裝置。 圖7說(shuō)明串聯(lián)的疊層光敏性電池。 圖8說(shuō)明并聯(lián)的疊層光敏性電池。
圖9A 9F說(shuō)明一種形成具有低電阻接觸的有機(jī)光伏裝置的方法。 圖IOA和IOB說(shuō)明可以用于圖9B所說(shuō)明的簡(jiǎn)化普通陽(yáng)極和陰極
產(chǎn)生的步驟的掩模。圖IOA是該結(jié)構(gòu)的橫截面，圖10B是俯視圖，線
A-A'提供圖之間的參照系。
圖IIA和IIB說(shuō)明由圖IOA和IOB所示的掩模得到的導(dǎo)體圖案。
圖IIA是該結(jié)構(gòu)的橫截面，圖11B是俯視圖，線B-B'提供圖之間的參照系。
這些圖不必按比例地繪制。
具體實(shí)施例方式
有機(jī)光敏性裝置包含至少一個(gè)光活性區(qū)域，在該區(qū)域中吸收光以 形成激子，隨后可以分離成電子和空穴。圖2顯示的例子，在有機(jī)光 敏性光電子裝置100中光活性區(qū)域150包含施主-受主異質(zhì)結(jié)。"光活 性區(qū)域"是光敏性裝置的吸收電磁輻射以產(chǎn)生為了產(chǎn)生電流而可以分 離的激子的部分。裝置100包含在基底110上的陽(yáng)極120、陽(yáng)極光滑層 122、施主152、受主154、激子阻擋層("EBL" )156和陰極170。
EBL 156的例子描述在授權(quán)給Forrest等的美國(guó)專利第6,451,415 號(hào)中，這里參考地引入它的關(guān)于EBL的公開(kāi)內(nèi)容。EBL的另外的背景 解釋也可以在Peumans等的"Efficient photon harvesting at high optical intensities in ultrathin organic double-heterostructure photovoltaic diodes
(超薄有機(jī)雙異質(zhì)型光伏二極管中在高光密度下的有效光子捕獲)"
Applied Physics Letters 76， 2650-52 (2000)中找至U 。 EBL通過(guò)防止激子遷 移出施主和/或受主材料減少淬滅。
這里可相互交換地使用的術(shù)語(yǔ)"電極"和"接觸"是指給將光生 電流傳輸?shù)酵怆娐坊蚪o該裝置提供偏電流或電壓而提供介質(zhì)的層。如 圖2所示，陽(yáng)極120和陰極170是例子。電極可以由金屬或"金屬代 替物"構(gòu)成。這里使用術(shù)語(yǔ)"金屬"包括由元素上純的金屬和為由兩 種或多種元素上純的金屬構(gòu)成的材料的金屬合金構(gòu)成的兩種材料。術(shù) 語(yǔ)"金屬代替物"是指不是正常定義內(nèi)的金屬但具有類金屬性能例如 導(dǎo)電性的材料，例如摻雜的寬帶隙半導(dǎo)體、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體、導(dǎo)電氧化物 和導(dǎo)電性聚合物。電極可以包含單層或多層("復(fù)合"電極)，可以 是透明、半透明或不透明。電極和電極材料的例子包括授權(quán)給Bulovic 等的美國(guó)專利第6,352,777號(hào)和授權(quán)給Parthasarathy等的美國(guó)專利第 6,420,031號(hào)中公開(kāi)的那些，這里參考地引入這些各自特點(diǎn)的公開(kāi)內(nèi)容。 如這里使用的，如果材料傳遞相關(guān)波長(zhǎng)的至少50%的環(huán)境電磁輻射， 就說(shuō)該材料是"透明的"。
基底110可以是提供需要的結(jié)構(gòu)性能的任何合適的基底。基底可 以是柔性或剛性、平面的或非平面的?；卓梢允峭该鳌胪该骰虿?透明。剛性塑料和玻璃是優(yōu)選的剛性基底材料的例子。柔性塑料和金 屬箔是優(yōu)選的柔性基底材料的例子。
陽(yáng)極光滑層122可以位于陽(yáng)極層120和施主層152之間。陽(yáng)極光 滑層描述在授權(quán)給Forrest等的美國(guó)專利6,657,378中，這里參考地引入 它的關(guān)于該特征的公開(kāi)內(nèi)容。
在圖2中，光活性區(qū)域150包含施主材料152和受主材料154。 用在光活性區(qū)域中的有機(jī)材料可以包括有機(jī)金屬化合物，包括環(huán)金屬 化的有機(jī)金屬化合物。如這里使用的術(shù)語(yǔ)"有機(jī)金屬"如本領(lǐng)域技術(shù) 人員 一般理解的，例如在Gary L, Miessler和Donald A. Tarr的"Inorganic
Chemistry"(第二版)，Prentice Hall (1999)的第13章中找到的。
可以使用真空沉積、旋涂、有機(jī)氣相沉積、噴墨印刷和本領(lǐng)域知 道的其它方法制造有機(jī)層。
圖3 5中顯示了各種施主-受主異質(zhì)結(jié)的例子。圖3說(shuō)明形成平 面異質(zhì)結(jié)的施主-受主雙層。圖4說(shuō)明包括包含施主和受主材料的混合 物的混合異質(zhì)結(jié)153的混合式異質(zhì)結(jié)。圖5說(shuō)明理想化的"塊狀"異 質(zhì)結(jié)。在理想光電流情況中，塊狀異質(zhì)結(jié)具有施主材料252和受主材 料254之間的單個(gè)連續(xù)界面，盡管在實(shí)際裝置中通常存在多個(gè)界面。 作為具有多個(gè)材料域的結(jié)果，混合和塊狀異質(zhì)結(jié)可以具有多個(gè)施主-受 主界面?？梢噪姽铝⒈幌喾葱筒牧习鼑挠?例如施主材料的被受主 材料包圍的域)，使得這些域?qū)怆娏鳑](méi)貢獻(xiàn)?？梢杂脻B透途徑(連 續(xù)光電流途徑)連接其它域，使得這些其它域可以對(duì)光電流有貢獻(xiàn)。 混合異質(zhì)結(jié)與塊狀異質(zhì)結(jié)之間的區(qū)別在于施主與受主材料之間的相分 離程度。在混合異質(zhì)結(jié)中，有很少或沒(méi)有相分離(域很小，例如小于 幾納米)，而在塊狀異質(zhì)結(jié)中，具有明顯的相分離(例如形成具有幾 納米至100nm尺寸的域)。
小分子混合的異質(zhì)結(jié)可以例如通過(guò)使用真空沉積或氣相沉積共沉 積施主和受主材料而形成。小分子塊狀異質(zhì)結(jié)可以例如通過(guò)控制的生 長(zhǎng)、具有沉積后退火的共沉積或溶液處理而形成。聚合物混合的或塊
狀異質(zhì)結(jié)可以例如通過(guò)溶液處理施主和受主材料的聚合物混合物而形 成。
如果光活性區(qū)域包括混合層(153)或塊狀層(252、 254)和施主(152) 和受主層(154)中的一個(gè)或兩個(gè)，就說(shuō)光活性區(qū)域包括"混合式"異質(zhì) 結(jié)。圖4中層的布置是一個(gè)例子。對(duì)于混合式異質(zhì)結(jié)的另外解釋，這 里參考地引入2004年8月4日提交的Jiangeng Xue等的題為"High efficiency organic photovoltaic cells employing hybridized mixed-planar
heterojunctions(使用混合式混合的-平面異質(zhì)結(jié)的高效有機(jī)光伏電池)" 的美國(guó)申請(qǐng)10/910,371。
一般地，平面異質(zhì)結(jié)具有良好的載體傳導(dǎo)但差的激子分離；混合 層具有差的載體傳導(dǎo)但良好的激子分離，塊狀異質(zhì)結(jié)具有良好的載體 傳導(dǎo)且良好的激子分離，但在材料"cul-de-sacs"末端可以經(jīng)歷電荷累 積，降低效率。除非另外指出，在這里公開(kāi)的整個(gè)實(shí)施方案中，可以 相互交換地使用平面、混合的、塊狀和混合式異質(zhì)結(jié)作為施主-受主異 質(zhì)結(jié)。
圖6顯示有機(jī)光敏性光電子裝置300的一個(gè)例子，在有機(jī)光敏性 光電子裝置300中光活性區(qū)域350是肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)的一部分。裝 置300包含透明接觸320、包含有機(jī)光電導(dǎo)性材料358的光活性區(qū)域 350和肖特基接觸370。通常將肖特基接觸370形成為金屬層。如果光 電導(dǎo)性層358是ETL，可以使用高功函數(shù)金屬例如金，而如果光電導(dǎo) 性層是HTL，可以使用低功函數(shù)金屬例如鋁、鎂或銦。在肖特基-勢(shì)壘 電池中，與肖特基勢(shì)壘相關(guān)的內(nèi)置電場(chǎng)將激子中的電子和空穴推開(kāi)。 一般地，該場(chǎng)輔助的激子分離不如在施主-受主界面的分離效率高。
將所示的裝置連接到元件190。如果該裝置是光伏裝置，那么元 件190是消耗或儲(chǔ)存功率的電阻性負(fù)載。如果該裝置是光檢測(cè)器，那 么元件190是電流檢測(cè)電路，測(cè)定當(dāng)光檢測(cè)器暴露于光時(shí)產(chǎn)生的電流， 并且可以將偏電壓施加給該裝置(例如描述在授權(quán)給Forrest等的2005 年5月26日公布的美國(guó)專利申請(qǐng)2005-0110007 Al中)。如果從該裝 置排除整流結(jié)(例如使用單種光電導(dǎo)性材料作為光活性區(qū)域)，得到 的結(jié)構(gòu)可以用作光導(dǎo)體電池，在這種情況中元件190是檢測(cè)因吸收光 的跨越該裝置的電阻變化的信號(hào)檢測(cè)電路。除非另外指出，這些布置 和修改的每個(gè)可以用于這里公開(kāi)的每個(gè)附圖和實(shí)施方案的裝置。
有機(jī)光敏性光電子裝置也可以包含透明電荷轉(zhuǎn)移層、電極或電荷
復(fù)合區(qū)。電荷轉(zhuǎn)移層可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)，并且可以是或不是光電導(dǎo)活 性的。電荷轉(zhuǎn)移層與電極類似，但沒(méi)有至該裝置的外部電連接，僅將 電荷載體從光電子裝置的一個(gè)分部傳輸?shù)洁徑拥姆植?。電荷?fù)合區(qū)與 電荷傳遞層類似，但是允許在光電子裝置的鄰接分部之間復(fù)合電子和 空穴。電荷復(fù)合區(qū)可以包括包含納米簇、納米粒子和/或納米棒的半透
明金屬或金屬代替物復(fù)合中心，例如在授權(quán)給Forrest等的美國(guó)專利第 6,657,378號(hào)、2004年8月11日提交的Rand等的題為"Organic Photosensitive Devices (有機(jī)光敏器件)"的美國(guó)專利申請(qǐng)10/915,410 和2004年11月3日提交的Forrest等的題為"Stacked Organic Photosensitive Devices (堆疊的有機(jī)光敏器件)"的美國(guó)專利申請(qǐng) 10/979,145中描述的，這里參考地引入各自的復(fù)合區(qū)材料和結(jié)構(gòu)的公開(kāi) 內(nèi)容。電荷復(fù)合區(qū)可以或不包括嵌入復(fù)合中心的透明基質(zhì)層。電荷轉(zhuǎn) 移層、電極或電荷復(fù)合區(qū)可以充當(dāng)光電子裝置的分部的陰極和/或陽(yáng)極。 電極或電荷轉(zhuǎn)移層可以充當(dāng)肖特基接觸。
圖7和8說(shuō)明包括這樣的透明電荷轉(zhuǎn)移層、電極和電荷復(fù)合區(qū)的 疊層裝置的例子。在圖7的裝置400中，將光活性區(qū)域150和150'與 插入導(dǎo)電性區(qū)域460串聯(lián)電堆疊。如所示，沒(méi)有外部電連接，插入導(dǎo) 電性區(qū)域460可以是電荷復(fù)合區(qū)或可以是電荷轉(zhuǎn)移層。作為復(fù)合區(qū)， 區(qū)域460包含具有或沒(méi)有透明基質(zhì)層的復(fù)合中心461。如果沒(méi)有基質(zhì)層， 形成該區(qū)的材料的布置在區(qū)域460上可以是不連續(xù)的。圖8的裝置500 說(shuō)明并聯(lián)地電堆疊的光活性區(qū)域150和150'，頂端電池是顛倒的構(gòu)造 (即陰極在下)。在圖7和8中的每一個(gè)圖中，根據(jù)應(yīng)用，光活性區(qū) 域150和150'和阻擋層156和156'可以用相同的各個(gè)材料或不同的材 料形成。同樣地，光活性區(qū)域150和150'可以是同類型(即平面、混 合的、塊狀、混合式)的異質(zhì)結(jié)，或可以是不同類型。
在上述每個(gè)裝置中，可以省略層，例如激子阻擋層?？梢约尤肫?它層，例如反射層或另外的光活性區(qū)域?？梢愿淖兓蝾嵉箤拥捻樞颉?可以使用集線器或捕獲構(gòu)造以增加效率，如例如在授權(quán)給Forrest等的
美國(guó)專利第6,333,458號(hào)和授權(quán)給Peumans等的美國(guó)專利第6,440,769 號(hào)中公開(kāi)的，這里參考地引入這兩個(gè)專利。可以使用涂層以將光能聚 集到裝置的需要區(qū)域中，如例如在2004年6月1日提交的Peumans等 的題為"Aperiodic dielectric multilayer stack (非周期性多層介質(zhì)堆棧)" 的美國(guó)專利申請(qǐng)10/857,747中公開(kāi)的，這里參考地引入該專利。在疊 層裝置中，可以在電池之間形成透明絕緣層，通過(guò)電極提供電池之間 的電連接。并且在串聯(lián)裝置中， 一個(gè)或多個(gè)光活性區(qū)域可以是肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)而不是施主-受主異質(zhì)結(jié)?？梢允褂貌煌诰唧w描述的那些 布置的布置。
現(xiàn)在的小分子和聚合物光敏性電池中流行的設(shè)計(jì)利用透明的非導(dǎo) 電材料用于基底IIO和透明導(dǎo)電性膜用于陽(yáng)極120，入射光輻射到基底 的暴露表面上。這樣的設(shè)計(jì)在效率上受限于大的串聯(lián)電阻，大多由于 陽(yáng)極120，因?yàn)楣鈱W(xué)透射率的原因陽(yáng)極一般制成薄的。為了促進(jìn)效率， 需要生產(chǎn)具有較低電阻接觸的低成本模塊。
本發(fā)明的實(shí)施方案包括形成具有電導(dǎo)率改進(jìn)的透明基底側(cè)電極的 有機(jī)光敏性裝置的方法以及得到的裝置。
圖9A 9F說(shuō)明改進(jìn)導(dǎo)電率的方法。在圖9A中，在包含布置在非 導(dǎo)電性透明基底110上的第一導(dǎo)電材料920的透明膜上形成掩模層 930。根據(jù)特定的應(yīng)用，透明膜可以是連續(xù)的或形成圖案的。連續(xù)膜的 例子包括與基底110物理接觸的片或涂層。透明膜可以充當(dāng)電極層或 可以充當(dāng)一層復(fù)合電極。掩模層930可以用光致抗蝕劑或容易形成圖 案并適合用作犧牲層的任何其它材料制成。
第一材料920可以包含金屬或金屬代替物，如上面為電極和肖特 基接觸描述的。除了其它的以外，例子還包括導(dǎo)電性氧化物或聚合物、 金屬(如上面定義的以包括金屬合金)的薄涂層或摻雜的半導(dǎo)體。導(dǎo) 電性氧化物的例子是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體氧化物，例如氧化銦錫(ITO)、氧化鎵
銦錫(GITO)和氧化鋅銦錫(ZITO)。特別地，ITO是具有約3.2 eV帶隙 的高度摻雜的簡(jiǎn)并n+半導(dǎo)體，致使它對(duì)比約3900A大的波長(zhǎng)是透明的。 合適的透明聚合物的例子是聚苯胺(PANI)和它的化學(xué)相關(guān)物。
如上面所述，透明基底110可以是剛性或柔性，但是對(duì)該結(jié)構(gòu)一 般優(yōu)選剛性以避免層剝離或分離和最終裝置中短路?；滓部梢允瞧?面的或非平面的。
在圖9B中，使掩模層930形成圖案(例如光刻)以產(chǎn)生具有其狹 窄部分靠近所述基底110的傾斜側(cè)面的凹入開(kāi)孔932。用于掩模層930 的示例性圖案顯示在圖IOA和10B中。盡管不需要，但是，作為連接 圖案形成開(kāi)孔932的好處是在最終裝置中簡(jiǎn)化布線。
在圖9C中，將第二導(dǎo)電材料924直接沉積到掩模930的凹入開(kāi)孔 932中暴露的第一材料920上，至少部分地填充開(kāi)孔932。第二材料924 可以具有與第一材料920的導(dǎo)電率相同或類似的導(dǎo)電率，但是優(yōu)選更 加導(dǎo)電。第二材料924的例子包括如上述的金屬和金屬代替物。第二 材料924可以與第一材料920相同或可以不同。
在圖9D中，剝離犧牲掩模層930，留下第二材料924的凹入結(jié)構(gòu)。 如這里使用的，凹入是指結(jié)構(gòu)的側(cè)面指向內(nèi)，該結(jié)構(gòu)的橫截面朝著其 底部(即基底IIO)變窄的幾何形狀。
在圖9E中，沉積一層或多層有機(jī)層950。這些有機(jī)層950包括在 最終裝置中將是光活性區(qū)域的層。如果要形成施主-受主異質(zhì)結(jié)，有機(jī) 層950可以包括施主層152、 252、受主層154、 254和/或混合層153， 形成平面的、混合的、塊狀或混合式異質(zhì)結(jié)。如果要形成肖特基結(jié)， 有機(jī)層950可以包括光電導(dǎo)性材料358。
在圖9F中，在沉積在凹入結(jié)構(gòu)924之間的有機(jī)材料950上定向地
沉積第三導(dǎo)電材料970。第三材料970的例子包括如上述的金屬和金屬 代替物。通過(guò)在第二材料924的凹入結(jié)構(gòu)之間定向地沉積，沉積本身 對(duì)齊。得到的縫隙975防止透明膜和凹入結(jié)構(gòu)與第三材料970之間短 路。圖IIA和IIB說(shuō)明如果使用來(lái)自圖IOA和IOB的掩模的相應(yīng)結(jié)果。
即使第一材料920和第二材料924相同，與使用單獨(dú)的第一材料 920的透明膜相比，第二材料924的凹入結(jié)構(gòu)也降低電阻和提供增加的 電流密度。
不需要覆蓋該裝置?？梢酝ㄟ^(guò)在圖案化和沉積時(shí)重疊電極而布線 電池。但是，如果需要覆蓋或膠囊化，可以使用任意多的技術(shù)。例如， 在布線電極之后可以加入涂層(例如環(huán)氧樹(shù)脂)。優(yōu)選地，選擇用來(lái) 沉積任何覆蓋材料并圖案化的過(guò)程，以使對(duì)有機(jī)層950的熱和反應(yīng)性 影響最小化。
如上述，也可以沉積圖中沒(méi)有圖示的另外的層。例如，可以在第 三導(dǎo)電材料970上沉積反射涂層；可以在第一導(dǎo)電材料920上沉積光 滑層(122);可以將防反射涂層加到基底110的底部和/或基底110與第 一導(dǎo)體920之間；可以在施主-受主異質(zhì)結(jié)上方或下方形成激子阻擋層 (156)作為有機(jī)層950的一部分。第三導(dǎo)電材料970可以充當(dāng)電極層或 可以充當(dāng)一層復(fù)合電極。
可以使用自對(duì)齊沉積步驟產(chǎn)生疊層電池?？梢允拱既虢Y(jié)構(gòu)924足 夠高(比疊層電池中總有機(jī)層厚度厚得多)以防止短路。通過(guò)反復(fù)地 重復(fù)處理步驟，可以在有機(jī)層950上加入另外的光活性區(qū)域和一個(gè)或 多個(gè)插入電荷復(fù)合層或電荷轉(zhuǎn)移層，產(chǎn)生包括如上面參照?qǐng)D7討論的 層的疊層電池。
類似地，可以使用自對(duì)齊重復(fù)過(guò)程以包括中間電極和另外的光活 性區(qū)域，如上面參照?qǐng)D8討論的，利用自對(duì)齊過(guò)程以形成中間電極以
便不直接接觸凹入結(jié)構(gòu)924。但是，與通常的依次堆疊的疊層電池相反， 形成并聯(lián)的疊層電池包括產(chǎn)生對(duì)中間電極的外部接觸。根據(jù)用于該
中間電極的材料的厚度和導(dǎo)電率，可以任選地產(chǎn)生另外的凹入結(jié)構(gòu)以 接觸中間電極。
通常地，在最終裝置中，第一導(dǎo)電材料920變成陽(yáng)極，第三導(dǎo)電 材料970變成陰極。但是，可以用相同的過(guò)程形成顛倒的裝置，陽(yáng)極 在頂端，陰極在底端。盡管上面在陽(yáng)極環(huán)境中描述，但是在顛倒裝置 中可以包括光滑層122以使陰極光滑。
如上述，可以使用本發(fā)明的有機(jī)光敏性裝置由入射電磁輻射產(chǎn)生 電能(例如光伏裝置)，或可以使用它檢測(cè)入射電磁輻射(例如光檢 測(cè)器或光導(dǎo)體電池)。
這里解釋和/或描述了本發(fā)明的具體例子。但是，將認(rèn)識(shí)到在不偏 離本發(fā)明的精神和范圍下，本發(fā)明的修改和變化被上面的教導(dǎo)覆蓋并 在所附帶的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種方法，包括提供布置在透明基底上的包含第一導(dǎo)電材料的透明膜；在所述第一導(dǎo)電材料上沉積并圖案化掩模，使得在所述掩模中的開(kāi)孔具有其狹窄部分靠近所述基底的傾斜側(cè)面；將第二導(dǎo)電材料直接沉積到在所述掩模的所述開(kāi)孔中暴露的所述第一導(dǎo)電材料上，至少部分地填充所述開(kāi)孔；剝?nèi)ニ鲅谀?，留下由在所述掩模的所述開(kāi)孔中的所述沉積形成的所述第二導(dǎo)電材料的凹入結(jié)構(gòu)；在所述剝?nèi)ブ?，將第一有機(jī)材料沉積到在所述凹入結(jié)構(gòu)之間的所述第一導(dǎo)電材料上；和在所述凹入結(jié)構(gòu)之間沉積的所述第一有機(jī)材料上沉積第三導(dǎo)電材料，所述凹入結(jié)構(gòu)的邊緣對(duì)齊沉積，從而所述第三導(dǎo)電材料不直接接觸所述第一和第二導(dǎo)電材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法， 材料更導(dǎo)電。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，聚合物。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，物。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，
6. 如權(quán)利要求1所述的方法， 料是金屬的透明涂層。所述第二導(dǎo)電材料比所述第一導(dǎo)電其中所述第一導(dǎo)電材料是氧化物或其中所述氧化物是簡(jiǎn)并半導(dǎo)體氧化其中所述第二導(dǎo)電材料是金屬。 其中所述透明膜的所述第一導(dǎo)電材
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二導(dǎo)電材料是金屬。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包含使在所述凹入結(jié)構(gòu)之 間沉積的所述第三導(dǎo)電材料電互連。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在所述第一有機(jī)材料 上沉積第二有機(jī)材料，所述第一和第二有機(jī)材料形成平面的、塊狀或 混合式施主-受主異質(zhì)結(jié)。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含用所述第一有機(jī)材 料沉積第二有機(jī)材料，所述第一和第二有機(jī)材料形成混合的、塊狀或 混合式施主-受主異質(zhì)結(jié)。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電材料是金屬，所述透明膜和所述第一有機(jī)材料形成肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第三導(dǎo)電材料是金屬， 所述第三導(dǎo)電材料和所述第一有機(jī)材料形成肖特基-勢(shì)壘異質(zhì)結(jié)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述透明膜是與所述透明基底物理接觸片。
全文摘要
一種降低光敏性裝置的串聯(lián)電阻的方法，包括提供布置在透明基底上的第一導(dǎo)電材料的透明膜；在第一導(dǎo)電材料上沉積并圖案化掩模，使得在掩模中的開(kāi)孔具有其狹窄部分靠近基底的傾斜側(cè)面；將第二導(dǎo)電材料直接沉積到在掩模的開(kāi)孔中暴露的第一導(dǎo)電材料上，至少部分地填充開(kāi)孔；剝?nèi)パ谀?，留下由在掩模開(kāi)孔中的沉積物形成的第二導(dǎo)電材料的凹入結(jié)構(gòu)；剝?nèi)パ谀Ｖ?，將第一有機(jī)材料沉積到凹入結(jié)構(gòu)之間的第一導(dǎo)電材料上；和在凹入結(jié)構(gòu)之間沉積的第一有機(jī)材料上定向地沉積第三導(dǎo)電材料，凹入結(jié)構(gòu)的邊緣對(duì)齊沉積，從而第三導(dǎo)電材料不直接接觸第一導(dǎo)電材料且不直接接觸第二導(dǎo)電材料。
文檔編號(hào)H01L51/44GK101390229SQ200680037739
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者史蒂芬·R·福里斯特, 薛劍耿 申請(qǐng)人:普林斯頓大學(xué)理事會(huì)