Un aparato (100, 200, 300) que comprendeº un nucleo de fibra 6ptica de vidrio,

plastico o cuarzo (102, 202, 302) ; un primer electrodo (104, 204, 304) que rodea el nucleo de fibra 6ptica (102, 202, 302) ; al menos una capa organica fotosensible (108, 208, 308) que rodea el primer electrodo (104, 204, 304) y que esta conectada electricamente al primer electrodo (104, 204, 304) ; y un segundo electrodo (110, 210, 314) que rodea la capa organica y que esta conectado electricamente a la capa organica caracteriºado porque dicho primer electrodo es transmisor de radiaci6n.

Oispositivos optoelectr6nicos organicos y sus aplicaciones

Campo de la Invenci6n

La presente invenci6n se refiere a dispositivos optoelectr6nicos organicos y, en particular, a dispositivos fotovoltaicos organicos.

Antecedentes de la invenci6n

Los dispositivos optoelectr6nicos que usan materiales organicos se estan haciendo cada vez mas deseables en una amplia variedad de aplicaciones por una serie de razones. Los materiales usados para construir dispositivos optoelectr6nicos organicos son relativamente baratos en comparaci6n con sus hom6logos inorganicos, proporcionando asi ventajas en coste frente a dispositivos optoelectr6nicos producidos con materiales inorganicos. Ademas, los materiales organicos proporcionan propiedades fisicas deseables, tales como flexibilidad, permitiendo su uso en aplicaciones inadecuadas para materiales rigidos. Ejemplos de dispositivos optoelectr6nicos organicos comprenden celulas fotovoltaicas organicas, dispositivos emisores de luz organicos (OLEOs) y fotodetectores organicos.

Los dispositivos fotovoltaicos convierten radiaci6n electromagnetica en electricidad al producir una corriente fotogenerada cuando son conectados a traves de una carga y expuestos a la luz. La potencia electrica generada por celulas fotovoltaicas puede usarse en muchas aplicaciones incluyendo iluminaci6n, calentamiento, carga de baterias y alimentaci6n de dispositivos que requieren energia electrica. Los dispositivos fotovoltaicos pueden tener, por ejemplo, la forma de una fibra segun se describe en el documento US 2006/0013549.

Cuando es irradiado bajo una carga infinita, un dispositivo fotovoltaico produce su tensi6n maxima posible, la tensi6n de circuito abierto o Voc. Cuando es irradiado con sus contactos electricos cortocircuitados, un dispositivo fotovoltaico produce su corriente maxima, I de cortocircuito o Isc. En condiciones operativas, un dispositivo fotovoltaico esta conectado a una carga finita y la producci6n de potencia electrica es igual al producto de la corriente por la tensi6n. La potencia maxima generada por un dispositivo fotovoltaico no puede superar el producto de Voc y Isc. Cuando el valor de carga es optimizado para una generaci6n de potencia maxima, la corriente y la tensi6n tienen los valores Imax y Vmax, respectivamente.

Una caracteristica clave al evaluar el rendimiento de una celula fotovoltaica es el factor de relleno, ff. El factor de relleno es la relaci6n de la potencia real de una celula fotovoltaica respecto de su potencia si tanto la corriente como la tensi6n estuvieran en sus maximos. El factor de relleno de una celula fotovoltaica viene proporcionado segun la ecuaci6n (1) .

ff = (Imax Vmax) / ( IscVoc) (1)

El factor de relleno de una celula fotovoltaica es siempre menor de 1, dado que Isc y Voc nunca se obtienen de manera simultanea en condiciones operativas. Sin embargo, a medida que el factor de relleno se aproxima a un valor de 1, un dispositivo demuestra una menor resistencia interna y, por tanto, entrega un mayor porcentaje de potencia electrica a la carga en condiciones 6ptimas.

Los dispositivos fotovoltaicos pueden caracterizarse adicionalmente por su eficiencia al convertir energia electromagnetica en energia electrica. La eficiencia de conversi6n, !p, de un dispositivo fotovoltaico es proporcionado conforme a la ecuaci6n (2) , en donde Pinc es la potencia de la luz incidente sobre el dispositivo fotovoltaico.

!p = ff * ( IscVoc) /Pinc (2)

Los dispositivos que usan silicio cristalino o amorfo dominan las aplicaciones comerciales y algunos han logrado eficiencias del 23% o mas. Sin embargo, los dispositivos eficientes de base cristalina, especialmente los de gran area superficial, son dificiles y caros de producir debido a los problemas de fabricaci6n de grandes cristales libres de defectos cristalinos que promueven la recombinaci6n excit6nica. Las celulas fotovoltaicas de silicio amorfo comercialmente disponibles demuestran eficiencias que abarcan desde aproximadamente un 4% hasta un 12%.

La construcci6n de dispositivos fotovoltaicos organicos que tengan eficiencias comparables a dispositivos inorganicos plantea un desafio tecnico. Algunos dispositivos fotovoltaicos organicos demuestran eficiencias del orden de un 1% o menos. Las bajas eficiencias mostradas en dispositivos fotovoltaicos organicos resultan de una severa incompatibilidad de escala de longitud entre la longitud de difusi6n excit6nica (LO) y el grosor de la capa organica. Con el fin de tener una absorci6n eficiente de radiaci6n electromagnetica visible, una pelicula organica debe tener un grosor de aproximadamente 500 nm. Este grosor supera en gran medida la longitud de difusi6n excit6nica que tipicamente es de cerca de 50 nm, dando como resultado a menudo una recombinaci6n excit6nica.

Seria deseable proporcionar dispositivos fotovoltaicos organicos que muestren eficiencias aumentadas al convertir energia electromagnetica en energia electrica. A la vista de las ventajas de los dispositivos optoelectr6nicos 2

organicos expuestos en este documento, seria deseable proporcionar dispositivos fotovoltaicos organicos que proporcionen eficiencias comparables a los de dispositivos fotovoltaicos inorganicos y, en ocasiones, mayores que las de estas.

Sumario

La presente invenci6n proporciona dispositivos optoelectr6nicos organicos, incluyendo dispositivos fotovoltaicos organicos, que tienen una estructura de fibra, y metodos para fabricar los mismos.

En una realizaci6n, la presente invenci6n proporciona un dispositivo optoelectr6nico que comprende un nucleo de fibra, un primer electrodo transmisor de radiaci6n que rodea al nucleo de fibra, al menos una capa organica fotosensible que rodea al primer electrodo y que esta conectada electricamente al primer electrodo, y un segundo electrodo que rodea a la capa organica y que esta conectado electricamente a la capa organica. En algunas realizaciones, el dispositivo optoelectr6nico comprende una celula fotovoltaica.

En otra realizaci6n, la presente invenci6n proporciona un dispositivo optoelectr6nico que comprende al menos un pixel con al menos un celula fotovoltaica, comprendiendo la celula fotovoltaica un nucleo de fibra, un primer electrodo transmisor de radiaci6n que rodea al nucleo de fibra, al menos una capa organica fotosensible que rodea al primer electrodo y que esta conectada electricamente al primer electrodo, y un segundo electrodo que rodea a la capa organica y que esta conectado electricamente a la capa organica. En algunas realizaciones, un pixel comprende una pluralidad de celulas fotovoltaicas. En otras realizaciones, un dispositivo optoelectr6nico comprende una formaci6n de pixeles. En una realizaci6n adicional, un dispositivo optoelectr6nico comprende una formaci6n de pixeles, comprendiendo cada pixel una pluralidad de celulas fotovoltaicas.

Un metodo para producir un dispositivo optoelectr6nico, segun una realizaci6n de la presente invenci6n, comprende proporcionar un nucleo de fibra, disponer un primer electrodo transmisor de radiaci6n sobre una superficie del nucleo, disponer al menos una capa organica fotosensible en comunicaci6n electrica con el primer electrodo, y disponer un segundo electrodo en comunicaci6n electrica con la capa organica. En algunas realizaciones, el dispositivo optoelectr6nico comprende una celula fotovoltaica.

La presente invenci6n proporciona adicionalmente metodos para convertir energia electromagnetica en energia electrica. En una realizaci6n, un metodo de la presente invenci6n utiliza guiado de ondas para aumentar la eficiencia de conversi6n. Las realizaciones de dispositivos optoelectr6nicos de la presente invenci6n descritos en el presente documento pueden utilizar guiado de ondas para aumentar su eficiencia.

En una realizaci6n, un metodo para convertir energia electromagnetica en energia electrica comprende recibir radiaci6n a lo largo del eje longitudinal de una fibra 6ptica, transmitir la radiaci6n hacia al menos una capa organica fotosensible a traves de un electrodo transmisor de radiaci6n que rodea a la fibra 6ptica, generar excitones en la capa organica y separar los excitones en electrones y agujeros. Un metodo para convertir energia electromagnetica en energia electrica, en algunas realizaciones, comprende ademas retirar los electrones hacia un circuito externo.

En otra realizaci6n, un metodo para convertir energia electromagnetica en energia electrica comprende recibir radiaci6n a lo largo del eje longitudinal de una fibra 6ptica con un angulo incidente suficiente para producir una reflexi6n... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (100, 200, 300) que comprendeº un nucleo de fibra 6ptica de vidrio, plastico o cuarzo (102, 202, 302) ; un primer electrodo (104, 204, 304) que rodea el nucleo de fibra 6ptica (102, 202, 302) ; al menos una capa organica fotosensible (108, 208, 308) que rodea el primer electrodo (104, 204, 304) y que esta conectada electricamente al primer electrodo (104, 204, 304) ; y un segundo electrodo (110, 210, 314) que rodea la capa organica y que esta conectado electricamente a la capa organica caracteriºado porque dicho primer electrodo es transmisor de radiaci6n.

2. El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que el primer electrodo (104, 204, 304) transmisor de radiaci6n comprende un 6xido conductor y transmisor de radiaci6n.

3. El aparato segun la reivindicaci6n 2, en el que el 6xido conductor y transmisor de radiaci6n comprende 6xido indio-estafo, 6xido de galio, indio y estafo u 6xido de zinc, indio y estafo.

4. El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que el primer electrodo (104, 204, 304) transmisor de radiaci6n comprende un material polimero transmisor de radiaci6n.

5. El aparato segun la reivindicaci6n 1, en el que el primer electrodo (104, 204, 304) transmisor de radiaci6n comprende una capa de nanotubo de carbono transmisora de radiaci6n.

6. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa organica fotosensible (108, 208, 308) comprende una regi6n fotoactiva, comprendiendo la regi6n fotoactiva un polimero.

7. El aparato segun la reivindicaci6n 6, en el que el polimero comprende un polimero conjugado o un polimero semiconductor.

8. El aparato segun la reivindicaci6n 7, en el que el polimero conjugado comprende poli (3-hexiltiofeno) , poli (3ºctiltiofeno) o mezclas de los mismos.

9. El aparato segun la reivindicaci6n 7, en el que el polimero semiconductor comprende fenileno-vinilenos, fluorenos, naftalenos, poli (2-vinilpirideno) , poliamidas, poli (N-vinilcarbazol) , poliprirol o polianilina.

10. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa organica fotosensible (108, 208, 308) comprende una regi6n fotoactiva, comprendiendo la regi6n fotoactiva moleculas pequefas.

11. El aparato segun la reivindicaci6n 10, en el que las moleculas pequefas comprenden cumarina 6, cumarina 30, cumarina 102, cumarina 110, cumarina 153 y cumarina 480 O, 9, 10-dihidrobenzo[a]pireno-7 (8H) -ona, 7metilbenzo[a]pireno, pireno, benzo[e]pireno, 3, 4-dihidroxi-3-ciclobuteno-1, 2diona y dihidr6xido de 1, 3-bis[4 (dimetilamino) fenil-2, 4-dihidroxiciclobutenodilio.

12. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa organica fotosensible (108, 208, 308) comprende una regi6n fotoactiva, comprendiendo la regi6n fotoactiva materiales donantes que comprenden material organo-metalico.

13. El aparato segun la reivindicaci6n 12, en el que el material donante organo-metalico comprende

ºtalocianinas y porfirinas o derivados de las mismas.

14. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que ademas comprende al menos una capa de bloqueo (106, 206, 306, 310) .

15. El aparato segun la reivindicaci6n 14, en el que la capa de bloqueo (106, 206, 306, 310) comprende un compuesto polimero.

16. El aparato segun la reivindicaci6n 15, en el que el compuesto polimero comprende una pluralidad de nanotubos o fulerenos dispersos en 3, 4-polietilenodioxitiofeno o fluoruro de polivinilideno.

17. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el nucleo de fibra 6ptica (102, 202, 302) tiene una longitud que oscila de 500 nm a 100 mm.

18. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el nucleo de fibra 6ptica (102, 202,

302) tiene un diametro que oscila de 1 ºm a 2 mm.

19. El aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el aparato (100, 200, 300) es una celula fotovoltaica.