DE10314161A1 - Feldeffektelektroden für organische optoelektronische Bauelemente - Google Patents

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Abstract

Für ein, insbesondere organisches, Bauelement wird ein Feldeffektkontakt als negative Elektrode verwendet.

Description

  • Für n-Typ Kontakte optoelektronisch aktiver Bereiche von Bauelementen werden unter anderem Metalle mit kleinen Austrittsarbeiten verwendet. Dieser Zusammenhang ist beispielsweise in Brabec C. J., Sariciftci N. und Hummelen J.: "Plastic Solar Cells", Advanced Functional Materials, 2001, 11, No. 1, Seiten 15 bis 26, beschrieben. Metalle mit kleiner Austrittsarbeit sind aber in der Regel kompliziert zu verarbeiten und instabil in Luft.
  • Feldeffektelektroden sind aus DE 26 32 895 A1 und DE 198 22 501 A1 bekannt.
    •
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten n-Typ Kontakt für, insbesondere organische, optoelektronische Bauelemente anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Dementsprechend weist ein Bauelement mit einem optoelektronisch aktiven Bereich Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes im optoelektronisch aktiven Bereich auf, um die Entnahme und/oder Zufuhr von Ladungsträgern aus dem und/oder in den optoelektronisch aktiven Bereich zu beeinflussen.
  • Für das Bauelement wird also beispielsweise ein Feldeffektkontakt als negative Elektrode verwendet.
  • Vorteilhafterweise weist das Bauelement einen Kontaktbereich, insbesondere eine schichtförmig aufgebaute Elektrode, zum Kontaktieren des optisch aktiven Bereichs auf. Über diesen Kontaktbereich zum Kontaktieren des optischen Bereichs können Ladungsträger, also Elektronen oder Löcher, aus dem optisch aktiven Bereich entnommen oder dem optisch aktiven Bereich zugeführt werden.
  • Vorzugsweise ist durch die Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes zwischen dem Kontaktbereich zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs und dem optoelektronisch aktiven Bereich ein ohmscher Kontakt für die Ladungsträger erzeugbar.
  • Der optoelektronisch aktive Bereich kann durch einen Halbleiter gebildet werden, insbesondere einen organischen Halbleiter.
  • Der Kontaktbereich zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, Silber und/oder Gold.
  • Die Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes weisen vorzugsweise eine Elektrode auf, die als Feldeffektelektrode fungiert, insbesondere eine Metallelektrode.
  • Darüber hinaus können die Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes auch einen Isolator aufweisen, insbesondere eine Isolatorschicht. Die Isolatorschicht ist vorzugsweise zwischen der Feldeffektelektrode und dem optisch aktiven Bereich angeordnet.
  • In den Isolator kann auch noch ein Grating gedruckt sein, das zusammen mit der Feldeffektelektrode eine Lichtfalle bildet.
  • Das Bauelement ist insbesondere ein fotovoltaisches, Licht detektierendes (Fotodetektor-) und/oder Licht emittierendes Bauelement.
  • Darüber hinaus weisen die Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes zweckmäßiger Weise auch Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen der Feldeffektelektrode und dem optoelektronisch aktiven Bereich auf, um einen Feldeffekt im optoelektronisch aktiven Bereich zu erzeugen.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes mit einem optoelektronisch aktiven Bereich werden an dem Bauelement Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes angeordnet, um die Entnahme und/oder Zufuhr von Ladungsträgern aus dem und/oder in den optoelektronisch aktiven Bereich zu beeinflussen.
  • In einem Verfahren zum Betrieb eines Bauelementes mit einem optoelektronisch aktiven Bereich wird im optoelektronisch aktiven Bereich durch Mittel zum Erzeugen eines Feldeffektes ein Feldeffekt erzeugt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren ergeben sich analog zu den genannten vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung.
    •
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
  • 1 ein Bauelement.
  • In 1 erkennt man ein optoelektronisches Bauelement mit einem Substrat 1, das beispielsweise aus Glas ist. Eine semitransparente oder transparente Elektrode 2, beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO), schließt sich ein optoelektronisch aktiver Bereich 3 in Form einer fotoaktiven Halbleiterschicht an, die beispielsweise aus konjugierten Polymeren, organischen Molekülen oder Mischungen daraus besteht, insbesondere aus einer konjugierten Polymer-Fulleren-Mischung.
  • Es wird nun die Verwendung einer Feldeffektelektrode im bzw. am n-Typ Kontakt (negative Elektrode) vorgeschlagen. Dafür wird ein beliebiges Metall, beispielsweise Gold, als Kontaktbereich 4 zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs strukturiert auf den optoelektronisch aktiven Bereich 3 abgeschieden. Der Kontaktbereich 4 zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs fungiert äquivalent zu den Source- bzw. Drain-Kontakten eines Feldeffekttransistors. Er kann beispielsweise aus der Lösung, insbesondere unter Einsatz von Silberleitpasten, gedruckt werden oder auch aus der Gasphase abgeschieden (verdampft).
  • Auf dem Kontaktbereich 4 zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereiches wird ein Isolator 5 angeordnet. Der Isolator 5 kann beispielsweise in Form von Polyhydroxystyrol gedruckt oder etwa in Form von SiO2 oder Al2O3 aufgedampft, also thermisch abgeschieden werden.
  • Auf den Isolator 5 wird dann als eigentliche Feldeffektelektrode 6 eine weitere Metallelektrode abgeschieden, die äquivalent zum Gate-Kontakt eines Feldeffekttransistors ist. Die Feldeffektelektrode 6 ist beispielsweise aus Gold.
  • Durch das Anlagen einer Gate-Spannung an der Feldeffektelektrode 6 kann man die Kontakteigenschaften des Source-Drain-Interfaces, also des Kontaktbereiches 4 zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs, zum Halbleiter, also zum optoelektronisch aktiven Bereich 3, beeinflussen. Durch die Wahl des Vorzeichens der Gate-Spannung kann man eine Verbesserung der Kontakteigenschaften sowohl für Elektronen als auch für Löcher herbeiführen. Dadurch kann dieser Kontakt die bisher verwendeten Metalle mit kleinen Austrittsarbeiten ersetzen.
  • Weitere wesentliche Vorteile sind, dass diese Kontakte eine sehr einfache Strukturierung des Bauelementes zulassen, die sich positiv für die Lichtauskopplung erweist, etwa wenn das Bauelement eine organische Licht emittierende Diode (OLED) ist, oder für die Lichteinkopplung, etwa wenn das Bauelement ein organisches fotovoltaisches Bauelement (OPV) oder ein organischer Fotodetektor ist. So kann man zum Beispiel in den Isolator 5 ein Grating drucken, das zusammen mit der Gate-Elektrode, also der Feldeffektelektrode 6, eine Lichtfalle bildet.
  • Vorteilhafterweise lässt sich der gesamte Kontakt bestehend aus der negativen Elektrode, in Form des Kontaktbereichs 4 zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs, dem Isolator 5 und der Feldeffektelektrode 6 drucken. Dadurch wird die Herstellung eines vollständig gedruckten Bauelements in Form einer Solarzelle, Leuchtdiode oder Fotodiode ermöglicht.

Claims (12)

  1. Bauelement mit einem optoelektronisch aktiven Bereich (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement Mittel (5, 6) zum Erzeugen eines Feldeffekts aufweist, um die Entnahme und/oder Zufuhr von Ladungsträgern aus dem und/oder in den optoelektronisch aktiven Bereich (3) zu beeinflussen.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement einen Kontaktbereich (4) zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs (3) aufweist.
  3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mittel (5, 6) zum Erzeugen eines Feldeffekts zwischen dem Kontaktbereich (4) zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs und dem optoelektronisch aktiven Bereichs (3) ein selektiver Kontakt für die Ladungsträger erzeugbar ist.
  4. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (4) zum Kontaktieren des optoelektronisch aktiven Bereichs Metall enthält, insbesondere Aluminium, Silber und/oder Gold.
  5. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronisch aktive Bereich (3) einen Halbleiter enthält, insbesondere einen organischen Halbleiter.
  6. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5, 6) zum Erzeugen eines Feldeffekts eine Feldeffektelektrode (6) aufweisen.
  7. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5, 6) zum Erzeugen eines Feldeffektes einen Isolator (5) aufweisen.
  8. Bauelement nach den Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (5) zwischen der Feldeffektelektrode (6) und dem optoelektronisch aktiven Bereich (3) angeordnet ist.
  9. Bauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Isolator (5) ein Grating gedruckt ist.
  10. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ein fotovoltaisches und/oder Licht emittierendes Bauelement ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements mit einem optoelektronisch aktiven Bereich (3), bei dem an dem Bauelement Mittel (5, 6) zum Erzeugen eines Feldeffektes angeordnet werden, um die Entnahme und/oder Zufuhr von Ladungsträgern aus dem und/oder in den optoelektronisch aktiven Bereich (3) beeinflussbar zu machen.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Bauelementes mit einem optoelektronisch aktiven Bereich (3), bei dem im optoelektronisch aktiven Bereich (3) ein Feldeffekt erzeugt wird.
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