ES2587082T3 - Elemento de construcción fotoactivo con capas orgánicas - Google Patents
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Abstract
Pila solar orgánica simple, tándem o múltiple con dos electrodos (2, 9), estando dispuesto un electrodo (2) sobre un substrato (1) y un electrodo como contraelectrodo superior (9), y entre los electrodos (2, 9) un sistema de capas fotoactivo (4, 5), así como al menos una capa de transporte de soportes de carga no dopada, parcialmente dopada o dopada (3, 6), que está dispuesta entre los electrodos (2, 9) y el sistema de capas fotoactivo (4, 5), caracterizada por que entre el sistema de capas fotoactivo (4, 5) y el contraelectrodo superior (9) se encuentra una capa de pasivación (8) constituida por óxido de molibdeno o por óxido de molibdeno dopado completa o parcialmente, y limitando la capa de pasivación (8) directamente con el contraelectrodo superior (9), encontrándose ésta dentro del contraelectrodo superior (9), o encontrándose al menos otra capa adicional (7) entre la capa de pasivación (8) y el contraelectrodo superior (9), y limitando la capa de pasivación (8) directamente con una capa de transporte dopada, parcialmente dopada o no dopada (6).
Description
DESCRIPCION
Elemento de construccion fotoactivo con capas organicas
La invencion se refiere a un elemento de construccion organico fotoactivo, especialmente una pila solar organica, con un electrodo sobre el substrato y un contraelectrodo superior, y entre los electrodos una capa de 5 transporte dopada y un sistema de capas fotoactivo, caracterizado por que entre el sistema fotoactivo y el contraelectrodo superior se encuentra una capa de oxido metalico.
Desde la demostracion de la primera pila solar organica con un grado de accion en el intervalo de porcentaje a traves de Tang et al. 1986 [C.W. Tang et al. Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986)], se investigan materiales organicos intensivamente para diversos elementos de construccion electronicos y optoelectronicos. Las pilas solares estan 10 constituidas por una sucesion de capas delgadas (tfpicamente 1 nm a 1 pm) constituidas por materiales organicos, que se vaporizan preferentement en vado, o se centrifugan a partir de una disolucion. El contacto electrico se puede efectuar mediante capas metalicas, oxidos transparentes conductivos (TCOs) y/o polfmeros transparentes conductivos (PEDOT-PSS, PANI).
Una pila solar transforma energfa lummica en energfa electrica. El concepto fotoactivo designa en este caso 15 igualmente la transformacion de energfa solar en energfa electrica. En contrapartia a pilas oslares inorganicas, en el caso de pilas solares organicas no se generan portadores de carga libres directamente a traves de la luz, sino que en primer lugar se forman excitones, es decir, estados de excitacion neutros electricamente (pares electron-hueco unidos). Solo en el segundo paso se separan estos excitones en portadores de carga libres, que contribuyen entonces al flujo de corriente electrico.
20 La ventaja de tales elementos de construccion de base organica frente a los elementos de construccion convencionales de base inorganica (semiconductores, como silicio, arseniuro de galio) son los coeficientes de absorcion opticos, en parte extremadamente elevados (hasta 2 x 105 cm-1), de modo que se ofrece la posibilidad de obtener pilas solares muy delgadas con gasto de materiales y energfa reducido. Otros aspectos tecnologicos son los costes reducidos, la posibilidad de obtener componentes flexibles de gran superficie sobre laminas de plastico, y las 25 casi ilimitadas posibilidades de variacion y la ilimitada disponibilidad de la qrnmica organica.
Una posibilidad de realizacion de una pila solar organica, ya propuesta en la bibliograffa, consiste en un diodo pin [Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU- Dresden, 1999.] con la siguiente estructura en capas:
0. soporte, substrato,
30 1. contacto basico, en la mayor parte de los casos transparente,
2. capa(s) p,
3. capa(s) i,
4. capa(s) n,
5. contacto cubriente.
35 En este caso, n, o bien p, significa un dopaje n, o bien p, que conduce a un aumento de la densidad de electrones libres, o bien huecos en estado de equilibrio termico. Sin embargo, tambien es posible que las capa(s) n, o bien capa(s) p no esten dopadas nominalmente, al menos en parte, y poseen propiedades preferentemente n- conductivas, o bien preferentemente p-conductivas, solo debido a las propiedades del material (por ejemplo diversas movilidades), debido a impurezas desconocidas (por ejemplo restos remanentes de la smtesis, productos de 40 descomposicion o reaccion durante la obtencion de la capa) o debido a influencias del entorno (por ejemplo capas limitantes, difusion de metales u otros materiales organicos, dopaje gaseoso de la atmosfera ambiental). En este sentido, en primer lugar se debe entender tales capas como capas de transporte. La denominacion capa i designa en contrapartida una capa no dopada nominalmente (capa intrrnseca). En este caso, una o varias capas i pueden estar constituidas tanto por un material, como tambien por una mezcla de dos materiales (los denominados retroulos 45 interpenetrantes, o bien bulk-heterojunction; M. Hiramoto et al. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, 444, paginas 33-40). La luz incidente a traves del contacto basico transparente genera excitones (pares electron-hueco unidos) en la capa i, o bien en la capa n/p. Estos excitones se pueden separar solo mediante campos electricos muy elevados o en interfases apropiadas. En pilas solares organicas no se dispone de campos suficientemente elevados, de modo que todo el exito de conceptos prometerodres para pilas solares organicos se basan en la separacion de excitones en 50 interfases fotoactivas. Los excitones llegan mediante difusion a tale interfase activa, donde electrones y huecos se
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separan entre st El material que aloja los electrones se denomina en este caso aceptor, y el material que adopta el hueco se denomina donador (o donor). La interfase separadora se puede situar entre la capa p(n) y la capa i, o bien entre dos capas i. En el campo electrico de la pila solar incorporado, los electrones se transportan ahora a la zona n y los orificios se transportan a la zona p. En el caso de las capas de transporte se trata preferentemente de materiales transparentes o sensiblemente transparentes con gran hueco de banda (wide-gap), como se describen, por ejemplo, en el documento WO 2004083958. En este caso, se denominan materiales wide-gap materiales cuyo maximo de absorcion se situa en el intervalo de longitudes de onda < 450nm, preferentemente en <400nm.
Ya que a traves de la luz siempre se generan en primer lugar excitones, y aun no se genera ningun soporte de carga libre, la difusion pobre en recombinacion de excitones en la interfase activa juega un papel cntico en pilas organicas organicas. Para contribuir a la fotocorriente, por lo tanto, en una buena pila solar organica la longitud de difusion de excitones debe sobrepasar claramente la profundidad de penetracion tfpica de la luz, para poder utilizar la parte predominante de luz. Cumplen completamente este criterio cristales organicos perfectos estructuralmente y respecto a pureza qmmica, o capas delgadas. Sin embargo, para aplicaciones de gran superficie no es posible el empleo de materiales organicos monocristalinos, y la obtencion de capas multiples con suficiente perfeccion estructural es aun muy diffcil hasta la fecha.
Si en el caso de la capa i se trata de una capa mixta, solo uno de los componentes, o tambien ambos, adopta la tarea de la absorcion de la luz. La ventaja de capas mixtas es que los excitones generados deben dejar atras solo una via muy corta hasta que llegan a un lfmite de dominio, donde se separan. El transporte de electrones, o bien huecos, se efectua por separado en los materiales respectivos. Ya que en la capa mixta los materiales estan en contacto entre sf generalmente, en este concepto es decisivo que las cargas separadas posean un penodo de vida largo sobre el material respectivo, y desde cualquier punto esten presentes vfas de percolacion cerradas para ambos tipos de soporte de carga hacia el respectivo contacto.
Por el documento US 5,093,698 es conocido el dopaje de materiales organicos. Mediante mezclado de una substancia de dopaje de tipo aceptor, o bien de tipo donador, se aumenta la concentracion de soporte de carga en equilibrio en la capa, y se eleva la conductividad. Segun el documento US 5,093,689 se emplean las capas dopadas como capas de inyeccion en la interfase con los materiales de contacto en elementos de construccion electroluminiscentes. Tambien para pilas solares son convenientes cargas de dopaje similares.
Por la bibliograffa son conocidas diversas posibilidades de realizacion para la capa i fotoactiva. En este caso se puede tratar de una capa doble (EP0000829) o de una capa mixta (Hiramoto, Appl. Phys.Lett. 58,1062 (1991)). Tambien es conocida una combinacion de capas dobles y mixtas (Hiramoto, Appl. Phys.Lett. 58,1062 (1991); US 6,559,375). Del mismo modo es sabido que la proporcion de mezcla es diferente en diversas zonas de la capa mixta (US 20050110005), o bien la proporcion de mezcla presenta un gradiente.
Ademas son conocidas por la bibliograffa pilas solares tandem, o bien multiples (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990); DE 102004014046).
Por la bibliograffa son conocidas hace tiempo pilas solares tandem organicas (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990). En la pila tandem de Hiramoto et al., una capa de oro de 2nm de grosor se encuentra entre ambas pilas aisladas. La tarea de esta capa de oro consiste en proporcionar una buena union electrica entre ambas pilas aisladas: la capa de oro ocasiona una recombinacion eficiente de huecos de una pila parcial con los electrones de la otra pila parcial, y ocasiona que ambas pilas parciales presenten conexion electrica en serie. Ademas, la capa de oro, como cualquier capa metalica delgada (o bien cluster metalico), absorbe una parte de la luz incidente. Esta absorcion es un mecanismo de perdida en la pila tandem de Hiramoto, ya que debido a la misma se dispone de menos luz para las capas fotoactivas (H2Pc (ftalocianina exenta de metal) / Me-PTC (N,N"-dimetilperilen-3,4,9,10- bis(dicarboximidas) en ambas pilas aisladas de la pila tandem. La tarea de la capa de oro se encuentra puramente en el lado electrico en esta estructura tandem.
Dentro de esta concepcion, la capa de oro debfa ser lo mas delgada posible, o bien suprimirse por completo en el mejor de los casos.
Ademas, por la bibliograffa son conocidas pilas tandem pin organicas (DE 102004014046): la estructura de tal pila tandem esta constituida por dos pilas aisladas pin, describiendo la sucesion de capas “pin“ la secuencia de un sistema de capas p-dopado, un sistema de capas fotoactivo no dopado y un sistema de capas n-dopado. Los sistemas de capas dopados estan constituidos preferentemente por materiales transparentes, los denominados materiales/capas wide-gap, y en este caso tambien pueden estar parcial o completamente no dopados, o presentar tambien, dependiendo del lugar, diversas concentraciones de dopaje, o bien disponer de un gradiente continuo en la concentracion de dopaje. Especialmente, tambien son posibles zonas de muy bajo dopaje o altamente dopadas en la zona lfmite en los electrodos, en la zona lfmite con otra capa de transporte dopada o no dopada, en la zona lfmite con las capas activas o, en pilas tandem o multiples, en la zona lfmite con la pila parcial pin, o bien nip, adyacente, es decir, en la region de la zona de recombinacion. Tambien es posible cualquier combinacion de todas estas
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caractensticas. Naturalmente, en el caso de tal pila tandem se puede tratar tambien de una denominada estructura invertida (por ejemplo pila tandem nip). A continuacion, todas estas posibles formas de realizacion de pilas tandem se caracterizan con el termino pilas tandem pin. Una ventaja de tales pilas tandem pin consiste en que, mediante el empleo de capas de transporte dopadas, es posible una posibilidad de realizacion muy sencilla, y simultaneamente muy eficiente, para la zona de recombinacion entre ambas pilas parciales. La pila tandem presenta, por ejemplo, una estructura pinpin (o tambien, por ejemplo, posiblemente nipnip). En la interfase entre ambas pilas parciales pin se encuentran respectivamente una capa n-dopada y una capa p-dopada, que forman un sistema pn (o bien sistema np). En tal sistema pn dopado se efectua una recombinacion muy eficiente de electrones y huecos. Por lo tanto, el apilado de dos pilas aisladas pin proporciona directamente una pila tandem pin completa, sin requerir otras capas. En este caso es especialmente ventajoso que ya no se requieran capas metalicas delgadas, como en Hiramoto, para garantizar la recombinacion eficiente. De este modo se puede evitar completamente la absorcion de perdidas de tales capas metalicas delgadas.
El problema central en la optimizacion eficiente de pilas tandem consiste en que ambas pilas parciales deben generar la mayor cantidad posible de fotocorriente. Ya que las pilas solares organicas, altamente eficientes, disponen de una alta eficiencia cuantica interna (casi todos los fotones se transforman en corriente electrica), esto significa que ambas pilas parciales deben absorber en lo posible la misma luz (es decir, numero de fotones) del espectro solar. Esto es, si una pila parcial absorbe mas luz que la otra pila parcial, la primera podna generar en realidad una mayor fotocorriente que la segunda. Ya que en la pila tandem ambas pilas parciales presentan conexion electrica en serie, la corriente de la pila tandem se limita siempre, no obstante, por la menor corriente de una de ambas pilas parciales. La corriente potencialmente mayor de una pila parcial, que absorbe mas luz, debe permanecer sin utilizar de este modo. Por lo tanto, las pilas tandem se deben optimizar de modo que ambas pilas parciales absorban la mayor cantidad de luz y absorban la misma cantidad de luz.
El balance de absorcion se puede efectuar, por ejemplo, a traves de la variacion de grosores de ambos sistemas de capas fotoactivos. Otra posibilidad en pilas tandem pin consiste en situar los sistemas de capas fotoactivos en los maximos de distribucion de campo optica de la luz mediante la variacion de grosores de las capas de transporte (esto se describe igualmente en el documento DE 102004014046).
Sin embargo, las posibilidades de adaptacion mediante ambos metodos citados son limitadas, o bien van unidas a perdida: por ejemplo en una pila tandem se puede alcanzar una igualdad de absorcion reduciendose el grosor de sistema fotoactivo en la “mejor“ pila parcial, y absorbiendo esta pila parcial menos luz, es decir, exactamente la misma cantidad que la otra. Por consiguiente, si bien se ha optimizado nominalmente la pila tandem, esto puede conducir tambien a que la pila parcial “mas debil“ limite el elemento de construccion a su vez, y el potencial de la pila “mejor“ no se puede utilizar. Ademas, las pilas tandem que deben tener un grado de accion elevado tienen que contener sistemas absorbentes, es decir, ambas pilas parciales contienen varios materiales absorbentes diferentes, y absorben parcial o completamente en diferentes zonas espectrales de la luz. No obstante, la distribucion de maximos de absorcion de la luz dentro del elemento de construccion es dependiente de la longitud de onda. Esto conduce a que, en este caso, la optimizacion de la optica de capa delgada para cada absorbente aislado en cada una de ambas pilas tandem sea complicada, y se pueda efectuar solo de manera limitada mediante una variacion de grosores de capas (ya que las diferentes condiciones para los materiales absorbentes aislados, por regla general, no se pueden cumplir simultaneamente con un grupo de grosores de capa).
Otro problema para la aplicacion consiste en que las pilas solares se deben emplear bajo condiciones diferentes en diversos lugares, y con ello es diferente el espectro de luz para diversas aplicaciones. De este modo, por ejemplo, el espectro de luz para las aplicaciones en tejados corresponde muy convenientemente al espectro solar standard AM1.5 (para Europa central). Sin embargo, para sistemas integrados para fachadas de casas en ciudades (especialmente dentro de pasos de calle estrechos), las condiciones son ya diferentes y, a mas tardar, en aplicaciones en interiores la luz disponible depende completamente de la fuente de luz artificial. El problema en este caso consiste en que la optimizacion total de las pilas tandem se puede efectuar siempre solo para un espectro de luz especial. Por lo tanto, para las aplicaciones es importante tener una posibilidad, sencilla y practica para la produccion, de adaptar las pilas tandem a diversos espectros de luz, sin que para ello se deba modificar en gran medida la estructura de la pila tandem para cada aplicacion, o bien se deban emplear otros materiales absorbentes.
Ademas de la optimizacion del rendimiento lummico, otro problema consiste en que las pilas solares organicas empleadas se deban aplicar sobre substratos flexibles, como por ejemplo laminas.
El problema en este caso consiste en que existen muy buenas posibilidades de encapsulado (por ejemplo encapsulado vidrio-vidrio), pero estas son muy caras y frecuentemente no son flexibles para muchas aplicaciones. Un encapsuluado economico lo mas flexible posible no es perfecto, es decir, no cierra hermeticamente el elemento de construccion por completo, sino que, por ejemplo, penetran agua y oxfgeno en la pila paulatinamente. De ello se deriva como requisito en la pila que esta debe ser ya en sf misma lo mas estable posible frente a aire y otras atmosferas. Por lo tanto, el objetivo es prolongar el penodo de aplicacion y realizar una estabilidad mejorada mediante un correspondiente encapsulado. Simultaneamente se debe indicar una posibilidad economica de prolongacion del penodo de aplicacion de pilas solares organicas.
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Por la bibliograffa es conocido el empleo de capas de oxido metalico como capas de contacto (Cattin et al., JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 105, 034507 (2009); Kim et al. , APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 093304 (2009). En este caso no se informa sobre una estabilidad elevada de los elementos de construccion.
Por el contrario, el documento US 2007/0221926 A1 da a conocer una capa de TiOx, que se aplico como capa de pasivacion sobre el material organico de un elemento de construccion organico fotoactivo, y conduce a un penodo de aplicacion de la pila solar prolongado.
El documento US 2008 / 236 657 A1 da a conocer en la fig. 1 una pila organica fotovoltaica (200) con las siguientes capas: substrato (210)/electrodo (220)/capa de bloqueo perforada (230)/capa fotoactiva (240)/ capa soporte perforada (250) y un electrodo (260)/substrato (270). Por consiguiente, la invencion toma como base la tarea de indicar un elemento de construccion fotoactivo que supere los inconvenientes descritos anteriormente, y presente en este caso una eficiencia del elemento de construccion incrementada, y un penodo de aplicacion mejorado en lo posible. Naturalmente, la anterior discusion es valida del mismo modo para pilas solares triples y pilas solares constituidas por mas de tres pilas parciales. Segun la invencion, el problema se soluciona mediante disposicion de una pila solar organica segun la reivindicacion 1, asf como mediante el empleo de la pila solar organica segun la reivindicacion 10. Las formas de ejecucion preferentes se describen en las reivindicaciones subordinadas. Segun la invencion, la pila solar organica se distingue por que entre el sistema de capas fotoactivo y el contraelectrodo superior se encuentra una capa de pasivacion constituida por oxido de molibdeno, o por oxido de molibdeno completa o parcialmente dopado. Especialmente en materiales de electrodo sensibles al aire (por ejemplo Al), la capa de oxido de molibdeno sirve en este caso para la estabilizacion del material de electrodo superior. Ademas, la capa de pasivacion puede impedir la entrada de oxfgeno y humedad en el elemento de construccion fotoactivo. En especial se suprime la entrada en las capas organicas. De este modo se realiza una prolongacion del penodo de aplicacion del elemento de construccion fotoactivo. En una forma de ejecucion de la invencion, dentro de al menos una pila, o al menos entre dos pilas adyacentes, se inserta al menos un sistema de capas de cavitacion, que modifica la cavidad optica del elemento de construccion. La denominacion pila se emplea en este caso como sinonimo de una pila simple o una pila parcial de una pila tandem, o bien multiple.
El sistema de capas de cavitacion, o bien los sistemas de capas de cavitacion, ocasionan en este caso que una pila parcial se refuerze respecto a su absorcion (en especial la pila parcial que esta limitada en su grosor de capa empleable (razonablemente) debido a propiedades de transporte de soporte de carga insuficientes dentro del sistema fotoactivo) y/o se posibilita una adaptacion sencilla de pilas simples, tandem o multiples al respectivo espectro de iluminacion de la aplicacion.
Esto se consigue preferentemente mediante un sistema de capas que funciona como espejo parcialmente transparente. La transparencia de este espejo puede ser dependiente de la longitud de onda en este caso. De este modo se puede optimizar la distribucion de luz dentro del elemento de construccion dependiendo de la longitud de onda, y se puede conseguir que los diferentes materiales absorbentes en las pilas parciales se encuentren en una distribucion de campo lo mas elevada posible del intervalo de longitudes de onda absorbido por las mismas.
La capa de pasivacion entre el sistema de capas fotoactivo y el contraelectrodo superior sirve para la estabilizacion del material de electrodo superior, especialmente en materiales de electrodo sensibles al aire (por ejemplo Al).
El contraelectrodo superior esta constituido por un metal (por ejemplo, pero sin limitacion a Ag, Au, Ti, Ni, Cr, Cu, Fe o combinaciones de los mismos), un oxido transparente conductivo (por ejemplo, pero sin limitacion a ITO, ZnO, ZnO:Al), por una capa organica dopada (por ejemplo moleculas reducidas, C60 n-dopado o un sistema de recombinacion altamente conductivo de un sistema de capas pn), por cristales organicos, un polfmero conductivo (por ejemplo, pero sin limitacion a PEDOT:PSS), por un material de electrodo sensible al aire (por ejemplo, pero sin limitacion a Al), o por combinaciones de los materiales citados anteriormente, sirviendo en este caso la capa de oxido metalico para la estabilizacion del material de electrodo superior.
La capa de pasivacion esta constituida por oxido de molibdeno segun la invencion. En este caso, el oxido de molibdeno se aplica por medio de procedimientos apropiados, como vaporizacion, bombardeo ionico en fase gaseosa, etc.
En una forma de ejecucion de la invencion, la capa de pasivacion esta completa o parcialmente dopada.
En una forma de ejecucion de la invencion, el contraelectrodo superior o una parte del contraelectrodo superior presenta una estructura en bandas, rejilla o barra de distribucion.
En una forma de ejecucion de la invencion, la capa de pasivacion limita directamente con una capa de transporte dopada, parcialmente dopada o no dopada.
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moleculas reducidas, al menos parcialmente por poKmeros, o por una combinacion de moleculas reducidas y poKmeros.
En otra forma de ejecucion, en el caso del sistema de capas de cavitacion se trata de un sistema de capas metalicas, que se utiliza para modificar selectivamente la distribucion de campo dentro de la pila solar organica.
En otra forma de ejecucion, un sistema de capas de cavitacion es parcialmente transparente estando presente solo en una parte de la superficie de la pila solar.
En otra forma de ejecucion, un sistema de capas de cavitacion es transparente para luz de un determinado tipo de polarizacion, mientras que este sistema de capas de cavitacion refleja luz de otro tipo de polarizacion.
En otra forma de ejecucion, al menos un sistema de capas de cavitacion esta separado de los sistemas de capa fotoactivos mediante al menos una capa de transporte.
En otra forma de ejecucion, un sistema de capas de cavitacion esta en contacto directo con el sistema de capas fotoactivo, o se encuentra incluso parcial o completamente dentro del sistema de capas fotoactivo.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion pueden estar presentes tales sistemas de capas de cavitacion tambien entre varias, o tambien todas las pilas parciales.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion son iguales en su totalidad.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion se pueden diferenciar solo por los grosores de los materiales empleados.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, dos o mas de los sistemas de capas de cavitacion pueden estar constituidos al menos parcialmente por diversos materiales.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, todos los sistemas de capas de cavitacion por pares pueden estar constituidos al menos parcialmente por diversos materiales.
En otra forma preferente de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por una capa metalica, a modo de ejemplo, pero sin limitacion a Au, Ag, Al, Cr, Ni, Co, Cu, Ti, etc.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por dos o mas capas metalicas diferentes. En este caso se puede tratar de una combinacion por pares, o tambien una combinacion diferente no por pares.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion forman un retfculo. La dimension de la estructuracion reticular se puede situar preferentemente en el intervalo de mm, en el intervalo de pm, o tambien en el intervalo de longitud de onda de la luz.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion forman un retfculo metalico, a modo de ejemplo, pero sin limitacion a Au, Ag, Al, Cr, Ni, Co, Cu, Ti, etc.).
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por varas o bandas. El grosor de las varas/bandas, o bien la distancia entre las varas/bandas, se puede situar preferentemente en el intervalo de mm, en el intervalo de pm, o tambien en el intervalo de longitud de onda de la luz. En el ultimo caso, el sistema de capas de cavitacion forma un filtro de polarizacion lineal.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por varas metalicas o bandas metalicas, a modo de ejemplo, pero sin limitacion a Au, Ag, Al, Cr, Ni, Co, Cu, etc. Los grosores y distancias de las varas, o bien bandas, se pueden seleccionar en este caso de modo que los sistemas de capas de cavitacion formen un filtro de polarizacion.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por drculos, triangulos, polfgonos, areas cuadradas, u otras areas geometricas.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por capas metalicas, que forman drculos, triangulos polfgonos, areas cuadradas, u otras areas metalicas geometricas, a modo de ejemplo, pero sin limitacion a Au, Ag, Al, Cr, Ni, Co, Cu, etc.
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En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por capas metalicas que forman “estructuras tipo platano“. En el caso de las estructuras tipo platano, ambos extremos agudos estan orientados hacia el sistema de capas activo. Es decir, el sobreaumento de campo tiene lugar dentro del sistema de capas activo, lo que es especialmente ventajoso.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por estructuras metalicas, estando revestidas las superficies de las estructuras metalicas con un material aislante organico o inorganico, que es preferentemente transparente.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por un sistema de capas de oxido metalico dopado, parcialmente dopado o no dopado.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por una, dos o mas capas de oxidos metalicos diferentes, dopadas, parcialmente dopadas o no dopadas (en este caso se puede tratar de una combinacion por pares, o tambien diferente, no por pares).
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por una capa organica dopada, parcialmente dopada o no dopada. En el caso del material organico se puede tratar de polfmeros, moleculas reducidas, o combinaciones de ambos.
En el sentido de la presente invencion, se entiende por moleculas reducidas moleculas organicas no polfmeras con pesos moleculares monodispersos entre 100 y 2000, que se presentan en fase solida bajo presion normal (aire a presion de la atmosfera que nos rodea) y a temperatura ambiente. En especial, estas moleculas reducidas pueden ser tambien fotoactivas, entendiendose por fotoactivas que las moleculas modifican su estado de carga bajo incidencia de la luz.
En otra forma de ejecucion de la invencion, en el caso de los materiales organicos empleados se trata de polfmeros al menos parcialmente.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion segun la invencion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por dos o mas capas organicas diferentes, dopadas, parcialmente dopadas o no dopadas (en esta caso se puede tratar de combinaciones por pares, o tambien diferentes, no por pares). El sistema de capas organico puede estar constituido en este caso por capas multiples, capas mixtas, o combinaciones de ambas.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por una capa dopada, parcialmente dopada o no dopada, de grafito, nanotubos de carbono o grafenos.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por dos o mas capas diferentes, dopadas, parcialmente dopadas o no dopadas, de grafito, nanotubos de carbono o grafenos (en este caso se puede tratar de una combinacion por pares, o tambien diferente, no por pares).
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por una combinacion de dos o mas de los citados materiales.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por un material o un sistema de materiales con una constante de dielectricidad elevada.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por un material o un sistema de materiales, que es un metamaterial.
Un metamaterial es una estructura obtenida artificialmente, cuya permeabilidad para campos electricos y magneticos (permitividad er y permeabilidad pr) presentan valores que no se presentan habitualmente en la naturaleza. Son de especial interes metamateriales con indices de refraccion reales en el intervalo -~ < n< 1. Estos materiales no absorben la luz, y por lo tanto son especialmente apropiados para empleo como sistema de capas de cavitacion segun la invencion.
Los metamateriales estan constituidos por que presentan en su interior estructuras microscopicas elaboradas especialmente, constituidas por materiales de accion electrica o magnetica, que son responsables de las propiedades especiales del material.
La propiedad especial de metamateriales consiste en que las correspondientes constantes de material er y pr pueden adoptar valores negativos. Desde el punto de vista de la teona de campo, esto significa que el campo de densidad de flujo electrica (campo D) y la intensidad de campo electrica (campo E), asf como el campo de densidad
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de flujo magnetica (campo B) y el campo de intensidad de campo magnetica (campo H), presentan orientacion opuesta entre sr
En el caso de procesos basicos en metamateriales se trata habitualmente de efectos de resonancia en disposiciones periodicas de elementos conductores. De manera simplificada, el material esta constituido por un gran numero de circuitos de oscilacion electricos dispuestos en serie, con elementos de construccion capacitivos e inductivos diminutos. Las capacidades se obtienen mediante elementos conductores metalicos opuestos, mientras que los elementos inductivos son los propios elementos conductores. A modo de ejemplo, en este caso se trata de nanoestructuras, casi siempre constituidas por oro o plata, que estan alojadas en vidrio, y son mucho menores que la longitud de onda de la luz.
Como es habitual en fenomenos de resonancia, los efectos deseados se presentan solo en un intervalo de frecuencias muy limitados en el caso de metamateriales. El intervalo de frecuencias de una estructura resonante se puede aumentar en principio mediante tratamiento con vapor. No obstante, el tratamiento con vapor conduce simultaneamente a un aumento del rendimiento de perdida no deseado.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion pueden ser tmbien combinaciones de los materiales, o bien estructuras, citados anteriormente (retfculo, varas, bandas, formas geometricas).
Otra forma de ejecucion del elemento de construccion contiene, ademas de al menos un sistema de capas de cavitacion, uno o dos electrodos transparentes o parcialmente transparentes.
Otra forma de ejecucion del elemento de construccion contiene al menos un sistema de capas de cavitacion, y el elemento de construccion es semitransparente.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion pueden estar incorporados en una pila aislada pin, pila tandem pin o pila multiple pin (o bien pila aislada nip, pila tandem nip, pila multiple nip). En este caso, los sistemas de capas de cavitacion pueden ser, por ejemplo, semitransparentes y/o dependientes de la longitud de onda y/o sensibles a la polarizacion.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por materiales quirales. Materiales quirales son materiales que modifican el plano de polarizacion de la luz. Generalmente, un objeto es quiral si no posee eje especular de rotacion.
En otra forma de ejecucion del elemento de construccion, los sistemas de capas de cavitacion estan constituidos por materiales fluorescentes o fosforescentes. El sistema de capas de cavitacion es fluorescente en un intervalo de longitudes de onda mayor en comparacion con su absorcion (desplazamiento de Stokes), es decir, la distribucion de la intensidad del espectro solar se puede modificar dentro del elemento de construccion, asf como el vector de luz, ya que la fluorescencia y la fosforescencia se produce en todas las direcciones espaciales (fig. 1).
Son ejemplos de materiales organicos fluorescentes y fosforescentes los siguientes:
1) emisor azul:
- Balq bis-(2-metil-8-quinolinolato)-4-(fenil-fenolato)-aluminio (III)
- DPVBi 4,4-bis(2,2-difenilo-eten-1-il)-bifenilo
- Espiro-DPVBi 2,2',7,7'-tetraquis(2,2-difenilovinil)espiro-9,9'-bifluorene
- Espiro-antraceno 9,10-bis(9,9'-spirobi[9H-fluoren]-2-il)antraceno
- DBzA 9,10-bis[4-(6-metilbenzotiazol-2-il)fenilo]antraceno
- DSA-Ph 1-4-di-[4-(N,N-di-fenilo)amino]estiril-benceno
- BCzVB 1,4-bis[2-(3-N-etilcarbazoril)vinil]benceno
2) emisor verde:
- Alq3 tris (8-hidroxi-quinolinato)-aluminio
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- C545T 2,3,6,7-tetrahidro-1,1,7,7,-tetrametil- 1H,5H,11H-10-(2- benzotiazolil) quinolizino-[9,9a,1gh]cumarina
- TPPA 9,10-bis[N,N-di-(p-tolil)-amino]antraceno
- DMQA N,N'-dimetil-quinacridona Ir(ppy)3 fac tris(2-fenilpiridina) iridio
(als dopaje en TCTA 4,4',4"-tris(N-carbazolil)-trifenilamina)
3) emisor rojo:
- Rubreno (5,6,11,12)-tetrafenilnaftaceno
- DCM (E)-2-(2-(4-(dimetilamino)estiril)-6-metil-4H-piran-4-iliden)malononitrilo
- DCM2 4-(dicianometilen)-2-metil-6-julolidil-9-enil-4H-pirano
- DCJT 4-(dicianometilen)-2-metil-6-(1,1,7,7-tetrametiljulolidil-9-enil)-4H-pirano
- DCJTB 4-(dicianometilen)-2-terc-butil- 6-(1,1,7, 7-tetrametiljulolidin-4-il-vinil)- 4H-pirano Ir(piq)3 tris(1-fenilisoquinolin)iridio
Ir(MDQ)2(acac) iridio(III)bis(2-metildibenzo-[f,h]quinoxalin)(acetilacetonato)
(ambos como dopaje en alfa-NPB)
En una forma ventajosa de ejecucion de la invencion, las capas fotoactivas del elemento de construccion absorben la mayor cantidad posible de luz. A tal efecto se amplfa en lo posible el intervalo espectral en el que el elemento de construccion absorbe luz.
El problema de pilas solares organicas consiste casi siempre en que, por motivos electricos (solo de manera limitada buen transporte para los soportes de carga), la(s) capa(s) i se puede(n) hacer solo muy delgadas. Esto tiene por consecuencia que solo una parte de la luz se absorbe en el elemento de construccion. Ademas, las bandas de absorcion de materiales organicos presentan una amplitud limitada, y tienen tfpicamente una anchura espectral de aproximadamente 200 nm para la mayor parte de materiales eficientes empleados en pilas solares. Esto tiene por consecuencia que ambos materiales, que forman la transicion fotoactiva (capa doble o capa mixta) pueden cubrir solo una zona espectral de aproximadamente 400 nm. No obstante, una pila solar con un grado de accion muy elevado debe disponer de una absorcion muy elevada a lo largo de la zona espectral completa, de aproximadamente 350 nm a aproximadamente 1000 nm.
En un acondicionamiento ventajoso de la anterior forma de ejecucion de la invencion, el sistema de capas i del elemento de construccion fotoactivo esta constituido al menos por dos capas mixtas, que son contiguas directamente, y al menos uno de ambos materiales principales de una capa mixta es un material organico diferente a ambos materiales principales de otra capa mixta. Cada capa mixta esta constituida por al menos dos materiales principales, formando estos un sistema donador-aceptor fotoactivo. El sistema donador-aceptor se distingue por que es valido al menos para la fotoexcitacion del componente donador, por que los excitones formados se separan en la interfase con el aceptor preferentemente en un hueco sobre el donador y un electron sobre el aceptor. Se caracteriza como material principal un material cuya fraccion volumetrica o masica en la capa es mayor que un 16 %. Otros materiales pueden estar presentes por causas tecnicas, o bien para el ajuste de propiedades de capa. Ya en el caso de una capa mixta doble, el elemento de construccion contiene tres, o bien cuatro materiales absorbentes diferentes, puede cubrir con ello un intervalo espectral de aproximadamente 600 nm, o bien aproximadamente 800 nm, y cumplir, por consiguiente, la tarea planteada.
En otra ejecucion de la invencion, la capa mixta doble se puede utilizar tambien para conseguir claramente fotocorrientes mas elevadas para un determinado intervalo espectral, al mezclarse materiales que absorben preferentemente en el mismo intervalo espectral. Esto se puede utilizar a continuacion para conseguir una adaptacion de corriente entre las diversas pilas parciales en una pila solar tandem o una pila solar multiple. Por consiguiente, ademas del empleo de la capa de cavitacion, se da una posibilidad adicional de ajuste de las corrientes de pilas aisladas.
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las capas mixtas, las proporciones de mezcla pueden ser iguales, o tambien diferentes, en las diversas capas mixtas.
En otra forma de ejecucion de la invencion, las capas mixtas estan constituidas preferentemente por dos materiales principales en cada caso.
En otra forma de ejecucion de la invencion, en las capas mixtas aisladas puede estar presente un gradiente de proporcion de mezcla.
En un acondicionamiento ventajoso de la invencion, el elemento de construccion fotoactivo esta realizado como pilas tandem, y mediante el empleo de capas mixtas dobles, o bien multiples, existe la ventaja adicional de que el ajuste de corriente (current matching) entre las pilas parciales se puede optimizar mediante la seleccion de materiales absorbentes en las capas de mezcla, y con ello se puede aumentar adicionalmente el grado de accion.
En otra forma de ejecucion de la invencion, los materiales aislados pueden estar posicionados en este caso en diferentes maximos de distribucion de luz de las longitudes de onda caractensticas que absorbe este material. A modo de ejemplo, un material en una capa mixta se puede situar en el 2° maximo de su longitud de onda caractenstica, y el otro material se puede situar en el 3er maximo.
En otra forma de ejecucion de la invencion, el elemento de construccion fotoactivo, en especial una pila solar organica, esta constituida por un electrodo y un contraelectrodo, y entre los electrodos al menos dos capas mixtas organicas fotoactivas, estando constituidas las capas mixtas esencialmente por dos materiales en cada caso, y formando ambos materiales principales respectivamente de una capa mixta un sistema donador-aceptor, siendo directamente adyacentes ambas capas mixtas, y siendo al menos uno de ambos materiales principales de una capa mixta un material organico diferente a ambos materiales organicos de otra capa mixta.
En un perfeccionamiento de la forma de ejecucion descrita anteriormente, algunos o todos los materiales principales de las capas mixtas son diferentes entre sf.
En otra forma de ejecucion de la invencion se trata de tres o mas capas mixtas, que estan dispuestas entre los electrodos y contraelectrodos.
En otra forma de ejecucion de la invencion, adicionalmente a las citadas capas mixtas estan presentes otras capas aisladas o mixtas fotoactivas.
En otra forma de ejecucion de la invencion, entre el sistema de capas mixtas y un electrodo esta presente otra capa organica.
En otra forma de ejecucion de la invencion, entre el sistema de capas mixtas y el contraelectrodo esta presente al menos otra capa organica.
En otra forma de ejecucion de de la invencion, una o varias de las capas organicas adicionales son capas wide-gap dopadas, situandose el maximo de absorcion en < 450nm.
En otra forma de ejecucion de la invencion, al menos dos materiales principales de las capas mixtas presentan diversos espectros de absorcion opticos.
En otra forma de ejecucion de la invencion, los materiales principales de las capas mixtas presentan diversos espectros de absorcion opticos, que se complementan redprocamente para cubrir un intervalo espectral lo mas amplio posible.
En otra forma de ejecucion de la invencion, el intervalo de absorcion de al menos uno de los materiales principales de las capas mixtas se extiende en la zona de infrarrojo.
En otra forma de ejecucion de la invencion, el intervalo de absorcion de al menos uno de los materiales principales de las capas mixtas se extiende en la zona de infrarrojo, en el intervalo de longitudes de onda de >700 nm a 1500 nm.
En otra forma de ejecucion de la invencion, los niveles HOMO y LUMO de los materiales principales estan adaptados de modo que el sistema posibilita una tension en vado maxima, una corriente de cortocircuito maxima y un factor de carga maximo.
se trata de moleculas reducidas.
En otra forma de ejecucion de la invencion, en el caso de los materiales organicos empleados para las capas mixtas se trata de polfmeros al menos parcialmente.
En otra forma de ejecucion de la invencion, al menos una de las capas mixtas fotoactivas contiene como aceptor un 5 material del grupo de fulerenos, o bien derivados de fulereno (C60, C70, etc.).
En otra forma de ejecucion de la invencion, todas las capas mixtas fotoactivas contienen como aceptor un material del grupo de fulerenos, o bien derivados de fulereno (C60, C70, etc.).
En otra forma de ejecucion de la invencion, al menos una de las capas mixtas fotoactivas contiene como donador un material de la clase de ftalocianinas, derivados de perileno, derivados de TPD, oligotiofenos, o un material como se 10 describe en el documento WO2006092134.
En otra forma de ejecucion de la invencion, al menos una de las capas mixtas fotoactivas contiene como aceptor el material fulereno C60, y como donador el material 4P-TPD.
En otra forma de ejecucion de la invencion, los contactos estan constituidos por metal, un oxido conductivo, en especial ITO, ZnO:Al u otros TCOs, o un polfmero conductivo, en especial PEDOT:PSS o PANI.
15 En el sentido de la invencion tambien son posibles pilas solares de polfmero, que contienen dos o mas capas mixtas fotoactivas, siendo directamente adyacentes las capas mixtas. No obstante, en el caso de pilas solares de polfmero existe el problema de que los materiales se aplican a partir de disolucion, y por consiguiente otra capa aplicada conduce muy facilmente a que las capas situadas por debajo se desprendan, se disuelvan, o se modifiquen en su morfologfa. Por lo tanto, en el caso de pilas solares de polfmero se pueden obtener capas mixtas multiples solo de 20 manera muy limitada, y tambien solo al emplearse diferentes sistemas de material y disolvente, que no ejercen o ejercen apenas influencia entre sf. Pilas solares constituidas por moleculas reducidas tienen en este caso una ventaja muy clara, ya que mediante el proceso de vaporizacion en vacfo se puede apilar cualquier sistema y capa y, por consiguiente, la ventaja de la estructura de capas mixtas multiples se puede utilizar muy ampliamente, y realizar con cualquier combinacion de materiales. Ademas, la incorporacion de capas mixtas multiples en estructuras pin (o 25 nip) con dopaje n y p controlado es muy ventajosa. En el sentido de la presente invencion, se entiende por moleculas reducidas moleculas no polfmeras organicas, fotoactivas.
En sistemas de capas mixtas multiples se presentan problemas de transporte para los soportes de carga de manera acrecentada. Este transporte se facilita claramente mediante el campo incorporado de la estructura pin. Ademas, las capas mixtas multiples dentro de una estructura pin se pueden desplazar con capas de transporte wide-gap, para 30 conseguir una absorcion maxima. A tal efecto, tambien puede ser muy ventajoso cambiar la estructura pin a una estructura nip. Especialmente si los diversos materiales en las capas mixtas multiples absorben en diferentes intervalos de longitud de onda, mediante una seleccion apropiada de la estructura (pin o nip), o bien una seleccion apropiada de los grosores de capa de las capas de transporte, los diversos materiales se pueden posicionar respectivamente en la posicion optima respecto a la distribucion de intensidad de la luz dentro del elemento de 35 construccion. Especialmente en pilas tandem, esta optimizacion es muy importante para conseguir una compensacion de fotocorrientes de pilas aisladas, y por consiguiente un grado de accion maximo.
En materiales organicos no polfmeros, las denominadas moleculas reducidas, la temperatura de vaporizacion en vacfo depende estrechamente de las interacciones intermoleculares. Si estas interacciones son muy pronunciadas, esto conduce a una temperatura de vaporizacion elevada.
40 En el sentido de la invencion, bajo el concepto de temperatura de vaporizacion se entiende aquella temperatura que se requiere para conseguir una velocidad de vaporizacion de 0,1 nm/s en la posicion del substrato con una geometna de evaporador dada (referencia: fuente con un orificio circular (1 cm de diametro) a una distancia de 30 cm y un substrato superpuesto perpendicularmente), y un vacfo en el intervalo de 10"4 a 10"1° mbar. En este caso es imprescindible si se trata de una vaporizacion en sentido estricto (transicion de la fase lfquida a la fase gaseosa), o 45 de una sublimacion.
Por lo tanto, en el caso de formacion de capa mediante vaporizacion se producen preferentemente aquellas estructuras en las que se maximizan las interacciones intermoleculares dentro de la capa, de modo que en la superficie de la capa se evitan las interfases que entran en fuertes interacciones.
En el caso de capas mixtas, esto conduce a que sedimente en la superficie preferentemente el componente que 50 presenta fuerzas de interaccion relativamente debiles, es decir, este componente “flota“ en cierto alcance en la formacion de capa. Materiales con interaccion relativamente debil entre las moleculas se distinguen normalmente por un bajo punto de fusion (por ejemplo < 100°C), o una baja temperatura de transicion vftrea (por ejemplo < 150°C).
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Si en el caso del “componente de interaccion mas debil“ se trata del componente donador de la capa mixta - en especial en el caso de crecimiento sobre substrato calentado, o en el caso de temperado porterior -, existe la tendencia a producirse una capa muy delgada (es decir, al menos una monocapa) en la superficie, que esta constituida casi exclusivamente por el material donador. Esta disgregacion, o bien esta “flotacion" se puede producir, o bien favorecer tambien mediante otros procesos, como por ejemplo tratamiento con disolvente (durante la obtencion de la capa o posteriormente) o mediante el metodo de precipitacion de una capa por medio de precipitacion en fase gaseosa organica (Organic Vapour Phase Deposition (OVPD)). La monocapa “que flota en la superficie" del componente donador presenta, por consiguiente, peores propiedades de transporte de electrones, e impide el transporte de electrones fotogenerados en una estructura pin. Por el contrario, un transporte de huecos fotogenerados en este sentido es posible sin problema, ya que en el caso del componente donador se trata ciertamente de un material que transporta preferentemente huecos.
El problema descrito anteriormente se presenta de modo preferente si el material donador tiene una temperatura de vaporizacion en vado que se situa al menos 150°C por debajo de la temperatura de vaporizacion del material aceptor. No obstante, es absolutamente posible que ya a una diferencia de vaporizacion de 100°C o menor tenga lugar una “flotacion".
Las pilas solares organicas, descritas en la bibliograffa, a partir de deposicion en vado de moleculas organicas no polfmeras, las denominadas moleculas reducidas, estan constituidas, excepto algunas excepciones (Drechsel, Org. Electron., 5, 175 (2004); J. Drechsel, Synthet. Metal., 127, 201-205 (2002)), de modo que el denominado contacto basico, sobre el que se precipitan las capas organicas, forma el anodo (si la estructura comprende exclusivamente capa conductora de huecos o p-dopada, esta limita con el contacto basico). En el caso del anodo se trata generalmente de un oxido tranasparente (frecuentemente oxido de indio-estano, abreviado ITO; no obstante, tambien se puede tratar de ZnO:Al), aunque tambien puede ser una mezcla metalica o una capa constituida por un polfmero conductivo. Tras precipitacion del sistema de capas organico, que comprende la capa mixta fotoactiva, se precipita un catodo - en la mayor parte de los casos metalico -.
Esta estructura tiene por consecuencia que los huecos formados en la capa mixta fotoactiva se deben evacuar hacia el substrato (anodo), mientras que los electrones fotogenerados se deben mover del substrato en direccion al catodo. No obstante, como se describe anteriormente, esto es problematico si se llega a una “flotacion“ del componente donador en la precipitacion o tratamiento subsiguiente de la capa mixta.
Este problema se agrava tanto mas cuanto mas cerca del equilibro termico tiene lugar el crecimiento de la capa mixta. Por lo tanto, la ventaja de un orden mejorado en el volumen en el caso de crecimiento mas proximo al equilibrio (nanokristalline statt amorphe Struktur, vgl. M. Hiramoto et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, 444, pp. 33-40; M. Rusu et al., Thin Solid Film, 2008, 516, pp. 7160-7166) se frustra debido a un problema creciente en la interfase.
En otra forma de ejecucion, en el caso de una combinacion donador-aceptor, en la que tiene lugar al menos una “flotacion“ parcial del material donador en la capa mixta, se emplea un orden de capas invertido, teniendo lugar la precipitacion en el catodo (lado n abajo, por ejemplo estructura n-i-p), y los electrones fotogenerados deben abandonar la capa mixta en direccion al substrato, y los electrones fotogenerados en sentido del contraelectrodo, siendo ambos posibles sin problema. De este modo se consigue por una parte un orden conveniente en la capa mixta, y simultaneamente no se presentan problemas de transporte en la interfase de la capa mixta.
Para la estructura invertida descrita anteriormente (estructura n-i-p, i-p o n-i) puede ser que en el elemento de construccion se presenten problemas de contacto en el electrodo que se encuentra sobre el substrato y/o el contraelectrodo: normalmente, en la estructura p-i-n clasica, el electrodo que se encuentra sobre el substrato tiene un contacto con la capa p, y el contraelectrodo tiene un contacto con la capa n. Estos contactos funcionan muy bien, o bien los sistemas de contacto y materiales de contacto se han optimizado entre tanto, de modo que en este caso no se producen perdidas. Como posible solucion para la estructura invertida, ambos sistemas de contacto nuevos electrodo/capa n y capa p/contraelectrodo se optimizan ahora nuevamente (por ejemplo mediante seleccion apropiada de materiales, o bien condiciones de obtencion apropiadas). Otra posibilidad de solucion consiste en incorporar en los electrodos un contacto de conversion (pn o np), de modo que se obtiene a su vez los viejos sistemas de contacto electrodo/capa p y capa n/contraelectrodo. Posibles estructuras a tal efecto son, por ejemplo, pnip, nipn o pnipn.
Otra forma de ejecucion del elemento de construccion segun la invencion consiste en que, entre la primera capa conductora de electrones (capa n) y el electrodo que se encuentra sobre el substrato, esta presente aun una capa p- dopada, de modo que se trata de una estructura pnip o pni, seleccionandose el dopaje preferentemente tan elevado que el contacto pn directo no tiene una accion de bloqueo, sino que se llega a recombinacion pobre en perdidas, preferentemente a traves de un proceso de tunel.
En otra forma de ejecucion de la invencion, en el elemento de construccion entre la capa i fotoactiva y el electrodo que se encuentra sobre el substrato puede estar presente aun una capa p-dopada, de modo que se trata de una
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estructura pip o pi, teniendo la capa p-dopada adicional una posicion de nivel de Fermi que se situa a lo sumo 0,4 eV, pero preferentemente menos de 0,3 eV por debajo del nivel de transporte de electrones de la capa i, de modo que se puede llegar a extraccion de electrones pobre en perdida de la capa i a esta capa p.
Otra forma de ejecucion del elemento de construccion segun la invencion consiste en que esta presente aun un sistema de capas p entre la capa p-dopada y el contraelectrodo, de modo que se trata de una estructura nipn o ipn, seleccionandose preferentemente el dopaje tan elevado que el contacto pn directo no tiene una accion de bloqueo, sino que se llega a recombinacion pobre en perdidas, preferentemente a traves de un proceso de tunel.
En otra forma de ejecucion, en el elemento de construccion puede estar presente aun un sistema de capas n entre la capa intrmseca, fotoactiva, y el contraelectrodo, de modo que se trata de una estructura nin o in, teniendo la capa n- dopada adicional una posicion de nivel de Fermi que se situa a lo sumo 0,4 eV, pero preferentemente menos de 0,3 eV por encima del nivel de transporte de huecos de la capa i, de modo que se puede llegar a extraccion de huecos pobre en perdidas de la capa i a esta capa n.
Otra forma de ejecucion del elemento de construccion segun la invencion consiste en que el elemento de construccion contiene un sistema de capas n y/o un sistema de capas p, de modo que se trata de una estructura pnipn, pnin, pipn- o p-i-n-Struktur, que se distinguen en todos los casos por que - independientemente del tipo de conduccion - la capa limitante con la capa i fotoactiva del lado del substrato tiene un trabajo de salida termico menor que la capa limitante con la capa i opuesta al substrato, de modo que se transportan electrones fotogenerados preferentemente hacia el substrato si no se aplica una tension externa en el elemento de construccion.
En otra forma de ejecucion de la invencion se conectan en serie varios contactos de conversion, de modo que se trata de una estructura npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn o pnpnpnipnpnpn.
En un perfeccionamiento preferente de las estructuras descritas anteriormente, estas son realizadas como pila solar tandem o pila solar multiple. De este modo, en el caso del elemento de construccion se puede tratar de una pila tandem constituida por una combinacion de estructuras nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin o pipn, en la que varias combinaciones independientes, que contienen al menos una capa i, estan apiladas (combinaciones cruzadas).
En una forma especialmente preferente de ejecucion de las estructuras descritas anteriormente, esta es realizada como una pila tandem pnipnipn.
En tales pilas de apilamiento es especialmente importante el balance de corrientes generadas en las pilas aisladas, es decir, el numero de fotones absorbidos y transformados en soportes de carga. Si, por ejemplo, en una pila tandem pinpin con dos sistemas absorbentes diferentes en una capa mixta se presentara el problema de “flotacion“ descrito anteriormente, esta capa mixta generara, por lo tanto, menor corriente, o bien dispusiera de un peor factor de carga, y de este modo se redujera la pila solar tandem en sus propiedades (la pila parcial mas debil limita el elemento de construccion en su totalidad con su corriente generada menor, o bien con su peor factor de carga (FF), es decir, tampoco la otra pila parcial puede agotar ya su potencial), el problema se soluciona segun la invencion al cambiarse a una estructura nipnip invertida, o a otra de las estructuras descritas anteriormente.
En otra forma de ejecucion, el material aceptor en la capa mixta se presenta en forma cristalina al menos parcialmente.
En otra forma de ejecucion, el material donador en la capa mixta se presenta en forma cristalina al menos parcialmente.
En otra forma de ejecucion, tanto el material aceptor, como tambien el material donador en la capa mixta se presentan en forma cristalina al menos parcialmente.
En otra forma de ejecucion, el material aceptor dispone de un maximo de absorcion en el intervalo de longitudes de onda > 450nm.
En otra forma de ejecucion, el material donador dispone de un maximo de absorcion en el intervalo de longitudes de onda > 450nm.
En otra forma de ejecucion, el sistema de capas i fotoactivo contiene, adicionalmente a la capa mixta citada, otras capas aisladas o mixtas fotoactivas.
En otra forma de ejecucion, el sistema de material n esta constituido por una o varias capas.
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En otra forma de ejecucion, el sistema de material p esta constituido por una o varias capas.
En otra forma de ejecucion, el sistema de material n contiene una o varias capas wide-gap dopadas. El concepto capas wide-gap define en este caso capas con un maximo de absorcion en el intervalo de longitudes de onda < 450 nm.
En otra forma de ejecucion, el sistema de material p contiene una o varias capas wide-gap dopadas.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene una capa p-dopada entre la primera capa conductora de electrones (capa n) y el electrodo que se encuentra sobre el substrato, de modo que se trata de una estructura pnip o pni.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene una capa p-dopada entre la capa i fotoactiva y el electrodo que se encuentra sobre el substrato, de modo que se trata de una estructura pip o pi, teniendo la capa p- dopada adicional una posicion de nivel de Fermi que se situa a lo sumo 0,4 eV, pero preferentemente menos de 0,3 eV por debajo del nivel de transporte de electrones de la capa i.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene un sistema de capas n entre la capa p-dopada y el contraelecrodo, de modo que se trata de una estructura nipn o ipn.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene un sistema de capas n entre la capa i fotoactiva y el contraelectrodo, de modo que se trata de una estructura nin o in, teniendo la capa n-dopada adicional una posicion de nivel de Fermi que se situa a lo sumo 0,4 eV, pero preferentemente menos de 0,3 eV por encima del nivel de transporte de huecos de la capa i.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene un sistema de capas n y/o un sistema de capas p, de modo que se trata de una estructura pnipn, pnin, pipn- o p-i-n.
En otra forma de ejecucion, el sistema de material p adicional y/o el sistema de material n adicional contiene una o varias capas wide-gap dopadas.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion contiene otros sistemas de capas n y/o sistemas de capas p, de modo que se trata, por ejemplo, de una estructura npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn o pnpnpnipnpnpn.
En otra forma de ejecucion, uno o varios sistemas de material p adicionales y/o los sistemas de material n adicionales contienen una o varias capas wide-gap dopadas.
En otra forma de ejecucion, en el caso del elemento de construccion se trata de una pila tandem constituida por una combinacion de estructuras aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin o pipn.
En otra forma de ejecucion, en el caso de los materiales organicos se trata de moleculas reducidas. En el sentido de la invencion, bajo el concepto moleculas reducidas se entiende monomeros que se vaporizan, y de este modo se pueden precipitar sobre el substrato.
En otra forma de ejecucion, en el caso de los materiales organicos se trata al menos parcialmente de polfmeros, pero estando formada por moleculas reducidas al menos una capa i fotoactiva.
En otra forma de ejecucion, el material aceptor es un material del grupo de fulerenos, o bien derivados de fulereno (preferentemente C60 o C70) o un derivado de PTCDI (derivado de perilen-3,4,9-10-bis(dicarboximida)).
En otra forma de ejecucion, el material donador es un oligomero, en especial un oligomero segun el documento WO2006092134, un derivado de porfirina, un derivado de pentaceno o un derivado de perileno, como DIP (di- indeno-perileno), DBP (di-benzoperileno).
En otra forma de ejecucion, el sistema de material p contiene un derivado de TPD (dfmero de trifenilamina), un espiro-compuesto, como espiroxano, espiroxazina, MeO-TPD (N,N,N',N'-tetraquis(4-metoxifenil)-benzidina), Di-NPB (N,N'-difenil-N,N,-bis(N,N,-di(1-naftil)-N,N,-difenil-(1,1,-bifenil) 4,4'-diamina), MTDATA (4,4',4" -tris-(N-3-metilfenil-N- fenil-amina)-trifenilamina), TNATA (4,4',4"-tris[N-(1-naftil)-N-fenil-amino]-trifenilamina), BPAPF (9,9-bis{4-[di-(p- bifenil)aminofenil]}fluoreno), NPAPF (9,9-bis[4-(N,N'-bis-naftalen-2-il-amino)fenil]-9H-fluoreno), espiro-TAD (2,2',7,7'- tetrakis-(difenilamino)-9,9'-espirobifluoreno), PV-TPD (N,N-di-4-2,2-difenil-eten-1-il-fenil-N,N-di-4-
metilfenilfenilbenzidina), 4P-TPD (4,4'-bis-(N,N-difenilamino)-tetrafenilo), o un material p descrito en el documento DE102004014046.
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En otra forma de ejecucion, el sistema de material n contiene fulerenos, como por ejemplo C60, C70; NTCDA (dianhndrido 1,4,5,8-na1taleno-tetracarbox^lico), NTCDI (diimida na1taleno-tetracarbox^lica) o PTCDI (perilen-3,4,9,10- bis(dicarboximida)).
En otra forma de ejecucion, el sistema de material p contiene una substancia de dopaje p, siendo esta substancia de dopaje p F4-TCNQ, una substancia de dopaje p como se describe en los documentos DE10338406, DE10347856, DE10357044, DE102004010954, DE102006053320, DE102006054524 y DE102008051737, o un oxido de metal de transicion (VO, WO, MoO, etc.).
En otra forma de ejecucion, el sistema de material n contiene una substancia de dopaje n, siendo esta substancia de dopaje un derivado de TTF (derivado de tetratiafulvaleno) o derivado de DTT (ditienotiofeno), una substancia de dopaje n como se describe en los documentos DE10338406, DE10347856, DE10357044, DE102004010954, DE102006053320, DE102006054524 y DE102008051737, o Cs, Li o Mg.
En otra forma de ejecucion un electrodo es transparente, con una transmision > 80 % y el otro electrodo es reflectante, con una reflexion > 50 %.
En otra forma de ejecucion, el elemento de construccion es semitransparente, con una transmision de 10-80 %.
En otra forma de ejecucion, los electrodos estan constituidos por un metal (por ejemplo Al, Ag, Au o una combinacion de los mismos) un oxido conductivo, en especial ITO, ZnO:Al u otro TCO (Transparent Conductive Oxide), un polfmero conductivo, en especial PEDOT/PSS poli(3,4-etilendioxitiofeno)poli(estirenosulfonato) o PANI (polianilina), o por una combinacion de estos materiales.
En otra forma de ejecucion, los materiales organicos empleados presentan un punto de fusion reducido, preferentemente < 100°C.
En otra forma de ejecucion, los materiales organicos empleados presentan una temperatura de transicion vftrea reducida, preferentemente < 150°C.
En otra forma de ejecucion de la invencion, mediante empleo de trampas de luz se aumenta la via optica de la luz incidente en el sistema activo.
En otra forma de ejecucion de la invencion, el elemento de construccion es realizado como pila solar pin organica, o bien pila solar tandem pin organica. En este caso se denomina pila tandem solar una pila solar que esta constituida por un lote vertical de dos pilas solares conectadas en serie.
En otra forma de ejecucion, la trampa de luz se realiza al montarse el elemento de construccion sobre un substrato microestructurado periodicamente, y al garantizarse la funcion homogenea del elemento de construccion, es decir, un contacto sin cortocircuito y una distribucion homogenea de campo electrico a traves del area total, mediante el empleo de una capa wide-gap dopada. Elementos de construccion ultrafinos presentan un peligro elevado de formacion de cortocircuitos locales sobre substratos estructurados, de modo que mediante tal inhomogeneidad evidente se pone en peligro en ultimo termino la funcionalidad del elemento de construccion total. Este peligro de cortocircuito se reduce mediante el empleo de las capas de transporte dopadas.
En otra forma de ejecucion de la invencion, la trampa de luz se realiza al montarse el elemento de construccion sobre un substrato microestructurado periodicamente, y al garantizarse la funcion homogenea del elemento de construccion, su contacto sin cortocircuito y una distribucion homogenea de campo electrico a traves del area total, mediante el empleo de una capa wide-gap dopada. En este caso es especialmente ventajoso que la luz pase al menos dos veces por la capa absorbente, lo que puede conducir a una absorcion de la luz elevada y de este modo a un grado de accion de la pila solar mejorado. Esto se puede conseguir, a modo de ejemplo (fig. 2) al presentar el substrato estructuras piramidales sobre la superficie, con alturas (h) y anchuras (d) respectivamente en el intervalo de uno a varios cientos de micrometros. Altura y anchura se pueden seleccionar iguales o diferentes. Del mismo modo, las piramides pueden ser estructuradas simetrica o asimetricamente.
En otra forma de ejecucion de la invencion, la trampa de luz se realiza al tener una capa wide-gap dopada una interfase lisa respecto a la capa i, y una interfase rugosa respecto al contacto reflectante. La interfase rugosa se puede conseguir, a modo de ejemplo, mediante una microestructuracion periodica. La interfase rugosa es especialmente ventajosa si la luz se refleja de manera difusa, lo que conduce a una prolongacion de la via lummica dentro de la capa fotoactiva.
En otra forma de ejecucion, la trampa de luz se realiza al montarse el elemento de construccion sobre un substrato microestructurado periodicamente, y al tener una capa wide-gap dopada una interfase lisa respecto a la capa i y una
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interfase rugosa respecto al contacto reflectante.
En otra forma de ejecucion de la invencion, la estructura total esta provista de contacto basico y cubriente transparente.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se emplean sobre superficies curvadas, como por ejemplo hormigon, tejas, arcilla, luna de automovil, etc. En este caso es ventajoso que las pilas solares organicas segun la invencion se puedan aplicar sobre soportes flexibles, como laminas, materiales textiles, etc., frente a pilas solares inorganicas convencionales.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se aplican sobre una lamina o material textil, que presenta un agente adhesivo, como por ejemplo un pegamento, en el lado opuesto al sistema de capas organico segun la invencion. De este modo es posible obtener una lamina adhesiva solar que, segun demanda, se puede disponer sobre cualquier superficie. De este modo se puede generar una pila solar autoadhesiva.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion presentan otro agente adhesivo en forma de una union tipo velcro.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se emplean en combinacion con tampon de energfa, o bien medio de almacenaje de energfa, como por ejemplo acumuladores, condensadores, etc., para la conexion a consumidores, o bien aparatos.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se emplean en combinacion con batenas de pelfcula delgada.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se emplean en superficies curvadas, como por ejemplo hormigon, tejas, arcilla, luna de automovil, etc. En este caso es ventajoso que las pilas solares organicas segun la invencion se puedan aplicar sobre soportes flexibles, como laminas, materiales textiles, etc., frente a pilas solares inorganicas convencionales.
En otra forma de ejecucion, los elementos de construccion fotoactivos segun la invencion se aplican sobre una lamina o material textil, que presenta un agente adhesivo, como por ejemplo un pegamento, en el lado opuesto al sistema de capas organico segun la invencion. De este modo es posible obtener una lamina adhesiva solar que, segun demanda, se puede disponer sobre cualquier superficie. De este modo se puede generar una pila solar autoadhesiva.
En otra forma de ejecucion, las pilas solares organicas segun la invencion presentan otro agente adhesivo en forma de una union tipo velcro.
A continuacion se debe explicar la invencion detenidamente por medio de algunos ejemplos de ejecucion y figuras. Muestran en
la figura 1 una representacion esquematica de la distribucion de intensidad modificada del espectro solar dentro del elemento de construccion, asf como del vector de luz, efectuandose la fluorescencia y la fosforescencia en todas las direcciones espaciales,
la figura 2 la representacion esquematica de una estructura de un elemento de construccion fotoactivo segun la invencion sobre substrato microestructurado,
la figura 3 una representacion esquematica de la seccion transversal de un elemento de construccion segun la invencion con un sistema de capas de cavitacion,
la figura 4 una representacion esquematica de la seccion transversal de un elemento de construccion segun la invencion, y en
la figura 5 una representacion de curvas de estabilidad de un elemento de construccion segun la invencion con capa de pasivacion en comparacion con un elemento de construccion fotoactivo correspondiente al estado de la tecnica.
Ejemplos de ejecucion
En un primer ejemplo de ejecucion de la invencion, en la figura 2 se emplea una trampa de luz para la prolongacion de la via optica de la luz incidente en el sistema activo.
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En este caso, la trampa de luz se realiza al montarse el elemento de construccion sobre un substrato microestructurado periodicamente, y al garantizarse la funcion homogenea del elemento de construccion, su contacto sin cortocircuito y una distribucion homogenea del campo electrico a traves del area total, mediante el empleo de una capa wide-gap dopada. En este caso es especialmente ventajoso que la luz pase al menos dos veces por la capa absorbente, lo que puede conducir a una absorcion de luz elevada, y de este modo a un grado de accion de la pila solar mejorado. Esto se puede conseguir, a modo de ejemplo como en la figura 2, al presentar el substrato estructuras piramidales sobre la superficie, con alturas (h) y anchuras (d) respectivamente en el intervalo de uno a varios cientos de micrometros. Altura y anchura se pueden seleccionar iguales o diferentes. Del mismo modo, las piramides pueden ser estructuradas simetrica o asimetricamente. La anchura de las estructuras piramidales se situa en este caso entre 1 pm y 200 pm. La altura de las estructuras piramidales se puede situar entre 1 pm y 1 mm.
Notacion fig. 2:
1pm < d < 200pm
1pm < h < 1mm
11: substrato
12: electrodo; por ejemplo; z.B. ITO o metal (10 -200nm)
13: sistema de capas HTL o ETL (10 - 200nm)
14: capa mixta absorbente 1 (10 - 200nm)
15: capa mixta absorbente 2 (10 - 200nm)
16: sistema de capas HTL o ETL (10 - 200nm)
17: capa de pasivacion (1nm - 200nm)
18: electrodo; por ejemplo ITO o metal (10 - 200nm)
19: via de la luz incidente
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo segun la invencion presenta la siguiente estructura ejemplar:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. sistema de capas fotoactivo 1
5. sistema de capas de transporte n
6. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
7. sistema de capas de transporte p
8. sistema de capas fotoactivo 2
9. sistema de capas de transporte n
10. electrodo
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1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. sistema de capas fotoactivo 1
5. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
6. sistema de capas de transporte p
7. sistema de capas fotoactivo 2
8. sistema de capas de transporte n
9. electrodo O:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. sistema de capas fotoactivo 1
5. sistema de capas de transporte n
6. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
7. sistema de capas fotoactivo 2
8. sistema de capas de transporte n
9. electrodo O:
1. electrodo
2. sistema de capas de transporte p
3. sistema de capas fotoactivo 1
4. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
5. sistema de capas fotoactivo 2
6. sistema de capas de transporte n
7. capa de pasivacion
8. electrodo
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo segun la invencion presenta como una pila tandem pin o pila multiple pin, encontrandose al menos un sistema de capas de cavitacion dentro de uno de los
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sistemas fotoactivos, la siguiente estructura ejemplar:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. combinacion de sistema de capas fotoactivo 1 y sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
5. sistema de capas de transporte n (tambien se puede suprimir en caso dado)
6. sistema de capas de transporte p (tambien se puede suprimir en caso dado)
7. sistema de capas fotoactivo 2
8. sistema de capas de transporte n
9. electrodo O:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. sistema de capas fotoactivo 1
5. sistema de capas de transporte n (tambien se puede suprimir en caso dado)
6. sistema de capas de transporte p (tambien se puede suprimir en caso dado)
7. combinacion de sistema de capas fotoactivo 2 y sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
8. sistema de capas de transporte n
9. electrodo
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo segun la invencion presenta como una pila tandem pin o pila multiple pin, encontrandose al menos un sistema de capas de cavitacion en uno de los electrodos, la siguiente estructura ejemplar:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
4. sistema de capas de transporte p (tambien se puede suprimir en caso dado)
5. sistema de capas fotoactivo 1
6. sistema de capas de transporte n
7. sistema de capas de transporte p
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8. sistema de capas fotoactivo 2
9. sistema de capas de transporte n
10. electrodo O:
1. electrodo
2. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
3. capa de pasivacion
4. sistema de capas de transporte p (tambien se puede suprimir en caso dado)
5. sistema de capas fotoactivo 1
6. sistema de capas de transporte n
7. sistema de capas de transporte p
8. sistema de capas fotoactivo 2
9. sistema de capas de transporte n
10. electrodo O:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de transporte p
4. sistema de capas fotoactivo 1
5. sistema de capas de transporte n
6. sistema de capas de transporte p
7. sistema de capas fotoactivo 2
8. sistema de capas de transporte n (tambien se puede suprimir en caso dado)
9. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
10. electrodo
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo segun la invencion presenta el siguiente orden de capas:
1. electrodo
2. capa de pasivacion
3. sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion)
5
10
15
20
25
30
4. sistema de capas de transporte p
5. sistema de capas fotoactivo 1
6. sistema de capas de transporte n
7. sistema de capas de transporte p
8. sistema de capas fotoactivo 2
9. sistema de capas de transporte n (tambien se puede suprimir en caso dado)
10. electrodo
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo en la fig. 3 segun la invencion presenta el siguiente orden de capas:
substrato de vidrio 1,
contacto basico ITO 2,
capa de transporte de electrones (ETL) 3,
sistema de capas doble i activo 4P-TPD:C60 / DCV6T:C60 4,5,
capa de transporte de huecos p-dopada (HTL) 6,
sistema de capas de cavitacion (por ejemplo semitransparente y/o dependiente de la longitud de onda y/o sensible a la polarizacion) 7,
capa de pasivacion (oxido de molibdeno) 8, contacto cubriente (por ejemplo oro) 9.
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo en la fig. 4 segun la invencion presenta el siguiente orden de capas:
substrato de vidrio 1,
contacto basico ITO 2,
capa de transporte de electrones (ETL) 3,
sistema de capas doble i activo 4P-TPD:C60 / DCV6T:C60 4,5,
capa de transporte de huecos p-dopada (HTL) 6,
capa de pasivacion (oxido de molibdeno) 8,
contacto cubriente (por ejemplo oro) 9.
En otro ejemplo de ejecucion, el elemento de construccion fotoactivo segun la invencion presenta el siguiente orden de capas:
"sin oxido metalico" (muestra de referencia segun el estado de la tecnica):
vidrio / ITO / capa de transporte de carga 1 / capa de transporte de carga 2 / capa mixta absorbente / capa de transporte de carga 3 / capa de transporte de carga 4 / aluminio.
"con oxido metalico" (ejemplo de ejecucion segun la invencion):
5
10
15
20
25
vidrio / ITO / capa de transporte de carga 1 / capa de transporte de carga 2 / capa mixta absorbente / capa de transporte de carga 3 / capa de transporte de carga 4 / oxido metalico / aluminio.
En la correspondiente fig. 5 se representan las curvas de estabilidad a lo largo del tiempo de elementos de construccion fotoactivos con y sin una capa de pasivacion constituida por un oxido metalico. Como se puede extraer de la fig. 5, los elementos de construccion fotoactivos con capa de pasivacion presentan un penodo de aplicacion mas largo.
Lista de signos de referencia
1 Substrato
2 Contacto basico (electrodo)
3 Capa de transporte de electrones (ETL)
4 Sistema de capas doble i activo 1
5 Sistema de capas doble i activo 2
6 Capa de transporte de huecos p-dopada (HTL)
7 Sistema de capas de cavitacion (8 capa de pasivacion)
9 Contacto cubriente (electrodo)
10 Electrodo
11 Substrato
12 Electrodo
13 Sistema de capas HTL o ETL
14 Capa mixta absorbente 1
15 Capa mixta absorbente 2
16 Sistema de capas HTL o ETL
17 Capa de pasivacion
18 Electrodo
19 Via de la luz incidente
Claims (10)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. - Pila solar organica simple, tandem o multiple con dos electrodos (2, 9), estando dispuesto un electrodo (2) sobre un substrato (1) y un electrodo como contraelectrodo superior (9), y entre los electrodos (2, 9) un sistema de capas fotoactivo (4, 5), asf como al menos una capa de transporte de soportes de carga no dopada, parcialmente dopada o dopada (3, 6), que esta dispuesta entre los electrodos (2, 9) y el sistema de capas fotoactivo (4, 5), caracterizada por que entre el sistema de capas fotoactivo (4, 5) y el contraelectrodo superior (9) se encuentra una capa de pasivacion (8) constituida por oxido de molibdeno o por oxido de molibdeno dopado completa o parcialmente, y limitando la capa de pasivacion (8) directamente con el contraelectrodo superior (9), encontrandose esta dentro del contraelectrodo superior (9), o encontrandose al menos otra capa adicional (7) entre la capa de pasivacion (8) y el contraelectrodo superior (9), y limitando la capa de pasivacion (8) directamente con una capa de transporte dopada, parcialmente dopada o no dopada (6).
- 2. - Elemento de construccion fotoactivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que dentro de al menos una de las pilas, o al menos entre dos pilas adyacentes, esta dispuesto ademas al menos un sistema de capas de cavitacion (7), que modifica la distribucion de campo optica dentro del elemento de construccion.
- 3. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que en el caso del elemento de construccion se trata de una pila aislada pin, pila tandem pin, pila multiple pin, pila aislada nip, pila tandem nip o pila multiple nip.
- 4. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el contraelectrodo superior esta constituido por un metal, un oxido transparente conductivo, por una capa organica dopada, por cristales organicos, un polfmero conductivo, por un material de electrodo o por combinaciones de los materiales citados anteriormente.
- 5. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento de construccion esta constituida por una combinacion de estructuras nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin o pipn, en la que se estan apiladas varias combinaciones independientes, que contienen al menos una capa i.
- 6. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que las capas del sistema de capas del elemento de construccion estan configuradas como una trampa de luz que prolonga la via optica de la luz incidente.
- 7. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento de construccion fotoactivo esta dispuesto sobre materiales soporte flexibles, que se pueden disponer sobre areas soporte curvadas o flexibles.
- 8. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que las capas organicas estan constituidas al menos parcialmente por moleculas reducidas, al menos parcialmente por polfmeros, o por una combinacion de moleculas reducidas y polfmeros.
- 9. - Pila solar organica segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento de construccion es semitransparente al menos en un cierto intervalo de longitudes de onda de la luz.
- 10. - Empleo de una pila solar organica segun una de las reivindicaciones 1 a 9 sobre areas soporte planas, curvadas o flexibles.
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