EP1609193A2 - Feldeffektelektroden für organische optoelektronische bauelemente - Google Patents

Feldeffektelektroden für organische optoelektronische bauelemente

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EP1609193A2
EP1609193A2 EP04712540A EP04712540A EP1609193A2 EP 1609193 A2 EP1609193 A2 EP 1609193A2 EP 04712540 A EP04712540 A EP 04712540A EP 04712540 A EP04712540 A EP 04712540A EP 1609193 A2 EP1609193 A2 EP 1609193A2
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component
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optoelectronically active
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Christoph Brabec
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Osram Oled GmbH
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • metals with small work functions are used for n-type contacts of optoelectronically active areas of components. This relationship is described, for example, in Brabec C.J., Sariciftci N. and Hummelen J.: "Plastic Solar Cells", Advanced Functional Materials, 2001, 11, no. 1, pages 15 to 26.
  • metals with a small work function are generally difficult to process and unstable in air.
  • Field effect electrodes are known from DE 26 32 895 AI and DE 198 22 501 AI.
  • the object of the invention is to provide an improved n-type contact for, in particular organic, optoelectronic components.
  • a component with an optoelectronically active region has means for generating a field effect in the optoelectronically active region in order to influence the removal and / or supply of charge carriers from and / or into the optoelectronically active region.
  • a field effect contact is used as the negative electrode for the component.
  • the component advantageously has a contact area, in particular a layered electrode, for contacting the optically active area.
  • a contact area in particular a layered electrode, for contacting the optically active area.
  • Contact areas for contacting the optical area can be used to remove charge carriers, that is to say electrons or holes, from the optically active area or to supply them to the optically active area.
  • An ohmic contact for the charge carriers can preferably be generated by the means for generating a field effect between the contact area for contacting the optoelectronically active area and the optoelectronically active area.
  • the optoelectronically active region can be formed by a semiconductor, in particular an organic semiconductor.
  • the contact area for contacting the optoelectronically active area preferably consists of metal, in particular aluminum, silver and / or gold.
  • the means for generating a field effect preferably have an electrode that functions as a field effect electrode, in particular a metal electrode.
  • the means for generating a field effect can also have an insulator, in particular an insulator layer.
  • the insulator layer is preferably arranged between the field effect electrode and the optically active region.
  • a grating can also be printed in the insulator which, together with the field electrode, forms a light trap.
  • the component is in particular a fotovoltaisch.es, light-detecting (photodetector) and / or light-emitting component.
  • the means for generating a field effect expediently also have means for applying a voltage between the field effect electrode and the optoelectronically active region in order to produce a field effect in the optoelectronically active region.
  • means for generating a field effect are arranged on the component in order to influence the removal and / or supply of charge carriers from and / or into the optoelectronically active region.
  • a field effect is generated in the optoelectronically active region by means of generating a field effect.
  • Figure 1 shows a component
  • a semitransparent or transparent electrode 2 for example made of indium tin oxide (ITO)
  • ITO indium tin oxide
  • an optoelectronically active region 3 in the form of a photoactive semiconductor layer which consists, for example, of conjugated polymers, organic molecules or mixtures thereof, in particular of a "conjugated polymer filler”. Mixture.
  • a field effect electrode in or on the n-type contact (negative electrode) is now proposed.
  • any metal for example gold, is deposited in a structured manner as contact region 4 for contacting the optoelectronically active region onto the optoelectronically active region 3.
  • the contact area 4 for contacting the optoelectronically active area functions equivalent to the source or drain contacts of a field effect transistor. It can, for example, be printed out of the solution, in particular using silver conductive pastes, or it can also be deposited (evaporated) from the gas phase.
  • An insulator 5 is arranged on the contact area 4 for contacting the optoelectronically active area.
  • the insulator 5 can for example be printed in the form of polyhydroxystyrene or in the form of SiO 2 or
  • AI2O3 evaporated, i.e. thermally separated.
  • the insulator 5 is then the actual one
  • Field effect electrode 6 deposited another metal electrode, which is equivalent to the gate contact of a field effect transistor.
  • the field effect electrode 6 is made of gold, for example.
  • these contacts allow a very simple structuring of the component, which has a positive effect on the light coupling out, for example if the component is an organic light-emitting diode (OLED), or for light coupling in, for example if the component is an organic photovoltaic Component (OPV) or an organic photo detector.
  • OLED organic light-emitting diode
  • OCV organic photovoltaic Component
  • a grating can be printed in the insulator 5, which forms a light trap together with the gate electrode, ie the field effect electrode 6.
  • the entire contact consisting of the negative electrode, in the form of the contact region 4 for contacting the optoelectronically active region, the insulator 5 and the field effect electrode 6 can advantageously be printed. This enables the production of a completely printed component in the form of a solar cell, light-emitting diode or photodiode.

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Abstract

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

Description

Feldeffektelektroden für organische optoelektronische Bauelemente
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 AI und DE 198 22 501 AI 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 . Vorteilhaf e 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 Felde fektelektrode 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 Gräting gedruckt sein, das zusammen mit der Felde fektelektrode eine Lichtfalle bildet.
Das Bauelement ist insbesondere ein fotovoltaisch.es , 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:
Figur 1 ein Bauelement .
In Figur 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- Fülleren-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 Siθ2 oder
AI2O3 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- nterfaces, 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 Gräting 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

Patentansprüche
1. Bauelement mit einem optoelektronisch aktiven Bereich (3), dadurch gekennzeichne , 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 gekennzeichne , 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 Gräting 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.
EP04712540A 2003-03-28 2004-02-19 Feldeffektelektroden für organische optoelektronische bauelemente Withdrawn EP1609193A2 (de)

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