專利名稱：一種具有光電和電光轉(zhuǎn)換的有機(jī)薄膜雙功能器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，涉及一種對(duì)光伏器件的改進(jìn)。光伏器件在太陽光或紫外光照射下可以發(fā)生光→電轉(zhuǎn)換，在施加直流電壓時(shí)可以發(fā)射光。
背景技術(shù)：
以往的光伏器件分為無機(jī)半導(dǎo)體和有機(jī)兩類對(duì)無機(jī)半導(dǎo)體，在外界光輻照半導(dǎo)體p-n結(jié)區(qū)附近時(shí)，只要入射光的能量大于它的帶隙寬度，就有可能產(chǎn)生本征激發(fā)并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，這種光生空穴和光生電子在內(nèi)場(chǎng)作用下電子趨向n區(qū)、空穴趨向p區(qū)，這樣p區(qū)和n區(qū)就會(huì)分別積累過量的空穴和過量電子，從而形成一個(gè)電場(chǎng)，在對(duì)外連接電路時(shí)就會(huì)有光生電流通過。這種光伏器件被廣泛的應(yīng)用到太陽能電池和光電二極管。但這種器件在通直流電時(shí)，不具有發(fā)光功能。
近來開展的有機(jī)光伏器件有單層和多層器件，對(duì)單層器件光伏特性與電極電性關(guān)系很大，而且占空比也不好。Tang發(fā)明一種雙層有機(jī)薄膜光伏器件，它的特性主要取決于兩個(gè)有機(jī)層的界面[C.W.Tang，Appl phys Lett，48(2)1986 183-185]，但沒有報(bào)導(dǎo)有關(guān)的電致發(fā)光性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決背景技術(shù)中只具有一種光電轉(zhuǎn)換功能，它只能用于光電轉(zhuǎn)換而不具有電光轉(zhuǎn)換的功能問題，當(dāng)作為電光轉(zhuǎn)換器件需要外接電源，使器件成本高、電源壽命短、穩(wěn)定性差等問題，為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明提出雙功能即光→電轉(zhuǎn)換及電→光轉(zhuǎn)換功能器件，將提供一種以稀土配合物做光電轉(zhuǎn)換功能器件的n區(qū)和電子受體，TPD或NPB做p區(qū)和電子給體，在紫外光或太陽光照射時(shí)，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明包括金屬陰極1、有機(jī)化合物薄膜層2、有機(jī)化合物薄膜層3、透明陽極4，一側(cè)為金屬陰極1，另一側(cè)為透明陽極4，在金屬陰極1和透明陽極4之間夾置有機(jī)化合物薄膜層2和有機(jī)化合物薄膜層3。有機(jī)化合物薄膜層2采用稀土配合物為RE(A)3B；有機(jī)化合物薄膜層3采用TPD和/或NPB以及和/或二胺衍生物。
本發(fā)明工作時(shí)如圖1所示它的兩個(gè)功能都主要發(fā)生在兩個(gè)有機(jī)薄膜層的界面附近。這種器件中具有兩種不同功能的有機(jī)層。利用器件自身的電驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，這種器件則具有光電轉(zhuǎn)換功能。即當(dāng)利用太陽光照射透明陽極時(shí)，用直流電流表可測(cè)得透明陽極與金屬陰極之間的短路電流和開路電壓?？拷饘匐姌O的有機(jī)化合物薄膜層為電子受體，靠近透明陽極的有機(jī)化合物薄膜層為電子給體。金屬陰極和透明陽極分別為電子收集層和空穴收集層。
利用電驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，這種器件則具有電光轉(zhuǎn)換功能。當(dāng)金屬陰極和透明陽極分別施加負(fù)電壓和正電壓時(shí)，能從透明陽極側(cè)發(fā)射出明亮的光，此時(shí)有機(jī)化合物薄膜層則分別成為電子傳輸層和空穴傳輸-發(fā)射層。透明陽極為空穴注入層兼光輸出層，金屬陰極為電子注入層。
本發(fā)明提出的雙功能有機(jī)光電子器件是有機(jī)層間界面效應(yīng)器件作為光伏器件時(shí)，TPD或NPB層作為電子給體，稀土配合物層做電子受體，實(shí)際上是在光照射下激子在兩個(gè)有機(jī)界面處發(fā)生分解即電荷載流子發(fā)生離化，電子向電子受體方向遷移，空穴向電子給體方向遷移，于是在電子受體區(qū)積累過量的電子，在電子給體區(qū)積累過量的空穴而形成附加電場(chǎng)，該附加電場(chǎng)對(duì)外按電路來說就會(huì)產(chǎn)生光生電流。器件在直流電壓驅(qū)動(dòng)下，從透明陽極向TPD或NPB注入空穴，從金屬陰極向稀土配合物注入電子，在靠界面處偏TPD或NPB一側(cè)發(fā)光復(fù)合并通過激子去激活而發(fā)光，這個(gè)發(fā)光區(qū)隨驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生一些變化，主要是因發(fā)射光譜隨電壓而變，在低電壓驅(qū)動(dòng)下，除了TPD或NPB發(fā)射外，還呈現(xiàn)靠長(zhǎng)波的迭加發(fā)射帶，它不是來自稀土配合物和TPD或NPB，而是來自兩個(gè)有機(jī)層的界面。我們認(rèn)為它是稱為激基復(fù)合物的界面發(fā)射。當(dāng)選擇RE＝Y(jié)，La，Gd等不發(fā)光離子時(shí)，激基復(fù)合物發(fā)射相對(duì)強(qiáng)度較高。我們還有趣地發(fā)現(xiàn)激基復(fù)合物發(fā)射越強(qiáng)，它的光-電轉(zhuǎn)換效果也就越佳。
本發(fā)明的積極效果本發(fā)明采用有機(jī)化合物薄膜層制成的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換器件，是一種不需要外加電源的照明光源和平板發(fā)光顯示器。當(dāng)把上述器件做為電光轉(zhuǎn)換器件時(shí)，即利用器件吸收來自于太陽的光并將其轉(zhuǎn)換成太陽能為自身提供工作電源，使器件成本大大降低、由于太陽不斷的補(bǔ)充自身電源使其穩(wěn)定性和壽命提高，解決了背景技術(shù)電光轉(zhuǎn)換器件需要外接電源、成本高、電源壽命短、穩(wěn)定性差的問題。它又是一種有機(jī)電致發(fā)光器件，在五伏～二十伏電壓驅(qū)動(dòng)下輻射出明亮的光，發(fā)射光譜隨驅(qū)動(dòng)電壓變化，則可以用于照明光源和平板發(fā)光顯示器；當(dāng)把上述器件做為光電轉(zhuǎn)換器件時(shí)，即利用來自于太陽的光照射這種器件時(shí)可以把太陽能轉(zhuǎn)換成電能，則它可以用于光探測(cè)器、光伏電池以及環(huán)境監(jiān)測(cè)的紫外光照射監(jiān)測(cè)器。


圖1是本發(fā)明電光轉(zhuǎn)換的示意2是本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換的示意圖具體實(shí)施方式
如圖1圖2所示金屬陰極1可采用鋁、金、銀、銅、以及與鋰、鎂、鈣等活潑金屬的合金。有機(jī)化合物薄膜層2可采用RE(A)3B式中的A是β-二酮類化合物、含羧基化合物等，B是鄰菲羅啉，聯(lián)吡啶及其它們的衍生物，當(dāng)選擇RE＝Y(jié)或La或Gd或Lu或它們之間的任意組合。有機(jī)化合物薄膜層2是稀土三元配合物，其中第一β-二酮配體可以是乙酰丙酮ACA，二苯甲酰甲烷DBM，α-噻吩甲?；猅TA，苯甲酰丙酮等含氮的配體BMA；第二配體可以是1，10-鄰菲羅啉，2，9二甲基-1，10鄰菲羅啉，4，7二苯基-1，10鄰菲羅啉等。有機(jī)化合物薄膜層3采用TPD和/或NPB和/或二胺衍生物。TPD為N’，N’-二(3-甲基苯基)-1，1’-二苯基-4，4’-二胺，NPB為N，N’-二(萘基)-1，1’-二苯基-4，4’二胺。
透明陽極4可采用ITO導(dǎo)電玻璃或ITO塑料導(dǎo)電膜。
兩種有機(jī)化合物薄膜層和金屬陰極薄膜均采用真空蒸發(fā)法形成，然后在金屬陰極1和透明陽極4處分別引出電極并分別設(shè)為負(fù)極和正極。
當(dāng)選用波長(zhǎng)為200～450nm波長(zhǎng)的光或太陽光從透明陽極一側(cè)照射時(shí)，用直流電壓表和直流電流表分別可以測(cè)出明顯的開路電壓和短路電流。電流方向透明陽極一側(cè)正，金屬陰極一側(cè)為負(fù)。當(dāng)以透明陽極為正極向器件施加直流電壓時(shí)，開始有淺藍(lán)色發(fā)光，電壓升高時(shí)藍(lán)光色純度增加，當(dāng)發(fā)射峰變?yōu)?60nm時(shí)，最大發(fā)光亮度可達(dá)700cd/m2以上，而兩種器件功能可持久循環(huán)反復(fù)使用。其它實(shí)施例如下

權(quán)利要求
1.一種具有光電和電光轉(zhuǎn)換的有機(jī)薄膜雙功能器件，包括一側(cè)為金屬陰極1，另一側(cè)為透明陽極4，其特征在于還包括有有機(jī)化合物薄膜層2和有機(jī)化合物薄膜層3，在金屬陰極1和透明陽極4之間夾置有機(jī)化合物薄膜層2和有機(jī)化合物薄膜層3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜雙功能器件，其特征在于有機(jī)化合物薄膜層2采用稀土配合物為RE(A)3B；有機(jī)化合物薄膜層3采用TPD和/或NPB以及和/或二胺衍生物。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域,涉及對(duì)光伏器件的改進(jìn)。光伏器件在太陽光或紫外光照射下可以發(fā)生光→電轉(zhuǎn)換,在施加直流電壓時(shí)可以發(fā)射光。包括金屬陰極、有機(jī)化合物薄膜層、透明陽極。采用有機(jī)化合物薄膜層制成的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換器件,是不需要外加電源的照明光源和平板發(fā)光顯示器。當(dāng)做為電光轉(zhuǎn)換器件時(shí),利用吸收太陽光將其轉(zhuǎn)換成太陽能為自身提供工作電源,使成本降低、由于太陽不斷的補(bǔ)充自身電源使其穩(wěn)定性和壽命提高,它又是有機(jī)電致發(fā)光器件,在電壓驅(qū)動(dòng)下輻射出明亮的光,用于照明光源和平板發(fā)光顯示器;當(dāng)做為光電轉(zhuǎn)換器件時(shí),利用太陽光照射器件時(shí)可把太陽能轉(zhuǎn)換成電能,用于光探測(cè)器、光伏電池以及環(huán)境監(jiān)測(cè)的紫外光照射監(jiān)測(cè)器。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1359160SQ0210903
公開日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2002年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者李文連, 初蓓, 范鏑, 洪自若, 魏函志 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所