專利名稱：具有纖維結(jié)構(gòu)的有機(jī)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及有機(jī)光電子器件。更具體地，本發(fā)明涉及具有纖維結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電子器件。
本發(fā)明的背景對使用有機(jī)材料的光電子器件的需求因?yàn)樵S多原因而正日益增長。用于制備這些器件的許多材料相對便宜，因此有機(jī)光電子器件相對無機(jī)器件具有潛在的成本優(yōu)勢。另外，有機(jī)材料的固有性能，如其柔韌性可使得它們適用于特定的場合如在柔性基材上的制造。有機(jī)光電子器件的例子包括有機(jī)發(fā)光器件(OLED)，有機(jī)光電晶體管，有機(jī)光伏電池，和有機(jī)光電檢測器。有機(jī)材料相對常規(guī)材料可具有性能優(yōu)點(diǎn)。例如，有機(jī)發(fā)射層發(fā)出光(用于OLED)時(shí)的波長一般可容易地使用合適的摻雜劑調(diào)整。光電子器件利用材料的光學(xué)和電子性能以在電學(xué)上產(chǎn)生或檢測電磁輻射或由環(huán)境電磁輻射產(chǎn)生電。光敏光電子器件將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電。也稱作光伏(PV)器件的太陽能電池是一種特定用于產(chǎn)生電力的光敏光電子器件。由除日光之外的光源產(chǎn)生電能的PV器件可用于驅(qū)動(dòng)消耗功率的負(fù)荷以提供，例如，發(fā)光，加熱，或向電子電路或器件如計(jì)算器，收音機(jī)，計(jì)算機(jī)或遙控或通訊設(shè)備供能。這些功率生成場合還通常包括對電池或其它能量儲(chǔ)存器件充電使得當(dāng)不能從太陽或其它光源獲得直接照明時(shí)可繼續(xù)操作，或根據(jù)特定的應(yīng)用要求而平衡PV器件功率輸出。本文所用的術(shù)語“電阻負(fù)荷”是指任何功率消耗或儲(chǔ)存電路，器件，設(shè)備或體系。另一種類的光敏光電子器件是光電池。在該功能中，信號(hào)檢測電路監(jiān)控器件的電阻以檢測由于吸收光而產(chǎn)生的變化。另一種類的光敏光電子器件是光電檢測器。在操作中，光電檢測器與當(dāng)光電檢測器暴露于電磁輻射時(shí)測定所產(chǎn)生的電流和可具有外加偏壓的電流檢測電路結(jié)合使用。本文所述的檢測電路能夠向光電檢測器提供偏壓和測量光電檢測器對電磁輻射的電子響應(yīng)。這三種光敏光電子器件可根據(jù)是否存在以下所定義的整流結(jié)以及根據(jù)該器件是否使用外加電壓(也稱作偏壓或偏電壓)操作而表征。光電池不具有整流結(jié)和通常使用偏壓操作。PV器件具有至少一個(gè)整流結(jié)和不使用偏壓操作。光電檢測器具有至少一個(gè)整流結(jié)和通常但不總是使用偏壓操作。一般來說，光伏電池向電路，器件或設(shè)備提供功率，但不提供信號(hào)或電流以控制檢測電路，或來自檢測電路的信息輸出。相反，光電檢測器或光電導(dǎo)體提供信號(hào)或電流以控制檢測電路，或來自檢測電路的信息輸出但不向電路，器件或設(shè)備提供功率。傳統(tǒng)上，光敏光電子器件由許多無機(jī)半導(dǎo)體，如，晶體，多晶和無定形硅，砷化鎵，碲化鎘和其它物質(zhì)構(gòu)成。在此，術(shù)語“半導(dǎo)體”表示當(dāng)載流子被熱或電磁激發(fā)誘導(dǎo)時(shí)可產(chǎn)生電的材料。術(shù)語“光電導(dǎo)的”一般涉及其中電磁輻射能量被吸收和因此被轉(zhuǎn)化成載流子的激發(fā)能量使得載流子可在材料中傳導(dǎo)，即，傳輸，電荷。術(shù)語“光電導(dǎo)體”和“光電導(dǎo)材料”在本文中用于表示由于其吸收電磁輻射以產(chǎn)生載流子的能力而被選擇的半導(dǎo)體材料。PV器件可特征在于，它們可有效地將入射太陽能功率轉(zhuǎn)化成有用的電功率。采用晶體或無定形硅的器件在商業(yè)應(yīng)用中占優(yōu)勢，且某些已實(shí)現(xiàn)23％或更高的效率。但有效的晶體基器件，尤其大表面積的那些在生產(chǎn)時(shí)困難和昂貴，這是因?yàn)楸旧碓跊]有顯著降低效率的缺陷的情況下生產(chǎn)大晶體時(shí)存在問題。另一方面，高效無定形硅器件進(jìn)一步存在穩(wěn)定性方面的問題。目前的市售無定形硅電池具有4至8％的穩(wěn)定化效率。更新近的努力集中于使用有機(jī)光伏電池以實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)成本下的可接受光伏轉(zhuǎn)化效率。PV器件可在標(biāo)準(zhǔn)照明條件(即，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件是1000W/m2，AM 1.5光譜照明)下優(yōu)化以產(chǎn)生最大電力，得到光電流乘以光電壓的最大乘積。這種電池在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下的功率轉(zhuǎn)化效率取決于以下三個(gè)參數(shù)(1)在零偏壓下的電流，即，短路電流ISC，(2)在開路條件下的光電壓，即，開路電壓VOC，和(3)填充因數(shù)，ff。PV器件在它們連接穿過負(fù)荷和被光照射時(shí)產(chǎn)生能得到光生電流。如果在無限負(fù)荷下照射，PV器件產(chǎn)生其最大可能電壓，V開路，或VOC如果在其電接觸短路時(shí)照射，PV器件產(chǎn)生其最大可能電流，I短路，或ISC如果實(shí)際用于產(chǎn)生功率，將PV器件連接無限電阻負(fù)荷上和功率輸出由電流和電壓的乘積I×V給出。PV器件所產(chǎn)生的最大總功率本身不能超過乘積ISC×VOC。如果負(fù)荷值針對最大功率提取而被優(yōu)化，電流和電壓分別具有值Imax和Vmax。用于PV器件的數(shù)據(jù)是填充因數(shù)ff，其定義為ff＝{ImaxVmax}/{ISCVOC}(1)其中ff總是低于1，因?yàn)镮SC和VOC在實(shí)際使用中決不同時(shí)得到。但隨著ff接近1，該器件具有較少的串聯(lián)或內(nèi)電阻和因此將較大百分?jǐn)?shù)的ISC和VOC的乘積在最佳條件下傳送至負(fù)荷。其中Pinc是入射該器件的功率，器件的功率效率ηP可計(jì)算如下ηP＝ff*(ISC*VOC)/Pinc如果具有合適能量的電磁輻射入射到半導(dǎo)電有機(jī)材料，例如，有機(jī)分子晶體(OMC)材料，或聚合物上，光子可被吸收以生成激發(fā)分子態(tài)。這用符號(hào)表示為S0+hv→S0*。在此，S0和S0*分別表示基態(tài)和激發(fā)分子態(tài)。該能量吸收與電子從HOMO能級(jí)的鍵接態(tài)(可以是π-鍵)至LUMO能級(jí)(可以是π*-鍵)的激勵(lì)，或相當(dāng)?shù)?，空穴從LUMO能級(jí)至HOMO能級(jí)的激勵(lì)有關(guān)。在有機(jī)薄膜光電導(dǎo)體中，所產(chǎn)生的分子態(tài)一般據(jù)信是激子，即，作為準(zhǔn)顆粒傳輸?shù)逆I接態(tài)電子-空穴對。激子可在成雙復(fù)合(是指原始電子和空穴相互復(fù)合的過程，不同于與其它對的空穴或電子的復(fù)合)之前具有顯著的壽命。為了得到光電流，電子-空穴對通常在兩個(gè)相異接觸有機(jī)薄膜之間的給體-受體界面上被分離。如果電荷不分離，它們可放射地，通過發(fā)射能量低于入射光的光，或非放射地，通過產(chǎn)生熱而在也稱作淬滅的成雙復(fù)合過程中復(fù)合。這些結(jié)果在光敏光電子器件都是不理想的。觸點(diǎn)上的電場或不均勻性可造成激子在給體-受體界面上淬滅而非離解，導(dǎo)致對電流沒有凈貢獻(xiàn)。因此，最好保持光產(chǎn)生激子離開觸點(diǎn)。這樣能夠限制激子擴(kuò)散至接點(diǎn)附近的區(qū)域，使得所述電場增大了分離通過離解接點(diǎn)附近的激子而釋放的載流子的可能性。為了得到占據(jù)顯著體積的內(nèi)生電場，常規(guī)方法是并置兩層具有合適地選擇的導(dǎo)電性能(尤其根據(jù)其分子量子能量態(tài)分布)的材料。這兩種材料的界面稱作光伏異質(zhì)結(jié)。在傳統(tǒng)半導(dǎo)體理論中，用于形成PV異質(zhì)結(jié)的材料被表示為一般是n或p型。在此，n-型表示，多數(shù)載流子類型是電子。這可被認(rèn)為是具有許多電子在相對自由能態(tài)。p-型表示多數(shù)載流子類型是空穴。這些材料具有相對自由能態(tài)的許多空穴。背景的種類，即，不光產(chǎn)生的多數(shù)載流子濃度主要取決于缺陷或雜質(zhì)的無意摻雜。雜質(zhì)的種類和濃度決定費(fèi)米(Fermi)能量，或能級(jí)的值在最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級(jí)和最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)能級(jí)之間的能隙(稱作HOMO-LUMO能隙)內(nèi)。費(fèi)米能量表征分子量子能量態(tài)的統(tǒng)計(jì)占據(jù)，表示為占據(jù)可能性等于1/2時(shí)的能量值。接近LUMO能級(jí)的費(fèi)米能量表示，電子是占優(yōu)勢的載流子。接近HOMO能級(jí)的費(fèi)米能量表示，空穴是占優(yōu)勢的載流子。因此，費(fèi)米能量是傳統(tǒng)半導(dǎo)體的主表征性能和原型的PV異質(zhì)結(jié)通常是p-n界面。術(shù)語“整流”表示，尤其，界面具有非對稱傳導(dǎo)特性，即，界面優(yōu)選在一個(gè)方向上支持電子電荷傳輸。整流通常與在合適地選擇的材料之間的異質(zhì)結(jié)上發(fā)生的內(nèi)置電場有關(guān)。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員一般所理解，本文所用的第一“最高占據(jù)分子軌道”(HOMO)或“最低未占據(jù)分子軌道”(LUMO)能級(jí)“大于”或“高于”第二HOMO或LUMO能級(jí)，如果第一能級(jí)接近真空能級(jí)。因?yàn)殡婋x電勢(IP)被測定為相對真空水平的負(fù)能量，較高HOMO能級(jí)對應(yīng)于具有較小絕對值的IP(不太負(fù)性的IP)。類似地，較高LUMO能級(jí)對應(yīng)于具有較小絕對值的電子親合性(EA)(不太負(fù)性的EA)。在常規(guī)能級(jí)圖上，對于上部的真空水平，材料的LUMO能級(jí)高于同一材料的HOMO能級(jí)?！拜^高”HOMO或LUMO能級(jí)與“較低”HOMO或LUMO能級(jí)相比似乎更靠近該圖的上部。在有機(jī)材料的情況下，術(shù)語“給體”和“受體”是指兩種接觸但不同的有機(jī)材料的HOMO和LUMO能級(jí)的相對位。這不同于這些術(shù)語在無機(jī)情形中的使用，其中“給體”和“受體”可以表示可用于分別產(chǎn)生無機(jī)n-和p-型層的摻雜劑的種類。在有機(jī)情形中，如果與另一材料接觸的一種材料的LUMO能級(jí)較低，那么該材料是受體。否則，它是給體。在不存在外部偏壓的情況下，給體-受體接點(diǎn)處的電子在能量上有利地移向受體材料，和空穴移向給體材料。有機(jī)半導(dǎo)體的一種顯著性能是載流子遷移率。遷移率度量載流子響應(yīng)電場而移動(dòng)通過導(dǎo)電材料的容易性。在有機(jī)光敏器件的情況下，包括由于高電子遷移率而優(yōu)先通過電子傳導(dǎo)的材料的層可被稱作電子傳輸層，或ETL。包括由于高空穴遷移率而優(yōu)先通過空穴傳導(dǎo)的層可被稱作空穴傳輸層，或HTL。優(yōu)選，但不必然地，受體材料是ETL和給體材料是HTL。常規(guī)無機(jī)半導(dǎo)體PV電池采用p-n接點(diǎn)以建立內(nèi)電場。早期有機(jī)薄膜電池(如Tang等人，Appl.Phys.Lett.48，183(1986)所報(bào)道的)包含類似于常規(guī)無機(jī)PV電池所用的異質(zhì)結(jié)。但現(xiàn)在認(rèn)為，除了建立p-n型接點(diǎn)，異質(zhì)結(jié)的能級(jí)偏移也起著重要的作用。有機(jī)D-A異質(zhì)結(jié)處的能級(jí)偏移據(jù)信由于光生成過程在有機(jī)材料中的基本性質(zhì)而對于有機(jī)PV器件的操作是重要的。通過有機(jī)材料的光學(xué)激發(fā)，產(chǎn)生定域Frenkel或電荷-轉(zhuǎn)移激子。為了發(fā)生電檢測或電流生成，鍵接激子必須被離解成其成分電子和空穴。這種過程可通過內(nèi)置電場而誘導(dǎo)，但通常存在于有機(jī)器件的電場(F約106V/cm)處的效率低。有機(jī)材料的最有效激子離解出現(xiàn)在給體-受體(D-A)界面。在這種界面上，具有低電離電勢的給體材料與具有高電子親合性的受體材料形成異質(zhì)結(jié)。根據(jù)給體和受體材料的能級(jí)的排列，激子的離解在這種界面上變得能量上有利，導(dǎo)致受體材料中的游離電子偏極子和在給體材料中的游離空穴偏極子。如果與傳統(tǒng)硅基器件相比，有機(jī)PV電池具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)PV電池重量輕，在材料使用上經(jīng)濟(jì)，和可沉積在低成本基材，如柔性塑料箔上。但一些有機(jī)PV器件通常具有相對低的外量子效率，約1％或更低。這部分被認(rèn)為是由于原有光電導(dǎo)工藝的二級(jí)性質(zhì)。即，載流子生成需要激子生成，擴(kuò)散和電離或收集離子。這些過程分別存在一個(gè)效率η。下標(biāo)可如下使用P表示功率效率，EXT表示外量子效率，A表示光子吸收，ED表示擴(kuò)散，CC表示收集，和INT表示內(nèi)量子效率。使用該標(biāo)記法ηP～ηEXT＝ηA*ηED*ηCCηEXT＝ηA*ηINT激子的擴(kuò)散長度(LD)(LD～50埃)通常明顯小于光學(xué)吸收長度(～500埃)，需要在使用具有多個(gè)或高度折疊的界面的厚的，和因此電阻性的電池，或具有低光學(xué)吸收效率的薄電池之間權(quán)衡。通常，如果光被吸收以在有機(jī)薄膜中形成激子，形成單重態(tài)激子。利用系統(tǒng)間互換的機(jī)理，單重態(tài)激子可衰減成三重態(tài)激子。在該過程中，損失能量，導(dǎo)致器件的效率較低。如果不是因?yàn)閬碜韵到y(tǒng)間互換的能量損失，最好使用產(chǎn)生三重態(tài)激子的材料，因?yàn)槿貞B(tài)激子與單重態(tài)激子相比一般具有較長的壽命時(shí)間，和因此較長的擴(kuò)散長度。
本發(fā)明綜述提供了一種光活性纖維，以及制造這種纖維的方法。該纖維具有包括第一電極的導(dǎo)電核(core)。有機(jī)層包圍并電連接至第一電極。透明第二電極包圍并電連接至有機(jī)層。其它層，如阻擋層或光滑層也可被引入纖維中。纖維可被編織成布。
附圖的簡要描述

圖1顯示一種有機(jī)PV器件，該有機(jī)PV器件包括陽極，陽極光滑層，給體層，受體層，阻擋層，和陰極。圖2顯示光活性纖維。圖3顯示包括阻擋層的光活性纖維。圖4顯示有機(jī)發(fā)光器件。
詳細(xì)描述提供了一種具有纖維結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電子器件。可提供各種類型的有機(jī)光電子器件，包括有機(jī)光敏器件和有機(jī)發(fā)光器件。本發(fā)明實(shí)施方案可包括陽極，陰極，和位于陽極和陰極之間和電連接至兩者上的有機(jī)層。本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)光敏器件可例如用于由入射電磁輻射(如，PV器件)產(chǎn)生可用的電流或可用于檢測入射電磁輻射?！肮饣钚詤^(qū)域”是吸收電磁輻射以產(chǎn)生激子的那部分光敏器件，其中所述激子可離解以產(chǎn)生電流。有機(jī)光敏光電子器件可包括至少一個(gè)透明電極以使入射輻射被該器件所吸收。幾種PV器件材料和構(gòu)型描述于U.S.專利No.6,657,378，No.6,580,027，和No.6,352,777，在此作為參考完全并入本發(fā)明。圖1顯示有機(jī)光敏光電子器件100。圖不必按比例繪制。器件100可包括基材110，陽極115，陽極光滑層120，給體層125，受體層130，阻擋層135，和陰極140。陰極140可以是具有第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的復(fù)合陰極。器件100可通過按順序沉積所述層而制成。電荷分離可主要在給體層125和受體層130之間的有機(jī)異質(zhì)結(jié)上發(fā)生。異質(zhì)結(jié)處的內(nèi)建電勢由接觸形成異質(zhì)結(jié)的兩種材料之間的HOMO-LUMO能級(jí)差異決定。給體和受體材料之間的HOMO-LUMO能隙偏移在給體/受體界面上產(chǎn)生電場，促進(jìn)在界面的激子擴(kuò)散長度內(nèi)產(chǎn)生的激子的電荷分離。OLED利用薄有機(jī)膜，當(dāng)電壓施加到該器件上時(shí)該薄有機(jī)膜發(fā)出光。OLED正變成一項(xiàng)用于平板顯示器，照明，和背光等場合的日益重要的技術(shù)。幾種OLED材料和構(gòu)型描述于U.S.專利No.5,844,363，No.6,303,238，和No.5,707,745，在此作為參考完全并入本發(fā)明。一般，OLED包括位于陽極和陰極之間和電連接至兩者上的至少一有機(jī)層。在施加電流時(shí)，陽極注入空穴和陰極注入電子到有機(jī)層中。所注入的空穴和電子分別移向帶相反電荷的電極。如果電子和空穴定域在相同的分子上，形成“激子”，一種具有激發(fā)能量態(tài)的定域電子-空穴對。如果激子通過光發(fā)射機(jī)理而弛豫，那么發(fā)出光。在某些情況下，激子可被定域在激基締合物或激發(fā)復(fù)合物上。也可發(fā)生非輻射機(jī)理，如熱弛豫，但一般被認(rèn)為是非所需的。圖4顯示有機(jī)發(fā)光器件400。圖不必按比例繪制。器件400可包括基材410，陽極415，空穴注入層420，空穴傳輸層425，電子阻擋層430，發(fā)射層435，空穴阻擋層440，電子傳輸層445，電子注入層450，保護(hù)層455，和陰極460。陰極460是具有第一導(dǎo)電層462和第二導(dǎo)電層464的復(fù)合陰極。器件400可通過按序沉積所述層而制成。圖1和4所示的層的特定組成和排列僅是說明性的，且無意于限定。例如，一些層(如阻擋層)可被省略。可添加其它層(如反射層和/或抗反射層)。對于光敏器件，可以使用其它的受體和給體層(即，串聯(lián)電池)，或可以使用不具有單獨(dú)的有機(jī)受體和給體層的其它種類的有機(jī)光敏器件?？梢允褂闷渌N類的OLED，如沒有電子和/或空穴傳輸層的OLED。層的順序可被改變?？梢允褂贸诖司唧w描述之外的排列。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員根據(jù)該公開內(nèi)容應(yīng)該能夠?qū)⒏鞣N有機(jī)器件構(gòu)型適用于纖維結(jié)構(gòu)。所述的特定材料和結(jié)構(gòu)是說明性的，但可以使用其它材料和結(jié)構(gòu)。功能器件可通過將所述各種層按照不同方式組合而實(shí)現(xiàn)，或?qū)涌苫谠O(shè)計(jì)，性能，和成本因素而被完全省略。也可包括沒有具體描述的其它層。可以使用除具體描述之外的材料。盡管本文所提供的許多例子將各種層描述為包含單個(gè)材料，可以理解，可以使用材料的組合，如基質(zhì)和摻雜劑的混合物，或更多一般地混合物。另外，層可具有各種子層。本文對各層給出的名稱無意于嚴(yán)格限定。例如，在OLED中，電子阻擋層也可用作空穴傳輸層。在一個(gè)實(shí)施方案中，OLED或光敏器件可被描述為具有位于陰極和陽極之間的“有機(jī)層”。該有機(jī)層可包含單層，或可進(jìn)一步包含的層不同的有機(jī)材料，例如在圖1和2中所述。也可使用沒有具體描述的結(jié)構(gòu)和材料，如由聚合物材料(PLED)組成的OLED，例如公開于U.S.專利No.5,247,190，F(xiàn)riend等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明。作為另一例子，可以使用具有單個(gè)有機(jī)層的OLED。OLED可被堆疊，例如描述于U.S.專利No.5,707,745(Forrest等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明)。器件結(jié)構(gòu)可偏離圖1和4所示的簡單層狀結(jié)構(gòu)。例如，基材可包括有角度的反射表面以改進(jìn)外耦合，如臺(tái)形結(jié)構(gòu)(例如描述于U.S.專利No.6,091,195，F(xiàn)orrest等人)，和/或凹坑結(jié)構(gòu)(例如描述于U.S.專利No.5,834,893，Bulovic等人)，在此作為參考完全并入本發(fā)明。基材可以是提供所需結(jié)構(gòu)性能的任何合適的基材。基材可以是柔性或剛性的?；目梢允峭该鳎胪该骰虿煌该鞯?。塑料和玻璃是優(yōu)選的剛性基材的例子。塑料和金屬箔是優(yōu)選的柔性基材的例子?？蛇x擇基材的材料和厚度以得到所需結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能。US專利No.6,352,777(在此作為參考并入本發(fā)明)提供了可用于光電子器件的電極，或觸點(diǎn)的例子。如果在本文中使用，術(shù)語“電極”和“觸點(diǎn)”是指提供介質(zhì)以使光產(chǎn)生的電流傳輸至外部電路或向該器件提供偏壓的層。電極，或觸點(diǎn)提供有機(jī)光敏光電子器件的光活性區(qū)域和用于將載流子傳輸進(jìn)出外部電路的導(dǎo)線，引線，跡線或其它裝置之間的界面。在光敏光電子器件中，最好使最大量的環(huán)境電磁輻射從器件外部進(jìn)入光電導(dǎo)活性內(nèi)部區(qū)域。到達(dá)光電導(dǎo)層的電磁輻射可通過光電導(dǎo)吸收被轉(zhuǎn)化成電。這通常表示，至少一個(gè)電觸點(diǎn)應(yīng)該是最少吸收和最少反射入射電磁輻射。優(yōu)選，這種觸點(diǎn)是基本上透明的。相對電極可以是反射材料，這樣已通過電池而沒有被吸收的光通過電池被發(fā)射回來。本文所用的材料層或不同材料的一系列的幾個(gè)層被認(rèn)為是“透明的”，如果層或多層允許至少50％相關(guān)波長的環(huán)境電磁輻射通過該層被傳輸。類似地，允許一些，但低于50％的相關(guān)波長的環(huán)境電磁輻射傳輸?shù)膶颖徽J(rèn)為是“半透明的”。本文所用的“上”是指離基材最遠(yuǎn)處，而“底”是指最接近基材。例如，對于具有兩個(gè)電極的器件，底電極是最接近基材的電極，和一般是所制造的第一電極。底電極具有兩個(gè)表面，最接近基材的底表面，和遠(yuǎn)離基材的上表面。如果第一層被描述為“位于”第二層“之上”，則第一層遠(yuǎn)離基材放置。在第一和第二層之間可以有其它層，除非具體規(guī)定，第一層與第二層“物理接觸”。例如，陰極可被描述為“位于”陽極“之上”，即使在兩者之間有各種有機(jī)層。在共軸器件或其它非平面構(gòu)型的情況下，“位于......之上”是指被放置遠(yuǎn)離用作核或基材的那部分結(jié)構(gòu)，即，在該部分結(jié)構(gòu)之上制造該結(jié)構(gòu)的其余部分。電極優(yōu)選由金屬或“金屬替代物”制成。在此，術(shù)語“金屬”用于包括由元素純金屬，如，Mg組成的材料，以及包括由兩種或多種元素純金屬，如，Mg和Ag在一起(表示為Mg:Ag)組成的金屬合金材料。在此，術(shù)語“金屬替代物”是指在正常定義內(nèi)不是金屬，但具有在某些合適的場合中理想的金屬狀性能的材料。常用于電極和電荷轉(zhuǎn)移層的金屬替代物包括摻雜的寬帶隙半導(dǎo)體，例如，透明導(dǎo)電氧化物如氧化銦錫(ITO)，氧化鎵銦錫(GITO)，和氧化鋅銦錫(ZITO)。尤其是，ITO是具有光學(xué)帶隙約3.2eV的高度摻雜簡并n+半導(dǎo)體，使得它對大于約3900埃的波長透明。另一合適的金屬替代物是透明導(dǎo)電聚合物聚苯胺(PANI)和其化學(xué)相關(guān)物。金屬替代物可進(jìn)一步選自寬范圍的非金屬材料，其中術(shù)語“非金屬”意味著包括寬范圍的材料，前提是該材料在其化學(xué)未結(jié)合形式下沒有金屬。如果金屬存在為其化學(xué)未結(jié)合形式，無論單獨(dú)或與一種或多種其它金屬組合成合金，金屬可另外被稱作以其金屬形式或作為“游離金屬”存在。因此，本發(fā)明金屬替代物電極可有時(shí)被稱作“無金屬的”，其中術(shù)語“無金屬的”特意用于包括在其化學(xué)未結(jié)合形式下沒有金屬的材料。游離金屬通常具有金屬鍵接的形式，來自在電子傳導(dǎo)帶中自由移動(dòng)通過金屬晶格的價(jià)電子電子的海(sea)。盡管金屬替代物可包含金屬成分，它們在幾個(gè)方面是“非金屬的”。它們不是純游離金屬，也不是游離金屬的合金。如果金屬以其金屬形式存在，除了其它金屬性能，電子傳導(dǎo)帶往往向光學(xué)輻射提供高導(dǎo)電率以及高反射率。本發(fā)明實(shí)施方案可包括，作為光電子器件的一個(gè)或多個(gè)透明電極，例如公開于U.S.專利No.6,420,031，Parthasarathy等人(“Parthasarathy′031”)的高度透明，非金屬，低電阻陰極，或例如公開于U.S.專利No.5,703,436，F(xiàn)orrest等人(“Forrest′436”)的高度有效，低電阻金屬/非金屬復(fù)合陰極，在此作為參考完全并入本發(fā)明。每種類型的陰極優(yōu)選在包括以下步驟的制造工藝中制造將ITO層濺射沉積到有機(jī)材料，如銅酞菁(CuPc)上，以形成高度透明，非金屬，低電阻陰極或?yàn)R射沉積到薄Mg:Ag層上以形成高度有效，低電阻金屬/非金屬復(fù)合陰極。在此，術(shù)語“陰極”按照以下方式使用。在非堆疊PV器件或在環(huán)境照射下和具有電阻負(fù)荷連接和沒有外加電壓的堆疊PV器件，如，PV器件的單個(gè)單元中，電子從光-導(dǎo)電材料移向陰極。在OLED中，電子從陰極被注入器件。類似地，術(shù)語“陽極”在本文中使用使得，在處于照明下的PV器件中，空穴從光-導(dǎo)電材料移向陽極，相當(dāng)于電子按照相反方式移動(dòng)。對本文所用的術(shù)語要注意，陽極和陰極可以是電極或電荷轉(zhuǎn)移層。有機(jī)光敏器件包括至少一個(gè)光活性區(qū)域，其中光被吸收以形成激發(fā)態(tài)，或“激子”，后者可隨后離解成電子和空穴。激子的離解通常出現(xiàn)在通過受體層和給體層的并置而形成的異質(zhì)結(jié)上。例如，在圖1的器件中，“光活性區(qū)域”可包括給體層125和受體層130。受體材料可由，例如，苝(perylene)，萘，富勒烯或納米管組成。受體材料的一個(gè)例子是3，4，9，10-苝四羧酸二-苯并咪唑(PTCBI)。另外，受體層可由例如描述于U.S.專利No.6,580,027的富勒烯材料組成，在此作為參考完全并入本發(fā)明。鄰近受體層的是一層有機(jī)給體型材料。受體層和給體層的邊界形成可產(chǎn)生內(nèi)生電場的異質(zhì)結(jié)。用于給體層的材料可以是酞菁或卟啉，或其衍生物或過渡金屬配合物，如銅酞菁(CuPc)?？梢允褂闷渌线m的受體和給體材料。通過在光活性區(qū)域中使用有機(jī)金屬材料，引入這些材料的光敏器件可有效地利用三重態(tài)激子。據(jù)信，單重態(tài)-三重態(tài)混合可足夠強(qiáng)地用于有機(jī)金屬化合物，使得吸收包括由單重基態(tài)直接激發(fā)成三重激發(fā)態(tài)，消除了與從單重激發(fā)態(tài)至三重激發(fā)態(tài)的轉(zhuǎn)化有關(guān)的損失。三重態(tài)激子與單重態(tài)激子相比較長的壽命時(shí)間和擴(kuò)散長度可允許使用較厚的光活性區(qū)域，因?yàn)槿貞B(tài)激子可擴(kuò)散較大距離到達(dá)給體-受體異質(zhì)結(jié)，而沒有損害器件效率。也可使用除有機(jī)金屬之外的材料。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，光敏器件的堆疊有機(jī)層包括一個(gè)或多個(gè)激子阻擋層(EBL)，例如描述于U.S.專利No.6,097,147，Peumans等人，Applied Physics Letters 2000，76，2650-52，和共同待審申請系列號(hào)09/449,801，1999年11月26日遞交，都在此作為參考并入本發(fā)明。在PV器件中，較高內(nèi)和外量子效率通過夾雜EBL以使光產(chǎn)生的激子限制至離解界面附近區(qū)域和防止在光敏有機(jī)/電極界面上寄生激子淬滅而實(shí)現(xiàn)。除了限制激子可擴(kuò)散的體積，EBL也可用作在沉積電極過程中引入的物質(zhì)的擴(kuò)散阻擋層。在一些情況下，EBL可變得足夠厚以填充針孔或短接缺陷，否則會(huì)使得有機(jī)PV器件無用。EBL可因此幫助保護(hù)脆性有機(jī)層不在電極被沉積到有機(jī)材料時(shí)所產(chǎn)生的損害。據(jù)信，EBL的激子阻斷性能是因?yàn)槠銵UMO-HOMO能隙基本上大于其中激子被阻斷的相鄰有機(jī)半導(dǎo)體。因此，受限的激子由于能量原因而被禁止存在于EBL中。盡管EBL最好能阻斷激子，但EBL最好不阻斷所有的電荷。但由于相鄰能級(jí)的性質(zhì)，EBL可阻斷一個(gè)符號(hào)的載流子。通過設(shè)計(jì)，EBL可存在于兩個(gè)其它層，通常有機(jī)光敏半導(dǎo)體層和電極或電荷轉(zhuǎn)移層之間。相鄰電極或電荷轉(zhuǎn)移層可以是陰極或陽極。因此，用于器件的給定位置中的EBL的材料選擇使得所需符號(hào)的載流子在其傳輸至電極或電荷轉(zhuǎn)移層時(shí)不被阻止。合適的能級(jí)排列確保不存在對電荷傳輸?shù)淖璧K，防止串聯(lián)電阻的增加。例如，用作陰極側(cè)EBL的材料最好具有與相鄰ETL材料的LUMO能級(jí)緊密匹配的LUMO能級(jí)，這樣任何非所需的對電子的阻礙被最小化。應(yīng)該理解，材料的激子阻斷性質(zhì)不是其HOMO-LUMO能隙的固有性能。給定材料是否用作激子阻斷劑取決于相鄰有機(jī)光敏材料的相對HOMO和LUMO能級(jí)。因此，它不可能將孤立的一類化合物確認(rèn)為激子阻斷劑而不考慮到使用它們的器件。但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可根據(jù)本文的教導(dǎo)確認(rèn)給定材料在與所選一組材料一起用于構(gòu)成有機(jī)PV器件時(shí)是否用作激子阻擋層。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，EBL位于光敏器件的受體層和陰極之間。用于EBL的優(yōu)選的材料包含據(jù)信具有LUMO-HOMO能級(jí)分離值約3.5eV的2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(也稱作浴銅靈或BCP)，或苯酚二(2-甲基-8-羥基喹啉根合)-鋁(III)(Alq2OPH)。BCP是有效的激子阻斷劑，可容易將電子從受體層傳輸至陰極。EBL層可用合適的摻雜劑摻雜，摻雜劑包括但不限于3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA)，3，4，9，10-苝四羧酸二酰亞胺(PTCDI)，3，4，9，10-苝四羧酸-二-苯并咪唑(PTCBI)，1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)，和其衍生物。在本器件中沉積的BCP被認(rèn)為是無定形的。明顯無定形的該BCP激子阻擋層可具有在高光強(qiáng)度下特別迅速的膜重結(jié)晶。所得到的至多晶材料的形態(tài)變化得到具有可能缺陷如電極材料的短點(diǎn)，空隙或侵入的較低質(zhì)量的膜。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些EBL材料，如BCP的摻雜(使用合適的，相對大和穩(wěn)定的分子具有該作用)可穩(wěn)定化EBL結(jié)構(gòu)以防降低性能的形態(tài)變化。應(yīng)該進(jìn)一步理解，通過使用LUMO能級(jí)接近EBL的材料摻雜在得到器件中傳輸電子的EBL，這樣確保不形成可產(chǎn)生空間電荷堆積和降低性能的電子阱。另外應(yīng)該理解，相對低的摻雜密度應(yīng)該使在分離的摻雜劑位點(diǎn)上的激子生成最小化。因?yàn)橥ㄟ^周圍的EBL材料有效地抑制這些激子擴(kuò)散，這些吸收降低器件光轉(zhuǎn)化效率。光活性器件的代表性實(shí)施方案也可包括透明電荷轉(zhuǎn)移層或電荷復(fù)合層。本文所述的電荷轉(zhuǎn)移層與受體和給體層的區(qū)別在于，電荷轉(zhuǎn)移層往往，但不必然地，是無機(jī)的(通常金屬)和它們可被選擇成不是光電導(dǎo)活性的。術(shù)語“電荷轉(zhuǎn)移層”在本文中用于表示與電極類似但不同的層，因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移層僅從光電子器件的一個(gè)子部分將載流子傳輸至相鄰子部分。術(shù)語“電荷復(fù)合層”在本文中用于表示與在本文中用于表示與電極類似但不同的層，因?yàn)殡姾蓮?fù)合層允許串聯(lián)光敏器件之間的電子和空穴的復(fù)合和也可增加一個(gè)或多個(gè)光活性層附近的內(nèi)光學(xué)場強(qiáng)度。電荷復(fù)合層可由半透明金屬納米簇，納米顆粒或納米棒構(gòu)成，例如描述于U.S.專利No.6,657,378，在此作為參考完全并入本發(fā)明。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，陽極光滑層位于陽極和給體層之間。用于該層的優(yōu)選材料包括3，4-聚亞乙二氧基噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)的膜。在陽極(ITO)和給體層(CuPc)之間引入的PEDOT:PSS層可極大地提高制造產(chǎn)率。這歸功于旋涂PEDOT:PSS膜使ITO平面化的能力，否則其粗糙表面可導(dǎo)致短路通過薄分子層。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，一層或多層可用等離子體處理，然后沉積下一層。所述層可例如用適度的氬或氧等離子體處理。該處理是有益的，因?yàn)檫@樣可減少串聯(lián)電阻。特別有利的是，PEDOT:PSS層在沉積下一層之前進(jìn)行適度等離子體處理。圖1所示的簡單層狀結(jié)構(gòu)作為非限定性例子提出，和可以理解，本發(fā)明的實(shí)施方案可與各種各樣的其它結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。所述的特定材料和結(jié)構(gòu)是示例性的，和可以使用其它材料和結(jié)構(gòu)。功能器件可通過將所述各種層按不同方式組合而實(shí)現(xiàn)，或這些層可基于設(shè)計(jì)，性能，和成本因素被完全省略。也可包括沒有被具體描述的其它層?？梢允褂贸唧w描述之外的材料。盡管本文提供的許多例子了各種層描述為包含單個(gè)材料，可以理解，可以使用材料的組合，如基質(zhì)和摻雜劑的混合物，或更多一般地，混合物。另外，層可具有各種子層。本文針對各層所給出的名稱無意于嚴(yán)格限定。不是光活性區(qū)域一部分的有機(jī)層，即，一般不吸收對光電流有顯著貢獻(xiàn)的光子的有機(jī)層可被稱作“非光活性層”。非光活性層的例子包括EBL和陽極光滑層。也可使用其它種類的非光活性層。用于光敏器件的光活性層的優(yōu)選的有機(jī)材料包括環(huán)金屬化有機(jī)金屬化合物。本文所用的術(shù)語“有機(jī)金屬”按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所一般的理解和例如在“無機(jī)化學(xué)”(第二版)，Gary L.Miessler和Donald A.Tarr，Prentice Hall(1998)中給出。因此，術(shù)語有機(jī)金屬是指具有通過碳-金屬鍵鍵接至金屬上的有機(jī)基團(tuán)的化合物。該分類本身不包括配位化合物(是僅具有來自雜原子的給體鍵的物質(zhì))，如胺，鹵化物，假鹵化物(CN，等)的金屬配合物，和類似物。實(shí)際上，除了一個(gè)或多個(gè)與有機(jī)物質(zhì)的碳-金屬鍵，有機(jī)金屬化合物一般包含一個(gè)或多個(gè)來自雜原子的給體鍵。與有機(jī)物質(zhì)的碳-金屬鍵是指金屬和有機(jī)基團(tuán)，如苯基，烷基，烯基，等的碳原子之間的直接鍵，但不表示與“無機(jī)碳”，如CN或CO的碳的金屬鍵。術(shù)語環(huán)金屬化是指包含雙齒有機(jī)金屬配體使得在鍵接至金屬上時(shí)形成包括金屬作為一個(gè)環(huán)元素的環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物。有機(jī)層可使用真空沉積，旋涂，有機(jī)氣相沉積，噴墨印刷和本領(lǐng)域已知的其它方法而制成。本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)光敏光電子器件可用作PV，光電檢測器或光電導(dǎo)體。只要本發(fā)明有機(jī)光敏光電子器件用作PV器件，用于光電導(dǎo)有機(jī)層的材料和其厚度可例如被選擇以優(yōu)化該器件的外量子效率。只要本發(fā)明有機(jī)光敏光電子器件用作光電檢測器或光電導(dǎo)體，用于光電導(dǎo)有機(jī)層的材料和其厚度可例如被選擇以使該器件對所需光譜區(qū)域的敏感度最大化。該結(jié)果可通過考慮可用于選擇層厚度的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)。激子擴(kuò)散長度LD最好大于或相當(dāng)于層厚度L，因?yàn)橄嘈牛蠖鄶?shù)激子離解發(fā)生在界面上。如果LD低于L，那么許多激子可在離解之前復(fù)合。進(jìn)一步理想的是，總光電導(dǎo)層厚度約與電磁輻射吸收長度1/α(其中α是吸收系數(shù))相同，這樣幾乎所有的入射到PV器件上的輻射被吸收以產(chǎn)生激子。另外，光電導(dǎo)層厚度應(yīng)該盡可能薄以避免由于有機(jī)半導(dǎo)體的高體電阻率而產(chǎn)生的過度串聯(lián)電阻。因此，這些競爭性標(biāo)準(zhǔn)在選擇光敏光電子電池的光電導(dǎo)有機(jī)層的厚度時(shí)本身需要進(jìn)行權(quán)衡。因此，一方面，相當(dāng)于或大于吸收長度的厚度是理想的(對于單個(gè)電池器件)，這樣吸收最低量的入射輻射。另一方面，隨著光電導(dǎo)層厚度的增加，兩種非所需作用增加。一種是由于有機(jī)半導(dǎo)體的高串聯(lián)電阻，增加的有機(jī)層厚度增加器件電阻和降低效率。另一非所需作用是，增加光電導(dǎo)層厚度會(huì)增加遠(yuǎn)離電荷分離界面的有效場形成激子的可能性，導(dǎo)致增加成雙復(fù)合的可能性和同樣降低效率。因此，理想的器件構(gòu)型能夠平衡這些競爭性標(biāo)準(zhǔn)，以使總體器件得到高外量子效率。本發(fā)明有機(jī)光敏光電子器件可用作光電檢測器。在該實(shí)施方案中，器件可以是多層有機(jī)器件，例如描述于U.S.申請系列No.10/723,953，2003年11月26日遞交，在此作為參考完全并入本發(fā)明。在這種情況下，一般可施加外部電場以促進(jìn)分離電荷的提取。集線器或捕獲構(gòu)型可用于增加有機(jī)光敏光電子器件的效率，其中光子被強(qiáng)制多次通過薄吸收區(qū)域。U.S.專利No.6,333,458和No.6,440,769(在此作為參考完全并入本發(fā)明)通過使用以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而解決該問題通過優(yōu)化光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)用于高吸收和用于與增加收集離子效率的光學(xué)集線器一起使用，增加光敏光電子器件的光轉(zhuǎn)化效率。用于光敏器件的這些幾何結(jié)構(gòu)通過將入射輻射捕獲在反射腔或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)而基本上增加通過材料的光程，和這樣通過多次反射通過光響應(yīng)材料而再循環(huán)光。公開于U.S.專利No.6,333,458和No.6,440,769的幾何結(jié)構(gòu)因此增加該器件的外量子效率而不造成體電阻的顯著增加。這些器件的幾何結(jié)構(gòu)包括第一反射層；在所有維度上應(yīng)該長于入射光的光學(xué)相干長度以防光學(xué)微腔干涉效應(yīng)的透明絕緣層；鄰近透明絕緣層的透明第一電極層；鄰近透明電極的光敏雜結(jié)構(gòu)；和也是反射性的第二電極。涂層可用于將光學(xué)能量聚焦到器件的所需區(qū)域中。US專利申請No.10/857,747(在此作為參考完全并入本發(fā)明)提供這種涂層的例子。有機(jī)太陽能電池通常由夾在金屬和ITO電極之間的分子或聚合有機(jī)化合物的薄(約100nm)層組成。ITO可被濺射到玻璃或塑料片材上，有機(jī)材料可通過真空熱蒸發(fā)(VTE)，氣相沉積(OVPD)，旋轉(zhuǎn)鑄塑或浸涂而沉積。金屬陰極可在真空中熱蒸發(fā)。器件可從ITO側(cè)被照射。不同于硅光伏電池，光子吸收可不立即產(chǎn)生電荷對。該結(jié)構(gòu)中的光電流生成可在四個(gè)連續(xù)步驟中發(fā)生1)光子吸收以產(chǎn)生鍵接電荷對，稱作Frenkel激子，2)激子擴(kuò)散至給體-受體界面，3)激子離解成電子-空穴對，和4)在電極上收集電子和空穴。一般，給體材料被選擇成具有低電離電勢(IP)，而受體材料具有高電子親合性(EA)，驅(qū)動(dòng)激子在界面上的放熱離解。各個(gè)層可優(yōu)選足夠厚以有效地吸收光，同時(shí)在激子的特性擴(kuò)散長度內(nèi)。下表1列出了一些優(yōu)選的有機(jī)PV電池材料的典型激子擴(kuò)散長度。 在上表中，PPEI是苝二(苯乙基酰亞胺)，alq3是三(8-羥基喹啉)鋁，CuPc是銅酞菁，ZnPc是鋅酞菁。PPEI的結(jié)果是通過使用SnO2淬滅表面的結(jié)果和假設(shè)無限表面復(fù)合速度而計(jì)算的。導(dǎo)致PPEI的LD為2.5±0.5μm的結(jié)果往往通過在溶劑蒸氣輔助退火過程中的淬滅器擴(kuò)散和形態(tài)變化而受影響。具有120±30的PPV的結(jié)果不考慮光學(xué)干涉效應(yīng)。擴(kuò)散長度測量由以下來源得到(1)Peumans，P.；Yakimov，A.；Forrest，S.R.，J.Appl.Phys.2003，93，3693；(2)L.A.A.Pettersson等人，J.Appl.Phys.，86，487(1999)；(3)V.Bulovic和S.R.Forrest，Chem.Phys.210，13(1996)；(4)J.J.M.Halls等人，Appl.Phys.Lett.68，3120(1996)；(5)B.A.Gregg等人，J.Phys.Chem.B101，5362(1997)；(6)T.Stübinger和W.Brütting，J.Appl.Phys.90，3632(2001)；(7)H.R.Kerp和E.E.van Faassen，Nord.Hydrol.1，1761(1999)；(8)A.L.Burin和M.A.Ratner，J.Phys.Chem.A104，4704(2000)；(9)V.E.Choong等人，J.Vac.Sci.Technol.A16，1838(1998)；(10)M Theander，等人，Phys.Rev.B61，12957(2000)。由于許多有機(jī)化合物(如銅酞菁)的高吸收系數(shù)，總而言之，這導(dǎo)致了100至1000埃的理想層厚度一比硅基或Grtzel光伏電池中的活性層薄得多。有機(jī)分子和聚合物鏈可通過范德華(Van derWaals)力保持在一起，和可在環(huán)境條件下形成低密度(1.1g/cm3)固體膜。膜可在低基材溫度下沉積，使得有機(jī)光伏電池在合適的熱累積下堆積在各種基材上，無需使活性層與基材進(jìn)行晶格匹配。Tang和Van Slyke在1986年提出一種具有1％量子效率的有機(jī)異質(zhì)結(jié)光伏電池。但該最初異質(zhì)結(jié)光伏電池首先由于短擴(kuò)散長度激子而被限制，造成大多數(shù)所產(chǎn)生的激子在達(dá)到界面之前衰減(成聲子)。平整異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏電池進(jìn)展緩慢，直至最近，當(dāng)引入具有長激子擴(kuò)散長度的材料如C60，以及新型器件結(jié)構(gòu)，如本體異質(zhì)結(jié)時(shí)。本體異質(zhì)結(jié)可以是給體和受體材料的互穿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不同于基本上平整的異質(zhì)結(jié)，光子的吸收可在給體-受體界面附近發(fā)生，增加電荷離解的可能性。為了制造本體異質(zhì)結(jié)，混合給體-受體分子膜可被沉積在基材上和退火，以誘導(dǎo)相分離。類似地，兩種聚合物可被旋轉(zhuǎn)鑄塑和進(jìn)行相分離，得到互穿結(jié)構(gòu)。高達(dá)3.5％的效率在聚合物和小分子體系中實(shí)現(xiàn)。關(guān)于C60和效率的一般信息可在，例如，Peumans，P.和S.R.Forrest，非常高效雙雜結(jié)構(gòu)銅酞菁/C60光伏電池(Very-High-Efficiency Double-Heterostructure CopperPhthalocyanine/C60 Photovoltaic Cells)，Applied PhysicsLetters，2001，79(1)p.126中找到。關(guān)于本體異質(zhì)結(jié)(本體異質(zhì)結(jié))結(jié)構(gòu)的一般信息可在Peumans，P.，S.Uchida，和S.R.Forrest，使用小分子量有機(jī)薄膜的有效本體異質(zhì)結(jié)光伏電池(Efficient BulkHeterojunction Photovoltaic Cells UsingSmall-Molecular-Weight Organic Thin Films)，Nature，2003，425(6954)p.158和/或Shaheen，S.E.，等人，2.5％有效有機(jī)塑料太陽能電池(2.5％Efficient Organic Plastic Solar Cell)，Applied Physics Letters，2001，78(6)p.841中找到。較大效果通過使用較好的有機(jī)材料，串聯(lián)光伏電池，和金屬納米簇而預(yù)期。前述的列舉是示例性的和無意于窮盡。對于金屬納米簇的一般信息可在Yakimov，A.和S.R.Forrest，引入界面金屬納米簇的高光電壓多個(gè)異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池(High PhotovoltageMultiple-Heterojunction Organic Solar Cells IncorporatingInterfacial Metallic Nanoclusters)，Applied Physics Letters，2002，80(9)p.1667-1669中找到。盡管已知的有機(jī)光伏電池可能不如硅或Grtzel電池更有效，它們可能更容易和不太昂貴地生產(chǎn)。有機(jī)材料還允許對基材的較寬選擇。本文的一個(gè)實(shí)施方案公開了一種制造有機(jī)光伏電池(纖維形式)的方法，利用現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)和材料應(yīng)該得到3.5％或更高的有效太陽能電池，但與已知的有機(jī)光伏電池相比成本明顯降低且為更加通用的形式。圖2顯示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的光活性纖維結(jié)構(gòu)200。為了清楚地說明，圖2可能不按比例。光活性纖維結(jié)構(gòu)200可包括載體元件202；第一電極204，其可基本上包圍載體元件202；有機(jī)層206，其可基本上包圍第一電極層204和包含光活性區(qū)域；第二電極208，其可基本上包圍有機(jī)層206；和輔助導(dǎo)體210，其可與透明電極208的一些表面電接觸。按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的光活性纖維結(jié)構(gòu)200可進(jìn)一步包含外層212。在一個(gè)實(shí)施方案中，載體元件202可由柔性固體材料制成。例子可包括光學(xué)纖維，通信光纖，和固體尼龍束。在一個(gè)實(shí)施方案中，核可以是固體尼龍束?？稍诓槐畴x本發(fā)明范圍的情況下接受其它材料，且可根據(jù)特定場合的結(jié)構(gòu)要求而使用各種各樣的尺寸。載體元件202和第一電極204共同包含“導(dǎo)電核”。載體元件202可以是導(dǎo)電或非導(dǎo)電。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電核可以是單個(gè)元件，載體元件202無需與第一電極204分開。優(yōu)選的，這種導(dǎo)電核包含提供足夠的結(jié)構(gòu)性能和傳導(dǎo)率的材料。金屬導(dǎo)線是這種導(dǎo)電核的優(yōu)選例子。無論是否有單獨(dú)的載體元件202，第一電極204可由兩層或多層組成(如，例如，第一層鋁被第二層鋰包圍)。合適的導(dǎo)電材料的例子包括銀，金，銅，和鋁?？梢允褂闷渌鼘?dǎo)電材料。優(yōu)選，導(dǎo)電核是柔性的。在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)層206可以是聚合物或小分子本體異質(zhì)結(jié)涂層。在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)層206的厚度可以是約1至200nm。聚合物或小分子本體異質(zhì)結(jié)涂層的例子分別包括PCBM-nMDMO-PPV和CuPc-C60。本文所用的PCBM是6，6-苯基-C61-丁基酸-甲基酯，MDMO-PPV是聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛基氧基)-1，4-亞苯基-亞乙烯基)，PPV是聚(1，4-亞苯基-亞乙烯基)，C60是巴克敏斯特富勒烯(Buckminsterfullerene)，PtOEP是2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟吩鉑(II)(也稱為八乙基卟啉鉑)，PTCBI是3，4，9，10-苝四羧酸二-苯并咪唑。在不背離本發(fā)明范圍的情況下也可選擇提供光生成的其它有機(jī)層，如平面異質(zhì)結(jié)層或混合異質(zhì)結(jié)層，以及其它材料組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二電極208可以是透明的和包含由PEDOT-PSS組成的聚合物。ITO是另一優(yōu)選的材料。優(yōu)選，第二電極208是透明和柔性的。其它透明電極材料，無論是金屬或非金屬的，也可在不背離本發(fā)明范圍的情況下選擇。在一個(gè)實(shí)施方案中，外層212可以是光學(xué)透明尼龍。也可使用其它材料。根據(jù)環(huán)境所需的保護(hù)量和其它層如第二電極208可提供的這種保護(hù)的量，外層212可被省略。在工業(yè)實(shí)踐中，難以控制在，例如其中可編織纖維的布內(nèi)的光活性纖維結(jié)構(gòu)(類似于200，圖2)的方位角取向。在一些布構(gòu)型中，僅25％的光活性纖維表面可被有用地暴露(與常規(guī)平整光伏電池的50％相比)。可以使用由例如，ITO或PEDOT-PSS聚合物組成的第二電極208。但透明電極，如由ITO和PEDOT-PSS組成的那些通常太具有電阻性而不能傳導(dǎo)電流大于約1cm的長度。因此，可施加輔助導(dǎo)體210并與有機(jī)層206和第二電極208二者電接觸。輔助導(dǎo)體210可在光活性纖維結(jié)構(gòu)200的整個(gè)長度上提取電流。在一個(gè)實(shí)施方案中，輔助導(dǎo)體210可由，例如，銀，金，銅，或鋁組成。輔助導(dǎo)體210可電連接至第二電極208上，和可覆蓋約5％至約50％的第二電極208的外部表面。另外，盡管在圖2中被描繪為實(shí)心導(dǎo)線，輔助導(dǎo)體可以是至少金屬導(dǎo)線，金屬化導(dǎo)線，金屬帶，金屬化帶，和金屬涂層中的任何一種。輔助導(dǎo)體210可卷繞在光活性纖維結(jié)構(gòu)200周圍，或可在基本上平行于載體元件202軸的方向上施加。如果卷繞，優(yōu)選的是，占空因數(shù)(duty cycle)低，使得被輔助導(dǎo)體210覆蓋的表面的量被最小化，因?yàn)檩o助導(dǎo)體210無需是透明的和最好盡量減少被輔助導(dǎo)體阻斷的光的量?！罢伎找驍?shù)”是沿著其中輔助導(dǎo)體210進(jìn)行完全旋轉(zhuǎn)的纖維的軸距離。第二電極的至少圓周的占空因數(shù)是優(yōu)選的，這樣避免從太多的活性區(qū)域阻斷光。對于可理想地用作第二電極208的大多數(shù)材料，和對于大多數(shù)纖維尺寸，在軸方向上的傳導(dǎo)，而非在電極208圓周周圍的傳導(dǎo)預(yù)期是輔助導(dǎo)體210所要解決的問題，使得對非常小占空因數(shù)沒有明顯的傳導(dǎo)性益處。如果太陽能光纖可被引入產(chǎn)品中使得輔助導(dǎo)體210的取向不容易控制，如編織成其中僅一部分纖維預(yù)期暴露于光的某些布，優(yōu)選的是，用足夠低的占空因數(shù)卷繞以避免其中纖維具有輔助導(dǎo)體210的情形的輔助導(dǎo)體210總是向著光源取向以阻斷暴露于光的纖維的顯著部分。另外，在一個(gè)實(shí)施方案中，輔助導(dǎo)體210可以是包圍第二電極208的電導(dǎo)體的辮(braid)(未示出)，其中辮的包藏度優(yōu)選不超過約50％。盡管圖3說明一種通過第二電極208與有機(jī)層206隔離的輔助導(dǎo)體210，這些隔離不是必需的且輔助導(dǎo)體210可接觸有機(jī)層206。例如，輔助導(dǎo)體210可在第二電極208之前制造。圖3顯示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的類似于圖2光活性纖維結(jié)構(gòu)的光活性纖維結(jié)構(gòu)300，其進(jìn)一步包括激子阻擋層320。激子阻擋層320可包含位于有機(jī)層206和第二電極208之間的非光活性層使得非光活性激子阻擋層320電連接至每一有機(jī)層206和第二電極208。優(yōu)選，激子阻擋層320是有機(jī)的。位于便于說明，激子阻擋層320僅在圖3的放大部分中顯示。其它非光活性層(優(yōu)選有機(jī)的)可被包括在光活性纖維結(jié)構(gòu)中，在第一電極204和第二電極208之間。例如，阻擋層，光滑層，和任何已知的或可為本領(lǐng)域已知的其它層可被引入纖維結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明的一種制造光活性纖維結(jié)構(gòu)200的方法是將通信光纖涂以ITO并隨后使用真空熱蒸發(fā)或浸涂以沉積活性有機(jī)層。導(dǎo)體(類似于210，圖2)可使用真空蒸發(fā)沉積，然后可使用普通電探測技術(shù)測試光活性纖維。實(shí)際光活性纖維的尺寸取決于其結(jié)構(gòu)，且都同時(shí)和稍微迭代地確立。一般來說，如果考慮例如可用于被編織成織物的柔性光活性纖維的一般化圓柱形器件幾何結(jié)構(gòu)，總體纖維厚度可以是約10-100μm，包括外層(類似于212，圖2)，而活性有機(jī)層(如，有機(jī)層206)可通常僅約100nm厚。活性有機(jī)層(如，有機(jī)層206)所吸收的光學(xué)功率通過下式近似地給出Popt≥Φ·d·L (2)其中，Φ，r2，和L分別表示光通量，在陽極上的纖維半徑，和不間斷的纖維長度。所得總光電流通過下式給出IPG=Popt·ηpwrVoc·FF---(3)]]>其中，ηpwr，F(xiàn)F，和VOC分別表示光伏電池功率效率，填充因數(shù)，和開路電壓。(功率效率ηpwr表示該結(jié)構(gòu)中的入射陽光通量的任何其它的吸收損失)。在負(fù)荷電路中產(chǎn)生的功率是Pload＝Vdrop·Iload＝(0.05·FF·Voc)·IPG(4)其中，允許沿著纖維長度有5％壓降和在操作過程中IPG＝I負(fù)荷(Iload)。同時(shí)，歐姆定律表示(0.05·FF·Voc)Iload=ρ·LAcs---(5)]]>其中，ρ是陽極(如，第二電極208和/或輔助導(dǎo)體210)的電阻率，而Acs≈π·d·t是陽極的橫截面面積。結(jié)合等式(2)-(5)得到t≥ρ·L2·Φ·ηpwr.05·FF2·Voc2---(6)]]>如果鋁(ρ＝5·10-8Ω·m)用作內(nèi)導(dǎo)體(類似于204，圖2)，和假定ηpwr＝3％，F(xiàn)F＝0.5，VOC＝0.5V，內(nèi)導(dǎo)體(類似于204，圖2)的最低厚度的估計(jì)值(米)是t≥5·10-6·L2(7)其中，L也以米表示。因此，如果電流每10cm流出(tap out)，可以使用5μm厚的Al涂層。這也設(shè)定了導(dǎo)體的直徑，即π·d·t=π·dau2/4---(8)]]>其中，dau是輔助導(dǎo)體，如輔助導(dǎo)體210的直徑，圖2。因此，由以上得出dau＝30μm。在一個(gè)實(shí)施方案中，光活性纖維結(jié)構(gòu)200(包括輔助導(dǎo)體210)可被卷繞在一起并隨后通過，例如，10μm厚外層212包封以得到稍微長橢圓形的橫截面光活性纖維結(jié)構(gòu)(其主要直徑是約110μm)。該直徑可適用于典型的紡織品處理設(shè)備和引入工業(yè)和個(gè)人使用的織物。按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的光活性纖維結(jié)構(gòu)據(jù)信可低成本地制造并被引入紡織品的高速制造。一種可能連續(xù)制造順序可以是將金屬或金屬化尼龍核拉伸通過包含光敏聚合物的共混物的熔體。光敏聚合物可變干和相分離，得到包圍核的本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。核可隨后涂以導(dǎo)電聚合物(如，PEDOT)。導(dǎo)體可被引入并與光產(chǎn)生核在低占空因數(shù)下卷繞在一起，或可在基本上平行于光活性纖維軸的方向上線性施加，使得在光活性纖維中足夠地吸收光。最后，整個(gè)光活性纖維可通過包封在透明塑料鞘或其它保護(hù)外層中而被“整飾”，幫助保護(hù)不受機(jī)械(如，磨料)和環(huán)境損害。最終，安裝的太陽能板的可行性取決于原料的成本，制造，模塊組裝，傳輸，和就地安裝。盡管批量制造光活性纖維的最終成本的估計(jì)值僅是近似的，它預(yù)期小于硅光伏電池。用于光活性纖維的光活性聚合物的質(zhì)量可由以上得到的尺寸計(jì)算。1m長纖維需要～10-5mg干光活性聚合物，和1m2由光活性纖維編織的布條使用～0.1g聚合物?；瘜W(xué)品如C60目前可以＜$30/克(99％純)的價(jià)格大量得到，和其價(jià)格可預(yù)期在不遠(yuǎn)的將來下降。尼龍布可根據(jù)編織式樣，處理，和強(qiáng)度以$1至$20/m2的價(jià)格為用戶所獲得，和以基本上更低的成本為大批量用戶獲得。3％有效的1m2光伏電池可平均產(chǎn)生30瓦電力。如果光活性纖維成本在技術(shù)合成基織物價(jià)格的范圍內(nèi)，所產(chǎn)生的功率可價(jià)值～$0.1和$0.8/瓦。典型的硅基太陽能電池具有$3-4/瓦的安裝成本。另外，與重型的和大體積的硅光伏模塊相比，生產(chǎn)機(jī)械牢固柔性織物形式的太陽能電池可極大地降低安裝成本。用于制造光活性纖維的聚合物的性質(zhì)可優(yōu)選滿足幾個(gè)光學(xué)，電，機(jī)械，和流變要求。為了使太陽能電池的效率最大化，光-產(chǎn)生層的吸收光譜應(yīng)該盡可能多地重疊陽光輻射光譜。共扼聚合物通常具有＞2eV的帶隙，遺漏顯著部分的入射陽光輻射。活性聚合物的結(jié)構(gòu)和組成可使用小分子狀側(cè)支鏈和官能團(tuán)如C60被改變以包括低能量部分的陽光光譜。參見，一般，Brabec，C.J.，等人，由配合物聚合物/甲基富勒烯本體異質(zhì)結(jié)制成的有機(jī)光伏器件(OrganicPhotovoltaic Devices Produced From ConjugatedPolymer/Methanofullerene Bulk Heterojunctions)，SyntheticMetals，2001，121(1-3)p.1517；Shaheen，S.E.，等人，低帶隙聚合物光伏器件(Low Band-Gap Polymeric Photovoltaic Devices)，Synthetic Metals，2001，121p.1583。但聚合物的結(jié)構(gòu)改性也影響其熔化溫度，流變行為，和結(jié)晶順序。盡管聚合物熔體流變是一個(gè)得到很好研究的主題，但現(xiàn)有的研究較少涉及用于光伏電池的聚合物的流變學(xué)；許多僅在最近5年合成。除了改性光活性聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，光學(xué)吸收可通過將低帶隙染料分子摻雜到基質(zhì)膜中而被改進(jìn)(“敏化”)。但在染料分子上產(chǎn)生的激子由于其相對周圍聚合物基體的較低能量而保持被捕獲。在納米尺度上控制三相形態(tài)(類似于用于Grtzel電池的)可超越該限制。兩親摻雜劑分子可與憎水和親水聚合物混合，使得在退火時(shí)兩親摻雜劑可在兩個(gè)聚合物相之間的邊界上產(chǎn)生第三相。凈作用可以是吸收和在三元界面上立即離解低能量激子。相鄰鏈之間的電荷和激子跳躍還限制光伏電池的輸出電流。阻擋層涂層設(shè)計(jì)的操作假設(shè)是化學(xué)物質(zhì)(如O2和H2O)在光伏電池中的擴(kuò)散造成通過熱和光學(xué)應(yīng)力加速的光-和電活性化合物的分解。盡管水分?jǐn)U散系數(shù)可在一些聚合物材料中可以較低，但氧擴(kuò)散更難以防止。金屬涂層往往用于一些場合(如食品包裝，光學(xué)纖維涂覆，等)，但它們也阻塞陽光通量。相反，透明氧化物(如TiO2，SiO2，和Al2O3)涂層可用于太陽能光纖。在有機(jī)基器件中使用氧化物薄膜作為擴(kuò)散阻擋層的困難在于處理和應(yīng)用方面。高質(zhì)量密集氧化物的沉積溫度通常高(＞500℃)，而有機(jī)材料的分解溫度通常低(＜500℃)。氧化物也是脆性的，且熱膨脹系數(shù)不同于聚合物，這樣在使用和使用過程中容易形成裂縫。已經(jīng)開發(fā)出阻擋層涂層，其中采用交替的聚合物和濺射金屬-氧化物無機(jī)薄膜。參見，如，Burrows，P.E.，等人，聚合物基阻擋層涂層的氣體滲透和壽命時(shí)間試驗(yàn)(Gas Permeation and LifetimeTests on Polymer-Based Barrier Coatings)，SPIE Annual Meeting，2000。無機(jī)層用于阻斷對器件有害的化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散，而聚合物中間層用于緩沖和機(jī)械去連接氧化物層。也可接受低成本合成方案，如氧化物的溶膠-凝膠合成。對于OLED實(shí)施方案，有機(jī)層206可包含有機(jī)發(fā)光器件的有機(jī)層。這些層在圖4中說明(以平面方式)，和在以上和以下進(jìn)一步詳細(xì)描述。輔助導(dǎo)體可用于OLED實(shí)施方案以提供電流?？昭▊鬏攲?25可包括能夠傳輸空穴的材料?？昭▊鬏攲?30可以是原有的(未摻雜)，或摻雜的。摻雜可用于增加傳導(dǎo)率。α-NPD和TPD是原有空穴傳輸層的例子。p-摻雜空穴傳輸層的一個(gè)例子是用F4-TCNQ在摩爾比50∶1下?lián)诫s的m-MTDATA摻雜，例如公開于美國專利申請出版物No.2002-0071963 A1，F(xiàn)orrest等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明?？梢允褂闷渌昭▊鬏攲?。發(fā)射層435可包括當(dāng)電流經(jīng)過陽極415和陰極460之間時(shí)能夠發(fā)出光的有機(jī)材料。優(yōu)選，發(fā)射層435包含磷光發(fā)射材料，但也可使用熒光發(fā)射材料。磷光材料由于與這些材料有關(guān)的較高發(fā)光效率而優(yōu)選。發(fā)射層435也可包含用可捕獲電子，空穴，和/或激子的發(fā)射材料摻雜的能夠傳輸電子和/或空穴的基質(zhì)材料，使得激子通過光發(fā)射機(jī)理而從發(fā)射材料中弛豫。發(fā)射層435可包含結(jié)合傳輸和發(fā)光性能的單個(gè)材料。無論發(fā)射材料是摻雜劑或主要成分，發(fā)射層435可包含其它材料，如用于調(diào)節(jié)發(fā)射材料的發(fā)射的摻雜劑。發(fā)射層435可包括能夠在組合時(shí)發(fā)出所需光譜的光的多種發(fā)射材料。磷光發(fā)射材料的例子包括Ir(ppy)3。熒光發(fā)射材料的例子包括DCM和DMQA。基質(zhì)材料的例子包括Alq3，CBP和mCP。發(fā)光和基質(zhì)材料的例子公開于U.S.專利No.6,303,238，Thompson等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明。發(fā)射材料可以許多方式被包括在發(fā)射層435中。例如，發(fā)光小分子可被引入聚合物中。這可通過幾種方式實(shí)現(xiàn)將小分子作為單獨(dú)的和不同的分子物質(zhì)摻雜到聚合物中；或?qū)⑿》肿右刖酆衔锏闹麈溨?，以形成共聚物；或?qū)⑿》肿幼鳛閭?cè)基團(tuán)鍵接在聚合物上?？梢允褂闷渌l(fā)射層材料和結(jié)構(gòu)。例如，小分子發(fā)射材料可作為樹枝狀大分子的核存在。許多有用的發(fā)射材料包括一個(gè)或多個(gè)鍵接至金屬中心上的配體。配體可稱作“光活性”，如果它直接貢獻(xiàn)于有機(jī)金屬發(fā)射材料的光活性性能?！肮饣钚浴迸潴w可在與金屬結(jié)合時(shí)提供當(dāng)發(fā)出光子時(shí)電子移動(dòng)進(jìn)出的能級(jí)。其它配體可稱作“輔助的”。輔助配體可例如通過移動(dòng)光活性配體的能級(jí)而改變分子的光活性性能，但輔助配體不直接提供涉及發(fā)光的能級(jí)。在一種分子中光活性的配體可在另一分子中是輔助的。光活性和輔助的這些定義被認(rèn)為是非限定性理論。注意，本文所用的術(shù)語“光活性”一般是指直接涉及光的吸收或發(fā)射。在OLED中(不同于光敏器件)中提供的具體含義是一般定義的上下文應(yīng)用。電子傳輸層440可包括能夠傳輸電子的材料。電子傳輸層440可以是原有的(未摻雜)，或摻雜的。摻雜可用于增加傳導(dǎo)率。Alq3是原有電子傳輸層的一個(gè)例子。n-摻雜電子傳輸層的一個(gè)例子是用Li在摩爾比1∶1下?lián)诫s的BPhen，例如公開于美國專利申請出版物No.2002-0071963 A1，F(xiàn)orrest等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明?？梢允褂闷渌娮觽鬏攲?。電子傳輸層的載荷組分可選擇使得電子可有效地從陰極注入電子傳輸層的LUMO(最低未占據(jù)分子軌道)能級(jí)?！拜d荷組分”是可用于實(shí)際傳輸電子的LUMO能級(jí)的材料。該組分可以是基質(zhì)，或它可以是摻雜劑。有機(jī)材料的LUMO能級(jí)可一般表征為該材料的電子親合性和陰極的相對電子注入效率可一般表征為陰極材料的自由能。這意味著，電子傳輸層和相鄰陰極的優(yōu)選性能可在ETL的載荷組分的電子親合性和陰極材料的自由能方面規(guī)定。尤其是，為了實(shí)現(xiàn)高電子注入效率，陰極材料的自由能優(yōu)選不大于電子傳輸層的載荷組分的電子親合性超過約0.75eV，更優(yōu)選，不超過約0.5eV。類似考慮適用于其中被注入電子的任何層。OLED中的阻擋層可用于減少離開發(fā)射層的載流子(電子或空穴)和/或激子的數(shù)目。電子阻擋層430可位于發(fā)射層435和空穴傳輸層425之間，以阻斷在空穴傳輸層425的方向上離開發(fā)射層435的電子。類似地，空穴阻擋層440可位于發(fā)射層135和電子傳輸層445之間，以阻斷在電子傳輸層440方向上離開的發(fā)射層435的空穴。阻擋層也可用于阻斷激子從發(fā)射層中擴(kuò)散出。阻擋層的理論和使用詳細(xì)描述于美國專利No.6,097,147和美國專利申請出版物No.2002-0071963 A1(Forrest等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明)。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以理解，本文所用的術(shù)語“阻擋層”是指，該層提供明顯抑制載流子和/或激子傳輸通過該器件的阻擋層，但不認(rèn)為該層必需完全阻斷載流子和/或激子。這種阻擋層在器件中的存在可得到基本上較高效率，與缺少阻擋層的類似器件相比。另外，阻擋層可用于將發(fā)射限制至OLED的所需區(qū)域。一般，注入層由可促進(jìn)載流子從一層，如電極或有機(jī)層注入相鄰有機(jī)層的材料組成。注入層也可發(fā)揮電荷傳輸功能。在器件400中，空穴注入層420可以是促進(jìn)空穴從陽極415注入空穴傳輸層425的任何層。CuPc是可以是用作ITO陽極415，和其它陽極的空穴注入層的材料的一個(gè)例子。在器件400中，電子注入層450可以是促進(jìn)電子注入電子傳輸層445的任何層。LiF/Al是可用作從相鄰層進(jìn)入電子傳輸層的電子注入層的材料的一個(gè)例子。其它材料或材料組合可用于注入層。根據(jù)特定器件的構(gòu)型，注入層可位于不同于器件400所示的位置上。注入層的更多例子在U.S.專利申請系列No.09/931,948(Lu等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明)中提供?？昭ㄗ⑷雽涌砂芤撼练e材料，如旋涂聚合物，如，PEDOT:PSS，或它可以是蒸氣沉積的小分子材料，如，CuPc或MTDATA。空穴注入層(HIL)可平面化或潤濕陽極表面以使空穴有效地從陽極注入空穴注入材料?？昭ㄗ⑷雽右部删哂休d荷組分，該組分的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)能級(jí)有利地與HIL一側(cè)上的相鄰陽極層和HIL相對側(cè)上的空穴傳輸層匹配，例如由本文所述的其相對電離電勢(IP)能量所定義?！拜d荷組分”是對實(shí)際傳輸空穴的HOMO能級(jí)有貢獻(xiàn)的材料。該組分可以是HIL的基材，或它可以是摻雜劑。使用摻雜HIL，使得摻雜劑根據(jù)其電性能而被選擇，和根據(jù)形態(tài)性能如潤濕性，柔韌性，韌性，等而選擇基質(zhì)。HIL材料的優(yōu)選的性能使得空穴可被有效地從陽極注入HIL材料。尤其是，HIL的載荷組分的IP優(yōu)選較大陽極材料的IP不超過約0.7eV。更優(yōu)選，載荷組分的IP大于陽極材料不超過約0.5eV。類似考慮適用于其中被注入空穴的任何層。HIL材料與常用于OLED的空穴傳輸層的常規(guī)空穴傳輸材料的區(qū)別進(jìn)一步在于，這些HIL材料的空穴傳導(dǎo)率可基本上低于的空穴傳導(dǎo)率。本發(fā)明HIL的厚度可足夠厚以幫助平面化或潤濕陽極層的表面。例如，低至10nm的HIL厚度對于非常光滑的陽極表面是可接受的。但因?yàn)殛枠O表面往往非常粗糙，最高50nm的HIL厚度在某些情況下可能是理想的。保護(hù)層可用于在隨后制造過程中保護(hù)下方層。例如，用于制造金屬或金屬氧化物上電極的工藝可損害有機(jī)層，和保護(hù)層可用于減少或消除這些損害。在器件400中，保護(hù)層455可減少在制造陰極460過程中對下方有機(jī)層的損害。優(yōu)選，保護(hù)層對于它所傳輸?shù)妮d流子的種類(器件400中的電子)具有高載流子遷移率，使得它不明顯增加器件400的操作電壓。CuPc，BCP，和各種金屬酞菁是可用于保護(hù)層的材料的例子。可以使用其它材料或材料組合。保護(hù)層455的厚度優(yōu)選足夠厚，這樣在有機(jī)保護(hù)層460被沉積之后較少或沒有由于制造而對下方層的損害，但不太厚度以明顯增加器件400的操作電壓。保護(hù)層455可被摻雜以增加其傳導(dǎo)率。例如，CuPc或BCP保護(hù)層460可摻雜以Li。對保護(hù)層的更詳細(xì)描述可在U.S.專利申請系列No.09/931,948(Lu等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明)中找到。除非另有規(guī)定，各種實(shí)施方案的任何層可通過任何合適的方法而沉積。對于有機(jī)層，優(yōu)選的方法包括熱蒸發(fā)，噴墨，例如描述于U.S.專利No.6,013,982和No.6,087,196，在此作為參考完全并入本發(fā)明，有機(jī)氣相沉積(OVPD)，例如描述于U.S.專利No.6,337,102(Forrest等人，在此作為參考完全并入本發(fā)明)，和通過有機(jī)蒸氣噴射印刷(OVJP)的沉積，例如描述于U.S.專利申請No.10/233,470，在此作為參考完全并入本發(fā)明。其它合適的沉積方法包括旋涂和其它溶液基工藝。溶液基工藝優(yōu)選在氮或惰性氣氛中進(jìn)行。對于其它層，優(yōu)選的方法包括熱蒸發(fā)。優(yōu)選的圖案化方法包括通過掩模的沉積，例如描述于U.S.專利No.6,294,398和No.6,468,819的冷卻焊接，在此作為參考完全并入本發(fā)明，和與一些沉積方法如噴墨和OVJD有關(guān)的圖案化。也可使用其它方法。所要沉積的材料可被改性使得它們可與特定的沉積方法相適應(yīng)。例如，支化或未支化，和優(yōu)選包含至少3個(gè)碳的取代基如烷基和芳基基團(tuán)可用于小分子以增加其經(jīng)歷溶液處理的能力。可以使用具有20個(gè)碳或更多的取代基，和3-20個(gè)碳是優(yōu)選的范圍。具有非對稱結(jié)構(gòu)的材料可具有優(yōu)于具有對稱結(jié)構(gòu)的那些的溶液可處理性，因?yàn)榉菍ΨQ材料可具有較低重結(jié)晶傾向。樹枝狀大分子取代基可用于增加小分子經(jīng)歷溶液處理的能力。本文公開的分子可按照許多不同的方式取代而不背離本發(fā)明的范圍。例如，取代基可被加入具有三個(gè)雙齒配體的化合物中，使得在取代基被加入之后，一個(gè)或多個(gè)雙齒配體鍵接在一起以形成例如，四配位基或六配位基配體。可以形成其它這些鍵。這種類型的鍵接據(jù)信可相對沒有連接的類似化合物而增加穩(wěn)定性，這是由于本領(lǐng)域一般所謂的“螯合作用”。按照本發(fā)明實(shí)施方案制造的器件可被引入各種各樣的消費(fèi)者產(chǎn)品，包括平板顯示器，計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，電視，廣告板，用于內(nèi)或外照明和/或信號(hào)的燈，頂式顯示器，完全透明顯示器，柔性顯示器，激光打印機(jī)，電話，蜂窩電話，個(gè)人數(shù)字助手(PDA)，膝上計(jì)算機(jī)，數(shù)字照相機(jī)，攝像機(jī)，檢像器，微顯示器，車輛，大面積壁，電影院或體育場屏幕，或招牌。各種控制機(jī)理可用于控制按照本發(fā)明制造的器件，包括無源矩陣和有源矩陣。許多器件預(yù)期用于對人適宜的溫度范圍，如18℃至30℃，和更優(yōu)選室溫(20-25℃)。盡管本發(fā)明根據(jù)特定的實(shí)施例和優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行描述，但可以理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例和實(shí)施方案。所要求的本發(fā)明可因此包括本文所述特定實(shí)施例和優(yōu)選的實(shí)施方案的變型，這是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所顯然知道的。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)[國際局于2006年1月10日(10.01.2006)收到，原權(quán)利要求20和21的第二套被重新分別編號(hào)為權(quán)利要求22和23；原權(quán)利要求22至24被重新編號(hào)為權(quán)利要求24至26；其余權(quán)利要求保持不變(1頁)]19.權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)層進(jìn)一步包含非發(fā)射層。
20.權(quán)利要求19的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)層進(jìn)一步包含位于發(fā)射層附近并與其物理接觸的第一和第二阻擋層。
21.一種織物，包括多個(gè)纖維，每一纖維進(jìn)一步包括包括第一電極的導(dǎo)電核；包圍核和電連接至第一電極上的第一有機(jī)層；和包圍并電連接至有機(jī)層的透明第二電極。
22.一種方法，包括將包括第一電極的導(dǎo)電核涂以有機(jī)層；將第二電極沉積到有機(jī)層上。
23.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括將導(dǎo)電導(dǎo)體施用到第二電極上。
24.權(quán)利要求22的方法，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含光敏器件，和有機(jī)層包含光活性區(qū)域。
25.權(quán)利要求22的方法，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含有機(jī)發(fā)光器件，和有機(jī)層包含發(fā)射層。
26.權(quán)利要求22的方法，其中導(dǎo)電核通過浸涂而涂以有機(jī)層。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)，包括包括第一電極的導(dǎo)電核；包圍核并電連接至第一電極的有機(jī)層；和包圍并電連接至有機(jī)層的透明第二電極。
2.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中核包括非導(dǎo)電載體元件和包圍非導(dǎo)電載體元件的導(dǎo)電第一電極。
3.權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，其中載體元件包含尼龍纖維。
4.權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，其中載體元件包含光學(xué)纖維。
5.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電核包含金屬導(dǎo)線。
6.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含電連接至第二電極的導(dǎo)電輔助導(dǎo)體。
7.權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中輔助導(dǎo)體的軸基本上平行于核的軸。
8.權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中輔助導(dǎo)體被卷繞在第二電極周圍，占空因數(shù)是至少約第二電極的圓周。
9.權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中輔助導(dǎo)體是金屬導(dǎo)線，金屬化導(dǎo)線，金屬帶，金屬化帶，和金屬涂層之一。
10.權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中輔助導(dǎo)體是包圍第二電極的電導(dǎo)體的辮。
11.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中第一電極包含選自銀，金，銅，和鋁的材料。
12.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中第二電極包含選自PEDOT和PSS的材料。
13.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含光敏器件，和有機(jī)層包含光活性區(qū)域。
14.權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)層進(jìn)一步包含非光活性區(qū)域。
15.權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其中非光活性區(qū)域是激子阻擋層。
16.權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中光活性區(qū)域包含在一對有機(jī)材料之間的異質(zhì)結(jié)，所述有機(jī)材料對選自PCBM/MDMO-PPV，CuPc/C60，和CuPc/PTCBI。
17.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包含包圍第二電極的外層。
18.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含有機(jī)發(fā)光器件，和有機(jī)層包含光發(fā)射層。
19.權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)層進(jìn)一步包含非發(fā)射層。
20.權(quán)利要求19的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)層進(jìn)一步包含位于發(fā)射層附近并與其物理接觸的第一和第二阻擋層。
21.一種織物，包括多個(gè)纖維，每一纖維進(jìn)一步包括包括第一電極的導(dǎo)電核；包圍核和電連接至第一電極上的第一有機(jī)層；和包圍并電連接至有機(jī)層的透明第二電極。
20.一種方法，包括將包括第一電極的導(dǎo)電核涂以有機(jī)層；將第二電極沉積到有機(jī)層上。
21.權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括將導(dǎo)電導(dǎo)體施加到第二電極上。
22.權(quán)利要求20的方法，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含光敏器件，和有機(jī)層包含光活性區(qū)域。
23.權(quán)利要求20的方法，其中第一電極，有機(jī)層，和第二電極包含有機(jī)發(fā)光器件，和有機(jī)層包含發(fā)射層。
24.權(quán)利要求20的方法，其中導(dǎo)電核通過浸涂而涂以有機(jī)層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光活性纖維以及制造這種纖維的方法。該纖維具有包括第一電極的導(dǎo)電核。有機(jī)層包圍第一電極和電連接至其上。透明第二電極包圍有機(jī)層電極和電連接至其上。也可向纖維中引入其它層，如阻擋層或平滑層。該纖維可被編織成布。
文檔編號(hào)H01L51/50GK101019248SQ200580029038
公開日2007年8月15日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者M·施泰因, S·R·福里斯特 申請人:普林斯頓大學(xué)理事會(huì)