技術領域

本發明屬于有機光電器件技術領域，具體涉及一種有機光電器件。

背景技術

有機光電器件，又稱作有機太陽能電池器件，其光電轉換效率一直遠低于無機半導體太陽能電池。造成效率低下的主要原因在于有機材料的光生激子具有較高的束縛能，很難在熱運動和內建電場的作用下解離成為自由的載流子。以往的有機太陽能電池一般采用電子給體-受體異質結的結構，利用異質結界面處高效的激子拆分過程，提升自由載流子的產生速率。但是光吸收的主要區域，通常并不是異質結界面附近的區域，這導致很多距離界面較遠的光生激子被浪費。很多金屬材料（如Al）對可見光具有極強的吸收，如果能夠將這部分光吸收轉化為自由載流子的產生，將對高效有機太陽能電池的結構設計帶來很大方便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光電轉換效率高的有機光電器件。

本發明提供的有機光電器件，是利用金屬材料對太陽光的強吸收特性，以增加有機太陽能電池中光生載流子的數目，進而提升光電轉換效率。

本發明所提出的有機光電器件的核心理論，是金屬的光吸收有助于附近有機材料中自由載流子的產生。這一理論的數據支持，來自于發明人一系列的瞬態光電壓實驗結果。

在對于結構為ITO/CuPc/Al的有機光電器件的瞬態光電壓研究中，發現隨著Al的厚度由30nm增加至94nm，355nm激光從Al一側入射時，瞬態光電壓的強度僅僅由1.0V衰減至0.9V，如圖2所示。理論計算表明94nm的Al對355nm激光的透射率只有10^-7量級，如此低的透過率導致有機層基本沒有任何光吸收。然而此時瞬態光電壓信號卻依然保持了較高的強度，這意味著有機層中產生了相當數量的自由載流子。根據前面的分析，光生載流子的能量來源是Al的光吸收。

進一步實驗中，發明人設計了結構為ITO?/Al?(xnm)?/NPB?(500nm)?/Au的器件，x分別為3,6,9。由于Au的功函數大于Al，內建電場由Al指向Au，因此瞬態光電壓信號極性為負。實驗結果如圖3所示，隨著Al的厚度從3nm增加至9nm，負信號極值幾乎沒有變化（~0.55V），而信號的壽命則大幅度延長。考慮到瞬態光電壓主要來自于自由載流子在內建電場作用下的定向漂移，當自由載流子消耗殆盡，漂移電流迅速減少，反向擴散電流開始占據主導，信號呈現衰減趨勢。因此信號壽命的增加，表明有更多的自由載流子在光照下產生，再次證明了Al的光吸收能夠增加有機層中的自由載流子數目。

根據Al光吸收促進有機層內自由載流子產生的效應，本發明在原有有機太陽能電池器件中插入金屬吸收層Al。金屬吸收層Al的厚度為3~10nm。例如選3—9?nm。鑒于金屬Al的消光系數較大，以CuPc(20nm)/C60(40nm)結構的傳統異質結結構為例，Al插入層能夠保證光場在該層附近具有極高的分布，從而提高光吸收和電荷分離的效率。

相比傳統的有機太陽能電池器件，本發明的優點在于充分利用了金屬對太陽光的強吸收。由于有機材料的載流子遷移率較低，非串聯器件的薄膜厚度一般只有不到100nm，從而制約了材料對光的吸收。本發明在一定程度上可以克服一定缺陷。根據現有的瞬態光電壓實驗結果，本發明的金屬吸收層的插入對有機小分子異質結太陽能電池效率帶來20~30%的提升。

附圖說明

圖1為本發明的器件結構圖示。

圖2為改變Al厚度的瞬態光電壓實驗結果對比圖。

圖3為不同厚度的薄層Al對瞬態光電壓實驗結果影響對比圖。

具體實施方式

實施例：

器件結構如圖1所示，采用傳統的ITO/CuPc/C60/Al異質結結構，在CuPc和C60之間插入薄層Al（3~10nm）。異質結厚度為CuPc(20nm)/C60(40nm)，這樣能夠保證光場主要分布于Al插入層處。另外，如果插入層和陰極材料相同，可能會導致二者之間內建電場為零，不利于電子的導出。因此必須將陰極材料替換為功函數更低的金屬，如Li或Mg:Ag等。