專利名稱：一種具有光電和電光轉換的有機薄膜雙功能器件的制作方法
技術領域：
本發明屬于光電子器件領域，涉及一種對光伏器件的改進。光伏器件在太陽光或紫外光照射下可以發生光→電轉換，在施加直流電壓時可以發射光。
背景技術：
以往的光伏器件分為無機半導體和有機兩類對無機半導體，在外界光輻照半導體p-n結區附近時，只要入射光的能量大于它的帶隙寬度，就有可能產生本征激發并產生電子-空穴對，這種光生空穴和光生電子在內場作用下電子趨向n區、空穴趨向p區，這樣p區和n區就會分別積累過量的空穴和過量電子，從而形成一個電場，在對外連接電路時就會有光生電流通過。這種光伏器件被廣泛的應用到太陽能電池和光電二極管。但這種器件在通直流電時，不具有發光功能。
近來開展的有機光伏器件有單層和多層器件，對單層器件光伏特性與電極電性關系很大，而且占空比也不好。Tang發明一種雙層有機薄膜光伏器件，它的特性主要取決于兩個有機層的界面[C.W.Tang，Appl phys Lett，48(2)1986 183-185]，但沒有報導有關的電致發光性能。
發明內容
本發明目的在于解決背景技術中只具有一種光電轉換功能，它只能用于光電轉換而不具有電光轉換的功能問題，當作為電光轉換器件需要外接電源，使器件成本高、電源壽命短、穩定性差等問題，為實現上述目的本發明提出雙功能即光→電轉換及電→光轉換功能器件，將提供一種以稀土配合物做光電轉換功能器件的n區和電子受體，TPD或NPB做p區和電子給體，在紫外光或太陽光照射時，實現光電轉換。
本發明包括金屬陰極1、有機化合物薄膜層2、有機化合物薄膜層3、透明陽極4，一側為金屬陰極1，另一側為透明陽極4，在金屬陰極1和透明陽極4之間夾置有機化合物薄膜層2和有機化合物薄膜層3。有機化合物薄膜層2采用稀土配合物為RE(A)3B；有機化合物薄膜層3采用TPD和/或NPB以及和/或二胺衍生物。
本發明工作時如圖1所示它的兩個功能都主要發生在兩個有機薄膜層的界面附近。這種器件中具有兩種不同功能的有機層。利用器件自身的電驅動器件時，這種器件則具有光電轉換功能。即當利用太陽光照射透明陽極時，用直流電流表可測得透明陽極與金屬陰極之間的短路電流和開路電壓。靠近金屬電極的有機化合物薄膜層為電子受體，靠近透明陽極的有機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。
利用電驅動器件時，這種器件則具有電光轉換功能。當金屬陰極和透明陽極分別施加負電壓和正電壓時，能從透明陽極側發射出明亮的光，此時有機化合物薄膜層則分別成為電子傳輸層和空穴傳輸-發射層。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。
本發明提出的雙功能有機光電子器件是有機層間界面效應器件作為光伏器件時，TPD或NPB層作為電子給體，稀土配合物層做電子受體，實際上是在光照射下激子在兩個有機界面處發生分解即電荷載流子發生離化，電子向電子受體方向遷移，空穴向電子給體方向遷移，于是在電子受體區積累過量的電子，在電子給體區積累過量的空穴而形成附加電場，該附加電場對外按電路來說就會產生光生電流。器件在直流電壓驅動下，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一側發光復合并通過激子去激活而發光，這個發光區隨驅動電壓發生一些變化，主要是因發射光譜隨電壓而變，在低電壓驅動下，除了TPD或NPB發射外，還呈現靠長波的迭加發射帶，它不是來自稀土配合物和TPD或NPB，而是來自兩個有機層的界面。我們認為它是稱為激基復合物的界面發射。當選擇RE＝Y，La，Gd等不發光離子時，激基復合物發射相對強度較高。我們還有趣地發現激基復合物發射越強，它的光-電轉換效果也就越佳。
本發明的積極效果本發明采用有機化合物薄膜層制成的光電轉換和電光轉換器件，是一種不需要外加電源的照明光源和平板發光顯示器。當把上述器件做為電光轉換器件時，即利用器件吸收來自于太陽的光并將其轉換成太陽能為自身提供工作電源，使器件成本大大降低、由于太陽不斷的補充自身電源使其穩定性和壽命提高，解決了背景技術電光轉換器件需要外接電源、成本高、電源壽命短、穩定性差的問題。它又是一種有機電致發光器件，在五伏～二十伏電壓驅動下輻射出明亮的光，發射光譜隨驅動電壓變化，則可以用于照明光源和平板發光顯示器；當把上述器件做為光電轉換器件時，即利用來自于太陽的光照射這種器件時可以把太陽能轉換成電能，則它可以用于光探測器、光伏電池以及環境監測的紫外光照射監測器。
圖1是本發明電光轉換的示意2是本發明光電轉換的示意圖具體實施方式
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，聯吡啶及其它們的衍生物，當選擇RE＝Y或La或Gd或Lu或它們之間的任意組合。有機化合物薄膜層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-噻吩甲酰基三氟丙酮TTA，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導電玻璃或ITO塑料導電膜。
兩種有機化合物薄膜層和金屬陰極薄膜均采用真空蒸發法形成，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為負極和正極。
當選用波長為200～450nm波長的光或太陽光從透明陽極一側照射時，用直流電壓表和直流電流表分別可以測出明顯的開路電壓和短路電流。電流方向透明陽極一側正，金屬陰極一側為負。當以透明陽極為正極向器件施加直流電壓時，開始有淺藍色發光，電壓升高時藍光色純度增加，當發射峰變為460nm時，最大發光亮度可達700cd/m2以上，而兩種器件功能可持久循環反復使用。其它實施例如下
權利要求
1.一種具有光電和電光轉換的有機薄膜雙功能器件，包括一側為金屬陰極1，另一側為透明陽極4，其特征在于還包括有有機化合物薄膜層2和有機化合物薄膜層3，在金屬陰極1和透明陽極4之間夾置有機化合物薄膜層2和有機化合物薄膜層3。
2.根據權利要求1所述的有機薄膜雙功能器件，其特征在于有機化合物薄膜層2采用稀土配合物為RE(A)3B；有機化合物薄膜層3采用TPD和/或NPB以及和/或二胺衍生物。
全文摘要
本發明屬于光電子器件領域,涉及對光伏器件的改進。光伏器件在太陽光或紫外光照射下可以發生光→電轉換,在施加直流電壓時可以發射光。包括金屬陰極、有機化合物薄膜層、透明陽極。采用有機化合物薄膜層制成的光電轉換和電光轉換器件,是不需要外加電源的照明光源和平板發光顯示器。當做為電光轉換器件時,利用吸收太陽光將其轉換成太陽能為自身提供工作電源,使成本降低、由于太陽不斷的補充自身電源使其穩定性和壽命提高,它又是有機電致發光器件,在電壓驅動下輻射出明亮的光,用于照明光源和平板發光顯示器;當做為光電轉換器件時,利用太陽光照射器件時可把太陽能轉換成電能,用于光探測器、光伏電池以及環境監測的紫外光照射監測器。
文檔編號H01L33/00GK1359160SQ0210903
公開日2002年7月17日 申請日期2002年1月10日 優先權日2002年1月10日
發明者李文連, 初蓓, 范鏑, 洪自若, 魏函志 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所