JP2005530350A - 光電子素子用の電極およびその使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、球状の同素体、詳細にはシリコンおよび／またはカーボンナノチューブを含有する電極に関し、その有機半導体技術における使用に関する。電極は、同素体のみを含有すること、および／または、有機機能性ポリマーに包埋された同素体を含有することが可能である。
Description
本発明は、球状の同素体、詳細にはシリコンおよび／またはカーボンナノチューブを含有する電極に関し、その有機半導体技術における使用に関する。
ピーエーエヌアイ（ＰＡＮＩ）、ピーイーディーオーティー（ＰＥＤＯＴ）：ピーエスエス（ＰＳＳ）（ポリスチレンスルホン酸）などの有機導体による、光電子素子用の電極は、独国特許出願第１０１２６８５９．９号明細書に公知である。
ナノチューブ誘導体および球状の同素体の（光）電子素子における使用は、独国特許出願第１０１５３３１６．０号明細書に公知である。
同素体は、金属的導体または半導体の状態で電極中に存在することが可能である。金属的導体の同素体の例は、例えば、非特許文献１に公知である。
同素体は、金属的導体または半導体の状態で電極中に存在することが可能である。金属的導体の同素体の例は、例えば、非特許文献１に公知である。
ナノチューブは、多数の独特な電子特性、光学特性、および機械的特性を有する。単層ナノチューブは高い引張抵抗を有しており、直径およびカイラリティによって、金属的、半導体または絶縁体であることが可能である。ナノテクノロジー用途において用いられるべきこれらの特性のために、溶解性および加工性を改良し得る、ナノチューブの化学的誘導もまた好適である。詳細には、ナノチューブ誘導体および／またはナノチューブ溶解物を、マイクロエレクトロニクス用の有機機能性ポリマーにおける相混合成分（Phasengemisches ）として用いることができる。
ナノチューブなどの球状の同素体は、例えば、非特許文献２に記載されている。そこには、シリコンおよびカーボンナノチューブが記載されている。
同素体を導電性の有機材料に添加すること、および／または、引出し法によって基板上で成長させることが可能である。金属的同素体を単独に用いて、または、金属的同素体および／または半導体的同素体を含有するコンポジット材料を用いて、電極を作成することが可能である。
同素体を導電性の有機材料に添加すること、および／または、引出し法によって基板上で成長させることが可能である。金属的同素体を単独に用いて、または、金属的同素体および／または半導体的同素体を含有するコンポジット材料を用いて、電極を作成することが可能である。
以下の同素体は陽／陰極に好適であり、ガラス、金属（モリブデン）、半導体（シリコン）またはフィルム（ピーイーティー（ＰＥＴ））などの基板上に、好適な触媒を最初に堆積することによって形成される。以下からなる群より選択される少なくとも２つの項目の組合せもまた、陽／陰極に好適である。
・導体基板（導電性酸化物（アイティーオー（ＩＴＯ））
・ドープ半導体（シリコン、ゲルマニウムなど）
・ＡＬ、Ａｇなどの金属、または、
・純粋な状態で、または、導電性もしくは非導電性の結合材（ポリマーなど）との混合物の状態で、同素体が塗布された、非導電性基板（ガラス、フィルムなど）。
共役ポリマーとナノチューブからなるコンポジットは強い光電効果を示すことが、最近示されている（非特許文献３）。
Ｚ．Ｆ．レン（Ren ）、Ｚ．Ｐ．ホアン（Huang ）、Ｊ．Ｗ．シュ（Xu）、Ｄ．Ｚ．ワン（Wang）、Ｊ．Ｈ．ワン（Wang）、Ｌ．カルヴェ（Calvet）、Ｊ．チェン（Chen）、Ｊ．Ｆ．クリミク（Klemic）およびＭ．Ａ．リード（Reed）、「精密に配置されたカーボンナノチューブの巨大配列（Large arrays of well-aligned carbon nanotubes ）」、新規材料の電子特性に関する第１３回冬季国際学会の学会報（Proceedings of 13th International Winter School on Electronic Properties of Nove Materials）、１９９９年、ｐ．２６３〜２６７ ネイチャー（Nature）、１９９１年、第３５４号、ｐ．５６〜５８ Ｓ．Ｂ．リー、Ｔ．カラヤマ、Ｈ．カジイ、Ｈ．アラキ、Ｋ．ヨシノ、シンセティックメタルズ（Synthetic Metals）、２００１年、第１２１号、ｐ．１５９１〜１５９２
・ドープ半導体（シリコン、ゲルマニウムなど）
・ＡＬ、Ａｇなどの金属、または、
・純粋な状態で、または、導電性もしくは非導電性の結合材（ポリマーなど）との混合物の状態で、同素体が塗布された、非導電性基板（ガラス、フィルムなど）。
共役ポリマーとナノチューブからなるコンポジットは強い光電効果を示すことが、最近示されている（非特許文献３）。
Ｚ．Ｆ．レン（Ren ）、Ｚ．Ｐ．ホアン（Huang ）、Ｊ．Ｗ．シュ（Xu）、Ｄ．Ｚ．ワン（Wang）、Ｊ．Ｈ．ワン（Wang）、Ｌ．カルヴェ（Calvet）、Ｊ．チェン（Chen）、Ｊ．Ｆ．クリミク（Klemic）およびＭ．Ａ．リード（Reed）、「精密に配置されたカーボンナノチューブの巨大配列（Large arrays of well-aligned carbon nanotubes ）」、新規材料の電子特性に関する第１３回冬季国際学会の学会報（Proceedings of 13th International Winter School on Electronic Properties of Nove Materials）、１９９９年、ｐ．２６３〜２６７ ネイチャー（Nature）、１９９１年、第３５４号、ｐ．５６〜５８ Ｓ．Ｂ．リー、Ｔ．カラヤマ、Ｈ．カジイ、Ｈ．アラキ、Ｋ．ヨシノ、シンセティックメタルズ（Synthetic Metals）、２００１年、第１２１号、ｐ．１５９１〜１５９２
しかしながら、これらの電極の導電性、光に対する透明性、電子仕事関数、および／または表面品質は、さらに最適化可能である。
したがって、シリコン、ゲルマニウムなどの従来材料ではなく、他の材料を用いて半導体技術を実施するエレクトロニクスの分野、いわゆる「ポリマーエレクトロニクス」において用いるための、新規かつ、より優れた有機型電極を作り出す要求がある。
したがって、シリコン、ゲルマニウムなどの従来材料ではなく、他の材料を用いて半導体技術を実施するエレクトロニクスの分野、いわゆる「ポリマーエレクトロニクス」において用いるための、新規かつ、より優れた有機型電極を作り出す要求がある。
したがって本発明の目的は、有機半導体素子および光電子素子用の改良された（光）電子特性を有する、新規な電極を提供することである。
本発明は、同素体を含有する、光電子素子および／または有機半導体素子用の電極に関する。
また本発明は、例えば、有機導体または半導体（典型的には共役ポリマー）と同素体を組合わせて、半透明または不透明な電極を形成することに関する。
また本発明は、例えば、有機導体または半導体（典型的には共役ポリマー）と同素体を組合わせて、半透明または不透明な電極を形成することに関する。
本明細書において「有機材料」または「機能性ポリマー」または「ポリマー」の語には、全ての種類の有機材料、金属有機材料、および／または、有機／無機合成材料（ハイブリッド）、詳細には、英語では例えば「プラスチック（plastics）」の語によって示される材料、が含まれる。これには、従来型のダイオード（ゲルマニウム、シリコン）を形成する半導体および典型的な金属導体を除き、全ての種類の材料が含まれる。したがって、この語を含炭素材料としての有機材料という教義上の意味に限定する意図はなく、むしろ、例えばシリコン類などの、最も広い意味での使用をも意図している。さらに、この語は分子の大きさに関して、詳細にはポリマー材料および／またはオリゴマー材料であることに限定して解釈されず、「低分子（small molecules ）」の使用も充分に適切である。機能性ポリマーにおける「ポリマー」の語は、歴史に由来するものであり、何らかのポリマー化合物が実際に存在することについて述べるものではない。機能性ポリマーは、半導体材料、導体材料、および／または絶縁材料を意味することができる。
基板上で成長した（形成された）金属的同素体すなわちナノチューブは、例えば、広い表面領域上に直立するナノチューブの２次元の列など、３次元構造を有する導体電極を作り出す。この領域における増大とは、電極の使用可能な表面領域すなわち活性領域に対する、同素体が塗布されている基板の表面領域の比率の増大であり、埋込密度、すなわち成長した同素体の密度によって、および／またはその長さによって増大され得る。
例えば、導電性の機能性ポリマーのマトリクス中に金属的同素体を包埋することによって、電極用のコンポジット材料を作り出すことが可能である。有機機能性ポリマーと同素体からなるこの混合物において、電極の導電性および／または透明性は、マトリクス中の同素体の量および濃度によって最適化可能である。このコンポジット材料から、例えば溶液の状態において、電極を印刷することが可能である。
詳細には、ヘテロ接合での使用における陽極（電子受容体）として、半導体的同素体を
用いることもできる。
例えば、有機発光ダイオード（オーエルイーディー（ＯＬＥＤ））、有機太陽電池、および光検出器などの光電子素子用には、同素体の長さの調節によって、電極の光学特性を調節することが可能である。好適な長さの同素体すなわちナノチューブは、λ／４アンテナとして機能し、電磁放射線を吸収するために用いられる。例えば、長さ１００〜２００ｎｍの同素体は、可視波長範囲（４００〜８００ｎｍ）における吸収を達成するために用いられる。
用いることもできる。
例えば、有機発光ダイオード（オーエルイーディー（ＯＬＥＤ））、有機太陽電池、および光検出器などの光電子素子用には、同素体の長さの調節によって、電極の光学特性を調節することが可能である。好適な長さの同素体すなわちナノチューブは、λ／４アンテナとして機能し、電磁放射線を吸収するために用いられる。例えば、長さ１００〜２００ｎｍの同素体は、可視波長範囲（４００〜８００ｎｍ）における吸収を達成するために用いられる。
実施例に基づいて、以下でさらに本発明を記載する。
実施例１は、金属的ナノチューブ電極による、有機太陽電池または有機光検出器としての本発明の実施態様である。まず、ナノチューブを導体基板上に堆積するか、または代替として、非導電性基板上に「成長させる」すなわち「成長を可能にすることによって形成する」ことが可能である。接続のため、導体（好適または任意には、半透明なポリマー）を用いて（例えば、溶媒を除去する工程によって）ナノチューブ電極を被覆する。この電極は、続いて以下の層を有する。
実施例１は、金属的ナノチューブ電極による、有機太陽電池または有機光検出器としての本発明の実施態様である。まず、ナノチューブを導体基板上に堆積するか、または代替として、非導電性基板上に「成長させる」すなわち「成長を可能にすることによって形成する」ことが可能である。接続のため、導体（好適または任意には、半透明なポリマー）を用いて（例えば、溶媒を除去する工程によって）ナノチューブ電極を被覆する。この電極は、続いて以下の層を有する。
・基板
・任意で導体層、例えば、Ａｕ、ＩＴＯ、Ａｌなど
・ナノチューブ（長さおよび配置を詳細に調節可能）
・任意で導電性ポリマー
この電極上に（例えば、溶媒を除去する工程によって）有機半導体（または、有機ｐ型およびｎ型半導体の混合物）を堆積する。対極（典型的には、熱による気相成長法による金属薄層）を備えることによって、素子は完成する。ナノチューブの長さおよびその配置を好適に選択することによって、光学吸収を増大することが可能である。
・任意で導体層、例えば、Ａｕ、ＩＴＯ、Ａｌなど
・ナノチューブ（長さおよび配置を詳細に調節可能）
・任意で導電性ポリマー
この電極上に（例えば、溶媒を除去する工程によって）有機半導体（または、有機ｐ型およびｎ型半導体の混合物）を堆積する。対極（典型的には、熱による気相成長法による金属薄層）を備えることによって、素子は完成する。ナノチューブの長さおよびその配置を好適に選択することによって、光学吸収を増大することが可能である。
第２の実施例では、半導体的ナノチューブ電極による、有機太陽電池または有機光検出器を記載する。接触のため、ナノチューブを導体基板上に堆積するか、または代替として、非導電性基板上に成長させることが可能である。接続のため、導体（任意には、半透明なポリマー）を用いて（例えば、溶媒を除去する工程によって）ナノチューブを被覆する。この電極（基板／（任意で例えばＡｕ、ＩＴＯ、Ａｌなどの導体層）／ナノチューブ／（任意で導電性ポリマー）からなる）上に（典型的には、溶媒を除去する工程によって）有機半導体（好適にはｐ型半導体）を堆積する。電極の半導体的ナノチューブは、ｎ型半導体として機能することによって、ポリマー半導体とナノチューブとの間の光電効果を生じる。対極（典型的には、熱による気相成長法による金属薄層）を備えることによって、素子は完成する。ナノチューブの長さおよびその配置を好適に選択することによって、光学吸収を増大することが可能である。
第３の実施例では、ナノチューブ電極（ナノチューブ電極配列）による、有機発光ダイオード（または有機ディスプレイ）を記載する。接続のため、ナノチューブを導体基板上に堆積するか、または代替として、非導電性基板上に成長させることが可能であり、接触のため、導体（任意には、半透明なポリマー）を用いて（例えば、溶媒を除去する工程によって）ナノチューブ電極を被覆する。この電極（基板／（任意で例えば、Ａｕ、ＩＴＯ、Ａｌなどの導体層）／ナノチューブ／（任意で導電性ポリマー）からなる）上に（典型的には、溶媒を除去する工程によって）有機半導体（好適にはｐ型半導体）を堆積する。対極（典型的には、熱による気相成長法による金属薄層）を備えることによって、素子は完成する。
最後にカーボンナノチューブ電極と圧着することによって、有機太陽電池、有機発光ダイオード、または有機光検出器の接続が行われる。ここにおいて、半導体素子は以下のように構成される。
ステップ１：底面側の組立、すなわち、基板／電極１（金属）／有機半導体。
ステップ２：成長したナノチューブ電極の有機半導体への圧着。圧着によって、カーボンナノチューブを有機半導体の中へ押入して、接続は完了する。この技術によって、電極１またはナノチューブ電極は、半透明であるように与えられる。
ステップ２：成長したナノチューブ電極の有機半導体への圧着。圧着によって、カーボンナノチューブを有機半導体の中へ押入して、接続は完了する。この技術によって、電極１またはナノチューブ電極は、半透明であるように与えられる。
本発明は、球状の同素体、詳細にはシリコンおよび／またはカーボンナノチューブを含有する電極に関し、その有機半導体技術における使用に関する。電極は、同素体のみを含有すること、および／または、有機機能性ポリマーに包埋された同素体を含有することが可能である。
Claims (7)
- 同素体を含有する、光電子素子および／または有機半導体素子用の電極。
- 請求項１に記載の電極において、前記同素体は金属的状態または半導体的状態で存在する電極。
- 請求項１または２に記載の電極において、前記同素体はコンポジット材料中に存在する電極。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極において、半透明または透明である電極。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極において、前記同素体はナノチューブ、詳細にはカーボンナノチューブである電極。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極において、使用される前記同素体の長さを調節することによって、前記電極の光学特性を詳細に調節可能である電極。
- 少なくとも１つの有機機能性ポリマーを含有する、光電子素子および／または電子素子における、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極の使用。
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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| CN (1) | CN1659721A (ja) |
| DE (1) | DE10226366A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003107451A2 (ja) |
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