[发明专利]光电子器件和制造光电子器件的方法

说明书

光电子器件和制造光电子器件的方法。提供了一种光电子器件，该器件包括包含有机金属卤化物钙钛矿的有源层和通过真空蒸发形成并被配置成传输空穴载流子的空穴传输层(HTL)。HTL包括：第一子层，该第一子层包括掺杂有n掺杂物并与有源层相邻设置的空穴传输材料(HTM)；第二子层，该第二子层包括未掺杂并与第一子层相邻设置的HTM；以及第三子层，该第三子层包括掺杂有p掺杂物并且与第二子层相邻设置的HTM。用于n掺杂子层的n掺杂物的掺杂浓度被确定为使n掺杂子层的最高占据分子轨道能级与钙钛矿有源层的价带最大能级相匹配。

技术领域

本发明涉及用于光电子应用的基于钙钛矿(perovskite)的器件的掺杂工程空穴传输层。

背景技术

太阳能电池(也称为光伏电池)是通过使用表现出光伏效应的半导体将太阳能转换成电力的电气装置。太阳能光伏发电在全球装机容量方面现在是在水力和风力之后的第三最重要可再生能源。这些太阳能电池的构造基于p-n结的概念，其中，来自太阳辐射的光子被转换成电子-空穴对。用于商业太阳能电池的半导体的示例包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉和铜铟镓二硒。用于商用电池的太阳能电池能量转换效率据报道目前约为14-22％。

高转换效率、长期稳定性和低成本制造对于太阳能电池的商业化至关重要。为此，为了替代太阳能电池中的常规半导体，已经研究了各种各样的材料。例如，使用有机半导体的太阳能电池技术是相对新的，其中，这些电池可以由液体溶液处理，潜在地产生廉价的大规模生产。除了有机材料之外，例如，有机金属卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbX₃和CH₃NH₃SnX₃(其中，X＝Cl、Br、I或其组合)最近已经成为用于下一代高效率低成本太阳能技术的有前途材料。已经报道，这些合成的钙钛矿可以表现出高电荷载流子迁移率和寿命，其允许光产生的电子和空穴移动足够远以被提取为电流，而不是作为电池内的热量损失其能量。这些合成钙钛矿可以通过使用与用于有机太阳能电池的那些技术(诸如，溶液处理、真空蒸发技术等)相同的薄膜制造技术来制造。

最近报道已经表明，这类材料(即，有机金属卤化物钙钛矿)在其它光电子器件中也具有高性能半导体介质的潜力。特别地，已知一些钙钛矿表现出强光致发光特性，使其成为用于发光二极管(LED)的有吸引力的候选者。另外，已经有报道，钙钛矿还表现出适用于电驱动激光器的相干发光特性，因此适用于光放大特性。在这些器件中，电子和空穴载流子被注入到光致发光介质中，而在太阳能电池器件中需要载流子提取。

然而，迄今为止，使用现有制造技术难以获得稳定的基于钙钛矿的器件。此外，这些现有技术不足够健壮以制造具有掺杂工程层、多结或串联电池结构、异质结构构造或其它先进的光电结构的基于钙钛矿的器件。鉴于对高性能器件的低成本制造技术的日益增长的需求，需要新的制造技术来生产适于太阳能电池和包括LED和激光器的其它光电子应用的稳定且高效的基于钙钛矿的器件。

引用列表

专利文献

PTL 1：Forrest等人的美国专利No.7,683,536

PTL 2：Adamovich等人的美国专利No.8,778,511

PTL 3：Qi等人的国际申请No.PCT/JP2015/002041

PTL 4：Qi等人的国际申请No.PCT/JP2015/003450

非专利文献

NPL 1：Guichuan Xing et al.，Low-temperature solution-processedwavclength-tunable perovskites for lasing.Nature Materials Vol.13，476-480(March，2014).