專利名稱：具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光電轉換器件，尤其是涉及一種采用有機/無機復合材料體系具有體異質結結構，且具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的器件。
背景技術：
在定的電場作用下，被相應的電能所激發(fā)而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象稱之為電致發(fā)光。從發(fā)光材料角度可將電致發(fā)光分為無機電致發(fā)光和有機電致發(fā)光。無機電致發(fā)光器件已經(jīng)廣泛應用，但仍然有很多缺陷，如發(fā)光p 叩種少，特別是藍光材料較稀少；效率低于普通白熾燈能量消耗高等缺點。有機電致發(fā)光的研究起步較晚，但存在巨大的吸引力，由于它具有以下的優(yōu)點材料選擇范圍寬，可實現(xiàn)全色顯示，驅動電壓低，全固化和主動發(fā)光，視角寬，響應速度快，制備過程簡單成本低，超薄膜，重量輕，可制作在柔性襯底上。它能克服液晶顯示的視角小，響應速度慢，等離子顯示的高電壓以及無機電致發(fā)光品種少的缺點，成為取 代傳統(tǒng)陰極射線顯像管的平板顯示技術的有力競爭 者。但是有機電致發(fā)光器件的效率和壽命還有待提高。 對于共軛聚合物電致發(fā)光器件由于其空穴注入效率高，而電子注入效率低，因此限制了其發(fā)光效率的提咼為了提高其電子注入效率和器件壽命，需要對聚合 注物 入電致 材料發(fā) 等光器件改進其材料和結構，例如增加電子通常情況下，對于光伏效應和電致發(fā)光的研究是分開進行的但對于有機/無機復合材料體系的太陽電池來說，其光伏性能的產(chǎn)生是由于光誘導電子轉移實驗結果表明當光從氧化銦錫(IT0)玻璃側照、射會產(chǎn)生明顯的光伏效應，當以IT0透明電極為陽極加正向偏壓時，可以觀察到明亮的電致發(fā)光這說明光伏器件和電致發(fā)光器件可以集成于同一個器件對于同時具有光伏效應和電致發(fā)光性能的氧化鋅Zn0)/it軛麥厶 豕 口物復合材料體系的體異質結結構的器件的報道尚未出現(xiàn)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供 一 種具有光伏效應和電 致發(fā)光雙重功能的器件。本發(fā)明采用了有機/無機復合材料體系，把無機納米材料Zn0引入到器件中，作為 光伏器件時，提高了電子遷移率和激子分離效率，因 而提高了能量轉換效率；作為電致發(fā)光器件時，由于 ZnO降低了電子注入勢壘，因此解決了聚合物電致發(fā)光 器件電子注入困難的缺點。本發(fā)明 一 種具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的 器件，其特征在于，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，可以降低襯 底表面的粗糙度，并使襯底和活性層形成良好的接觸；一活性層，該活性層制作在緩沖層上，可以作為 光電轉換層；一鋁電極，該鋁電極制作在活性層上作為光伏器 件使用時收集電子，作為電致發(fā)光器件時注入電子。其中襯底是IT0玻璃或FT0玻璃。其中緩沖層是磺化聚苯乙烯摻雜的聚3， 4-乙烯 基二氧噻吩。其中活性層是ZnO納米晶和共軛聚合物2 -甲氧基 -5- (3， ，7， -二甲基辛氧基)對苯撐乙烯或聚3己基噻吩的混合薄膜。其中本器件作為電致發(fā)光器件時，ITO玻璃注入空穴；作為光伏器件時，ITO玻璃為收集空穴。其中本器件作為電致發(fā)光器件時，鋁電極注入電 子；作為光伏器件時，鋁電極收集電子。本發(fā)明的有益效果是這種器件可以在有光照的 時候作為光伏器件，在8 5 mW/cm2的光強下開路電壓 為0 . 8 4 V，短路電流密度為3 . 4 6 mA/cm2，填充因 子為0 . 4 2 ，能量轉換效率為1 . 4 7 % ;它還可以在沒有光昭 乂 Li "、、時作為電致發(fā)光器件使用，在3 . 5 V-5正向偏壓下電致發(fā)光峰位的波長為5 6 0 nm左右且隨著電壓的增加發(fā)光強度增加。


為進 一 步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結合附圖對本發(fā)明作一詳細的描述，其中 圖1是本發(fā)明器件的剖面圖；圖2表示作為光伏器件的電流密度-電壓曲線； 圖3表示該器件在正向偏壓下的電致發(fā)光光譜。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明 白，以下結合具體實施例，并參照附圖。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的器件結構的示意圖。該器件包含襯底10 ; —緩沖層2 Q ，該緩沖層2 0制作在襯底10上，可以降低襯底表面的粗糙度，并使襯底和活性層形成良好的接觸； 一 活性層3 0 ，該活性層30制作在緩沖層2 0上，可以作為光電轉換層；一鋁電極40，該鋁電極4 0制作在活性層3 0上收集電子或者注入電子。所述襯底1 0為透明導電膜，比如氧化銦錫(IT0)或者摻氟的氧化錫(FT0 )玻璃。作為光伏器件使用時，該襯底作為受光面，并且收集空穴；作為電致發(fā)光器件時該襯底作為光發(fā)射面，并且收集電子。襯底10上面是采用旋涂工藝制備的緩沖層20該緩沖層是磺化聚苯乙烯摻雜的聚3，4 -乙烯基一氧噻吩PED0T:PSS)，可以降低襯底表面的粗糙度，并使襯底和活性層形成良好的接觸。調(diào)節(jié)旋涂時的轉速可以調(diào)節(jié)PED0T: PSS的厚度，通常情況下所述的緩沖層厚度在3 0 - 1 0 0 nm之間。緩沖層2 0上面是采用旋涂工藝制備的活性層30該活性層是ZnO納米晶和共軛聚合物2 -甲氧基-5一3，，7，- 二甲基辛氧基)對苯撐乙烯(MDMO-PPV)或聚3己基噻吩(P 3 HT)的混合薄膜。該活性層是光電轉換層，ZnO禾P MDMO-PPV或者P 3HT要形成良好的接觸界面，才能保證電荷的輸運。調(diào)節(jié)旋涂時的轉速可以調(diào)節(jié)活性層的厚度，通常情況下所述的活性厚度在6 0-2 0 Onm之間?；钚詫?0上面是真空蒸發(fā)的鋁電極40。本器件作為電致發(fā)光器件時，鋁電極4 0注入電子;作為光伏器件時，鋁電極4 O收集電子。實驗例1 .合成電子傳輸材料ZnO納米晶的工藝如下 把2.95 g乙酸鋅溶解在60。C的125ml 甲醇 中，在隨后的l O分鐘內(nèi)，在不斷攪拌的條件下加入 KOH的甲醇溶液(1.5 7gKOH， 8 2%，甲醇6 5ml)。2小時1 5分中后去掉加熱和攪拌，離心分離，用甲 醇溶液清洗納米顆粒，最后把經(jīng)過離心分離的ZnO納 米顆粒溶解于氯苯溶劑中。2 .采用ITO玻璃作為襯底，以2 4 0 0轉/分鐘 的轉速旋涂 一 層緩沖層2 0的溶液磺化聚苯乙烯摻雜 的聚3 ， 4 -乙烯基二氧噻吩(PEDOT:PSS)溶液，形 成緩沖層2 0 。然后在空氣中干燥i 2小時，使水分充 分揮發(fā)。3 制備MDMO-PPV氯苯溶液，然后禾B ZnO的氯苯溶液混合并進行超聲波分散，ZnO的體積百分含量為26 %。
4 . 將均勻的ZnO :M廳-PPV或者ZnO:P3HT溶液 旋涂在覆蓋著緩沖層的襯底上，轉速為l 5 0 0轉/分 鐘之間。
5.最后真空蒸發(fā)鋁電極4 0。這種器件可以在有光照的時候作為光伏器件，如 圖2所示，在8 5 mW/cm2的光強下開路電壓為0.84 V，短路電流密度為3 . 4 6 mA/cm2，填充因子為0 .
4 2，能量轉換效率為1.4 7%;如圖3所示，在沒有 光照時，在3.5 V- 5.5V正向偏壓下電致發(fā)光峰位 的波長為5 6 Onm左右，并且隨著電壓的增加，發(fā)光 強度增加。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術 方案和有益效果進行了進 一 步詳細說明，所應理解的 是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用 于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做 的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1. 一種具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的器件，其特征在于，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，可以降低襯底表面的粗糙度，并使襯底和活性層形成良好的接觸；一活性層，該活性層制作在緩沖層上，可以作為光電轉換層；一鋁電極，該鋁電極制作在活性層上作為光伏器件使用時收集電子，作為電致發(fā)光器件時注入電子。
2 、如權利要求1所述的具有光伏效應和電致發(fā) 光雙重功能的器件，其特征在于，其中襯底是IT0玻 璃或FT0玻璃。
3 、如權利要求1所述的具有光伏效應和電致發(fā) 光雙重功能的器件，其特征在于，其中緩沖層是磺化 聚苯乙烯摻雜的聚3， 4-乙烯基二氧噻吩。
4 、如權利要求1所述的具有光伏效應和電致發(fā) 光雙重功能的器件，其特征在于，其中活性層是Zn0 納米晶和共軛聚合物2 -甲氧基-5-(3， ，7， -二甲基辛氧基)對苯撐乙烯或聚3已基噻吩的混合薄膜。
5 、如權利要求2所述的具有光伏效應和電致發(fā) 光雙重功能的器件，其特征在于，其中本器件作為電致發(fā)光器件時，ITO玻璃注入空穴；作為光伏器件時，IT0玻璃為收集空穴。
6 、如權利要求1所述的具有光伏效應和電致發(fā) 光雙重功能的器件，其特征在于，其中本器件作為電 致發(fā)光器件時，鋁電極注入電子；作為光伏器件時， 鋁電極收集電子。
全文摘要
一種具有光伏效應和電致發(fā)光雙重功能的器件，其特征在于，其中包括一襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，可以降低襯底表面的粗糙度，并使襯底和活性層形成良好的接觸；一活性層，該活性層制作在緩沖層上，可以作為光電轉換層；一鋁電極，該鋁電極制作在活性層上作為光伏器件使用時收集電子，作為電致發(fā)光器件時注入電子。
文檔編號H01L51/44GK101241968SQ200710063708
公開日2008年8月13日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權日2007年2月7日
發(fā)明者劉俊朋, 曲勝春, 王占國 申請人:中國科學院半導體研究所