JP2007518220A - 有機電気素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の例示的な具現例による電気素子は、正孔注入または正孔抽出用電極として導電層だけでなく、n型有機物層を備える。前記n型有機物層は、前記n型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記n型有機物層の一面と接触する前記導電層のフェルミエネルギー準位との差が約2eV以下であり、また、前記n型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記n型有機物層の他面と接触するp型有機物層のHOMOエネルギー準位との差が約1eV以下となるように選択される。前記n型有機物層は、正孔注入または正孔抽出に対する電気的障壁を低め、前記n型有機物層と前記p型有機物層との間にNP接合を形成するため、前記電気素子は、電極物質として多様な物質を使用できるため、素子の製造工程を簡素化でき、素子効率が高い。
有機発光素子は、正極、負極及び前記正極と負極との間に位置するp型有機物層を備える。前記p型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備える。前記有機発光素子はまた、前記p型正孔注入層と負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えうる。前記有機発光素子が複数の有機物層を備える場合、前記有機物層は、同じ物質または異なる物質で形成されうる。図3は、本発明の例示的な一具現例による有機発光素子を表す。
正極は、HIL、HTLまたはEMLのようなp型有機物層内に正孔を注入する。前記正極は、導電層とn型有機物層とを備える。前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含む。前記導電性ポリマーは、導電性ポリマーを含みうる。
HILまたはHTLは、正極と負極との間に位置するp型有機物層で形成されうる。前記p型HILまたはp型HTLと前記n型有機物層とは、NP接合を形成するので、このNP接合で形成された正孔は、前記p型HILまたはp型HTLを通じてEMLに輸送される。
正孔伝達と電子伝達とがEMLで同時に起こるので、EMLは、n型特性及びp型特性を何れも有しうる。EMLは、電子輸送が正孔輸送に比べて速いn型EMLまたは正孔輸送が電子輸送に比べて速いp型EMLでありうる。
ETLは、負極から電子をよく注入されてEMLによく輸送できるように、大きい電子移動度を有する。前記ETLは、これに限定されるものではないが、Alq3;Alq3構造を含む有機化合物;ヒドロキシフラボン−金属錯化合物またはシラシクロペンタジエン(silole)系化合物を含む。
負極物質としては、HTLのようなp型有機物層に電子注入が容易になされるように、小さな仕事関数を有する。前記負極は、これに限定されるものではないが、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO2/Alのような多層構造物質を含む。前記負極は、正極の導電層と同じ物質で形成されうる。または、負極または正極の導電層は、透明物質を含みうる。
有機太陽電池は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された有機薄膜を備える。前記有機薄膜は、有機太陽電池の効率及び安定性を高めるために、複数の層を備える。図6は、本発明の例示的な一具現例による有機太陽電池を示す。
図7は、本発明の例示的な一具現例による有機トランジスタを示す。図7を参照すれば、有機トランジスタは、基板61、ソース電極65、ドレイン電極66、ゲート62、基板61及びゲート62上に位置する絶縁層63、絶縁層63上に位置し、正孔を形成するp型有機物層64、ソース電極65及び/またはドレイン電極66とp型有機物層64との間に位置するn型有機物層67を備える。n型有機物層67のLUMOエネルギー準位とソース電極65またはドレイン電極66のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差は、約2eV以下である。n型有機物層67のLUMOエネルギー準位とp型有機物層64のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差は、約1eV以下である。
ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(Hexanitrile hexaazatriphenylene:HAT)をn型半導体特性の有機物として使用した。HATのHOMO準位は、UPS(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)方法で測定された。この方法では、超真空(<10−8Torr)下で、試料にHeランプから出る真空UV線(21.20eV)を照射するとき、試料から出る電子の運動エネルギーを分析した。
約1000Åの厚さのITOがコーティングされたガラス基板(Corning 7059 glass)を洗剤(製造社:Fischer Co.,製品番号:15−335−55)が溶解された蒸溜水に入れて超音波で30分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて10分間実施する超音波洗浄を2回反復した。
約1000Åの厚さのITOがコーティングされたガラス基板を、実施例2のように洗浄した。次いで、プラズマ洗浄器内で、酸素プラズマを利用して14mtorrの圧力及び50Wの電力条件で前記ITOコーティングされたガラス基板を5分間プラズマ処理した。このITOの仕事関数は、約5.2eVを表した。
実施例2のように、前記ガラス基板を洗浄し、プラズマ処理した。このガラス基板上に形成されたITOの仕事関数は、約4.8eVであった。以下の有機物層及び負極は、前記ITO導電層が形成されたガラス基板上に実施例4と同じ方法によって形成された。
実施例3と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約100Åの厚さにAlを真空蒸着して、仕事関数が約4.2eVである半透明Al導電層を前記ガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Al導電層が形成されたガラス基板上に実施例4と同じ方法によって形成された。
実施例3と同じ方法でガラス基板を洗浄した後、約100Åの厚さにAgを真空蒸着して、仕事関数が約4.2eVである半透明Ag導電膜をガラス基板上に形成した。以下の有機物層及び負極は、前記Al導電層が形成されたガラス基板上に実施例4と同じ方法によって形成された。
実施例3と同じ方法でガラス基板を準備した。約100Åの厚さにAlを真空蒸着して、仕事関数が約4.2eVである半透明Al導電層を前記ガラス基板上に形成した。真空蒸着機内で、このAl導電層が形成されたガラス基板上に約9.78eVのHOMOエネルギー準位及び約500Åの厚さのHATを熱真空蒸着してAl導電層及びHAT n型有機物層を有する正極を形成した。
実施例2と同じ方法で、仕事関数が約4.8eVであるITO導電層を備えるガラス基板を準備した。前記ITO導電層が形成されたガラス基板上に約5.24eVのLUMOエネルギー準位及び約360Åの厚さのF4TCNQを真空蒸着して正極を形成した。
実施例3と同じ方法でガラス基板を準備した。前記ガラス基板上に約100Åの厚さ及び約4.2eVの仕事関数を有するAlを真空蒸着して、半透明のAl導電層を前記ガラス基板上に形成した。実施例9と同じ方法で前記Al導電層上にF4TCNQを形成して、Al導電層及びF4TCNQ n型有機物層を備えた正極を形成した。次いで、実施例9と同様に、HTL、及び電子輸送及びEMLを順次に形成した。
約1000Åの厚さのITOがコーティングされたガラス基板(Corning 7059 glass)を洗剤(製造社:Fischer Co.,製品番号:15−335−55)が溶解された蒸溜水に入れて超音波で30分間洗浄した。次いで、前記ガラス基板を蒸溜水に入れて5分間実施する超音波洗浄を2回反復した。
HAT n型有機物層を約400Åの厚さに蒸着したことを除いては、実施例11と同じ方法を利用して、有機太陽電池を完成した。本実施例12の太陽電池は、約0.45%の効率を有した。
Claims (25)
- 正孔を注入または抽出する第1電極であって、導電層及び前記導電層上に位置するn型有機物層を備える第1電極と、
電子を注入または抽出する第2電極と、
前記第1電極の導電層と前記第2電極との間に位置するp型有機物層であって、前記第1電極の前記n型有機物層と前記p型有機物層との間でNP接合を形成するp型有機物層と、を備え、
前記第1電極のn型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記第1電極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約2eV以下であり、
前記第1電極のn型有機物層の前記LUMOエネルギー準位と前記p型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が約1eV以下であることを特徴とする電気素子。 - 前記p型有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層を備えることを特徴とする請求項1に記載の電気素子。
- 前記p型有機物層と前記第2電極との間に少なくとも一つの有機物層をさらに備え、
前記少なくとも一つの有機物層は、正孔輸送層、発光層または電子輸送層を備えることを特徴とする請求項1に記載の電気素子。 - 前記第1電極のn型有機物層は、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、フッ素置換の3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、シアノ置換のPTCDA、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、フッ素置換のNTCDA、シアノ置換のNTCDA、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT)を含むことを特徴とする請求項1に記載の電気素子。
- 前記第1電極の前記導電層は、金属、金属酸化物または導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求項1に記載の電気素子。
- 前記第1電極の導電層と前記第2電極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の電気素子。
- 導電層及び前記導電層上に位置するn型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置するp型有機物層であって、前記正極のn型有機物層と前記p型有機物層との間でNP接合を形成するp型有機物層と、を備え、
前記正極のn型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記正極の前記導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約2eV以下であり、
前記正極のn型有機物層の前記LUMOエネルギー準位と前記p型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が約1eV以下であることを特徴とする有機発光素子。 - 前記p型有機物層は、p型正孔注入層を備え、前記有機発光素子は、前記p型正孔注入層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記少なくとも一つの有機物層は、前記p型正孔注入層上に位置する正孔輸送層、前記正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子。
- 前記発光層は、n型発光層またはp型発光層を備えることを特徴とする請求項9に記載の有機発光素子。
- 前記p型有機物層は、p型正孔輸送層を備え、前記有機発光素子は、前記p型正孔輸送層と前記負極との間に位置する少なくとも一つの有機物層をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記少なくとも一つ有機物層は、前記p型正孔輸送層上に位置する発光層、または前記発光層上に位置する電子輸送層を備えることを特徴とする請求項11に記載の有機発光素子。
- 前記発光層は、n型発光層またはp型発光層を備えることを特徴とする請求項12に記載の有機発光素子。
- 前記p型有機物層は、p型発光層を備え、前記有機発光素子は、前記p型発光層と前記負極との間に位置する有機物層をさらに備え、前記有機物層は、電子輸送層を備えることを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記正極の前記導電層及び前記負極のうち少なくとも一つは、透明物質を含むことを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記n型有機物層は、約4ないし7eVのLUMOエネルギー準位及び約10−8cm2/Vsないし1cm2/Vsまたは約10−6cm2/Vsないし10−2cm2/Vsの電子移動度を有することを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 前記n型有機物層は、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、フッ素置換の3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、シアノ置換のPTCDA、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、フッ素置換のNTCDA、シアノ置換のNTCDAまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT)を含むことを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
- 請求項7に記載の前記正極、前記p型有機物層及び前記負極をそれぞれ有する複数の反復単位を含み、
一つの反復単位の前記負極は、直列に連結された隣接した反復単位の前記正極に連結されたことを特徴とするスタック型有機発光素子。 - 導電層及び前記導電層上に位置するn型有機物層を備える正極と、
負極と、
前記正極の導電層と前記負極との間に位置する電子ドナー層であって、p型有機物層を備え、前記正極の前記n型有機物層と前記p型有機物層との間でNP接合を形成する電子ドナー層と、を備え、
前記正極のn型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記正極の導電層のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約2eV以下であり、
前記正極のn型有機物層の前記LUMOエネルギー準位と前記p型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が約1eV以下であることを特徴とする有機太陽電池。 - 前記負極と前記電子ドナー層との間に位置する電子アクセプタ層をさらに備えることを特徴とする請求項20に記載の有機太陽電池。
- 前記正極の導電層と前記負極とは、同じ物質で形成されたことを特徴とする請求項20に記載の有機太陽電池。
- 前記正極のn型有機物層は、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、フッ素置換の3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、シアノ置換のPTCDA、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、フッ素置換のNTCDA、シアノ置換のNTCDAまたはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT)を含むことを特徴とする請求項20に記載の有機太陽電池。
- ソース電極と、
ドレイン電極と、
ゲート電極と、
前記ゲート電極上に位置する絶縁層と、
前記絶縁層上に位置するp型有機物層と、
前記ソース電極または前記ドレイン電極と前記p型有機物層との間に位置するn型有機物層であって、前記n型有機物層と前記p型有機物層との間でNP接合を形成するn型有機物層と、を備え、
前記n型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記ソース電極または前記ドレイン電極のフェルミエネルギー準位とのエネルギー差が約2eV以下であり、
前記n型有機物層のLUMOエネルギー準位と前記p型有機物層のHOMOエネルギー準位とのエネルギー差が約1eV以下であることを特徴とする有機トランジスタ。 - 前記n型有機物層は、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、フッ素置換の3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、シアノ置換のPTCDA、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(NTCDA)、フッ素置換のNTCDA、シアノ置換のNTCDA、またはヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT)を含むことを特徴とする請求項20に記載の有機トランジスタ。
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