專利名稱：橫向有機光電器件及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機光電器件，特別是涉及有機光伏器件。
背景技術(shù)：
由于許多原因，在多種多樣的應(yīng)用中越來越希望采用有機材料的光電器件。用于 構(gòu)造有機光電器件的材料，與其無機相應(yīng)物相比相對廉價，從而比利用無機材料制造的光 電器件提供了成本優(yōu)勢。而且，有機材料提供了期望的物理性能如柔性，使得它們可用于剛 性材料不適合的應(yīng)用中。有機光電器件的實例包括有機光伏電池、有機發(fā)光裝置(OLED)和 有機光檢測器。當(dāng)跨負(fù)載連接并暴露于光下時，光伏器件通過產(chǎn)生光生電流而將電磁輻射轉(zhuǎn)換成 電。光伏電池產(chǎn)生的電力能夠用于許多用途，包括照明、加熱、電池充電以及需要電能的動 力裝置。當(dāng)在無限負(fù)載下照射時，光伏器件產(chǎn)生其最大可能的電壓，開路電壓或V。。。當(dāng)其 發(fā)生電短路下照射時，光伏器件產(chǎn)生其最大電流，Is。。在工作條件下，將光伏器件連 接到有限負(fù)載上，且電力輸出等于電流和電壓的乘積。由光伏器件產(chǎn)生的最大功率不能超 過V。。和Isc的乘積。當(dāng)對負(fù)載值進(jìn)行優(yōu)化以最大化發(fā)電時，電流和電壓的值分別為Imax和
Vmax °在評價光伏電池性能時，關(guān)鍵特性是填充因數(shù)ff。所述填充因數(shù)為光伏電池的實 際功率與電流和電壓兩者都為其最大值時其功率之比。根據(jù)方程(1)提供光伏電池的填充 因數(shù)。ff = (ImaxVmax)/(IscVoc)(1)光伏電池的填充因數(shù)始終小于1，因為在工作條件下，絕不能同時獲得Ise和1。。 然而，在填充因數(shù)的值接近1的值時，器件展示了較小的內(nèi)部電阻，因此在最佳條件下向負(fù) 載傳遞了更大百分比的電力。光伏器件的其他特征是其將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的效率。根據(jù)方程(2)提供光伏器 件的轉(zhuǎn)換效率，np，其中pin。為入射到光伏器件上的光的能量。np = ff* (iscVoc)/Pinc(2)禾U用結(jié)晶或無定形硅的器件占據(jù)了商業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢地位，且某些已經(jīng)達(dá)到了23 % 以上的效率。然而，高效的晶體基器件、尤其是大表面積的器件，制造起來困難且昂貴，這是因為問題在于制造大晶體時不能存在晶體缺陷，晶體缺陷會促進(jìn)激子復(fù)合。商購可得的無 定形硅光伏電池展示了約4 12%的效率。構(gòu)造與無機器件效率相當(dāng)?shù)挠袡C光伏器件是一個技術(shù)難題。某些有機光伏器件展 示了 以下級別的效率。激子擴散長度(Ld)與有機層厚度之間嚴(yán)重的長度規(guī)模不匹配， 造成了有機光伏器件所展示的低效率。為了有效吸收可見光的電磁輻射，有機膜的厚度必 須為約500nm。這種厚度大大超出典型為約50nm的激子擴散長度，從而經(jīng)常造成激子復(fù)合。希望能提供表現(xiàn)出提高電磁能轉(zhuǎn)換成電能的效率的有機光伏器件?？紤]到本文中 所討論的有機光電器件的優(yōu)勢，所以希望提供的有機光伏器件能夠提供與無機光伏器件相 當(dāng)且在某些情況下大于無機光伏器件的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包括有機光伏器件且具有纖維結(jié)構(gòu)的有機光電器件及其制造方法。在一個實施方案中，本發(fā)明提供一種光電器件，所述器件包括纖維芯、圍繞所述纖 維芯的透輻射的第一電極、圍繞所述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有 機層、以及部分覆蓋所述有機層并與所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。在某些實 施方案中，在部分覆蓋所述有機層中，所述不透輻射的第二電極并不完全覆蓋所述有機層。在某些實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約95%的所述光敏有機層。 在其他實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約90%、小于約80%、或者小于約 70%的所述光敏有機層。在另一個實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約60% 的所述光敏有機層。在另外的實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所 述光敏有機層。在某些實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約30%或者小于約 20%的所述光敏有機層。在某些實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約10%的 所述光敏有機層。在某些實施方案中，本發(fā)明的光電器件包含光伏電池。在某些實施方案中，所述光電器件的纖維芯以一定角度彎曲而形成V形結(jié)構(gòu)。例 如，在一個實施方案中，所述光電器件的纖維芯以90度角彎曲。在另一個實施方案中，所述 光電器件的纖維芯以小于約90度的角彎曲。在另外的實施方案中，所述光電器件的纖維芯 以大于約90度的角彎曲。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種光電器件，其包括至少一個含至少一個 光伏電池的元件(pixel)，所述光伏電池包含纖維芯；圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電 極；圍繞所述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層；以及部分覆蓋所 述有機層并與所述有機層電連接的第二電極。在某些實施方案中，一個元件包含多個光伏 電池。在其他實施方案中，一個光電器件包含元件陣列。在另外的實施方案中，光電器件包 含元件陣列，各個元件包含多個光伏電池。在另一個方面中，本發(fā)明提供制造光電器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，制造 光電器件的方法包括提供纖維芯；在所述芯的表面上布置透輻射的第一電極；布置與所 述第一電極電連通的至少一個光敏有機層；以及布置與所述有機層電連通的不透輻射的第 二電極，其中所述不透輻射的第二電極部分地覆蓋所述光敏有機層。在某些實施方案中，所 述光電器件包含光伏電池。
本發(fā)明還提供將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法。在一個實施方案中，本發(fā)明的方法利 用波導(dǎo)來提高電磁能轉(zhuǎn)換成電能的效率。本文中所述的本發(fā)明光電器件的實施方案能夠利 用波導(dǎo)來提高這種效率。在某些實施方案中，將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法包括在光電器件的側(cè)面或周邊區(qū) 域處接受輻射，所述光電器件包括纖維芯、圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極、圍繞所述 第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層、以及部分覆蓋所述有機層并與 所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。一旦在沿光電器件側(cè)面的一個或多個點處接受 輻射時，與在器件端部處接受而沿纖維芯的長軸向下傳輸?shù)那闆r相反，所述輻射被傳輸?shù)?至少一個光敏有機層中，從而在有機層中產(chǎn)生激子。所產(chǎn)生的激子隨后分離成空穴和電子， 且所述電子移動到與光電器件連通的外部電路中。在某些實施方案中，輻射可以以任意期望角度入射到光電器件的側(cè)面上。在一個 實施方案中，光電器件在與纖維芯長軸正交的平面中接受輻射。在某些實施方案中，光電器 件的纖維結(jié)構(gòu)使得可在寬的角度范圍內(nèi)接受并收集入射的輻射。在某些實施方案中，本發(fā) 明的光電器件能夠接受和/或收集以約0度 約180度的角度入射到光電器件側(cè)面或周邊 區(qū)域上的輻射。在另一個實施方案中，光電器件能夠接受和/或收集入射角度為約0度 約90度的輻射。為了可在寬角度范圍上接受入射的輻射，在某些實施方案中，未將本發(fā)明的光電 器件限制為任何特殊取向來最大化輻射的接受和/或捕獲。因此，本發(fā)明的光電器件被認(rèn) 為具有與其集成的輻射收集器或集中器。將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法的實施方案還考慮到對光電器件側(cè)面處輻射的入射 角進(jìn)行調(diào)整。在某些實施方案中，調(diào)整入射角包括改變光電器件相對于入射輻射源的取向 或位置。在其他實施方案中，調(diào)整入射角包括相對于光電器件的位置來改變提供輻射的光 源位置。在下面的發(fā)明詳述中，對本發(fā)明的這些和其他實施方案進(jìn)行更詳細(xì)描述。


圖1顯示了本發(fā)明一個實施方案的光電器件的截面圖。圖2顯示了本發(fā)明一個實施方案的光電器件。圖3顯示了本發(fā)明實施方案的光電器件的短路電流。圖4顯示了本發(fā)明實施方案的光電器件的開路電壓。圖5顯示了本發(fā)明實施方案的光電器件的短路電流。圖6顯示了本發(fā)明實施方案的光電器件的開路電壓。發(fā)明詳述本發(fā)明提供有機光電器件，其包括有機光伏器件，具有纖維結(jié)構(gòu)。在一個實施方 案中，本發(fā)明提供一種光電器件，所述器件包括纖維芯、圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電 極、圍繞所述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層、以及部分覆蓋所 述有機層并與所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。在某些實施方案中，光電器件包 含光伏電池。在某些實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約95%的所述光敏有機層。在其他實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約90%、小于約80%或者小于約70% 的所述光敏有機層。在另一個實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約60%的所 述光敏有機層。在另外的實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所述光 敏有機層。在某些實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約30 %或者小于約20 % 的所述光敏有機層。在某些實施方案中，所述不透輻射的第二電極覆蓋所述光敏有機層的 小于約10%?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向在本發(fā)明光電器件的各種實施方案中能夠包括的組件，本發(fā)明的光電器 件包含纖維芯。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述纖維芯包含光學(xué)纖維。適用于本發(fā)明的光學(xué) 纖維包括玻璃光學(xué)纖維、石英光學(xué)纖維和塑料光學(xué)纖維(POF)。在某些實施方案中，塑料 光學(xué)纖維由聚甲基丙烯酸甲酯來構(gòu)造。在其他實施方案中，塑料光學(xué)纖維由含全氟環(huán)丁烷 (PFBC)的聚合物如全氟環(huán)丁烷聚(芳基醚)來構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，光學(xué)纖 維包括單模光學(xué)纖維和多模光學(xué)纖維。用于本發(fā)明中的光學(xué)纖維可以是柔性的。在某些實施方案中，纖維芯包含銦錫氧化物(ITO)纖維。當(dāng)光學(xué)纖維芯包含ITO 纖維時，單獨且截然不同的第一電極可以是任選的。在某些實施方案中，ITO纖維充當(dāng)纖維 芯和第一電極兩者，在其他實施方案中，將含透輻射的導(dǎo)電氧化物的第一電極按照本文的 設(shè)置布置在ITO纖維的表面上。在某些實施方案中，本發(fā)明光電器件的纖維芯的直徑為約1 μ m 約2 μ m。在其他 實施方案中，纖維芯的直徑為約90μπι 約1mm。在另外的實施方案中，纖維芯的直徑為約 20 μ m 約 800 μ m0根據(jù)某些實施方案，纖維芯能夠具有任意期望的長度。在某些實施方案中，纖維芯 的長度為約500nm 約100mm。在其他實施方案中，纖維芯的長度為約1 μ m 約1mm。在 另外的實施方案中，纖維芯的長度為約10 μ m 約100 μ m。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，纖維芯還能夠包含一種或多種向上轉(zhuǎn)換劑 (upconverter)。如本領(lǐng)域中技術(shù)人員所理解的，向上轉(zhuǎn)換劑是一種材料，其可實現(xiàn)發(fā)射的 電磁輻射的能量比該材料所吸收的電磁輻射的能量更高，用以產(chǎn)生激發(fā)態(tài)。在某些實施方 案中，適用于本發(fā)明中的向上轉(zhuǎn)換劑，在可實現(xiàn)被本發(fā)明光電器件的光敏有機層吸收的波 長下，能夠吸收紅外輻射并發(fā)射可見光輻射。在某些實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑可包括含有至少一種鑭系元素的材料。在某些實 施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑材料能夠包括含有至少一種鑭系元素的納米粒子。適用于本發(fā)明某 些實施方案的向上轉(zhuǎn)換劑材料中的鑭系元素包括鉺、鐿、鏑、鈥或它們的混合物。在某些實 施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑材料包含摻雜有鉺、鐿、鏑、鈥離子的金屬氧化物和金屬硫化物，或它 們的混合物。在其他實施方案中，光學(xué)纖維可以直接摻雜鉺、鐿、鏑、鈥的離子，或它們的混 合物。在其他實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑材料能夠包含有機化學(xué)物類。有機向上轉(zhuǎn)換劑材 料能夠包含H2C6N和4- 二烷基氨基-1，8-萘二甲酰亞胺以及1，8-萘二甲酰亞胺衍生物 和化合物如多支鏈的萘二甲酰亞胺衍生物TPA-NA1、TPA-NA2和TPA-NA3。有機向上轉(zhuǎn)換 劑材料還能夠包含4-( 二甲基氨基)肉桂腈(順式和反式)、反式_4-[4-( 二甲基氨基) 苯乙烯基]-1-甲基吡啶碘、4-[4-( 二甲基氨基)苯乙烯基]吡啶、4-( 二乙基氨基)苯 甲醛二苯腙、反式_4-[4-( 二甲基氨基)苯乙烯基]-1-甲基吡啶對甲苯磺酸鹽、2-[乙基[4-[2-(4-硝基苯基)乙烯基]苯基]氨基]乙醇、4-二甲基氨基-4' _硝基芪、分散橙 25、分散橙3和分散紅1。在某些實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑材料包含反斯托克斯(anti-Stokes)材料、激光 染料、防偽染料或其組合。在某些實施方案中，反斯托克斯材料、激光染料和防偽染料包含 取代的二苯甲酮、聯(lián)苯、二苯、紅外染料如聚甲炔、和光譜增感劑如菁部花青。在某些實施方 案中，防偽染料包含磷光體、熒光體、熱致變色和/或光致變色的化學(xué)物類。在另外的實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑材料包含量子點。根據(jù)某些實施方案，量子點能 夠包含III/V和II/VI半導(dǎo)體材料如硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)和硒化鋅(ZnSe)。向 上轉(zhuǎn)換劑材料還能夠包含核_殼結(jié)構(gòu)的量子點。除了本文中提供的那些之外，本發(fā)明的實施方案還預(yù)料到了包含過渡金屬如鉻的 其它向上轉(zhuǎn)換劑材料。在另一個實施方案中，本發(fā)明某些實施方案的纖維芯還能夠包含一種或多種向下 轉(zhuǎn)換劑(downconverters)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，向下轉(zhuǎn)換劑是一種材料，其可實現(xiàn) 發(fā)射的電磁輻射的能量低于該材料所吸收的電磁輻射的能量，用以產(chǎn)生激發(fā)態(tài)。在某些實 施方案中，向下轉(zhuǎn)換劑包含量子點，所述量子點包括硫化鉛和硒化鉛量子點。在某些實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑和/或向下轉(zhuǎn)換劑能夠布置在光學(xué)纖維芯內(nèi)。在 其他實施方案中，向上轉(zhuǎn)換劑和/或向下轉(zhuǎn)換劑能夠布置在光學(xué)纖維芯的表面上以及在纖 維芯與透輻射的第一電極的界面處。在某些實施方案中，纖維芯還能夠包含至少一種散射劑。在另一個實施方案中，纖 維芯能夠包含多種散射劑。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，散射劑能夠?qū)⒃谂c纖維芯長軸正交的 平面上吸收的電磁輻射進(jìn)行散射。在某些實施方案中，散射劑能夠?qū)㈦姶泡椛鋸睦w維芯呈 放射狀向外散射，可使得散射的輻射被圍繞纖維芯的一個或多個光敏有機層吸收。在某些實施方案中，散射劑能夠包含過渡金屬納米粒子。在實施方案中，適合用 作散射劑的過渡金屬包括金、銀、銅、鈮、鈀和鉬。根據(jù)某些實施方案，過渡金屬納米粒子能 夠包含棒或絲。例如，在一個實施方案中，過渡金屬納米棒或納米絲的直徑為約2nm 約 50nmo本發(fā)明的光電器件包含圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極。如本文中所使用 的，“透輻射的”是指至少部分傳送電磁光譜可見光區(qū)域內(nèi)的輻射的能力。在某些實施方案 中，透輻射材料能夠傳送可見光電磁輻射且吸收或其他干涉最少。此外，如本文中所使用 的，電極是指提供介質(zhì)用于將光生電流傳遞到外部電路或向光電器件提供偏壓的層。電極 在有機光電器件的感光區(qū)域與電線、導(dǎo)線、路徑或其他機構(gòu)之間提供接口，以將電荷載流子 輸入或輸出外部電路。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，透輻射的第一電極包含透輻射的導(dǎo)電氧化物。在某 些實施方案中，透輻射的導(dǎo)電氧化物能夠包含銦錫氧化物(ITO)、鎵銦錫氧化物(GITO)、銻 錫氧化物(ΑΤΟ)、銦銻氧化物(IAO)以及鋅銦錫氧化物(ZITO)。在另一個實施方案中，透輻 射的第一電極能夠包含透輻射的聚合物材料如聚苯胺(PANI)及其化學(xué)相關(guān)物。在某些實施方案中，3，4-聚乙烯二氧基噻吩(PEDOT)能夠是第一電極的合適的透 輻射聚合物材料。在其他實施方案中，透輻射的第一電極能夠包含厚度可實現(xiàn)至少部分透 過可見光電磁輻射的碳納米管層。
在另一個實施方案中，透輻射的第一電極能夠包含復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含 分散在聚合物相中的納米粒子相。在一個實施方案中，納米粒子相能夠包含碳納米管、富勒 烯或它們的混合物。在另外的實施方案中，透輻射的第一電極能夠包含厚度可實現(xiàn)至少部 分透過可見光電磁輻射的金屬層。在某些實施方案中，金屬層能夠包含元素態(tài)純的金屬或 合金。適合用作透輻射第一電極的金屬包含高功函數(shù)(work function)金屬。例如，在一 個實施方案中，高功函數(shù)金屬的公函為至少4. 7eV。在某些實施方案中，透輻射的第一電極的厚度為約IOnm 約1 μ m。在其他實施方 案中，透輻射的第一電極的厚度為約IOOnm 約900nm。在另一個實施方案中，透輻射的第 一電極的厚度為約200nm 約800nm。在另外的實施方案中，透輻射的第一電極的厚度大于 1 μ m0本發(fā)明的光電器件包含至少一個光敏有機層。根據(jù)某些實施方案，光電器件能夠 包含多個光敏有機層。在某些實施方案中，光敏有機層的厚度為約3nm 約1 μ m。在其他實施方案中， 光敏有機層的厚度為約80nm 約800nm。在另外的實施方案中，光敏有機層的厚度為約 IOOnm 約 300nm。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，光敏有機層包含至少一個感光區(qū)域，在所述感光區(qū)域中 吸收電磁輻射而產(chǎn)生激子，隨后所述激子解離成電子和空穴。在某些實施方案中，感光區(qū)域 能夠包含聚合物。在一個實施方案中，適用于光敏有機層的感光區(qū)域中的聚合物包括共軛 聚合物如噻吩，包括聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚(3-辛基噻吩)(P30T)和聚噻吩(PTh)。在某些實施方案中，適用于光敏有機層的感光區(qū)域的聚合物包括半導(dǎo)體聚合物。 在一個實施方案中，半導(dǎo)體聚合物包括苯乙炔，如聚(苯乙炔撐)和聚(對苯乙炔撐) (PPV)、及其衍生物。在其他實施方案中，半導(dǎo)體聚合物能夠包含聚芴、萘及其衍生物。在 另外的實施方案中，用于光敏有機層的感光區(qū)域的半導(dǎo)體聚合物包括聚(2-乙烯基吡啶) (P2VP)、聚酰胺、聚(N-乙烯基咔唑)(PVCZ)、聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PAn)。根據(jù)某些實施方案，感光區(qū)域能夠包含小分子。在一個實施方案中，適用于光敏有 機層的感光區(qū)域的小分子包括香豆素6、香豆素30、香豆素102、香豆素110、香豆素153和 香豆素480D。在另一個實施方案中，小分子包括部花青540。在另外的實施方案中，小分子 包括9，10_ 二羥基苯并[a]芘_7 (8H)-酮、7-甲基苯并[a]芘、芘、苯并[e]芘、3，4_ 二羥 基-3-環(huán)丁烯-1，2-二酮、以及1，3_雙[4-( 二甲基氨基)苯基-2，4-二羥基環(huán)丁烯二鐺 二氫氧化物。在本發(fā)明的某些實施方案中，在相鄰的施主材料和受主材料之間形成的有機層中 的異質(zhì)結(jié)處促使激子解離。在本發(fā)明的某些實施方案中，有機層包含在施主材料和受主材 料之間形成的至少一個本體異質(zhì)結(jié)(bulk hetero junction)。在其他實施方案中，有機層包 含在施主材料和受主材料之間形成的多個本體異質(zhì)結(jié)。在有機材料的情況中，術(shù)語施主和受主是指兩種接觸但不相同的有機材料的最高 被占用分子軌道(HOMO)和最低空余分子軌道(LUMO)能級的相對位置。這與在無機材料的 情況中這些術(shù)語的使用形成對比，在無機材料的情況中施主和受主可以是指可用于分別產(chǎn) 生無機η型和P型層的摻雜劑的類型。在無機材料的情況中，如果一種材料與另一種材料 接觸時處于較低的LUMO能級，則所述材料為受主。反之則為施主。在沒有外部偏壓時，在能量上有利于施主_受主結(jié)處的電子進(jìn)入受主材料中和空穴進(jìn)入施主材料中。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，光敏有機層中的感光區(qū)域包含聚合物復(fù)合材料。在 一個實施方案中，所述聚合物復(fù)合材料能夠包含分散在聚合物相中的納米粒子相。適用于 制造感光區(qū)域的聚合物相的聚合物能夠包括共軛聚合物，如噻吩，包括聚(3-己基噻吩) (P3HT)和聚(3-辛基噻吩)(P30T)。在某些實施方案中，分散在聚合物復(fù)合材料的聚合物相中的納米粒子相包含至少 一種碳納米粒子。碳納米粒子包含富勒烯、碳納米管、或它們的混合物。在一個實施方案中， 適用于納米粒子相的富勒烯包含1-(3_甲氧基羰基)丙基-1-苯基(6，6)C61(PCMB)15根據(jù) 某些實施方案，用于納米粒子相中的碳納米管能夠包括單壁納米管、多壁納米管、或它們的 混合物。在本發(fā)明的某些實施方案中，在聚合物復(fù)合材料中聚合物與納米粒子之比為約 1 4 約1 0.4。在其他實施方案中，聚合物復(fù)合材料中聚合物與納米粒子之比為約 1 2 約1 0.6。例如，在一個實施方案中，聚(3-己基噻吩)與PCBM之比為約1 1 約 1 0. 4。在另外的實施方案中，分散在聚合物相中的納米粒子相包含至少一種晶須 (nanowhiskers)。如本文中所使用的，晶須是指由多個碳納米粒子形成的結(jié)晶碳納米粒子。 在某些實施方案中，通過將含聚合物復(fù)合材料的光敏有機層進(jìn)行退火來制造晶須。根據(jù)某 些實施方案，可實現(xiàn)形成晶須的碳納米粒子包括單壁碳納米管、多壁碳納米管和富勒烯。在 一個實施方案中，晶須包含結(jié)晶的PCBM。在某些實施方案中，光敏有機層的退火還能夠提高 納米粒子相在聚合物相中的分散。在感光區(qū)域包含聚合物相和納米粒子相的實施方案中，聚合物相充當(dāng)施主材料， 且納米粒子相充當(dāng)受主材料，由此形成異質(zhì)結(jié)以將激子分離成空穴和電子。在納米粒子分 散在整個聚合物相的實施方案中，有機層的感光區(qū)域包含多個本體異質(zhì)結(jié)。在另外的實施方案中，在光敏有機層的感光區(qū)域中的施主材料能夠包含有機金屬 化合物，包括卟啉、酞菁及其衍生物。通過將有機金屬材料用于感光區(qū)域中，摻入了這類材 料的光敏器件可有效利用三重態(tài)激子。據(jù)認(rèn)為，有機金屬化合物的單重態(tài)_三重態(tài)混合可 以如此之強，使得吸收參與從單重基態(tài)直接激發(fā)到三重激發(fā)態(tài)，消除了與將單重激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn) 換成三重激發(fā)態(tài)相關(guān)的損耗。與單重態(tài)激子相比，三重態(tài)激子的壽命和擴散長度更長，使得 可使用更厚的感光區(qū)域，因為三重態(tài)激子可擴散更長的距離而到達(dá)施主_受主異質(zhì)結(jié)，但 不犧牲器件效率。在另外的實施方案中，光敏有機層的感光區(qū)域中的受主材料包含二萘嵌苯、萘及 其混合物。在某些實施方案中，光電器件的光敏有機層還包含一種或多種向上轉(zhuǎn)換劑和或向 下轉(zhuǎn)換劑材料。在某些實施方案中，光敏有機層包含任意的本文中所述的向上轉(zhuǎn)換劑和/ 或向下轉(zhuǎn)換劑材料。本發(fā)明的光電器件包含部分覆蓋光敏有機層的不透輻射的第二電極。在某些實施 方案中，不透輻射的第二電極能夠包含金屬。如本文中所使用的，金屬是指由元素純的金屬 如金構(gòu)成的材料、以及含有由兩種以上元素純的材料構(gòu)成的材料的金屬合金。在某些實施 方案中，第二電極包含金、銀、鋁或銅。根據(jù)某些實施方案，第二電極的厚度為約IOnm 約IOum0在其他實施方案中，第二電極的厚度為約IOOnm 約1 μ m。在另外的實施方案中， 第二電極的厚度為約200nm 約800nm。在某些實施方案中，在部分覆蓋光敏有機層的情況中，不透輻射的第二電極未完 全覆蓋所述光敏有機層。在某些實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約95%的所 述光敏有機層。在其他實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約90 %、小于約80 %或 者小于約70%的所述光敏有機層。在另一個實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約 60%的所述光敏有機層。在另外的實施方案中，不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所 述光敏有機層。根據(jù)某些實施方案，含有氟化鋰(LiF)的層能夠布置在光敏有機層和第二電極之 間。所述LiF層的厚度能夠在約5埃 約10埃的范圍內(nèi)。在某些實施方案中，所述LiF層能夠被至少部分氧化，產(chǎn)生含氧化鋰(Li2O)和LiF 的層。在其他實施方案中，LiF層能夠被完全氧化，導(dǎo)致氧化鋰層缺乏或基本上沒有LiF。 在某些實施方案中，通過將LiF層暴露在氧氣、水蒸氣或其組合下，將LiF層氧化。例如，在 一個實施方案中，通過暴露在含分壓小于約10_6托的水蒸氣和/或氧氣的氣氛下，將LiF層 氧化成氧化鋰層。在另一個實施方案中，通過暴露在含分壓小于約10_7托或小于約10_8托 的水蒸氣和/或氧氣的氣氛下，將LiF層氧化成氧化鋰層。在某些實施方案中，將LiF層暴露在含水蒸氣和/或氧氣的氣氛下約1小時 約 15小時的時間。在一個實施方案中，將LiF層暴露在含水蒸氣和/或氧氣的氣氛下大于約 15小時的時間。在另外的實施方案中，將LiF層暴露在含水蒸氣和/或氧氣的氣氛下小于 約一小時的時間。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，將LiF層暴露在含水蒸氣和/或氧氣的氣 氛下的時間取決于氣氛中水蒸氣和/或氧氣的分壓。水蒸氣或氧氣的分壓越高，則暴露時 間越短。在某些實施方案中，本發(fā)明的光電器件還能夠包含其他層，如一個或多個激子阻 擋層。在本發(fā)明的實施方案中，激子阻擋層(EBL)能夠作用于將光生激子限制在接近解離 界面附近的區(qū)域處并防止寄生激子(parasitic exciton)在光敏有機/電極界面處猝滅。 除了限制激子可能擴散的路徑之外，EBL還充當(dāng)在電極布置期間所引入物質(zhì)的擴散屏障。在 某些實施方案中，EBL能夠具有足夠的厚度以填充針形眼或短缺缺陷，否則它們會使得有機 光伏器件不可運行。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，EBL能夠包含聚合物復(fù)合材料。在一個實施方案中， EBL包含分散在3，4_聚乙烯二氧基噻吩聚苯乙烯磺酸酯(PED0T:PSS)中的碳納米粒子。 在另一個實施方案中，EBL包含分散在聚(偏氯乙烯)及其共聚物中的碳納米粒子。分散 在聚合物相中、包括PED0T:PSS和聚(偏氯乙烯)的碳納米粒子能夠包含單壁納米管、多壁 納米管、富勒烯或它們的混合物。在另外的實施方案中，EBL能夠包含其功函數(shù)能可實現(xiàn)允 許空穴傳輸并同時阻礙電子通道的任何聚合物。在某些實施方案中，可將EBL布置在光電器件的透輻射的第一電極和光敏有機層 之間。在光電器件包含多個光敏有機層的某些實施方案中，能夠?qū)BL布置在光敏有機層 之間。 在某些實施方案中，本發(fā)明的光電器件還能夠包含外部金屬接點。在一個實施方 案中，外部金屬接點與第二電極接觸并與第二電極電連通。在某些實施方案中，在纖維光電器件外周和長度的至少一部分上，所述外部金屬接點能夠?qū)崿F(xiàn)抽出(extract)電流。在 某些實施方案中，外部金屬接點能夠包含金屬，包括金、銀或銅。在另外的實施方案中，外部 金屬接點能夠?qū)崿F(xiàn)將未被吸收的電磁輻射反射回來進(jìn)入至少一個光敏有機層，以進(jìn)一步吸 收。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，光電器件還能夠包含電荷轉(zhuǎn)移層。如本文中所使用 的，電荷轉(zhuǎn)移層是指僅將電荷載流子從光電器件的一個部分轉(zhuǎn)移至另一個部分的層。例如， 在一個實施方案中，電荷轉(zhuǎn)移層能夠包含激子阻擋層。在某些實施方案中，電荷轉(zhuǎn)移層能夠布置在光敏有機層和透輻射的第一電極之間 和/或光敏有機層和不透輻射的第二電極之間。在其他實施方案中，可以將電荷轉(zhuǎn)移層布 置在光電器件的不透輻射的第二電極和保護(hù)層之間。根據(jù)某些實施方案，電荷轉(zhuǎn)移層是不 感光的。在某些實施方案中，能夠?qū)Ρ景l(fā)明的光電器件的層進(jìn)行腐蝕，從而阻止或降低總 的受抑內(nèi)反射。在一個實施方案中，與光敏有機層相鄰的激子阻擋層，在與有機層形成界面 的側(cè)面上能夠被腐蝕。例如，含PEDOT的激子阻擋層，在與P3HT/PCBM光敏有機層形成界面 的側(cè)面上能夠被腐蝕。在某些實施方案中，能夠利用平板印刷法來腐蝕光電器件的層，所述平板印刷法 包括光刻法。在一個實施方案中，在準(zhǔn)備腐蝕的層的表面上沉積光刻抗蝕劑。根據(jù)本發(fā)明 的實施方案，光刻抗蝕劑包含正抗蝕劑或負(fù)抗蝕劑。一旦沉積光刻抗蝕劑后，就將所述抗蝕 劑暴露在輻射下并利用合適的溶劑將其顯影。圖案保持在光伏器件的層上。光刻抗蝕劑能 夠以任何期望的圖案來放置。例如，一種圖案包含以固定距離隔開的一系列平行線。在將 抗蝕劑顯影之后，然后通過任意合適的極性有機溶劑如丙酮對光電器件的層進(jìn)行腐蝕。隨 后，將光刻抗蝕劑從光電器件的層上剝除，從而留下腐蝕過的層。圖1顯示了本發(fā)明一個實施方案的光電器件的橫截面。圖1中所示的光電器件 (100)包含光學(xué)纖維芯(102)。光學(xué)纖維芯(102)被透輻射的第一電極(104)圍繞。透輻射 的第一電極(104)能夠包含透輻射的導(dǎo)電氧化物如銦錫氧化物、鎵銦錫氧化物或鋅銦錫氧 化物。透輻射的第一電極(104)被激子阻擋層(106)包圍。在某些實施方案中，EBL(106)能 夠包含分散在聚合物相如3，4_聚乙烯二氧基噻吩或聚(偏氯乙烯)中的碳納米粒子。所述 EBL (106)被光敏有機層(108)圍繞。在某些實施方案中，光敏有機層(108)包含P3HT-碳 納米粒子聚合物復(fù)合材料。在某些實施方案中，光敏有機層(108)能夠與透輻射的第一電 極(104)直接電連通。在其他實施方案中，含激子阻擋層的電荷轉(zhuǎn)移層可以布置在透輻射 的第一電極(104)和光敏有機層(108)之間，從而在透輻射的第一電極(104)和光敏有機 層(108)之間提供間接電連通。光敏有機層(108)。不透輻射的第二電極(110)部分覆蓋 光敏有機層(108)。如圖所示，光敏有機層(108)和光電器件(100)未被不透輻射的第二電 極(110)覆蓋的部分可實現(xiàn)接受電磁輻射用于轉(zhuǎn)換成電能。在圖1中所示的實施方案中， 不透輻射的第二電極(110)覆蓋約50%的光敏有機層(108)。在某些實施方案中，將光電器件的纖維芯以一定角度彎曲而形成V型結(jié)構(gòu)。在一 個實施方案中，將光電器件的纖維芯以90度角彎曲。在另一個實施方案中，將光電器件的 纖維芯以小于約90度的角彎曲。在另外的實施方案中，將光電器件的纖維芯以大于約90 度的角彎曲。
圖2顯示了本發(fā)明一個實施方案的光電器件，其中光電器件的纖維芯被彎曲。圖2 中所示的光電器件(200)的構(gòu)造與圖1中所示的器件相同。然而，圖1中的光電器件以角 度θ彎曲。在某些實施方案中，θ為約90度。在其他實施方案中，θ大于約90度。在另 外的實施方案中，θ小于約90度。圖2中所示光電器件(200)的彎曲結(jié)構(gòu)使得從器件的 一個側(cè)面反射的輻射可以被相對側(cè)面捕獲，由此提高了輻射吸收和轉(zhuǎn)換效率。在某些實施方案中，本發(fā)明的一個或多個光電器件能夠組裝在包括機織織物和非 機織織物的織物中。在這種實施方案中，本發(fā)明的光電器件能夠結(jié)合在衣服、帳篷、背包和 其他制品中，并隨后按本文中所提供的，用于將電磁能轉(zhuǎn)換成電能。在某些實施方案中，具有纖維結(jié)構(gòu)的光電器件包含光伏電池。在一個實施方案中， 光伏電池包含纖維芯、圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極、圍繞所述第一電極并與所述 第一電極電連接的至少一個光敏有機層、以及部分覆蓋所述有機層并與所述有機層電連接 的不透透輻射的第二電極。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，纖維光伏電池可實現(xiàn)在與光學(xué)纖維芯長軸正交的平面中 接受電磁輻射。在某些實施方案中，在與光學(xué)纖維芯長軸正交的平面中接受的電磁輻射能 夠通過透輻射的第一電極傳送并通過消散區(qū)域(evanescence field)進(jìn)入光敏有機層。在 其他實施方案中，接受到的電磁輻射能夠通過光學(xué)纖維內(nèi)的散射劑散射入光敏有機層中。 在另外的實施方案中，接受到的電磁輻射的至少一部分能夠發(fā)生向上轉(zhuǎn)換(upconversion) 并發(fā)射入光敏有機層中。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，纖維光伏器件能夠顯示大于0. 2的填充因數(shù)。在其 他實施方案中，纖維光伏器件能夠展示大于0. 5的填充因數(shù)。在另外的實施方案中，纖維光 伏器件能夠顯示大于0. 7的填充因數(shù)。在某些實施方案中，本發(fā)明的纖維光伏器件能夠顯示了大于約6%的轉(zhuǎn)換效率 np0在其他實施方案中，纖維光伏器件能夠展示大于約ιο%的轉(zhuǎn)換效率。在另一個實施方 案中，纖維光伏器件能夠顯示大于約15%的轉(zhuǎn)換效率。在另外的實施方案中，纖維光伏器件 能夠顯示大于35%的轉(zhuǎn)換效率。在某些實施方案中，本發(fā)明提供了一種光電器件，其包括含至少一個光伏電池的 至少一個元件，所述光伏電池包含纖維芯；圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極；圍繞所 述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層；以及部分覆蓋所述有機層并 與所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。在某些實施方案中，元件的光伏單元包含多 個光敏有機層。在某些實施方案中，元件包含多個光伏電池。在其他實施方案中，光電器件包含元 件陣列。在另外的實施方案中，光電器件包含元件陣列，各個元件包含多個光伏電池。在本發(fā)明的某些實施方案中，相互獨立地構(gòu)造用于元件用途的纖維光伏電池。在 這種實施方案中，選擇一種纖維光伏電池的組成材料，而無需參考其它纖維光伏電池所選 擇的組成材料。例如，在一個實施方案中，一個纖維光伏電池包含玻璃光學(xué)纖維芯，同時另 一個光伏電池包含塑料光學(xué)纖維芯。因此，在某些實施方案中，元件和元件陣列不需要包含 相同構(gòu)造的纖維光伏電池。纖維光伏電池的構(gòu)造能夠以符合本文中所述材料和方法的任何 方式變化，以制造適用于多種多樣應(yīng)用的元件和元件陣列。在某些實施方案中，能夠?qū)⒍鄠€纖維光伏電池成束。在這種實施方案中，各個纖維光伏電池能夠構(gòu)成單個元件，或者多個纖維光伏電池能夠集體構(gòu)成單個元件。在另一個方面，本發(fā)明提供了制造光電器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，制造 光電器件的方法包括提供纖維芯；在所述芯的表面上布置透輻射的第一電極；布置與所 述第一電極電連通的至少一個光敏有機層；以及布置與所述有機層電連通的不透輻射的第 二電極，其中所述不透輻射的第二電極部分地覆蓋所述光敏有機層。在某些實施方案中，所 述光電器件包含光伏電池。在某些實施方案中，在纖維芯上布置透輻射的第一電極，包括在纖維芯表面上濺 射或浸漬涂布透輻射的導(dǎo)電氧化物。在某些實施方案中，布置與第一電極電連通的光敏有 機層包括通過浸涂、旋涂、氣相沉積或真空熱退火在第一電極上沉積有機層。根據(jù)某些實施 方案，布置與光敏有機層電連通的第二電極，包括通過氣相沉積、旋涂或浸涂在有機層上沉 積第二電極。在某些實施方案中，制造光電器件的方法還包括對一個或多個光敏有機層進(jìn)行退 火。在光敏有機層包括含聚合物相和納米粒子相的復(fù)合材料的某些實施方案中，對有機層 進(jìn)行退火能夠制造更高結(jié)晶度的聚合物和納米粒子相，并導(dǎo)致納米粒子相更好地分散在聚 合物相中。包含富勒烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管或它們的混合物的納米粒子相能夠在 聚合物相中因退火而形成納米晶須。根據(jù)某些實施方案，對光敏有機層進(jìn)行退火，包括在約 80°C 約155°C的溫度下對有機層加熱約1分鐘 約30分鐘的時間。在某些實施方案中， 能夠?qū)饷粲袡C層加熱約5分鐘。在某些實施方案中，制造光電器件的方法還包括在纖維芯中布置至少一種向上轉(zhuǎn) 換劑和/或散射劑。除了制造光電器件的方法之外，本發(fā)明還提供將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法?？衫?用波導(dǎo)來提高轉(zhuǎn)換效率。在一個實施方案中，將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法包括在光電器件的側(cè)面或周邊區(qū) 域處接受輻射，所述光電器件包括纖維芯、圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極、圍繞所述 第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層、以及部分覆蓋所述有機層并與 所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。一旦在沿光電器件側(cè)面的一個或多個點處接受 輻射后，與在器件端部處接受而沿纖維芯長軸傳輸?shù)那闆r相反，所述輻射被傳輸?shù)街辽僖?個光敏有機層中，從而在有機層中產(chǎn)生激子。隨后所產(chǎn)生的激子在有機層的一個或多個異 質(zhì)結(jié)處分為空穴和電子，且所述電子移動進(jìn)入與光電器件連通的外部電路中。在某些實施方案中，將電磁輻射傳輸?shù)焦饷粲袡C層包括通過消散區(qū)域傳輸輻射。 在其他實施方案中，將電磁輻射傳輸?shù)焦饷粲袡C層包括將在與光學(xué)纖維長軸正交的平面中 接受的電磁輻射的至少一部分進(jìn)行向上轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案，向上轉(zhuǎn)換包括 利用向上轉(zhuǎn)換材料吸收在光電器件側(cè)面處接受的輻射而產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，并將輻射發(fā)射到至少 一個有機層中，從而釋放激發(fā)態(tài)，其中所述發(fā)射的輻射的波長比吸收的輻射的短。在某些實 施方案中，通過向上轉(zhuǎn)換材料吸收的部分輻射包含紅外輻射。在另外的實施方案中，將吸收的輻射傳輸?shù)焦饷粲袡C層中包括利用散射劑將輻射 散射到有機層中。在某些實施方案中，異質(zhì)結(jié)包含多個本體異質(zhì)結(jié)。如本文中所述，在施主材料和受 主材料的界面處形成本體異質(zhì)結(jié)。在某些實施方案中，施主材料包含聚合物相，且受主材料包含納米粒子相。用于本發(fā)明方法中的施主材料和受主材料與本文中針對光電器件所提供 的那些相一致。在某些實施方案中，輻射以任意期望的角度入射到光電器件的側(cè)面上。在一個實 施方案中，光電器件在與纖維芯長軸正交的平面中接受輻射。在某些實施方案中，光電器件 的纖維結(jié)構(gòu)使得可以在寬范圍的角度上接受并收集入射的輻射。在某些實施方案中，本發(fā) 明的光電器件能夠接受和/或收集以約O度 約180度的角度入射到光電器件側(cè)面或周圍 區(qū)域上的輻射。在另一個實施方案中，光電器件能夠接受和/或收集入射角為約0度 約 90度的輻射。在某些實施方案中，為了實現(xiàn)在寬范圍的角度上接受入射的輻射，本發(fā)明的光電 器件未被限制為任何具體的取向，以最大化輻射的接受和/或捕獲。因此，可以認(rèn)為本發(fā)明 的光電器件具有與其集成的輻射收集器或集中器。將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法的實施方案還預(yù)料到了對在光電器件側(cè)面處入射的 輻射角度進(jìn)行調(diào)整。在某些實施方案中，調(diào)整所述入射角度包括改變光電器件相對于入射 輻射源如太陽的取向或位置。在其他實施方案中，調(diào)整入射角度包括改變提供輻射的光源 相對于光電器件位置的位置。在本發(fā)明方法的某些實施方案中，通過本發(fā)明光電器件接受的輻射包含可見光輻 射、紫外輻射、紅外輻射或其組合?，F(xiàn)在，通過下列非限制性實施例來描述本發(fā)明。實施例1橫向(lateral)有機光電器件根據(jù)下列程序制備纖維光電器件的非限制性實施例。利用剃刀剝離掉多模纖維(Β 37，高0H，1.5mm 0.6mm，得自Thorlabs)的護(hù)套。 利用焊炬火焰將硬聚合物包殼燒掉。然后，在超聲浴中依次用去離子水、丙酮、異丙醇將纖 維芯清潔20分鐘，并在烘箱中在100°C下干燥15分鐘。隨后通過浸涂，利用銦錫氧化物 (In/Sn = 90 10)來涂布清潔過的纖維(超過10層)。參見Dip Coated ITO thin films through sol-gel process using metal salts (使用金屬鹽通過溶膠-凝膠法浸涂的ITO 薄膜)，Sutapa Roy Ramanan，Thin Solid Films，389 (2001)，207。在超聲浴中利用丙酮和異丙醇依次對ITO涂布的纖維徹底清潔20分鐘，并在烘箱 中在10(TC下進(jìn)行干燥。然后，將纖維暴露在臭氧下90分鐘(將纖維旋轉(zhuǎn)3次，每隔30分 鐘)。隨后，通過浸涂在纖維上沉積PED0T:PSS溶液(得自Bayer的Baytron)并在100°C 下干燥15分鐘(PED0T:PSS膜的厚度為約150nm)隨后，通過浸涂在纖維上沉積P3HT(American Dye) PCBM(American Dye)= 1 0.8的氯苯溶液。(聚合物膜的厚度為約300nm)。在最終步驟中，在10_6托的壓力下， 借助于熱蒸發(fā)沉積Al電極。所述Al電極部分覆蓋光敏P3HT:PCBM有機層，覆蓋了所述光 敏P3HT:PCBM有機層的約50%。Al電極的厚度為約lOOnm。纖維的長度為約lcm。在制備之后，利用帶通為約400nm 約800nm且強度為lOOmW/cm2的輻射，對纖維 光電器件的側(cè)面或周圍區(qū)域進(jìn)行照射，根據(jù)開路電壓和短路電流對纖維光電器件的光伏性 能進(jìn)行表征。圖3顯示了所制備的光電器件的短路電流作為在纖維側(cè)面處接受的輻射入射角的函數(shù)。如圖3中所提供的，短路電流隨著在纖維側(cè)面處接受的輻射的入射角而變化。因 此，光電器件的性能能夠作為在光電器件側(cè)面處入射的輻射角的函數(shù)而變化。圖4顯示了制備的光電器件的開路電壓作為在纖維側(cè)面處所接受輻射的入射角 的函數(shù)。如圖4中所示，開路電壓隨著在纖維側(cè)面處所接受輻射的入射角而變化。所以，光 電器件的性能能夠作為在光電器件側(cè)面處輻射的入射角的函數(shù)而變化。圖5顯示了所制備的光電器件的短路電流作為在圍繞纖維外周所接受輻射的入 射角的函數(shù)。如圖5中所提供的，短路電流隨在纖維外周接受的輻射入射角而變化。因此， 光電器件的性能能夠作為圍繞光電器件的周圍入射的輻射角的函數(shù)而變化。因此，光電器 件的性能能夠作為圍繞光電器件外周入射的輻射角的函數(shù)而變化。圖6顯示了所制備的光電器件的開路電壓作為所接受的輻射圍繞纖維外周的入 射角的函數(shù)。如圖6中所示，開路電壓隨著圍繞纖維外周接受的輻射的入射角而變化。因 此，光電器件的性能能夠作為圍繞光電器件的周圍入射的輻射角度的函數(shù)而變化。為了實現(xiàn)本發(fā)明的各種目的，對本發(fā)明的各種實施方案進(jìn)行了描述。應(yīng)認(rèn)識到，這 些實施方案僅用于說明本發(fā)明的原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可容易地對其進(jìn)行大量改變及 其調(diào)整而不背離本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
一種裝置，其包括纖維芯；圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極；圍繞所述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層；以及部分覆蓋所述有機層并與所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述纖維芯包含光學(xué)纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述光學(xué)纖維包含玻璃光學(xué)纖維、石英光學(xué)纖維或 塑料光學(xué)纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述透輻射的第一電極包含透輻射的導(dǎo)電氧化物。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述透輻射的導(dǎo)電氧化物包含銦錫氧化物、鎵銦錫 氧化物或鋅銦錫氧化物。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光敏有機層包含感光區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述感光區(qū)域包含在施主材料和受主材料之間的至 少一個本體異質(zhì)結(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述施主材料包含聚合物相，且所述受主材料包含 納米粒子相。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述聚合物相包含共軛聚合物。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述共軛聚合物包含聚(3-己基噻吩)、聚(3-辛 基噻吩)或它們的混合物。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述納米粒子相包含富勒烯、碳納米管或它們的混 合物。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極包含金屬。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約60%的所述 光敏有機層。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所述 光敏有機層。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約30%的所述 光敏有機層。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述纖維芯以一定角度彎曲。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述角度為約90度。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述角度小于約90度。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述角度大于約90度。
20.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置為光伏電池。
21.一種裝置，其包含含有至少一個光伏電池的至少一個元件，所述光伏電池包含 纖維芯；圍繞所述纖維芯的透輻射的第一電極；圍繞所述第一電極并與所述第一電極電連接的至少一個光敏有機層；以及 部分覆蓋所述有機層并與所述有機層電連接的不透輻射的第二電極。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述纖維芯包含光學(xué)纖維。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述光學(xué)纖維包含玻璃光學(xué)纖維、石英光學(xué)纖維 或塑料光學(xué)纖維。
24.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述至少一個元件包含多個光伏電池。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述多個光伏電池是成束的。
26.權(quán)利要求21的裝置，其包含元件陣列。
27.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述裝置為太陽能收集器。
28.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述纖維芯以一定角度彎曲。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述角度為約90度。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述角度小于約90度。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述角度大于約90度。
32.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約60%的所述 光敏有機層。
33.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所述 光敏有機層。
34.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約30%的所述 光敏有機層。
35.一種制造光電器件的方法，包括 提供纖維芯；在所述芯的表面上布置透輻射的第一電極； 布置與所述第一電極電連通的至少一個光敏有機層；以及布置與所述有機層電連通的不透輻射的第二電極，其中所述不透輻射的第二電極部分 地覆蓋所述有機層。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述纖維芯包含光學(xué)纖維。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述光學(xué)纖維包含玻璃光學(xué)纖維、石英光學(xué)纖維 或塑料光學(xué)纖維。
38.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述透輻射的第一電極包含透輻射的導(dǎo)電氧化物。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述光敏有機層包含感光區(qū)域。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述感光區(qū)域包含在施主材料和受主材料之間的 至少一個本體異質(zhì)結(jié)。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述施主材料包含聚合物相，且所述受主材料包 含納米粒子相。
42.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約60%的所述 光敏有機層。
43.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約50%的所述 光敏有機層。
44.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述不透輻射的第二電極覆蓋小于約30%的所述 光敏有機層。
45.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述纖維芯以一定角度彎曲。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述角度為約90度。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述角度小于約90度。
48.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述角度大于約90度。
49.一種將電磁能轉(zhuǎn)換成電能的方法，包括 在光學(xué)纖維芯側(cè)面處接受輻射；將所述輻射傳輸?shù)街辽僖粋€光敏有機層內(nèi)； 在所述有機層中產(chǎn)生激子；以及 將所述激子分離成電子和空穴。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述纖維芯包含光學(xué)纖維。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述光學(xué)纖維包含玻璃光學(xué)纖維、石英光學(xué)纖維 或塑料光學(xué)纖維。
52.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述光敏有機層包含感光區(qū)域。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中所述感光區(qū)域包含在施主材料和受主材料之間的 至少一個本體異質(zhì)結(jié)。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述施主材料包含聚合物相，且所述受主材料包 含納米粒子相。
55.如權(quán)利要求49所述的方法，其中所述纖維芯以一定角度彎曲。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述角度為約90度。
57.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述角度小于約90度。
58.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述角度大于約90度。
59.如權(quán)利要求49所述的方法，其還包括將所述電子移入到外部電路中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括有機光伏器件的有機光電器件。在本發(fā)明的某些實施方案中，有機光電器件可實現(xiàn)將在光學(xué)纖維芯側(cè)面或周圍區(qū)域的一個或多個點處接受的電磁能轉(zhuǎn)換成電能。
文檔編號H01L27/30GK101911331SQ200880123707
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者劉紀(jì)文, 大衛(wèi)·勞倫·卡羅爾, 馬諾伊·A·G·納姆布迪里 申請人:維克森林大學(xué)