[发明专利]含有四氮杂卟啉的有机光敏光电子装置

说明书

与相关申请的交叉参考

本申请基于2007年10月12日提交的题为“含有四氮杂卟啉的有机光敏光电子装置”的美国临时专利申请系列号60/960,769，并要求其优先权，该临时专利申请的全部内容在此引为参考。

联合研究协议

所要求权利的发明，以下列各方的名义、和/或以大学-公司联合研究协议联合所述各方而做出：南加利福尼亚大学(The University ofSouthern California)，密歇根大学(The University of Michigan)和全球光子能量公司(Global Photonic Energy Corporation)。协议在所要求权利的发明做出日及以前有效，所要求权利的发明作为协议范围内从事的活动的结果而做出。

发明领域

总的来说，本发明涉及含有至少一种四氮杂卟啉化合物的有机光敏光电子装置

背景技术

光电子装置依靠材料的光和电子性质来通过电子方法产生或检测电磁辐射或从环境电磁辐射产生电力。

光敏光电子装置将电磁辐射转变成电信号或电力。太阳能电池，也被称为光伏(“PV”)装置，是一种类型的光敏光电子装置，特异性用于产生电能。光导电池是一种类型的光敏光电子装置，其与信号检测电路联合使用，用于监测装置的电阻，以检测由于吸收光而产生的变化。可以接收施加的偏电压的光检测器，是一种类型的光敏光电子装置，其与电流检测线路一起使用，用于测量当光检测器暴露于电磁辐射时产生的电流。

这三种类型的光敏光电子装置，可以根据是否存在整流结，也可以根据装置是否通过也被称为偏压或偏电压的外部施加电压来运行，来进行区分。光导电池不具有整流结，一般使用偏压来运行。PV装置具有至少一个整流结，不使用偏压来运行。光检测器具有至少一个整流结，通常但不总是使用偏压来运行。

本文中使用的术语“整流”，尤其是指界面具有不对称传导性质，即界面支持优选一个方向的电荷传输。术语“半导体”，是指当通过热或电磁激发诱导电荷载流子时可以传导电的材料。术语“光电导”一般涉及其中电磁辐射能被吸收，由此转变成电荷载流子的激发能，使得载流子可以在材料中传导(即传输)电荷的过程。术语“光电导材料”是指半导体材料，利用它们吸收电磁辐射以产生电荷载流子的性质。

当适当能量的电磁辐射入射到有机半导体材料上时，光子可以被吸收，以产生激发分子态。在有机光电导材料中，一般相信产生的分子态是“激子激子”，即束缚状态的电子-空穴对，其作为准粒子传输。激子在成对重结合(“淬灭”)之前可以具有可估计的寿命，这种成对重结合是指原来的电子和空穴的彼此重结合(与同来自其他对的空穴或电子重结合相反)。为了产生光电流，形成激子的电子-空穴典型地在整流结处分离。

在光敏装置的情况中，整流结被称为光伏异质结。有机光伏异质结的类型包括在供体材料和受体材料的界面处形成的供体-受体异质结，以及在光电导材料和金属的界面处形成的肖特基势垒(Schottky-barrier)异质结。

图1是显示了示例性供体-受体异质结的能级图。在有机材料的情况下，术语“供体”和“受体”是指两种接触但不相同的有机材料的最高占据分子轨道(“HOMO”)和最低未占据分子轨道(“LUMO”)能级的相对位置。如果与另一种材料接触的一种材料的LUMO能级较低，那么该材料是受体。否则的话它是供体。在不存在外部偏压的情况下，供体-受体节处的电子移动到受体材料中是能量上有利的。

在本文中使用时，如果第一种能级更接近真空能级10，那么第一种HOMO或LUMO能级“大于”或“高于”第二种HOMO或LUMO能级。较高的HOMO能级所对应的电离势(“IP”)具有相对于真空能级较小的绝对能量。同样地，较高的LUMO能级所对应的电子亲和势(“EA”)具有相对于真空能级较小的绝对能量。在常规能级图上，真空能级在顶部，材料的LUMO能级高于同样材料的HOMO能级。

在受体152中吸收了光子6或受体154产生了激子8后，激子8在整流界面处解离。供体152传输空穴(空心圆圈)，受体154传输电子(实心圆圈)。