CN111192962A - 光电转换器件及有机传感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电转换器件及有机传感器和电子设备。光电转换器件包括彼此面对的第一电极和第二电极、在所述第一电极和所述第二电极之间且配置为吸收在光的波长谱的至少一部分中的光并将其转换为电信号的光电转换层、以及在所述第一电极和所述光电转换层之间且具有比光电转换层的电荷迁移率高的电荷迁移率的有机辅助层。有机传感器可包括所述光电转换器件。电子设备可包括所述有机传感器。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月14日和2019年10月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0139826和10-2019-0129094的优先权和权益，将其全部内容通过引用引入本文中。
技术领域
公开了光电转换器件、有机传感器和电子设备。
背景技术
光电转换器件可接收入射光并将接收的入射光转换为电信号。光电转换器件可包括光电二极管和光电晶体管，并且可应用于(“被包括在”)有机传感器、光电检测器、太阳能电池等中。
有机传感器可具有更高的分辨率且因此可具有更小的像素尺寸。有机传感器可包括硅光电二极管。基于有机传感器的减小的像素尺寸，有机传感器中的硅光电二极管的灵敏度可劣化，因为硅光电二极管的吸收面积可减小。因此，已经研究了能够替代有机传感器的光电二极管中的硅的有机材料。
有机材料具有高的消光系数并被配置为取决于有机材料的分子结构选择性地吸收光的特定波长谱中的光，且因此可同时替代有机传感器的光电二极管和滤色器，并从而改善有机传感器的灵敏度和有助于有机传感器的高度集成。
然而，因为这样的有机材料呈现出由于高结合能导致的与硅的特性不同的特性以及与这样的有机材料相关的复合(重组，recombination)行为，从而难以精确预测有机材料的特性，且因此可无法容易地控制光电转换器件的所需性质。
发明内容
一些实例实施方式提供能够改善电荷提取效率的一种或多种光电转换器件。
一些实例实施方式提供包括所述光电转换器件的一种或多种的有机传感器。
一些实例实施方式提供包括所述一种或多种光电转换器件或一种或多种有机传感器的电子设备。
根据一些实例实施方式，光电转换器件可包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，所述光电转换层配置为吸收光的波长谱的至少一部分中的光并将吸收的光转换为电信号；以及在所述第一电极和所述光电转换层之间的有机辅助层，所述有机辅助层具有比所述光电转换层的电荷迁移率高的电荷迁移率。
有机辅助层的电荷迁移率可为光电转换层的电荷迁移率的至少约100倍。
有机辅助层的电荷迁移率可为大于或等于约1.0x10-3cm2/Vs。
光电转换层可包括第一有机材料，有机辅助层可包括与第一有机材料不同的第二有机材料，并且第二有机材料的电荷迁移率可为第一有机材料的电荷迁移率的约100倍或更大。
第二有机材料的电荷迁移率可为大于或等于约1.0x10-3cm2/Vs。
第二有机材料可包括第二有机材料化合物，其为稠合多环芳族化合物、稠合多环杂芳族化合物、或其组合。
第二有机材料化合物可包括稠合的至少四个环。
第二有机材料化合物可为稠合多环杂芳族化合物，并且该稠合多环杂芳族化合物可包括S、Se、Te或其组合。
光电转换层可进一步包括与第一有机材料形成pn结的半导体，半导体材料包括p型半导体和/或n型半导体，并且有机辅助层可进一步包括所述半导体。
半导体可包括富勒烯或富勒烯衍生物。
有机辅助层的厚度可为小于或等于约5nm。
光电转换器件可进一步包括在第一电极和光电转换层之间的无机纳米层。
无机纳米层可包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。
镧系元素可包括镱(Yb)。
无机纳米层的厚度可为小于或等于约5nm。
有机辅助层可与光电转换层接触，并且无机纳米层可与第一电极接触。
第一电极可为阴极以及第二电极可为阳极。
电子设备可包括所述光电转换器件。
有机传感器可包括所述光电转换器件。
电子设备可包括所述有机传感器。
根据一些实例实施方式，有机传感器可包括：半导体基底；和在半导体基底上的多个光电转换器件。多个光电转换器件可配置为分别将不同波长谱的光转换为电信号。多个光电转换器件的各光电转换器件可包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，所述光电转换层配置为吸收光的波长谱的至少一部分中的光并将吸收的光转换为电信号；以及在所述第一电极和所述光电转换层之间的有机辅助层，所述有机辅助层具有比所述光电转换层的电荷迁移率高的电荷迁移率。多个光电转换器件中的光电转换器件可包括配置为吸收不同波长谱的光的不同的光电转换层。
可将多个光电转换器件水平地布置在半导体基底上，使得多个光电转换器件在平行于半导体基底的顶表面延伸的方向上彼此重叠。
可将多个光电转换器件垂直地布置在半导体基底上，使得多个光电转换器件在垂直于半导体基底的顶表面延伸的方向上彼此重叠，并且多个光电转换器件中的一个光电转换器件可在垂直于半导体基底的顶表面延伸的方向上与多个光电转换器件中的另一光电转换器件的有限部分重叠。
多个光电转换器件中的给定的光电转换器件的有机辅助层的电荷迁移率可为该给定的光电转换器件的光电转换层的电荷迁移率的至少约100倍。
多个光电转换器件中的给定的光电转换器件的光电转换层可包括第一有机材料，该给定的光电转换器件的有机辅助层可包括与第一有机材料不同的第二有机材料，并且第二有机材料的电荷迁移率可为第一有机材料的电荷迁移率的约100倍或更大。
多个光电转换器件中的至少一个光电转换器件可包括在所述至少一个光电转换器件的第一电极和所述至少一个光电转换器件的光电转换层之间的无机纳米层。
多个光电转换器件可包括在所述多个光电转换器件之间连续延伸的共用(公共)第一电极。
根据一些实例实施方式，有机传感器可包括：半导体基底；集成在半导体基底中的光感测器件(光敏器件)，该光感测器件配置为将第一波长谱的光转换成电信号；和在半导体基底上的光电转换器件，该光电转换器件配置为将第二波长谱的光转换为电信号。所述光电转换器件可包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，所述光电转换层配置为吸收光的波长谱的至少一部分中的光并将吸收的光转换为电信号；以及在所述第一电极和所述光电转换层之间的有机辅助层，所述有机辅助层具有比所述光电转换层的电荷迁移率高的电荷迁移率。
有机传感器可进一步包括滤色器，该滤色器配置为选择性地将一个波长谱的光传输到光感测器件，使得光感测器件配置为吸收所述波长谱的光。
有机辅助层的电荷迁移率可为光电转换层的电荷迁移率的至少约100倍。
光电转换层可包括第一有机材料，有机辅助层可包括与第一有机材料不同的第二有机材料，并且第二有机材料的电荷迁移率可为第一有机材料的电荷迁移率的约100倍或更大。
光电转换器件可进一步包括在第一电极和光电转换层之间的无机纳米层。
通过改善电荷迁移率，可减少残余电荷，且从而可增加光电转换器件的电荷提取效率。
附图说明
图1是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图，
图2是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图，
图3是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图，
图4是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图，
图5是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图6是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图7是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，
图8是示出图7的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图9是示出图7的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图10是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图11是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图12是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，
图13是示出图12的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图14是示出图12的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图15是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，以及图16是示出图15的有机传感器的实例的示意性横截面图，
图17是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的示意性横截面图，
图18是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的示意性横截面图，和
图19是根据一些实例实施方式的电子设备的示意图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本公开内容的实例实施方式，使得本领域技术人员将理解其。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现，并且不被解释为限于这里阐述的实例实施方式。
在附图中，为了清楚起见，放大层、膜、面板、区域等的厚度。
将理解，当一个元件诸如层、膜、区域或基底被称为“在”另外的元件“上”时，它可直接在所述另外的元件上，或者也可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。
如本文中使用的，当未另外提供定义时，“取代(的)”可指由选自以下的取代基代替化合物或基团的氢原子：卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、甲硅烷基、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳烷基、C1至C30烷氧基、C1至C20杂烷基、C3至C20杂芳基、C3至C20杂芳烷基、C3至C30环烷基、C3至C15环烯基、C6至C15环炔基、C3至C30杂环烷基、及其组合。
如本文中使用的，当未另外提供定义时，“杂”可指包含1至4个选自N、O、S、Se、Te、Si和P的杂原子的。
如本文中使用的，当未另外提供定义时，“杂环基团”是杂芳基的上位概念，可包括包含至少一个杂原子的芳族和非芳族环，且可包括至少一个选自N、O、S、P和Si的杂原子代替在环状基团例如芳基、环烷基、其稠环或其组合中的碳(C)。当杂环基团是稠环时，杂环基团的整个环或每个环可包括一个或多个杂原子。
在下文中，“组合”可指两种或更多种的混合物和两种或更多种的堆叠结构。
在下文中，“金属”可指金属、半金属、或其组合。
在下文中，功函数或能级被表达为距真空能级的绝对值。此外，当功函数或能级被称为深的、高的或大的时，它可具有距真空能级的“0eV”的大的绝对值，而当功函数或能级被被称为浅的、低的或小的时，它可具有距真空水平的“0eV”的小的绝对值。
在下文中，电荷迁移率可为以二极管结构估计的值。
在下文中，描述根据一些实例实施方式的光电转换器件。
图1是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图。
参考图1，根据一些实例实施方式的光电转换器件100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和有机辅助层40。
基底(未示出)可设置在第一电极10或第二电极20的一侧处。基底可例如由无机材料例如玻璃，有机材料例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚醚砜或其组合，或硅晶片制成。基底可被省略。
如所示的，第一电极10和第二电极20彼此面对。第一电极10和第二电极20之一为阳极，且另一个为阴极。在一些实例实施方式中，第一电极10可为阴极，且第二电极20可为阳极。在另外的实例中，第一电极10可为阳极，且第二电极20可为阴极。
第一电极10和第二电极20的至少一个可为透明电极，使得第一电极10和第二电极20的至少一个包括透明导体。这里，透明电极可包括具有大于或等于约80％的高透光率的透明导体，并且可不包括例如用于微腔的半透明电极。透明电极可包括例如透明导体，其包括氧化物导体和碳导体的至少一种。氧化物导体可包括例如以下的至少一种：氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化铝锡(AlTO)和氧化铝锌(AZO)，且碳导体可为石墨烯和碳纳米结构体的至少一种。
第一电极10和第二电极20之一可为反射电极，使得第一电极10和第二电极20的至少一个包括反射导体。这里，在一些实例实施方式中，反射电极可包括具有小于约10％的透光率或者大于或等于约5％的高反射率的反射导体。反射电极可包括反射导体诸如金属，且可包括例如铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或其合金。
在一些实例实施方式中，第一电极10可为具有大于或等于约80％的透光率的透明电极(例如第一电极10可包括透明导体)或者具有小于约10％的透光率的反射电极。
鉴于以上，将理解，第一电极10和/或第二电极20可包括导体，其中导体可为透明导体或反射导体。作为透明导体的导体可具有大于或等于约80％的透光率。作为反射导体的导体可具有小于约10％的透光率。
光电转换层30(其如所示地在第一电极10和第二电极20之间)配置为吸收光的波长谱的至少一部分中的光并将吸收的光转换为电信号，和例如将以下之一转换为电信号：光的绿色波长谱中的光(以下称为“绿光”)、光的蓝色波长谱中的光(以下称为“蓝光”)、光的红色波长谱中的光(以下称为“红光”)、光的紫外波长谱中的光(以下称为“紫外光”)和光的红外波长谱中的光(以下称为“红外光”)。
在一些实例实施方式中，光电转换层30可配置为选择性地吸收绿光、蓝光、红光和红外光的至少一种。在此，绿光、蓝光、红光和红外光的至少一种的选择性吸收意味着，光吸收谱具有在以下之一中的峰值吸收波长(λ最大)：约500nm至约600nm、大于或等于约380nm且小于约500nm、大于约600nm且小于或等于约700nm、和大于约700nm，并且光的相应波长谱中的光吸收谱明显高于光的其他波长谱中的光吸收谱。
光电转换层30可包括半导体材料，其为至少一种p型半导体和/或至少一种n型半导体，其中半导体材料与光电转换层30的第一有机材料形成pn结，且可通过从外部接收光来产生激子，然后将产生的激子分离成空穴和电子。
p型半导体和n型半导体可独立地为光吸收材料，且例如p型半导体和n型半导体的至少一种可为有机光吸收材料。在一些实例实施方式中，p型半导体和n型半导体的至少一种可为波长选择性光吸收材料，其选择性地吸收光的特定(或替代地预定)波长谱中的光，和例如p型半导体和n型半导体的至少一种可为波长选择性有机光吸收材料。p型半导体和n型半导体可在光的相同的波长谱中或在光的不同波长谱中具有峰值吸收波长(λ最大)。
在一些实例实施方式中，p型半导体可为具有包括给电子部分、π共轭连接基团和受电子部分的核结构的有机材料。
p型半导体可例如由化学式1表示，但不限于此。
[化学式1]
EDG-HA-EAG
在化学式1中，
HA为具有S、Se、Te和Si的至少一种的C2至C30杂环基团，
EDG为给电子基团，和
EAG为受电子基团。
在一些实例实施方式中，由化学式1表示的p型半导体可例如由化学式1A表示。
[化学式1A]
在化学式1A中，
X可为S、Se、Te、SO、SO2或SiRaRb，
Ar可为取代或未取代的C6至C30亚芳基、取代或未取代的C3至C30杂环基团、或前述两个或更多个的稠环，
Ar1a和Ar2a可独立地为取代或未取代的C6至C30芳基或取代或未取代的C3至C30杂芳基，
Ar1a和Ar2a可独立地单独存在或者可相互连接以形成稠环，和
R1a至R3a、Ra和Rb可独立地为氢、氘、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C1至C6烷氧基、卤素或氰基。
在一些实例实施方式中，在化学式1A中，Ar1a和Ar2a可独立地为以下之一：取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的吡啶基、取代或未取代的哒嗪基、取代或未取代的嘧啶基、取代或未取代的吡嗪基、取代或未取代的喹啉基、取代或未取代的异喹啉基、取代或未取代的萘啶基、取代或未取代的噌啉基、取代或未取代的喹唑啉基、取代或未取代的酞嗪基、取代或未取代的苯并三嗪基、取代或未取代的吡啶并吡嗪基、取代或未取代的吡啶并嘧啶基、和取代或未取代的吡啶并哒嗪基。
在一些实例实施方式中，化学式1A的Ar1a和Ar2a可彼此连接以形成环或在一些实例实施方式中，Ar1a和Ar2a可通过以下之一彼此连接以形成环：单键、-(CRgRh)n2-(n2为1或2)、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRi-、-SiRjRk-和-GeRlRm-。在此，Rg至Rm可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C1至C6烷氧基、卤素或氰基。
在一些实例实施方式中，由化学式1表示的p型半导体可为例如由化学式1B表示。
[化学式1B]
在化学式1B中，
X1可为Se、Te、O、S、SO或SO2，
Ar3可为取代或未取代的C6至C30亚芳基、取代或未取代的C3至C30杂环基团、或前述两个或更多个的稠环，
R1至R3可独立地为以下之一：氢、氘、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、卤素、氰基、含氰基的基团及其组合，
G可为以下之一：单键、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-(CRfRg)k-、-NRh-、-SiRiRj-、-GeRkRl-、-(C(Rm)＝C(Rn))-和SnRoRp，其中Rf、Rg、Rh、Ri、Rj、Rk、Rl、Rm、Rn、Ro和Rp可独立地为以下之一：氢、卤素、取代或未取代的C1至C10烷基、取代或未取代的C1至C10烷氧基、和取代或未取代的C6-C12芳基，Rf和Rg、R1和R1、Rk和R1、Rm和Rn、以及R0和Rp可独立地单独存在或者可彼此连接以提供环，并且k可为1或2，
R6a至R6d和R7a至R7d可独立地为以下之一：氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、卤素、氰基、含氰基的基团及其组合，
R6a至R6d可独立地单独存在或其相邻的两个可彼此连接以形成稠环，和
R7a至R7d可独立地单独存在或其相邻的两个可彼此连接以形成稠环。
在一些实例实施方式中，化学式1B的Ar3可为苯、萘、蒽、噻吩、硒吩、碲吩、吡啶、嘧啶或前述两个或更多个的稠环。
n型半导体可为例如富勒烯或富勒烯衍生物，但不限于此。
光电转换层30可为本征层(I层)，其中p型半导体和n型半导体混合作为体异质结。这里，p型半导体和n型半导体可以约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5的体积比混合。
光电转换层30可为包括如下的双层：包括p型半导体的p型层和包括n型半导体的n型层。这里，p型层和n型层的厚度比可为约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5。
除本征层之外，光电转换层30可进一步包括p型层和/或n型层。p型层可包括p型半导体，和n型层可包括n型半导体。在一些实例实施方式中，它们可以p型层/I层、I层/n型层、p型层/I层/n型层等的各种组合被包括。
有机辅助层40可设置在第一电极10和光电转换层30之间，并且可例如与光电转换层30接触。有机辅助层40的一个表面可与第一电极10接触，并且有机辅助层40的另一个表面可与光电转换层30接触。有机辅助层40可包括在光电转换层中所包括的半导体材料，使得有机辅助层40包括p型半导体和/或n型半导体。将理解，在一些实例实施方式中，有机辅助层40可不与第一电极10接触。
有机辅助层40是配置为有效地改善从光电转换层30移动到第一电极10的电荷(例如电子)的提取的层，并且可包括例如具有高的电荷迁移率的有机半导体。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40的电荷迁移率可高于光电转换层30的电荷迁移率。在一些实例实施方式中，有机辅助层40的电荷迁移率可为光电转换层30的电荷迁移率的至少约50倍，例如至少约70倍、至少约80倍、至少约100倍、至少约120倍、至少约150倍或至少约200倍。
当在本说明书中关于数值使用术语“约”或“基本上”时，意图是，相关的数值包括在所述数值附近±10％的公差。当规定范围时，该范围包括其间的所有值，例如0.1％的增量。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40的电荷迁移率可为例如大于或等于约1.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.2x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.5x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.8x10-3cm2/Vs、大于或等于约2.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约3.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约4.0x10-3cm2/Vs、或者大于或等于约5.0x10-3cm2/Vs。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40的电荷迁移率可为例如约1.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.2x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.5x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.8x10- 3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约2.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约3.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约4.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、或者约5.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs。
在一些实例实施方式中，光电转换层30可包括作为p型半导体或n型半导体的第一有机材料，并且有机辅助层40可包括与第一有机材料不同的第二有机材料。在一些实例实施方式中，光电转换层30可包括作为p型半导体的第一有机材料，并且有机辅助层40可包括作为n型半导体的第二有机材料。第二有机材料的电荷迁移率可为第一有机材料的电荷迁移率的至少50倍、至少约70倍、至少约80倍、至少约100倍、至少约120倍、至少约150倍、至少约200倍、至少约300倍、至少约500倍、至少约700倍、至少约900倍、至少约1000倍、或至少约1200倍。
在一些实例实施方式中，第二有机材料的电荷迁移率可为例如大于或等于约1.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.2x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.5x10-3cm2/Vs、大于或等于约1.8x10-3cm2/Vs、大于或等于约2.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约3.0x10-3cm2/Vs、大于或等于约4.0x10-3cm2/Vs、或者大于或等于约5.0x10-3cm2/Vs。
在一些实例实施方式中，第二有机材料的电荷迁移率可为例如约1.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.2x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.5x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.8x10- 3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约2.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约3.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约4.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、或者约5.0x10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可为满足上述电荷迁移率的材料，并且可通过热蒸发形成。由于如上所述通过热蒸发形成有机辅助层40，因此可防止光电转换层30在其形成过程和/或有机辅助层40的后续过程中被热地和物理地破坏，且由此防止其性能由于光电转换层30的劣化而恶化。
可满足这样的特性的第二有机材料在一些实例实施方式中可为低分子有机半导体、聚合物半导体或其组合，在一些实例实施方式中可为低分子有机半导体。这里，低分子有机半导体可具有小于或等于约3000的重均分子量的有机半导体。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可包括第二有机材料化合物，其可为芳族化合物和/或杂芳族化合物，例如稠合多环芳族化合物、稠合多环杂芳族化合物或其组合，例如稠合多环芳族化合物诸如并五苯和/或包括O、S、Se、Te、N或其组合的至少一种的稠合多环杂芳族化合物，例如包括S、Se、Te或其组合的稠合多环杂芳族化合物。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可包括第二有机材料化合物，其可为其中四个或更多个环彼此稠合的具有紧凑(致密)平面结构的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物，例如其中5、6、7、8、9、10、11或12个环稠合的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物。重申，第二有机材料可包括第二有机材料化合物，其包括稠合的至少四个环。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可为包括至少一个苯环的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可为包括至少一个噻吩、硒吩和/或碲吩的稠合多环杂芳族化合物。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可由化学式2A或2B表示，但不限于此。
[化学式2A]
[化学式2B]
在化学式2A和2B中，
Ar1和Ar2可独立地为取代或未取代的苯、取代或未取代的萘、或取代或未取代的蒽，
a可对应于与Ar1和Ar2的碳结合的氢的数量，
X1至X4可独立地为O、S、Se、Te或N-Ra，其中Ra可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C6至C30芳氧基(-ORb，其中Rb是取代或未取代的C6至C30芳基)、取代或未取代的C4至C30环烷基、取代或未取代的C4至C30环烷氧基(-ORc，其中Rc是取代或未取代的C4至C30环烷基)、取代或未取代的C2至C30杂芳基、酰基(-C(＝O)Rd，其中Rd是取代或未取代的C1至C30烷基)、磺酰基(-S(＝O)2Re，其中Re是取代或未取代的C1-C30烷基)、或氨基甲酸酯基(-NHC(＝O)ORf，其中Rf是取代或未取代的C1-C30烷基)，
R1至R13可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C2至C30杂芳基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C2至C30杂芳烷基、取代或未取代的C2至C30烷基杂芳基、取代或未取代的C5至C30环烷基、或者取代或未取代的C2至C30杂环烷基，
n1可为0或1，
n2和n3可独立地为0、1、2或3，
当n1为0时，n2和n3可为1、2或3，并且
当n1为1时，n1+n2+n3≥2。
在一些实例实施方式中，R1和R7可为取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C2至C30杂芳基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C2 C30杂芳烷基、取代或未取代的C2至C30烷基杂芳基、取代或未取代的C5至C30环烷基、或者取代或未取代的C2至C30杂环烷基。
在一些实例实施方式中，Ra可为取代或未取代的C10至C30烷基、取代或未取代的C10至C30烷氧基、取代或未取代的C10至C30烯基、或者取代或未取代的C10至C30炔基，和对于另外的实例，氟取代的C1至C30烷基，理想地C1至C30全氟烷基(CnF2n+1，其中n为1至30的整数)，或氟取代的C10至C30烷基，理想地C10至C30全氟烷基(CnF2n+1，其中n为10至30的整数)。
在化学式2A和2B中，当n1是0时，n2和n3可为1、2或3的整数，并且当n1为1时，n1+n2+n3≥2，例如当n1为1时，n2和n3两者可不为0。
第二有机材料可为例如组1的化合物之一，但不限于此。
[组1]
在组1的化合物中，苯、噻吩、硒吩和/或吡咯各自的氢可被以下代替：取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C2至C30杂芳基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C2至C30杂芳烷基、取代或未取代的C2至C30烷基杂芳基、取代或未取代的C5至C30环烷基、或者取代或未取代的C2至C30杂环烷基。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可由化学式3A或3B表示，但不限于此。
在化学式3A和3B中，
X1和X2可独立地为O、S、Se、Te或N-Ra，其中Ra可为氢、取代或未取代的C1至C12烷基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C12烷氧基、取代或未取代的C1至C30酰基、磺酰基或氨基甲酸酯基，和
R1至R4可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30杂烷基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C2至C30杂芳烷基、取代或未取代的C5至C20环烷基、取代或未取代的C2至C30杂环烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、或者取代或未取代的C2至C30杂芳基。
由化学式3A表示的有机半导体材料可例如由化学式3A-1表示，并且由化学式3B表示的有机半导体材料可例如由化学式3B-1表示。
在化学式3A-1和3B-1中，R1至R4与上述相同。
在一些实例实施方式中，第二有机材料可为例如组2的化合物之一，但不限于此。
[组2]
在组2的化合物中，苯和/或噻吩各自的氢可被以下代替：取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C2至C30杂芳基、取代或未取代的C7至C30芳烷基、取代或未取代的C2至C30杂芳烷基、取代或未取代的C2至C30烷基杂芳基、取代或未取代的C5至C30环烷基、或者取代或未取代的C2至C30杂环烷基。
在一些实例实施方式中，除了第二有机材料之外，有机辅助层40可进一步包括有机材料、无机材料和/或有机/无机材料。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40可进一步包括在光电转换层30中所包括的p型半导体和/或n型半导体。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40可进一步包括可作为在光电转换层30中的p型半导体的半导体。在一些实例实施方式中，第二有机材料和p型半导体可混合。第二有机材料和p型半导体可以约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5的体积比混合。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40可进一步包括可作为在光电转换层30中的n型半导体的半导体。在一些实例实施方式中，第二有机材料和n型半导体可混合。第二有机材料和n型半导体可以约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5的体积比混合。
在一些实例实施方式中，有机辅助层40可进一步包括在光电转换层30中的p型半导体和n型半导体。在一些实例实施方式中，第二有机材料和p型半导体/n型半导体可混合。第二有机材料和p型半导体/n型半导体可以约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5的体积比混合。
在一些实例实施方式中，可包括在有机辅助层40中的且可包括p型半导体和/或n型半导体的半导体可进一步包括富勒烯或富勒烯衍生物。在一些实例实施方式中，第二有机材料和富勒烯或富勒烯衍生物可混合。第二有机材料和富勒烯或富勒烯衍生物可以约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5的体积比混合。
有机辅助层40可比光电转换层30薄，并且可具有例如小于或等于约10nm、或者小于或等于约5nm的厚度。在一些实例实施方式中，有机辅助层40可具有约1nm至约10nm、或者约1nm至约5nm的厚度。
如上所述，光电转换器件100包括在第一电极10和光电转换层30之间的有机辅助层40，使得从光电转换层30转移到第一电极10的电荷(例如电子)的提取可有效地增加以减少剩余的电荷载流子并表现出高的电荷提取效率。因此，可提高光电转换器件100的光电转换效率并减少可由剩余电荷载流子引起的图像滞后，从而有效地改善后像(残像)特性，由此改善包括光电转换器件100的有机传感器的性能。
光电转换器件100可进一步包括在第一电极10或第二电极20的一个表面上的抗反射层(未示出)。抗反射层设置在光入射侧并降低入射光的光的反射率，且由此进一步改善光吸收。在一些实例实施方式中，当光入射到第一电极10时，抗反射层可设置在第一电极10的一个表面上，并且当光入射到第二电极20时，抗反射层可设置在第二电极20的一个表面上。
抗反射层可包括例如具有约1.6至约2.5的折射率的材料，并且可包括例如以下的至少一种：具有在该范围内的折射率的金属氧化物、金属硫化物和有机材料。抗反射层可包括例如金属氧化物如含铝氧化物、含钼氧化物、含钨氧化物、含钒氧化物、含铼氧化物、含铌氧化物、含钽氧化物、含钛氧化物、含镍氧化物、含铜氧化物、含钴氧化物、含锰氧化物、含铬氧化物、含碲氧化物或其组合；金属硫化物如硫化锌；或有机材料如胺衍生物，但不限于此。
在光电转换器件100中，当光从第一电极10或第二电极20进入并且光电转换层30吸收在光的特定(或替代地预定)波长谱中的光时，可在其内部产生激子。激子在光电转换层30中被分离成空穴和电子，并且分离的空穴被传输到作为第一电极10和第二电极20之一的阳极，以及分离的电子被传输到作为第一电极10和第二电极20的另一个的阴极以使电流流动。
在下文中，描述根据一些实例实施方式的光电转换器件。
图2是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图。
参考图2，根据一些实例实施方式的光电转换器件200包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和有机辅助层40。
然而，根据一些实例实施方式的光电转换器件200包括在第二电极20和光电转换层30之间的电荷阻挡层48。电荷阻挡层48可通过阻挡从光电转换层30分离的电荷(例如电子)移动到相反的电极来提高光电转换效率。
电荷阻挡层48可包括例如有机材料、无机材料或有机/无机材料。有机材料可为具有空穴或电子特性的有机化合物，和无机材料可为例如金属氧化物如氧化钼、氧化钨或氧化镍。
电荷阻挡层48可包括例如基本上不吸收在可见光区域中的光的可见光非吸收材料，例如可见光非吸收有机材料。
在一些实例实施方式中，可见光非吸收材料可为由化学式4A或4B表示的化合物，但不限于此。
[化学式4A]
[化学式4B]
在化学式4A或4B中，
M1和M2可独立地为CRnRo、SiRpRq、NRr、O、S、Se或Te，
Ar1b、Ar2b、Ar3b和Ar4b可独立地为取代或未取代的C6至C30芳基或者取代或未取代的C3至C30杂芳基，
G2和G3可独立地为单键、-(CRsRt)n3-、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRu-、-SiRvRw-、或-GeRxRy-，其中n3为1或2，和
R30至R37和Rn至Ry可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂环基团、取代或未取代的C1至C6烷氧基、卤素或氰基。
在一些实例实施方式中，可见光非吸收材料可为由化学式4A-1或4B-1表示的化合物，但不限于此。
[化学式4A-1]
[化学式4B-1]
在化学式4A-1或4B-1中，
M1、M2、G2、G3和R30至R37与上述相同，和
R38至R45可独立地为氢、取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C1至C6烷氧基、卤素、或氰基。
在一些实例实施方式中，可见光非吸收材料可为由化学式4A-1a或4B-1a表示的化合物，但不限于此。
[化学式4A-1a]
[化学式4B-1a]
在化学式4A-1a或4B-1a中，R38至R45和Ro至Rn与上述相同。
除了在第一电极10和光电转换层30之间的有机辅助层40之外，根据一些实例实施方式的光电转换器件200进一步包括在第二电极20和光电转换层30之间的电荷阻挡层48，且由此从光电转换层30分离的空穴和电子可被有效地转移到相应的阳极和阴极，以进一步提高电荷提取效率。
在下文中，描述了根据一些实例实施方式的光电转换器件。
图3是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图。
参考图3，根据一些实例实施方式的光电转换器件300包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和有机辅助层40。
在包括图3中所示的实例实施方式的一些实例实施方式中，光电转换器件300进一步包括无机纳米层45。
无机纳米层45可设置在第一电极10和光电转换层30之间，并且可例如与第一电极10接触。在一些实例实施方式中，有机辅助层40可与光电转换层30接触，无机纳米层45可与第一电极10接触，并且有机辅助层40和无机纳米层45可彼此接触。
无机纳米层45可为厚度几纳米的非常薄的膜，并且在一些实例实施方式中可具有小于或等于约5nm、小于或等于约3nm、或小于或等于约2nm的厚度。无机纳米层45可具有例如约1nm至约5nm、约1nm至约3nm、或约1nm至约2nm的厚度。
无机纳米层45可包括具有低于第一电极10的功函数的材料。在一些实例实施方式中，无机纳米层45的功函数可比第一电极10的功函数低大于或等于约0.5eV。在一些实例实施方式中，第一电极10的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且无机纳米层45的功函数可为小于或等于约4.0eV。在一些实例实施方式中，第一电极10的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且无机纳米层45的功函数可为小于或等于约3.5eV。在一些实例实施方式中，第一电极10的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且无机纳米层45的功函数可为小于或等于约3.0eV。在一些实例实施方式中，第一电极10的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且无机纳米层45的功函数可为小于或等于约2.8eV。在一些实例实施方式中，第一电极10的功函数可为约4.5eV至约5.0eV，并且无机纳米层45的功函数可为约1.5eV至约4.0eV、约1.5eV至约3.5eV、约1.5eV至约3.0eV、或约1.5eV至约2.8eV。
在一些实例实施方式中，无机纳米层45可包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。镧系元素可包括例如镱(Yb)。
如上所述，无机纳米层45可在第一电极10和光电转换层30之间与第一电极10的表面接触，并且与第一电极10相比可具有薄的厚度。因此，无机纳米层45可在第一电极10的表面上起到第一电极10的表面处理层的作用。
在一些实例实施方式中，在第一电极10的表面上(“处”)的有效功函数可通过无机纳米层45影响而与第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数不同。在一些实例实施方式中，在第一电极10的表面上的有效功函数可小于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数。在一些实例实施方式中，在第一电极10的表面上的有效功函数可与无机纳米层45的功函数相同，或者可具有在无机纳米层45的功函数和第一电极10的功函数之间的中间值。
在一些实例实施方式中，用于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且在第一电极10的表面上(“处”)的有效功函数可为小于或等于约4.0eV。在一些实例实施方式中，用于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且在第一电极10的表面上(“处”)的有效功函数可为小于或等于约3.5eV。在一些实例实施方式中，用于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且在第一电极10的表面上(“处”)的有效功函数可为小于或等于约3.0eV。在一些实例实施方式中，用于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数可为大于或等于约4.5eV，并且在第一电极10的表面上的有效功函数可为小于或等于约2.8eV。在一些实例实施方式中，用于第一电极10的导体(例如透明导体或反射导体)的功函数可为约4.5eV至约5.0eV，并且在第一电极10的表面上(“处”)的有效功函数可为约1.5eV至约4.0eV、约1.5eV至约3.5eV、约1.5eV至约3.0eV、或约1.5eV至约2.8eV。
通过如上所述降低在第一电极10的表面上(“处”)的功函数，可进一步促进从光电转换层30穿过有机辅助层40并移动到第一电极10的电荷(例如电子)的提取，并且可进一步减少剩余电荷以呈现更高的电荷提取效率。
在下文中，描述根据一些实例实施方式的光电转换器件。
图4是示出根据一些实例实施方式的光电转换器件的实例的横截面图。
参考图4，根据一些实例实施方式的光电转换器件400包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30、有机辅助层40和无机纳米层45。
然而，根据一些实例实施方式的光电转换器件400进一步包括在第二电极20和光电转换层30之间的电荷阻挡层48。电荷阻挡层48可通过阻挡从光电转换层30分离的电荷(例如电子)移动到相反的电极来提高光电转换效率，并且其细节与上述相同。
光电转换器件100、200、300和400可应用于多种电子设备，例如太阳能电池、有机传感器、光电探测器和光电传感器，但不限于此。
光电转换器件100、200、300和400可例如应用于有机传感器。
在下文中，将参考附图描述使用光电转换器件100、200、300和400的有机传感器的实例。
图5是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图。
在一些实例实施方式中，有机传感器可为CMOS有机传感器。
参考图5，根据一些实例实施方式的有机传感器500包括半导体基底110、绝缘层80、光电转换器件100和滤色器层70。
半导体基底110可为硅基底，并且集成有传输晶体管(未示出)和电荷存储器55。传输晶体管和/或电荷存储器55可集成在各像素中。
在半导体基底110上形成金属线(未示出)和焊盘(垫)(未示出)。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可由具有低的电阻率的金属制成，在一些实例实施方式中，由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)及其合金制成，但不限于此。
绝缘层80形成在金属线和焊盘上。绝缘层80可由无机绝缘材料诸如氧化硅和/或氮化硅、或低介电常数(低K)材料诸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF制成。绝缘层80具有使电荷存储器55暴露的沟槽85。沟槽85可填充有填料。
光电转换器件100形成在绝缘层80上。光电转换器件100包括如上所述的第一电极10、有机辅助层40、光电转换层30和第二电极20。其细节与上述相同。
在光电转换器件100上形成滤色器层70。滤色器层70包括形成在蓝色像素中的蓝色滤色器70a、形成在红色像素中的红色滤色器70b、以及形成在绿色像素中的绿色滤色器70c。然而，滤色器层70可包括青色滤色器、品红色滤色器和/或黄色滤色器代替上述滤色器，或者除了上述滤色器之外可进一步包括它们。将理解，滤色器配置为选择性地传输特定波长谱的光。在滤色器与光感测器件重叠的情况下，滤色器可配置为选择性地将特定波长谱的光传输到光感测器件，使得光感测器件配置为吸收所述特定波长谱的光并将其转换成电信号。
在滤色器层70上可进一步形成聚焦透镜(未示出)。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。在一些实例实施方式中，聚焦透镜可具有圆柱形或半球形的形状，但不限于此。
即使例如在图5中示出包括堆叠的图1的光电转换器件100的结构，但其中堆叠图2、3和4的光电转换器件200、300和400的结构可以相同的方式应用。
图6是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图。
参考图6，根据一些实例实施方式的有机传感器600包括集成有传输晶体管(未示出)和电荷存储器55的半导体基底110、绝缘层80、光电转换器件100和滤色器层70。
然而，在根据一些实例实施方式的有机传感器600中，光电转换器件100的第一电极10和第二电极20的位置被改变。也就是说，第一电极10可为光接收电极。
即使例如在图6中示出包括堆叠的图1的光电转换器件100的结构，但其中堆叠图2、3和4的光电转换器件200、300和400的结构可以相同的方式应用。
图7是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，及图8和9是分别示出图7的有机传感器的实例的示意性横截面图。
参考图7和8，根据一些实例实施方式的有机传感器700包括集成有光感测器件50a和50b、传输晶体管(未示出)、和电荷存储器55的半导体基底110、下部绝缘层60、滤色器层70、上部绝缘层80和光电转换器件100。
半导体基底110可为硅基底，并且集成有光感测器件50a和50b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器55。光感测器件50a和50b可为光电二极管。
光感测器件50a和50b、传输晶体管和/或电荷存储器55可集成在各像素中，并且如图中所示，光感测器件50a和50b可分别被包括在蓝色像素和红色像素中，并且电荷存储器55可被包括在绿色像素中。
光感测器件50a和50b感测光，由光感测器件感测的信息可由传输晶体管传输，电荷存储器55电连接到将稍后描述的光电转换器件100，并且电荷存储器55的信息可由传输晶体管传输。
在半导体基底110上形成金属线(未示出)和焊盘(未示出)。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可由具有低电阻率的金属制成，在一些实例实施方式中，由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)及其合金制成，但不限于此。此外，其不限于所述结构，并且金属线和焊盘可设置在光感测器件50a和50b下面。
下部绝缘层60形成在金属线和焊盘上。下部绝缘层60可由无机绝缘材料诸如氧化硅和/或氮化硅、或低介电常数(低K)材料诸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF制成。下部绝缘层60具有使电荷存储器55暴露的沟槽85。沟槽85可填充有填料。
在下部绝缘层60上形成滤色器层70。滤色器层70包括形成在蓝色像素中的蓝色滤色器70a和形成在红色像素中的红色滤色器70b。在一些实例实施方式中，不包括绿色滤色器，但是可进一步包括绿色滤色器。对于另外的实例，滤色器层70可设置在光电转换器件100上。
在滤色器层70上形成上部绝缘层80。上部绝缘层80可消除由滤色器层70造成的台阶(阶梯)并使表面。上部绝缘层80和下部绝缘层60可包括使焊盘暴露的接触孔(未示出)和沟槽85。
在上部绝缘层80上形成光电转换器件100。光电转换器件100包括如上所述的第一电极10、有机辅助层40、光电转换层30和第二电极20。细节与上述相同。
在光电转换器件100上可进一步形成聚焦透镜(未示出)。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。在一些实例实施方式中，聚焦透镜可具有圆柱形或半球形的形状，但不限于此。
参考图9，根据一些实例实施方式的有机传感器800包括集成有光感测器件50a和50b集成的半导体基底110、传输晶体管(未示出)和电荷存储器55、下绝缘层60、滤色器层70、上绝缘层80和光电转换器件100。
然而，在根据一些实例实施方式的有机传感器800中，第一电极10和第二电极20的位置被改变。也就是说，第一电极10可为光接收电极。
即使例如在图8和9中示出了包括堆叠的图1的光电转换器件100的结构，但其中图2、3和4的光电转换器件200、300和400堆叠的结构可以相同的方式应用。
图10是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图。
根据一些实例实施方式的有机传感器900包括集成有光感测器件50a和50b、传输晶体管(未示出)、电荷存储器55的半导体基底110、具有沟槽85的绝缘层80、和光电转换器件100。
然而，在根据一些实例实施方式的有机传感器900中，光感测器件50a和50b在垂直方向上堆叠，并且省略滤色器层70。光感测器件50a和50b电连接到电荷存储器(未示出)，并且可通过传输晶体管传输。光感测器件50a和50b可取决于堆叠深度而选择性地吸收在光的各波长谱中的光。
即使例如在图10中示出包括堆叠的图1的光电转换器件100的结构，但其中堆叠图2、3和4的光电转换器件200、300和400的结构可以相同的方式应用。
图11是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图。
参考图11，根据一些实例实施方式的有机传感器1000包括集成有光感测器件50a和50b、传输晶体管(未示出)、和电荷存储器55的半导体基底110、具有沟槽85的绝缘层80、以及光电转换器件100。然而，在根据一些实例实施方式的有机传感器1000中，第一电极10和第二电极20的位置被改变。也就是说，第一电极10可为光接收电极。
即使例如在图11中示出包括堆叠的图1的光电转换器件100的结构，但其中堆叠图2、3和4的光电转换器件200、300和400的结构可以相同的方式应用。
图12是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，以及图13是示出图12的有机传感器的实例的示意性横截面图。
根据一些实例实施方式的有机传感器1100具有如下的结构，其中选择性地吸收光的绿色波长谱中的光的绿色光电转换器件、选择性地吸收光的蓝色波长谱中的光的蓝色光电转换器件、和选择性地吸收光的红色波长谱中的光的红色光电转换器件堆叠。
根据一些实例实施方式的有机传感器1100包括半导体基底110、下部绝缘层60、中间绝缘层65、上部绝缘层80、第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b、和第三光电转换器件100c。
半导体基底110可为硅基底，并且集成有传输晶体管(未示出)和电荷存储器55a、55b和55c。在半导体基底110上形成金属线(未示出)和焊盘(未示出)，并且在金属线和焊盘上形成下部绝缘层60。
在下部绝缘层60上形成第一光电转换器件100a。
第一光电转换器件100a包括彼此面对的第一电极10a和第二电极20a、以及设置在第一电极10a和第二电极20a之间的光电转换层30a和有机辅助层40a。第一电极10a、第二电极20a、光电转换层30a和有机辅助层40a与上述相同，并且光电转换层30a可选择性地吸收光的红色、蓝色和绿色波长谱之一中的光。在一些实例实施方式中，第一光电转换器件100a可为红色光电转换器件。
在第一光电转换器件100a上可形成中间绝缘层65。
在中间绝缘层65上可形成第二光电转换器件100b。
第二光电转换器件100b包括第一电极10b和第二电极20b、以及在第一电极10b和第二电极20b之间的光电转换层30b和有机辅助层40b。第一电极10b、第二电极20b、光电转换层30b和有机辅助层40b与上述相同，并且光电转换层30b可选择性地吸收光的红色、蓝色和绿色波长谱之一中的光。在一些实例实施方式中，第二光电转换器件100b可为蓝色光电转换器件。
在第二光电转换器件100b上可形成上部绝缘层80。下部绝缘层60、中间绝缘层65和上部绝缘层80具有使电荷存储器55a、55b和55c暴露的多个沟槽85。
在上部绝缘层80上形成第三光电转换器件100c。第三光电转换器件100c包括彼此面对的第一电极10c和第二电极20c、以及在第一电极10c和第二电极20c之间的光电转换层30c和有机辅助层40c。第一电极10c、第二电极20c、光电转换层30c和有机辅助层40c与上述相同，并且光电转换层30c可选择性地吸收光的红色、蓝色和绿色波长谱之一中的光。在一些实例实施方式中，第三光电转换器件100c可为绿色光电转换器件并且可为光电转换器件100。
在光电转换器件100c上可进一步形成聚焦透镜(未示出)。聚焦透镜可控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。在一些实例实施方式中，聚焦透镜可具有圆柱形或半球形的形状，但不限于此。
在图中，即使作为第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b、和第三光电转换器件100c，例如示出图1的光电转换器件100，但图2、3和4的光电转换器件200、300和400可以相同的方式应用。
在图中，顺序地堆叠第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b和第三光电转换器件100c，但是本公开内容不限于此，并且它们可以不同的(多种)顺序堆叠。
如上所述，第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b和第三光电转换器件100c堆叠，且因此可减小有机传感器的尺寸以实现尺寸减小的有机传感器。
图14是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性横截面图。
参考图14，根据一些实例实施方式的有机传感器1200包括半导体基底110、下部绝缘层60、中间绝缘层65、上部绝缘层80、第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b和第三光电转换器件100c。然而，第一光电转换器件100a、第二光电转换器件100b和第三光电转换器件100c的第一电极10和第二电极20的位置被改变。也就是说，第一电极10可为光接收电极。
光电转换器件和有机传感器可应用于多种电子设备，例如移动电话或数码相机，但不限于此。
图15是示出根据一些实例实施方式的有机传感器的实例的示意性俯视图，以及图16是示出图15的有机传感器的实例的示意性横截面图。
如参考图15-16所示，有机传感器1600可包括在半导体基底110上的光电转换器件90，其本身包括多个光电转换器件90-1、90-2和90-3，其中多个光电转换器件90-1、90-2和90-3配置为分别将不同波长谱的光(例如，蓝光、绿光或红光的不同光)转换成电信号。如图16中所示，可将单独的光电转换器件90-1至90-3水平地布置在半导体基底110上，使得光电转换器件90-1至90-3在平行于半导体基底110的顶表面110a延伸的方向上相对于彼此部分地或完全地重叠。如所示地，各单独的光电转换器件90-1至90-3连接到单独的电荷存储器55，电荷存储器55经由单独的沟槽85集成到半导体基底110中。
光电转换器件90的各光电转换器件90-1至90-3可为本文中所述的光电转换器件100-400的任一种。在一些实例实施方式中，单独的光电转换器件90-1至90-3可包括在光电转换器件90-1至90-3的两个或更多个之间连续延伸的共同连续层的不同部分。在一些实例实施方式中，光电转换器件90-1至90-3可共享公用第一电极10和公用第二电极20。在另外的实例中，光电转换器件90-1至90-3的两个或更多个可具有不同的光电转换层30，其配置为吸收不同波长谱的入射光。在另外的实例中，光电转换器件90-1至90-3的两个或更多个可具有有机辅助层40的不同配置、不同的无机纳米层45、不同的电荷阻挡层48、其一些组合等，使得例如光电转换器件90-1至90-3的一个或多个可包括电荷阻挡层48，并且光电转换器件90-1至90-3的另外一个或多个可省略电荷阻挡层48。有机传感器1600的其他结构可与参考图5-14的任一个描述的有机传感器的一个或多个相同。
图17是根据一些实例实施方式的有机传感器的示意性横截面图。
参考图17，有机传感器1700可包括半导体基底110和光电转换器件90-1和91，光电转换器件90-1和91彼此堆叠以在垂直于半导体基底110的顶表面110a延伸的方向上至少部分地重叠，并且其中光电转换器件90-1和91的至少一个进一步包括布置成在平行于半导体基底110的顶表面110a延伸的方向上重叠的多个光电转换器件90-2和90-3，以及其中多个光电转换器件90-1、90-2和90-3配置为分别将不同波长谱的光(例如，蓝光、绿光或红光的不同光)转换成电信号。将理解，在一些实例实施方式中，光电转换器件90-1包括多个水平布置的光电转换器件，其配置为吸收不同波长谱的光，而光电转换器件91被限制为单个光电转换器件，其配置为吸收单一波长谱的光。在包括图17中所示的实例实施方式的一些实例实施方式中，光电转换器件91整体在垂直于顶面110a延伸的方向上与光电转换器件90-1的有限部分重叠，并且由光电转换器件91暴露的光电转换器件90-1的剩余部分被绝缘层80覆盖。然而，将理解，在一些实例实施方式中，光电转换器件90-1整体在垂直于顶表面110a延伸的方向上与光电转换器件91的有限部分重叠。有机传感器1700的其他结构可与参考图5-14的任一个描述的有机传感器的一个或多个相同。
图18是根据一些实例实施方式的有机传感器的示意性横截面图。
参考图18，根据一些实例实施方式的有机传感器1800包括集成有光感测器件50a和50b、传输晶体管(未示出)和电荷存储器55的半导体基底110、在半导体基底110上的中间绝缘层65和滤色器层70、以及在半导体基底110下方的光电转换器件90。图18中所示的光电转换器件90可为本文中所述的光电转换器件的任何实例实施方式。如图18中所示，光电转换器件90可在半导体基底110上(例如，在其上方或下方)，使得滤色器层70相对于光感测器件50a和50b远离光电转换器件90。有机传感器1800的其他结构可与参考图5-14中的任一个描述的有机传感器的一个或多个相同。
将理解，在有机传感器包括光感测器件和光电转换器件的情况下，光感测器件和光电转换器件可配置为吸收不同的第一和第二波长谱的光并将所述吸收的光转换成电信号。
虽然图18示出其中滤色器层的滤色器70a、70b与单独的相应的光感测器件50a、50b重叠的实例实施方式，但是将理解，在一些实例实施方式中，有机传感器可包括一个或多个光感测器件并且可省略在垂直于顶表面110a延伸的方向上与一个或多个光感测器件重叠的一个或多个滤色器70a、70b。这样的一个或多个光感测器件可配置为在光在光感测器件处接收之前没有被滤色器过滤的情况下感测具有光的特定的有限波长谱的光。因此，将理解，在一些实例实施方式中，有机传感器500、600、700、800、900、1000和1800可省略所述有机传感器中示出的滤色器。
图19是根据一些实例实施方式的电子设备1900的示意图。
如图19中所示，电子设备1900可包括经由总线1910电耦合在一起的处理器1920、存储器1930和有机传感器1940。有机传感器1940可为如本文中所述的任何实例实施方式的有机传感器，并且包括在有机传感器1940中的有机传感器可包括根据任何本发明构思的实例实施方式在本文中描述的任何光电转换器件。可为非暂时性计算机可读介质的存储器1930可存储指令程序。处理器1920可执行存储的指令程序以执行一个或多个功能。在一些实例实施方式中，处理器1920可配置为处理由有机传感器1940产生的电信号。处理器1920可配置为基于处理电信号而产生输出(例如，待在显示接口(界面)上显示的图像)。
在下文中，参考实施例更详细地说明一些实例实施方式。然而，本公开内容不限于以下实施例。
实施例1
通过在玻璃基底上溅射ITO形成150nm厚的阳极。
随后，将由化学式A表示的化合物沉积在阳极上以提供5nm厚的电荷阻挡层。随后，将由化学式B-1表示的p型半导体(λ最大：545nm，电荷迁移率：1.5x10-5cm2/Vs)和作为富勒烯(C60)的n型半导体以1：1的体积比共沉积在电荷阻挡层上以提供90nm厚的光电转换层(电荷迁移率：4x10-5cm2/Vs)。随后，将由化学式C-1表示的有机半导体(电荷迁移率：1.8x10- 2cm2/Vs)热蒸发到光电转换层上以提供5nm厚的有机辅助层。随后，在有机辅助层上溅射ITO(WF：4.7eV)以提供7nm厚的阴极。随后，在阴极上沉积氧化铝(Al2O3)以提供50nm厚的抗反射层并用玻璃板密封以提供光电转换器件。
[化学式A]
[化学式B-1]
[化学式C-1]
由化学式B-1表示的p型半导体和由化学式C-1表示的有机半导体的各电荷迁移率通过飞行时间测量。飞行时间是如下的方法，其中通过在ITO电极和Al电极(80nm)之间形成包括由化学式B-1表示的p型半导体或由化学式C-1表示的有机半导体的1μm厚的半导体层并评价光电流来具体测量电荷迁移率。
实施例2
根据与实施例1中相同的程序制造光电转换器件，除了如下之外：将Yb(WF：2.6eV)热蒸发到有机辅助层上以另外提供1.5nm厚的无机纳米层。
对比例1
根据与实施例1中的程序制造光电转换器件，除了如下之外：不形成有机辅助层。
参考例1
根据与实施例1中的程序制造光电转换器件，除了如下之外：不形成有机辅助层，并且代替90nm厚的光电转换层形成100nm厚的光电转换层。
评价I
根据波长评价根据实施例、对比例和参考例的各光电转换器件的光电转换效率。
光电转换效率可如下评价：从最大吸收波长(λ最大)(约540nm)处的外量子效率(EQE)，且通过入射光子对电流效率(IPCE)方法在400nm到720nm的光的波长谱中。
结果示于表1中。
(表1)
| EQE(@λ<sub>最大</sub>,3V)(％) | |
| 实施例1 | 68.0 |
| 实施例2 | 69.4 |
| 对比例1 | 66.2 |
| 参考例1 | 69.2 |
参考表1，确认，与根据对比例1的光电转换器件相比，根据实施例1和2的光电转换器件改善光电转换效率。
另外，确认，根据实施例1和2的光电转换器件显示出与根据具有厚的光电转换层的参考例1的光电转换器件的光电转换效率相当的水平，由此，还确认，根据实施例1和2的光电转换器件在减小光电转换层的厚度的同时显示出高的光电转换效率。
评价II
取决于施加的电压评价根据实施例1和2以及对比例1的各光电转换器件的光电转换效率。
结果示于表2中。
(表2)
参考表2，确认，与根据对比例1的光电转换器件相比，根据实施例1和2的光电转换器件在各施加电压下改善光电转换效率。
评价III
对根据实施例1和2以及对比例1的光电转换器件评价图像滞后特性。
可通过如下来评价图像滞后：将在其中可发生光电转换的光的波长谱中的光照射到根据实施例和对比例的光电转换器件中特定的(或替代地预定的)时间(例如33毫秒)；关闭光；并通过使用Keithley 2400设备测量达到6pA所需的时间。随着图像滞后越高，电子保持越多，因此可经常发现后像。
结果示于表3中。
(表3)
| 滞后(毫秒) | |
| 实施例1 | 49 |
| 实施例2 | 46 |
| 对比例1 | 53 |
参考表3，确认，根据实施例1和2的光电转换器件显示出与根据对比例1的光电转换器件相比减小的图像滞后，从而估计电荷提取特性得到改善。
评价IV
设计采用根据实施例1和2以及对比例1的光电转换器件的有机传感器，并评价有机传感器的YSNR10。
有机传感器的YSNR10是其中信噪比(信号/噪声)变为10的最小光剂量(单位：勒克斯)，其中信号是通过执行经由颜色校正矩阵(CCM)通过具有颜色校正步骤的FDTD(有限时域差分法)计算的RGB原始信号而获得的信号灵敏度，并且噪声是在测量有机传感器中的信号时产生的噪声。颜色校正步骤是通过对从有机传感器获得的RGB原始信号进行图像处理来减小与真实颜色的差异的步骤。随着YSNR10具有越低的值，在低的光剂量下图像特性变得更好。
结果示于表4中。
(表4)
| YSNR10 | |
| 实施例1 | 85 |
| 实施例2 | 84 |
| 对比例1 | 86 |
参考表4，确认，根据实施例的光电转换器件显示比根据对比例的光电转换器件低的YSNR10，从而估计有机传感器的灵敏度可改善。
虽然已经结合目前被认为是实践性的实例实施方式的内容描述了本公开内容，但是将理解，本发明构思不限于所公开的实例实施方式，而是相反地，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种修改和等同布置。
Claims (19)
1.光电转换器件，包括：
彼此面对的第一电极和第二电极；
在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，所述光电转换层配置为吸收在光的波长谱的至少一部分中的光并将吸收的光转换为电信号；以及
在所述第一电极和所述光电转换层之间的有机辅助层，所述有机辅助层具有比所述光电转换层的电荷迁移率高的电荷迁移率。
2.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述有机辅助层的电荷迁移率是所述光电转换层的电荷迁移率的至少100倍。
3.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述有机辅助层的电荷迁移率为大于或等于1.0x10-3cm2/Vs。
4.如权利要求1所述的光电转换器件，其中
所述光电转换层包括第一有机材料，
所述有机辅助层包括与所述第一有机材料不同的第二有机材料，和
所述第二有机材料的电荷迁移率是所述第一有机材料的电荷迁移率的100倍或更大。
5.如权利要求4所述的光电转换器件，其中所述第二有机材料的电荷迁移率大于或等于1.0x10-3cm2/Vs。
6.如权利要求4所述的光电转换器件，其中所述第二有机材料包括第二有机材料化合物，其为稠合多环芳族化合物、稠合多环杂芳族化合物或其组合。
7.如权利要求6所述的光电转换器件，其中所述第二有机材料化合物包括稠合的至少四个环。
8.如权利要求6所述的光电转换器件，其中
所述第二有机材料化合物是稠合多环杂芳族化合物，和
所述稠合多环杂芳族化合物包括S、Se、Te或其组合。
9.如权利要求4所述的光电转换器件，其中
所述光电转换层进一步包括与所述第一有机材料形成pn结的半导体材料，所述半导体材料包括p型半导体和/或n型半导体，和
所述有机辅助层进一步包括所述半导体材料。
10.如权利要求9所述的光电转换器件，其中所述半导体材料包括富勒烯或富勒烯衍生物。
11.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述有机辅助层的厚度为小于或等于5nm。
12.如权利要求1所述的光电转换器件，进一步包括：
在所述第一电极和所述光电转换层之间的无机纳米层。
13.如权利要求12所述的光电转换器件，其中所述无机纳米层包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。
14.如权利要求13所述的光电转换器件，其中所述无机纳米层包括镧系元素，并且所述镧系元素包括镱(Yb)。
15.如权利要求12所述的光电转换器件，其中所述无机纳米层的厚度为小于或等于5nm。
16.如权利要求12所述的光电转换器件，其中
所述有机辅助层与所述光电转换层接触，并且
所述无机纳米层与所述第一电极接触。
17.如权利要求1所述的光电转换器件，其中所述第一电极是阴极以及所述第二电极是阳极。
18.包括如权利要求1-17任一项所述的光电转换器件的有机传感器。
19.包括如权利要求1-17任一项所述的光电转换器件或者如权利要求18所述的有机传感器的电子设备。
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