Procedimiento para fabricar un electrodo de encapsulación para un dispositivo fotosensible orgánico.

Un procedimiento para la formación de un dispositivo optoelectrónico fotosensible orgánico que comprende:

proporcionar una primera película transparente que comprende un primer material eléctricamente conductor (920), dispuesta sobre un sustrato transparente (110);

depositar un primer material orgánico fotoconductor (950) sobre el primer material eléctricamente conductor (920);

depositar un primer metal (971) con una tasa inicial no superior a 1 nm/s sobre dicho primer material orgánico fotoconductor (950), cubriendo por completo cualquier porción al descubierto de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) y cualquier superficie de contacto al descubierto con dicho primer material orgánico fotoconductor (950) hasta un grosor no inferior a 10 nm; y

después de que se obtiene el grosor no inferior a 10 nm, depositar electrónicamente un segundo metal (972) con una tasa aumentada hasta al menos tres veces la tasa inicial hasta un grosor acumulativo de los metales primero y segundo (971, 972) que cubren completamente las porciones anteriormente al descubierto: de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) y las superficies de contacto puestas al descubierto anteriormente con dicho primer material orgánico conductor (950) es de al menos 250 nm.

Procedimiento para fabricar un electrodo de encapsulación para un dispositivo fotosensible orgánico Campo de la invención La presente invención versa, en general, acerca de dispositivos optoelectrónicos fotosensibles orgánicos. Más específicamente, versa acerca de dispositivos optoelectrónicos fotosensibles orgánicos que tienen una capa de encapsulación.

Antecedentes Los dispositivos optoelectrónicos dependen de propiedades ópticas y electrónicas de los materiales bien para producir o detectar radiación electromagnética electrónicamente o bien para generar electricidad a partir de radiación electromagnética ambiental.

Los dispositivos optoelectrónicos fotosensibles convierten radiación electromagnética en una señal eléctrica o en electricidad. Las células solares, también denominadas dispositivos fotovoltaicos ("PV") , son un tipo de dispositivo optoelectrónico fotosensible que es utilizado específicamente para generar energía eléctrica. Las células fotoconductoras son un tipo de dispositivo optoelectrónico fotosensible que son utilizadas junto con circuitería de detección de señales que monitoriza la resistencia del dispositivo para detectar cambios debidos a luz absorbida. Los fotodetectores, que pueden recibir una tensión aplicada de polarización, son un tipo de dispositivo optoelectrónico fotosensible que son utilizados junto con circuitos de detección de corriente que miden la corriente generada cuando se expone el fotodetector a radiación electromagnética.

Estas tres clases de dispositivos optoelectrónicos fotosensibles pueden ser distinguidas dependiendo de si hay presente o no una unión rectificadora como se define a continuación y también según si se opera el dispositivo con una tensión externa aplicada, también conocida como una polarización o una tensión de polarización. Una célula fotoconductora no tiene una unión rectificadora y normalmente es operada con una polarización. Un dispositivo PV tiene al menos una unión rectificadora y es operado sin polarización. Un fotodetector tiene al menos una unión rectificadora y normalmente, pero no siempre, es operado con una polarización.

Según se utiliza en el presente documento, el término "rectificadora" denota, inter alia, que una superficie de contacto tiene una característica asimétrica de conducción, es decir, la superficie de contacto soporta un transporte de carga electrónica preferentemente en una dirección. El término "semiconductor" denota materiales que pueden conducir electricidad cuando se inducen portadores de carga por medio de una excitación térmica o electromagnética. El término "fotoconductor" versa en general acerca del procedimiento en el que se absorbe energía radiante electromagnética y se convierte de ese modo a energía de excitación de portadores de carga eléctrica, de forma que los portadores pueden conducir (es decir, transportar) carga eléctrica en un material. La expresión "material fotoconductor" hace referencia a materiales semiconductores que son utilizados por su propiedad de absorber radiación electromagnética para generar portadores de carga eléctrica. Según se utilizan en el presente documento, "superior" significa lo más alejado del sustrato, mientras que "inferior" significa lo más cercano al sustrato. Puede haber capas interpuestas, a no ser que se especifique que la primera capa se encuentra "en contacto físico con" la segunda capa.

Cuando la radiación electromagnética de una energía apropiada incide sobre un material semiconductor orgánico, se puede absorber un fotón para producir un estado molecular excitado. En los materiales fotoconductores orgánicos, se cree que el estado molecular generado es generalmente un "excitón", es decir, un par electrón-agujero en un estado ligado que es transportado como una cuasipartícula. Un excitón puede tener una vida útil considerable antes de una recombinación geminada ("desactivación") , que hace referencia al electrón y agujero originales recombinándose entre sí (a diferencia de una recombinación con agujeros o electrones de otros pares) . Para producir una corriente fotoeléctrica, el electrón-agujero que forma el excitón es separado normalmente en una unión rectificadora.

En el caso de dispositivos fotosensibles, se denomina a la unión rectificadora una heterounión fotovoltaica. Los tipos de heterouniones fotovoltaicas orgánicas incluyen una heterounión de donador-aceptador formada en una superficie de contacto de un material donador y de un material aceptador, y una heterounión de barrera Schottky formada en la superficie de contacto de un material fotoconductor y de un metal.

La FIG. 1 es un esquema de niveles de energía que ilustra una heterounión ejemplar de donador-aceptador. En el contexto de materiales orgánicos, los términos "donador" y "aceptador" hacen referencia a las posiciones relativas de los niveles de energía del orbital molecular ocupado más alto ("HOMO") y del orbital molecular vacío más bajo ("LUMO") de dos materiales orgánicos en contacto pero distintos. Si el nivel de energía del LUMO de un material en contacto con otro es menor, entonces ese material es un aceptador. De lo contrario es un donador. Es energéticamente favorable, en ausencia de una polarización externa, que los electrones en una unión de donadoraceptador se muevan al interior del material aceptador.

Según se utiliza en el presente documento, un primer nivel de energía HOMO o LUMO es "mayor que" o "más elevado que" un segundo nivel de energía HOMO o LUMO si el primer nivel de energía está más cerca del nivel 10 de energía del vacío. Un mayor nivel de energía HOMO se corresponde con un potencial de ionización ("IP") que tiene una energía absoluta menor con respecto a un nivel de vacío. De forma similar, un nivel de energía HOMO mayor se corresponde con una afinidad electrónica ("EA") que tiene una energía absoluta menor con respecto a un nivel de vacío. En un esquema convencional de nivel energético, con el nivel de vacío en la parte superior, el nivel de energía LUMO de un material es mayor que el nivel de energía HOMO del mismo material.

Después de que la absorción de un fotón 6 en el donador 152 o el aceptador 154 crea un excitón 8, el excitón se desasocia en la superficie de contacto rectificadora. El donador 152 transporta el agujero (círculo abierto) y el aceptador 154 transporta el electrón (círculo oscuro) .

Una propiedad significativa en los semiconductores orgánicos es la movilidad del portador. La movilidad mide la facilidad con la que un portador de carga puede moverse a través de un material conductor en respuesta a un campo eléctrico. En el contexto de los dispositivos fotosensibles orgánicos, se puede denominar a un material que conduce preferentemente por medio de electrones debido a una elevada movilidad de los electrones como un material de transporte de electrones. Se puede denominar a un material que conduce preferentemente por medio de agujeros debido a una elevada movilidad de agujeros un material de transporte de agujeros. Se puede denominar a una capa que conduce preferentemente por medio de electrones, debido a la movilidad y/o su posición en el dispositivo como una capa de transporte de electrones ("ETL") . Se puede denominar a una capa que conduce preferentemente por medio de agujeros, debido a la movilidad y/o su posición en el dispositivo, como una capa de transporte de agujeros ("HTL") . Preferentemente, pero no necesariamente, un material aceptador es un material de transporte de electrones y un material donador es un material de transporte de agujeros.

En la técnica se conoce bien cómo emparejar dos materiales fotoconductores orgánicos para servir como un donador y un aceptador en una heterounión fotovoltaica en base a las movilidades de los portadores y a los niveles relativos de HOMO y LUMO, y no se aborda aquí.

Según se utiliza en el presente documento, el término "orgánico" incluye materiales poliméricos al igual que materiales orgánicos de moléculas pequeñas que pueden ser utilizados para fabricar dispositivos optoelectrónicos orgánicos. "Moléculas pequeñas" hace referencia a cualquier material orgánico que no sea un polímero, y las "moléculas pequeñas" pueden ser bastante grandes en realidad. Las moléculas pequeñas pueden incluir unidades de repetición en algunas circunstancias. Por ejemplo, utilizando un grupo alquilo de cadena larga como un sustituyente no saca a una molécula de la clase "moléculas pequeñas". También se pueden incorporar moléculas pequeñas en polímeros, por ejemplo como un grupo colgante en una cadena principal... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la formación de un dispositivo optoelectrónico fotosensible orgánico que comprende:

proporcionar una primera película transparente que comprende un primer material eléctricamente conductor (920) , dispuesta sobre un sustrato transparente (110) ;

depositar un primer material orgánico fotoconductor (950) sobre el primer material eléctricamente conductor (920) ;

depositar un primer metal (971) con una tasa inicial no superior a 1 nm/s sobre dicho primer material orgánico fotoconductor (950) , cubriendo por completo cualquier porción al descubierto de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) y cualquier superficie de contacto al descubierto con dicho primer material orgánico fotoconductor (950) hasta un grosor no inferior a 10 nm; y después de que se obtiene el grosor no inferior a 10 nm, depositar electrónicamente un segundo metal (972) con una tasa aumentada hasta al menos tres veces la tasa inicial hasta un grosor acumulativo de los metales primero y segundo (971, 972) que cubren completamente las porciones anteriormente al descubierto: de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) y las superficies de contacto puestas al descubierto anteriormente con dicho primer material orgánico conductor (950) es de al menos 250 nm.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la deposición del primer metal (971) a la tasa inicial no superior a 1 nm/s se lleva a cabo por medio de deposición electrónica.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la transición desde la tasa inicial a la tasa aumentada se lleva a cabo como un procedimiento continuo ininterrumpido de deposición electrónica.

20 4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la transición desde la tasa inicial de deposición electrónica hasta la tasa aumentada de deposición electrónica cuando el grosor del primer metal (971) no es superior a 30 nm.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la deposición del primer metal (971) a la tasa inicial no superior a 1 nm/s se lleva a cabo por medio de una deposición térmica en vacío.

25 6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la tasa aumentada se encuentra en el intervalo de 1 a 10 nm/s.

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se deposita electrónicamente el segundo metal (972) a la tasa aumentada hasta que el grosor acumulativo con el primer metal (971) depositado a la tasa inicial es de entre 250 nm y 2, 5 µm.

30 8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que los metales primero y segundo (971, 972) que tienen el grosor acumulativo entre 250 nm y 2, 5 µm tienen conjuntamente una permeabilidad no superior a 5 × 10-6 g/m2/día (25 °C) al H2O y una permeabilidad no superior a 4, 9 × 10-8 cm3/m2/día/kPa (25°C) al O2.

9. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la permeabilidad no es superior a 1 × 10-6 g/m2/día (25 °C) al H2O y no es superior a 1 × 10-8 cm3/m2/día/kPa (25°C) al O2.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que cada uno de los metales primero y segundo (971, 972) y de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) cubre un área continuo no inferior a 1 cm2.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que cada uno de los metales primero y segundo (971, 972) y de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) cubre un área continua no inferior a 10 cm2.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, depositar y formar un patrón con un material 40 eléctricamente no conductor (940) antes de depositar dicho primer material orgánico fotoconductor (950) .

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el material eléctricamente no conductor (940) recubre el primer material eléctricamente conductor (920) , extendiéndose fuera una porción del primer material eléctricamente conductor 1 (920) desde debajo del material eléctricamente no conductor (940) para proporcionar un contacto de conexión que está aislado eléctricamente de los metales primero y segundo (971, 45 972) que cubren las porciones anteriormente al descubierto de dicho primer material orgánico fotoconductor (950) .

14. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además:

proporcionar un segundo material eléctricamente conductor (960) antes de depositar dicho primer material orgánico fotoconductor (950) , dispuesto el segundo material eléctricamente conductor (960) dispuesto para estar aislado eléctricamente del primer material eléctricamente conductor (920) ;

depositar y formar un patrón con un material eléctricamente no conductor (942) sobre el segundo material 5 eléctricamente conductor (960) antes de depositar dicho primer material orgánico fotoconductor (950) ;

depositar una segunda película transparente que comprende un tercer material eléctricamente conductor (964) sobre dicho primer material orgánico fotoconductor (950) , estando una porción del tercer material eléctricamente conductor (964) en contacto físico con el segundo material eléctricamente conductor (960) , depositado el tercer material eléctricamente conductor (964) para que esté aislado eléctricamente del primer material eléctricamente conductor (920) ; y depositar un segundo material orgánico fotoconductor (950') sobre dicha segunda película transparente que comprende el tercer material eléctricamente conductor (964) , en el que los metales primero y segundo (971, 972) también cubren por completo cualquier porción al descubierto de dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') y cualquier superficie de contacto al descubierto con dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') que cubre las porciones anteriormente al descubierto de los materiales fotoconductores primero y segundo que están conectadas conectadas eléctricamente al primer material eléctricamente conductor (920) y estando aisladas eléctricamente de los materiales eléctricamente conductores segundo y tercero (960, 964) .

15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el primer material eléctricamente conductor (920) y el 20 segundo material eléctricamente conductor (960) son un mismo material.

16. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, depositar un segundo material orgánico fotoconductor (950') sobre el primer material orgánico (950) , formando los materiales orgánicos primero y segundo (950, 950') una heterounión plana, masiva, o híbrida de donador-aceptador, en el que los metales primero y segundo (971, 972) también cubren por completo cualquier porción al descubierto de dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') y cualquier superficie de contacto al descubierto con dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') .

17. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, depositar un segundo material orgánico fotoconductor (950') con el primer material orgánico (950) , formando los materiales orgánicos primero y segundo (950, 950') una heterounión mixta, masiva, o híbrida de donador-aceptador, en el que los metales primero y segundo (971, 972) también cubren por completo cualquier porción al descubierto de dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') y cualquier superficie de contacto al descubierto con dicho segundo material orgánico fotoconductor (950') .

18. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer metal (971) y el primer material orgánico fotoconductor (950) forman una heterounión de barrera Schottky.

19. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, el enmascaramiento por sombra durante la deposición del primer metal (971) y la deposición electrónica del segundo metal (972) para formar una pluralidad de células adyacentes sobre el sustrato transparente (110) , comprendiendo cada célula al menos una región fotoactiva que incluye el primer material orgánico fotoconductor (950) , estando conectadas eléctricamente las células en serie.

20. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende, además, el decapado por láser de los metales primero y segundo (971, 972) para formar una pluralidad de células adyacentes sobre el sustrato transparente (110) , comprendiendo cada célula al menos una región fotoactiva que incluye el primer material orgánico fotoconductor (950) , estando conectadas eléctricamente las células en serie.

21. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer metal (971) y el segundo metal (972) son un mismo 45 material.

22. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el primer metal (971) y el segundo metal (972) son distintos materiales.