JP2023007431A - organic light sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、相互浸透構造型バルクヘテロ接合の活性層を備えた有機光センサに関する。 The present invention relates to an organic photosensor having an active layer of an interpenetrating bulk heterojunction.
有機光電変換素子は、陰極と陽極とからなる一対の電極間に設けられた有機半導体層を有する電子素子である。有機光電変換素子においては、光透過性を有する電極側から有機半導体層に入射した光のエネルギーによって、有機半導体層において電荷キャリア(正孔及び電子)が生成する。生成した正孔は陽極に向かって移動し、電子は陰極に向かって移動する。陽極及び陰極に到達した電荷キャリアは、有機光電変換素子の外部に取り出される。 An organic photoelectric conversion device is an electronic device having an organic semiconductor layer provided between a pair of electrodes consisting of a cathode and an anode. In the organic photoelectric conversion element, charge carriers (holes and electrons) are generated in the organic semiconductor layer by the energy of light incident on the organic semiconductor layer from the side of the electrode having light transmission properties. The generated holes move toward the anode and the electrons move toward the cathode. Charge carriers that have reached the anode and cathode are extracted outside the organic photoelectric conversion device.
光センサとして用いられる有機光電変換素子は電圧が印加された状態で使用され、素子に入射した光が変換されて電流として検出される。光センサでは、可視光のみならず可視光よりも長波長の近赤外光を検出するものも求められている。非特許文献1~3には、近赤外光を検出する光センサが記載されている。
An organic photoelectric conversion element used as a photosensor is used in a state where a voltage is applied, and light incident on the element is converted and detected as a current. Optical sensors are required to detect not only visible light but also near-infrared light having a longer wavelength than visible light. Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に記載された光センサは、量子効率を高めるために光を複数回反射させる必要がある。非特許文献2に記載されたセンサは、活性層を三層構造とするため、製造が煩雑である。また、非特許文献3に記載された光センサは、-100Vを超える超高電圧駆動で暗電流が多く検出性能が十分ではない。
However, the optical sensor described in Non-Patent
本発明の一態様は、逆バイアス電圧駆動時には通常の主に光起電力効果による光電変換素子として機能し、開放電圧以上の順バイアス電圧駆動時は、逆バイアス電圧駆動時より高感度でかつより長波長の光検出機能を有する有機光センサを実現することを目的とする。 In one embodiment of the present invention, when driven with a reverse bias voltage, it functions as a normal photoelectric conversion element mainly by the photovoltaic effect, and when driven with a forward bias voltage equal to or higher than the open-circuit voltage, it has higher sensitivity and higher sensitivity than when driven with a reverse bias voltage. An object of the present invention is to realize an organic photosensor having a long-wavelength photodetection function.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る有機光センサは、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、少なくとも1つの電子供与体分子と少なくとも1つの電子受容体分子とが混在したバルクヘテロ接合の有機半導体層と、前記有機半導体層に順バイアス電圧が印加された状態で、前記有機半導体層から正孔及び電子の一方のキャリアが移動することを抑制する障壁層と、前記第1電極、前記有機半導体層、前記障壁層、及び前記第2電極に、前記順バイアス電圧を印加する駆動回路部とを備え、開放電圧未満の順バイアス電圧又は逆バイアス電圧が印加された状態と比較して、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、前記電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を増感して検出する。 In order to solve the above problems, an organic photosensor according to an aspect of the present invention is provided with a first electrode, a second electrode, and between the first electrode and the second electrode, and at least one a bulk heterojunction organic semiconductor layer in which an electron donor molecule and at least one electron acceptor molecule are mixed; and one of holes and electrons is emitted from the organic semiconductor layer while a forward bias voltage is applied to the organic semiconductor layer. a barrier layer for suppressing the movement of carriers, and a drive circuit section for applying the forward bias voltage to the first electrode, the organic semiconductor layer, the barrier layer, and the second electrode, and an open-circuit voltage charge transfer between said electron donor molecule and said electron acceptor molecule under conditions of applied forward bias voltage equal to or greater than the open circuit voltage compared to conditions under applied forward bias voltage or reverse bias voltage of less than The light of the wavelength of the first optical absorption band caused by the is sensitized and detected.
本発明の一態様によれば、高感度の有機光センサを実現することができる。 According to one aspect of the present invention, a highly sensitive organic photosensor can be achieved.
本発明の一形態に係る有機光センサは、第1電極と、第2電極と、第1電極と第2電極との間に設けられ、少なくとも1つの電子供与体分子と少なくとも1つの電子受容体分子とが混在したバルクヘテロ接合の有機半導体層と、有機半導体層に順バイアス電圧が印加された状態で、前記有機半導体層から正孔及び電子の一方のキャリアが移動することを抑制する障壁層と、前記第1電極、前記有機半導体層、障壁層、及び前記第2電極に、順バイアス電圧を印加する駆動回路部とを備え、開放電圧未満の順バイアス電圧又は逆バイアス電圧が印加された状態と比較して、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、前記電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を増感して検出する。有機光センサは、電子供与体分子と電子受容体分子との相互浸透構造からなる素子であり、電圧印加の正負により、光起電力と光伝導効果が協奏的に発現することで生じる近赤外光検出及び狭帯域検出を実現する。 An organic photosensor according to one aspect of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and between the first and second electrodes, at least one electron donor molecule and at least one electron acceptor molecule. a bulk heterojunction organic semiconductor layer in which molecules are mixed; and a barrier layer that suppresses the movement of either hole or electron carriers from the organic semiconductor layer while a forward bias voltage is applied to the organic semiconductor layer. , a driving circuit unit that applies a forward bias voltage to the first electrode, the organic semiconductor layer, the barrier layer, and the second electrode, and a state in which a forward bias voltage or a reverse bias voltage less than an open circuit voltage is applied. , the light having a wavelength in the first optical absorption band due to charge transfer between the electron donor molecule and the electron acceptor molecule is increased in a state where a forward bias voltage equal to or higher than the open-circuit voltage is applied. Feel and detect. An organic photosensor is a device that consists of an interpenetrating structure of electron donor molecules and electron acceptor molecules. Light detection and narrowband detection are realized.
図1は、本発明の一形態に係る有機光センサ10の一例を示す模式図である。図1に示すように、有機光センサ10は、下部電極(第1電極)11、正孔障壁層(障壁層)12、有機半導体層13、及び上部電極(第2電極)14をこの順に積層して備えている。また、有機光センサ10は、バイアス電圧を印加するバイアス電圧発生部16及びパルス電圧を印加するパルス電圧発生部17(電源又は電池)と制御回路18とを含む駆動回路部15を備えている。有機光センサ10は、下部電極11側から入射する第1光吸収帯の波長の光を検出する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an
図2は、本発明の一形態に係る有機光センサ10の有機半導体層13の構造を説明する図である。図2に示すように、有機光センサ10において、その活性層である有機半導体層13は、電子供与体分子(ドナー分子)と電子受容体分子(アクセプタ分子)とが混在したバルクヘテロ接合構造である。有機半導体層13において、ドナー分子とアクセプタ分子とは、図2の左側に示すアモルファス性の相互浸透構造を形成している。
FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the
有機光センサ10は、このような有機半導体層13を備えることによって、ドナー分子及びアクセプタ分子の分子骨格に起因する光吸収だけでなく、ドナー分子とアクセプタ分子との分子間の電荷移動による光吸収が、より生じやすくなる。図3は、本発明の一形態に係る有機光センサにより検出される光の波長を説明する図である。図3に示すように、有機光センサ10は、分子骨格に起因する光吸収と、分子間の電荷移動による光吸収の両方が生じ、それぞれ吸収する光の波長が異なる。
By including such an
有機光センサ10では、ドナー分子とアクセプタ分子との分子間の電荷移動に起因する第1光吸収帯の波長の光を検出する。すなわち、第1光吸収帯は、ドナー分子の構造に起因する光学バンドギャップ以上の吸収に対応するものではなく、アクセプタ分子の構造に起因する光学バンドギャップ以上の吸収に対応するものでもない。図3に示すように、分子間の電荷移動による光吸収は、分子骨格に起因する光吸収よりも、吸収する光の波長が長い。
The
すなわち、分子間の電荷移動に起因する第1光吸収帯は、分子骨格に起因する第2光吸収帯より長い波長域である。有機光センサ10において、第1光吸収帯は、ドナー分子及びアクセプタ分子の光学バンドギャップ未満の波長帯域、主に可視光域より長い波長域であり、近赤外光域であり得る。そして、第2光吸収帯はドナー分子及びアクセプタ分子の光学バンドギャップ以上の波長帯域、主に可視光域であり得る。
That is, the first light absorption band resulting from intermolecular charge transfer has a longer wavelength range than the second light absorption band resulting from the molecular skeleton. In the
アクセプタ分子及びドナー分子の例として、PTB7-Th、P3HT、及びPCBMの分子の骨格に起因する光吸収帯を、図4に示す。図4は、アクセプタ分子及びドナー分子の骨格に起因する光吸収帯を示すグラフである。図4に示すように、PTB7-Th、P3HT、及びPCBMのそれぞれが吸収する光吸収帯は、775nm以下の赤色領域、緑色、青色領域を含む主に可視光域である。また、PTB7-Th、P3HT、及びPCBMの光学バンドギャップはそれぞれ約1.6eV、1.9eV、及び2.4eVである。第1光吸収帯は、これらの光学バンドギャップ以下の波長帯域であり得る。 As examples of acceptor and donor molecules, FIG. 4 shows optical absorption bands resulting from the molecular frameworks of PTB7-Th, P3HT, and PCBM. FIG. 4 is a graph showing optical absorption bands due to skeletons of acceptor molecules and donor molecules. As shown in FIG. 4, the light absorption bands absorbed by each of PTB7-Th, P3HT, and PCBM are mainly visible light regions including red, green, and blue regions below 775 nm. Also, the optical bandgaps of PTB7-Th, P3HT, and PCBM are about 1.6 eV, 1.9 eV, and 2.4 eV, respectively. The first optical absorption band can be a wavelength band below these optical bandgaps.
有機光センサ10は、開放電圧未満の順バイアス電圧又は逆バイアス電圧が印加された状態と比較して、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、ドナー分子とアクセプタ分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を増感して検出する。ここで、「逆バイアス電圧が印加された状態と比較して、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態」とは、逆バイアス電圧-V1が印加された状態と比較して、絶対値が同じ順バイアス電圧V1(>開放電圧Voc)が印加された状態を意味し得る。このような状態において、有機光センサ10は、第1光吸収帯の波長の光に対する検出感度が高い。
In the
有機光センサ10は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、第1光吸収帯の第1波長の光が照射されたときの有機半導体層13の光電変換効率は、ドナー分子の構造に起因する又はアクセプタ分子の構造に起因する第2光吸収帯の第2波長の光が照射されたときの有機半導体層13の光電変換効率よりも、大きい。また、逆バイアス印加時より順バイアス印加時の光電変換効率が大きい。ここで、光電変換効率は、外部量子効率IPCE(Incident Photon to Current Efficiency)を意味している。すなわち、有機光センサ10においては、第1吸収帯の光に対するIPCEのピークが、第2吸収帯の光に対するIPCEのピークよりも大きい。
The photoelectric conversion efficiency of the
図5は、PTB7-Th:PCBM=1:4の重量比の膜厚が3.5μmである実施例1の有機光センサ10における光電流特性及び光電変換効率を示す図である。有機光センサ10は、図5に示すように、順バイアス電圧(+V2)が印加された状態で、第1吸収帯の第1波長の光が照射されたとき(800nm付近)のIPCEは100%以上である。+V2=+5Vである。有機光センサ10においては、第2吸収帯(可視光域)のいずれの波長の光に対するIPCEよりも、第1吸収帯(近赤外域)の第1波長の光に対するIPCEの方が大きい。一方、逆バイアス電圧(-5V)が印加された状態で第2吸収帯の光が照射されたときのIPCEは、100%未満である。
FIG. 5 is a diagram showing photocurrent characteristics and photoelectric conversion efficiency in the
図6は、PTB7-Th:PCBM=1:2の重量比の膜厚が8.3μmである実施例2の有機光センサ10における光電流特性及び光電変換効率を示す図である。有機光センサ10は、図6に示すように、順バイアス電圧(+V3)が印加された状態で、第1吸収帯の第1波長の光が照射されたとき(800nm付近)のIPCEは100%以上である。+V3=+8である。また、順バイアス電圧(+V3)が印加された状態で、第1吸収帯の第1波長の光が照射されたときのIPCE又は光電流は、第2吸収帯(可視光域)の第2波長の光が照射されたときのIPCE又は光電流より大きい。一方、図6に示す実施例2の有機光センサ10は、逆バイアス電圧(-V4)が印加された状態で、770nm付近の狭帯域光検出の特性を示し、IPCEは100%未満である。-V4=-8Vである。
FIG. 6 is a diagram showing photocurrent characteristics and photoelectric conversion efficiency in the
このように、有機光センサ10は、活性層として機能する有機半導体層を多層化しなくても、10V以下の低電圧で近赤外域の光を高精度に検出することができる。また、逆バイアス電圧下で光センサとして用いる場合に比べて、順バイアス電圧下で用いる方が特定波長のIPCEを高くすることができる。それゆえ、高精度に光を検出することができる。
Thus, the
有機光センサ10は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、第1光吸収帯の第1波長の光が照射されたときの有機半導体層13のIPCEは、100%以上であり、好ましくは200%以上である。そして、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で順バイアス電圧に対して線形に光電流が増加する。また、主に第1吸収帯域部分を狭帯域検出する有機光センサ10は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、第2光吸収帯の第2波長の光が照射されたときの有機半導体層13のIPCEは、100%未満であり、好ましくは10%未満であり、さらに好ましくは2%未満である。
The IPCE of the
有機光センサ10は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、第1光吸収帯の波長の光が照射されたときに有機半導体層13に流れる光電流は、第1光吸収帯の波長の光が照射されていないときに有機半導体層13に流れる暗電流よりも大きく、かつ開放電圧未満の順バイアス電圧又は逆バイアス電圧が印加された状態において前記第1光吸収帯の波長の光が照射されたときに前記有機半導体層に流れる光電流よりも大きい。
The
光検出器として用いられる有機光センサは電圧が印加された状態で使用され、素子に入射した光が変換されて電流として検出される。しかしながら、光が照射されていない状態であっても、有機光センサに微弱な電流が流れる。この電流は暗電流として知られている。有機光センサ10においては、順電流が流れるような順バイアス電圧下において、光が照射されたときに流れる光電流が暗電流よりも大きいので、光を精度よく検出することができる。
An organic photosensor used as a photodetector is used in a voltage-applied state, and light incident on the device is converted and detected as a current. However, a weak current flows through the organic photosensor even when it is not illuminated with light. This current is known as dark current. In the
(電極)
上部電極14及び下部電極11の少なくとも一方は、透明又は半透明の電極材料により形成されており、このような電極材料として、例えば、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウムスズオキサイド(ITO)、インジウム亜鉛オキサイド(IZO)、NESA等の導電性材料、金、白金、銀、銅が挙げられる。透明又は半透明の電極材料としては、ITO、IZO、酸化スズのような酸化物材料が好ましい。また、電極として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機化合物が材料として用いられる透明導電膜を用いてもよい。
(electrode)
At least one of the
一方の電極が透明又は半透明の電極材料により形成されていれば、他方の電極は光透過性の低い電極材料により形成されていてもよい。光透過性の低い電極材料としては、例えば、金属、及び導電性高分子が挙げられる。光透過性の低い電極材料の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、モリブデン等の金属、及びこれらのうちの2種以上の合金、又は、これらのうちの1種以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン及び錫からなる群から選ばれる1種以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体が挙げられる。合金としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、カルシウム-アルミニウム合金、アルミニウム-銀合金、モリブデン-銀合金が挙げられる。 As long as one electrode is made of a transparent or translucent electrode material, the other electrode may be made of an electrode material with low light transmittance. Electrode materials with low light transmittance include, for example, metals and conductive polymers. Specific examples of electrode materials with low light transmittance include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, and terbium. , ytterbium, molybdenum, and alloys of two or more thereof, or one or more of these metals together with gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten and Alloys with one or more metals selected from the group consisting of tin, graphite, graphite intercalation compounds, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives. As alloys, magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, calcium-aluminum alloy, aluminum-silver alloy, molybdenum - include silver alloys.
図1では、下部電極11が透明又は半透明電極であり、下部電極11と有機半導体層13との間に正孔障壁層12が設けられているが、上部電極14を透明又は半透明電極とし、上部電極14と有機半導体層13との間に正孔障壁層12を設けてもよい。
In FIG. 1, the
電極の形成方法としては、従来公知の任意の好適な形成方法を用いることができる。電極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、インクジェット印刷、スクリーニング印刷及びめっき法が挙げられる。電極の形成方法は、前記の方法により形成された層構造をパターニングする工程、表面処理を行う工程などのさらなる工程を含んでいてもよい。 As a method for forming the electrodes, any conventionally known suitable forming method can be used. Methods for forming the electrodes include, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, an electron beam deposition method, an inkjet printing method, a screening printing method and a plating method. The method of forming the electrode may include further steps such as patterning the layer structure formed by the above method, surface treatment, and the like.
上部電極14及び下部電極11の膜厚は、10nm以上、1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは10nm以上、200nm以下である。例えば、下部電極11がITOにより形成された透明電極である場合、その膜厚は、10nm以上、150nm以下であることが好ましい。例えば、上部電極14が酸化モリブデン及び銀により形成された電極である場合、酸化モリブデン電極の膜厚は1nm以上、100nm以下であり、好ましくは、5nm以上、20nm以下である。そして、銀電極の膜厚は、10nm以上、1000nm以下であり、好ましくは、15nm以上、150nm以下である。
The film thickness of the
(正孔障壁層)
正孔障壁層12は、逆バイアス電圧印加時に電子取り出し層兼正孔障壁層であり、有機半導体層13から下部電極11側への正孔の取り出しを防ぐと共に、有機半導体層13から電子を取り出す。正孔障壁層12は、順バイアス印加時に下部電極11側への正孔の捕集を妨げて、上部電極14側への電子の取り出しを促進する光伝導効果による光の増感効果の発現に寄与する。正孔障壁層12と有機半導体層13との間にさらに電子輸送層を備えていてもよい。また、正孔障壁層12を設ける構成に替えて、下部電極11の有機半導体層13側の表面を自己組織化単分子膜処理(SAM処理)してもよい。SAM処理には、例えば、11-アミノウンデシルホスホン酸(11-AUPA)を用いることができる。また、下部電極11のSAM処理した層の上に、例えば、Cs2CO3を用いて界面層を設けてもよい。
(Hole barrier layer)
The
正孔障壁層12は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等の酸化物材料により形成することが好ましい。正孔障壁層12の膜厚は、10nm以上、100nm以下であることが好ましい。
The
正孔障壁層12の形成方法としては、従来公知の任意の好適な形成方法を用いることができる。例えば、正孔障壁層12を形成する材料を含むインクを、印刷法のような従来公知の塗布法により、下部電極11上に塗布して形成することができる。正孔障壁層12を印刷法により形成する場合、ゾル・ゲル法により薄膜を形成する。
As a method for forming the
(駆動回路部15)
駆動回路部15は、第1電極、有機半導体層13、及び第2電極に、バイアス電圧やパルス電圧を印加する。駆動回路部15は、バイアス電圧発生部16、パルス電圧発生部17、及び制御回路18を備えている。駆動回路部15は、電源、電池等である。有機光センサ10は、例えば、駆動回路部15からパルス電圧を印加することにより、順バイアス電圧が印加された状態と逆バイアス電圧が印加された状態との両方において駆動することが可能な2モード素子として使用することもできる。
(Drive circuit unit 15)
The
(有機半導体層13)
有機半導体層13は、少なくとも1つの電子供与体分子と少なくとも1つの電子受容体分子とを含む。有機半導体層13は、少なくとも1つの電子供与体分子と少なくとも1つの電子受容体分子とが混在したバルクヘテロ接合の有機半導体層13である。有機半導体層13において、電子供与体分子領域と電子受容体分子領域とがアモルファス構造を形成していることが好ましい。有機半導体層13の一部においては、電子供与体分子領域と電子受容体分子領域とが結晶構造を形成していてもよいが、結晶構造部分よりもアモルファス構造部分が多いことが好ましい。
(Organic semiconductor layer 13)
ここで、電子供与体分子領域と電子受容体分子領域とが形成するアモルファス構造とは、図2の左側に示すように、分子領域が互いに入り組んだ構造を意図しており、インターカレート構造(Intercalated structure)、非晶質構造等と称される場合もある。一方、結晶構造とは、図2の右側に示すように、分子領域が互いに規則正しく整列した構造を意図しており、フェーズセパレート構造(Phase Separated structure)、相分離構造と称される場合もある。 Here, the amorphous structure formed by the electron donor molecular region and the electron acceptor molecular region means a structure in which the molecular regions are intertwined with each other as shown on the left side of FIG. Intercalated structure), amorphous structure, etc. On the other hand, the crystal structure means a structure in which the molecular regions are regularly aligned as shown on the right side of FIG. 2, and is sometimes called a phase separated structure or a phase separated structure.
アモルファス性の相互浸透構造は結晶性の相互浸透構造よりも、電子供与体分子領域と電子受容体分子領域との接触面が多くなる。有機半導体層13は、電子供与体分子と電子受容体分子との間の電荷移動により光電変換するので、電子供与体分子と電子受容体分子との接触面が多いアモルファス性の相互浸透構造を多く含むことが好ましい。
Amorphous interpenetrating structures have more contact surfaces between electron donor and electron acceptor molecular regions than do crystalline interpenetrating structures. Since the
有機半導体層13は、少なくとも1つの電子供与性材料と少なくとも1つの電子受容性材料とを混合した有機半導体材料を正孔障壁層12又は上部電極14上に塗布し、結晶性の相分離が進行しない温度で加熱することで作製することができる。このような加熱温度は、電子供与性材料及び電子受容性材料の種類や、有機半導体層13の膜厚により異なり得るが、50℃以上、200℃以下であることが好ましく、より好ましくは、70℃以上、100℃以下である。これにより、電子供与体分子領域と電子受容体分子領域とがアモルファス性の相互浸透構造を形成している有機半導体層13を得ることができる。
The
有機半導体層13は、電子供与性材料及び電子受容性材料として、それぞれ、後述する材料の2種類以上含んでいてもよい。
The
<電子供与性材料>
電子供与性材料は、電子を供与しやすい性質のある材料であればよく、公知の電子供与性材料を好適に使用可能である。電子供与性材料の一例は、電子供与性(ドナー性)有機化合物である。電子供与性材料の例としては、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を含むポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体が挙げられる。
<Electron donating material>
The electron-donating material may be any material that easily donates electrons, and known electron-donating materials can be suitably used. An example of an electron-donating material is an electron-donating (donor) organic compound. Examples of electron-donating materials include polyvinylcarbazole and its derivatives, polysilane and its derivatives, polysiloxane derivatives containing an aromatic amine structure in the side chain or main chain, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polypyrrole and its derivatives. , polyphenylene vinylene and its derivatives, polythienylene vinylene and its derivatives, polyfluorene and its derivatives.
電子供与性材料は、電子供与性分子構造と電子受容性分子構造の両方を含む共役系高分子であってもよい。共役系高分子の例としては、ポリ[3-ヘキシルチオフェン](P3HT)、ポリ[3-(4-n-オクチル)-フェニルチオフェン](POPT)、ポリ[3-10-n-オクチル-3-フェノチアジン-ビニレンチオフェン-コ-2,5-チオフェン](PTZV-PT)、ポリ[4,8-ビス[(2-エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル][3-フルオロ-2-[(2-エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4-b]チオフェンジイル](PTB7)、ポリ[2,6’-4,8ジ(5-エチルヘキシルチエニル)ベンゾ[1,2-b:3,3-b]ジチオフェン{3-フルオロ-2[(2-エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4-b]チオフェンジイル}](PTB7-Th)、ポリ[チオフェン-2,5-ジイル-オルト-[5,6-ビス(ドデシルオキシ)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール]-4,7-ジイル](PBT-T1)、ポリ[2,6-(4、4-ビス-(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1-b;3,4-b’]ジチオフェン)-オルト-4,7(2,1,3-ベンゾチアジアゾール)](PCPDTBT)、ポリ[5,7-ビス(4-デカニル-2-チエニル)-チエノ(3,4-b)ジアチアゾールチオフェン-2,5](PDDTT)、ポリ[N-9’-ヘプタデカニル-2,7-カルバゾール-オルト-5,5-(4’,7’-ジ-2-チエニル-2’,1’,3’-ベンゾチアジアゾール)](PCDTBT)、ポリ[(4,4’-ビス(2-エチルヘキシル)ジチエノ[3,2-b;2’,3’-d]シロール)-2,6-ジイル-オルト-(2,1,3-ベンゾチアジアゾール)-4,7-ジイル](PSBTBT)、ポリ[3-フェニルヒドラゾンチオフェン](PPHT)、ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン](MEH-PPV)、ポリ[2-メトキシ-5-(2’-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレン-1,2-エテニレン-2,5-ジメトキシ-1,4-フェニレン-1,2-エテニレン](M3EH-PPV)、ポリ[2-メトキシ-5-(3’,7’-ジメチルオクチルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン](MDMO-PPV)、ポリ[9,9-ジ-オクチルフルオレン-コ-ビス-N,N-4-ブチルフェニル-ビス-N,N-フェニル-1,4-フェニレンジアミン](PFB)、及び、それらの誘導体、修飾体、又は混合物が挙げられる。 The electron-donating material may be a conjugated polymer containing both electron-donating and electron-accepting molecular structures. Examples of conjugated polymers include poly[3-hexylthiophene] (P3HT), poly[3-(4-n-octyl)-phenylthiophene] (POPT), poly[3-10-n-octyl-3 -phenothiazine-vinylenethiophene-co-2,5-thiophene] (PTZV-PT), poly[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b'] dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl] (PTB7), poly[2,6′-4,8 di( 5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b:3,3-b]dithiophene{3-fluoro-2[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}](PTB7-Th ), poly[thiophene-2,5-diyl-ortho-[5,6-bis(dodecyloxy)benzo[c][1,2,5]thiadiazole]-4,7-diyl] (PBT-T1), Poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b′]dithiophene)-ortho-4,7(2,1,3 -benzothiadiazole)] (PCPDTBT), poly[5,7-bis(4-decanyl-2-thienyl)-thieno(3,4-b)diathiazolethiophene-2,5] (PDDTT), poly[N- 9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-ortho-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)] (PCDTBT), poly[( 4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b;2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-ortho-(2,1,3-benzothiadiazole)-4 ,7-diyl] (PSBTBT), poly[3-phenylhydrazonethiophene] (PPHT), poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene] (MEH-PPV), poly [2-methoxy-5-(2′-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene-1,2-ethenylene-2,5-dimethoxy-1,4-phenylene-1,2-ethenylene] (M3EH-PPV) , poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MDMO-PPV), poly[9,9-di-octylfluorene-co-bis-N , N- 4-Butylphenyl-bis-N,N-phenyl-1,4-phenylenediamine] (PFB) and derivatives, modifications or mixtures thereof.
また、電子供与性材料として用いられる高分子化合物の例としては、ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)、ポリ[[2,3,5,6-テトラヒドロ-2,5-ビス(2-オクチルドデシル)-3,6-ジオクソピルロロ[3,4-c]ピルロール-1,4-ジイル]-2,5-チオフェンジイルチエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル-2,5-チオフェンジイル]、ポリ{2,2’-[(2,5-ビス(2-ヘキシルデシル)-3,6-ジオクソ-2,3,5,6-テトラヒドロピルロロ[3,4-c]ピルロール-1,4-ジイル)ジチオフェン]-5,5’-ジイル-alt-チオフェン-2,5-ジイル}、ポリ[2,5-ビス(2-オクチルドデシル)ピルロロ[3,4-c]ピルロール-1,4(2H,5H)-ジオン-3,6-ジイル)-alt-(2,2’;5’,2’’;5’’,2’’’-クアテルチオフェン-5,5’’’-ジイル)]、ポリ[[4,8-ビス[(2-エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル][3-フルオロ-2-[(2-エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4-b]チオフェンジイル]]、ポリ[4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル)チオフェン-2-イル)ベンゾ[1,2-b;4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル-alt-(4-(2-エチルヘキシル)-3-フルオロチエノ[3,4-b]チオフェン-)-2-カルボキシレート-2-6-ジイル)]、ポリ[(5,6-ジフルオロ-2,1,3-ベンゾチアジアゾール-4,7-ジイル)-alt-(3,3’’’-ジ(2-オクチルドデシル)-2,2’;5’,2’’;5’’,2’’’-クアテルチオフェン-5,5’’’-ジイル)]、ポリ[(5,6-ジフルオロ-2,1,3-ベンゾチアジアゾール-4,7-ジイル)-alt-(3,3’’’-ジ(2-ノニルトリデシル)-2,2’;5’,2’’;5’’,2’’’-クアテルチオフェン-5,5’’’-ジイル)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシルチオ)-4-フルオロチオフェン-2-yl)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-クロロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-フルオロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]、ポリ[[5,7-ビス(2-エチルヘキシル)-4,8-ジオクソ-4H,8H-ベンゾ[1,2-c:4,5-c’]ジチオフェン-1,3-ジイル][3,3’’’-ビス(2-エチルヘキシル)[2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クアテルチオフェン]-5,5’’’-ジイル]]、ポリ[[5,7-ビス(2-エチルヘキシル)-4,8-ジオクソ-4H,8H-ベンゾ[1,2-c:4,5-c’]ジチオフェン-1,3-ジイル][3,3’’’-ビス(2-エチルヘキシル)-3’’,4’-ジフルオロ[2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クアテルチオフェン]-5,5’’’-ジイル]]、ポリ{2,6’-4,8-ジ(5-エチルヘキシルチエニル)ベンゾ[1,2-b;3,4-b]ジチオフェン-alt-5,5’-ジブチルオクチル-3,6-ビス(5-チオフェン-2-イル)ピルロロ[3,4-c]ピルロール-1,4-ジオン}、ポリ[(5,6-ジヒドロ-5-オクチル-4,6-ジオクソ-4H-チエノ[3,4-c]ピルロール-1,3-ジイル)[4,8-ビス[(2-エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]]、ポリ[(5,6-ジヒドロ-5-オクチル-4,6-ジオクソ-4H-チエノ[3,4-c]ピルロール-1,3-ジイル)[4,8-ビス[5-(2-エチルヘキシル)-2-チエニル]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]]、ポリ[N-9’-ヘプタデカニル-2,7-カルバゾール-alt-5,5-(4’,7’-ジ-2-チエニル-2’,1’,3’-ベンゾチアジアゾール)]、ポリ[2,5-ビス(2-オクチルドデシル)ピルロロ[3,4-c]ピルロロ-1,4(2H,5H)-ジオン-3,6-ジイル)-alt-(3’’,4’-ジフルオロ[2,2’;5’,2’’;5’’,2’’’-クアテルチオフェン]-5,5’’’-ジイル)]、ポリ[[5,6-ジフルオロ-2-(2-ヘキシルデシル)-2H-ベンゾトリアゾール-4,7-ジイル]-2,5-チオフェンジイル[4,8-ビス[5-(トリプロピルシリル)-2-チエニル]ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]-2,5-チオフェンジイル]、ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-alt-ビチオフェン)、ポリ[[2,3-ビス(3-オクチルオキシフェニル)-5,8-キノキサリンジイル]-2,5-チオフェンジイル]、ポリ[2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン]、ポリ[2,6-(4,4-ビス-(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1-b;3,4-b’]ジチオフェン)-alt-4,7(2,1,3-ベンゾチアジアゾール)]、ポリ[(4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-ジチエノ[3,2-b:2’,3’-d]シロール)-2,6-ジイル-alt-(2,1,3-ベンゾチアジアゾール)-4,7-ジイル]、2,2’-[(3,3’’’,3’’’’,4’-テトラオクチル[2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクエチオフェン]-5,5’’’’-ジイル)ビス[(Z)-メチルイジン(3-エチル-4-オクソ-5,2-チアゾールイジンジイルイデン)]]ビス-プロパンジニトリル、7,7’-[4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-4H-シロロ[3,2-b:4,5-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]ビス[6-フルオロ-4-(5’-ヘキシル-[2,2’-ビチオフェン]-5-イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-フルオロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-5,5’-(5,8-ビス(4-(2-ブチルオクチル)チオフェン-2-イル)ジチエノ[3’,2’:3,4;2’’,3’’:5,6]ベンゾ[1,2-c][1,2,5]チアジアゾール)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-フルオロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]-ran-ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(2,2-エチル-3(or4)-カルボキシレート-チオフェン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-クロロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(2,2-エチル-3(or4)-カルボキシレート-チオフェン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-クロロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-5,5’-(5,8-ビス(4-(2-ブチルオクチル)チオフェン-2-イル)ジチエノ[3’,2’:3,4;2’’,3’’:5,6]ベンゾ[1,2-c][1,2,5]チアジアゾール)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル-3-クロロ)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(5,5-(1’,3’-ジ-2-チエニル-5’,7’-ビス(2-エチルヘキシル)ベンゾ[1’,2’-c:4’,5’-c’]ジチオフェン-4,8-ジオン)]-ran-ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(2,2-エチル-3(or4)-カルボキシレート-チオフェン)]、ポリ[(2,6-(4,8-ビス(5-(2-エチルヘキシル)チオフェン-2-イル)-ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン))-alt-(2,2-エチル-3(or4)-カルボキシレート-チオフェン)]等が挙げられる。 Examples of polymer compounds used as electron-donating materials include poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl), poly[[2,3,5,6-tetrahydro-2,5-bis( 2-octyldodecyl)-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrol-1,4-diyl]-2,5-thiophenediylthieno[3,2-b]thiophene-2,5-diyl-2 ,5-thiophenediyl], poly{2,2′-[(2,5-bis(2-hexyldecyl)-3,6-dioxo-2,3,5,6-tetrahydropyrrolo[3,4- c]pyrrol-1,4-diyl)dithiophene]-5,5′-diyl-alt-thiophene-2,5-diyl}, poly[2,5-bis(2-octyldodecyl)pyrrolo[3,4- c]pyrrol-1,4(2H,5H)-dione-3,6-diyl)-alt-(2,2′;5′,2″;5″,2′″-quaterthiophene- 5,5'''-diyl)], poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl] [3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]], poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo [1,2-b;4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2- carboxylate-2-6-diyl)], poly[(5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl)-alt-(3,3'''-di(2- octyldodecyl)-2,2′;5′,2″;5″,2″-quaterthiophene-5,5′″-diyl)], poly[(5,6-difluoro-2 , 1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl)-alt-(3,3'''-di(2-nonyltridecyl)-2,2';5',2'';5'',2' ''-Quaterthiophene-5,5'''-diyl)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1, 2-b: 4,5-b′]dithiophene))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl-5′,7′-bis(2-ethylhexyl)benzo[1 ',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8- dione)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexylthio)-4-fluorothiophene-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b ']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4' ,5′-c′]dithiophene-4,8-dione)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-chloro)thiophen-2-yl)-benzo [1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl-5′,7′-bis(2-ethylhexyl) benzo[1′,2′-c:4′,5′-c′]dithiophene-4,8-dione)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl- 3-fluoro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl- 5′,7′-bis(2-ethylhexyl)benzo[1′,2′-c:4′,5′-c′]dithiophene-4,8-dione)], poly[[5,7-bis( 2-ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-1,3-diyl][3,3′″-bis(2- ethylhexyl)[2,2′:5′,2″:5″,2′″-quaterthiophene]-5,5′″-diyl]], poly[[5,7-bis(2 -ethylhexyl)-4,8-dioxo-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-1,3-diyl][3,3′″-bis(2-ethylhexyl )-3″,4′-difluoro[2,2′:5′,2″:5″,2′″-quaterthiophene]-5,5′″-diyl]], poly{ 2,6′-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b;3,4-b]dithiophene-alt-5,5′-dibutyloctyl-3,6-bis(5- thiophen-2-yl)pyrrolo[3,4-c]pyrrol-1,4-dione}, poly[(5,6-dihydro-5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4- c]pyrrol-1,3-diyl)[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], poly [(5,6-dihydro -5-octyl-4,6-dioxo-4H-thieno[3,4-c]pyrrol-1,3-diyl)[4,8-bis[5-(2-ethylhexyl)-2-thienyl]benzo[ 1,2-b: 4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]], poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′ -di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)], poly[2,5-bis(2-octyldodecyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrolo-1,4(2H, 5H)-dione-3,6-diyl)-alt-(3″,4′-difluoro[2,2′;5′,2″;5″,2′″-quaterthiophene]- 5,5'''-diyl)], poly[[5,6-difluoro-2-(2-hexyldecyl)-2H-benzotriazole-4,7-diyl]-2,5-thiophenediyl [4, 8-bis[5-(tripropylsilyl)-2-thienyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-2,5-thiophenediyl], poly( 9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene), poly[[2,3-bis(3-octyloxyphenyl)-5,8-quinoxalinediyl]-2,5-thiophenediyl], poly[2-methoxy- 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene], poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4- b′]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)], poly[(4,4-bis(2-ethylhexyl)-dithieno[3,2-b:2′,3′ -d]silol)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl], 2,2′-[(3,3′″,3′″ ',4'-tetraoctyl[2,2':5',2'':5'',2''':5''',2'''-quinquethiophene]-5,5'' ''-diyl)bis[(Z)-methylidine(3-ethyl-4-oxo-5,2-thiazolidinediylidene)]bis-propandinitrile, 7,7'-[4,4-bis( 2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl]bis[6-fluoro-4-(5'-hexyl-[2,2'- bithiophen]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thio diazole], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b' ]dithiophene))-alt-5,5′-(5,8-bis(4-(2-butyloctyl)thiophen-2-yl)dithieno[3′,2′:3,4;2″,3 '': 5,6]benzo[1,2-c][1,2,5]thiadiazole)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro )thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl-5′, 7′-bis(2-ethylhexyl)benzo[1′,2′-c:4′,5′-c′]dithiophene-4,8-dione)]-ran-poly[(2,6-(4, 8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(2,2-ethyl-3(or4) -carboxylate-thiophene)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-chloro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4, 5-b′]dithiophene))-alt-(2,2-ethyl-3(or4)-carboxylate-thiophene)], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl -3-chloro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-5,5′-(5,8-bis(4-(2- butyloctyl)thiophen-2-yl)dithieno[3′,2′:3,4;2″,3″:5,6]benzo[1,2-c][1,2,5]thiadiazole) ], poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-chloro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene ))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl-5′,7′-bis(2-ethylhexyl)benzo[1′,2′-c:4′,5′ -c′]dithiophene-4,8-dione)]-ran-poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2- b: 4,5-b′]dithiophene))-alt-(2,2-ethyl-3(or4)-carboxylate-thiophene)], poly[(2,6-(4,8-bis(5- (2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(2,2-ethyl-3(or4)-carboxylate-thiophene) ] and the like.
<電子受容性材料>
電子受容性材料は、電子を受容しやすい性質のある材料であればよく、公知の電子受容性材料を好適に使用可能である。電子受容性材料の一例として、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8-ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、C60フラーレン等のフラーレン類及びその誘導体、並びに、バソクプロイン等のフェナントレン誘導体のような低分子化合物が挙げられる。
<Electron-accepting material>
The electron-accepting material may be any material that easily accepts electrons, and known electron-accepting materials can be suitably used. Examples of electron-accepting materials include oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and its derivatives, benzoquinone and its derivatives, naphthoquinone and its derivatives, anthraquinone and its derivatives, tetracyanoanthraquinodimethane and its derivatives, fluorenone derivatives, diphenyl Dicyanoethylene and its derivatives, diphenoquinone derivatives, metal complexes of 8-hydroxyquinoline and its derivatives, fullerenes such as C60 fullerene and its derivatives, and low molecular compounds such as phenanthrene derivatives such as bathocuproine.
また、電子受容性材料は、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、並びに、ポリフルオレン及びその誘導体のような高分子化合物であってもよい。 Electron-accepting materials include polyvinylcarbazole and its derivatives, polysilane and its derivatives, polysiloxane derivatives having an aromatic amine structure in the side chain or main chain, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives, polypyrrole and its derivatives, It may be a polymer compound such as polyphenylene vinylene and its derivatives, polythienylene vinylene and its derivatives, polyquinoline and its derivatives, polyquinoxaline and its derivatives, and polyfluorene and its derivatives.
フラーレンの例としては、C60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、及びC84フラーレンが挙げられる。フラーレン誘導体の例としては、これらのフラーレンの誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体とは、フラーレンの少なくとも一部が修飾された化合物を意味する。フラーレン誘導体の例としては、[6,6]-フェニル-C61酪酸メチルエステル(C60PCBM)、[6,6]-フェニル-C71酪酸メチルエステル(C70PCBM)、[6,6」-フェニル-C85酪酸メチルエステル(C84PCBM)、及び[6,6]-チエニル-C61酪酸メチルエステルが挙げられる。 Examples of fullerenes include C60 fullerene, C70 fullerene, C76 fullerene, C78 fullerene, and C84 fullerene. Examples of fullerene derivatives include derivatives of these fullerenes. A fullerene derivative means a compound in which at least a part of fullerene is modified. Examples of fullerene derivatives include [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (C60PCBM), [6,6]-phenyl-C71 butyric acid methyl ester (C70PCBM), [6,6"-phenyl-C85 methyl butyrate ester (C84PCBM), and [6,6]-thienyl-C61 butyric acid methyl ester.
また、電子受容性材料は、非フラーレン材料であってもよい。非フラーレン材料の例としては、3,9-ビス(2-メチレン-(3-(1,1-ジシアノメチレン)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、3,9-ビス(2-メチレン-((3-(1,1-ジシアノメチレン)-6,7-ジフルオロ)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、3,9-ビス(2-メチレン-((3-(1,1-ジシアノメチレン)-6,7-ジクロロ)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、3,9-ビス(2-メチレン-((3-(1,1-ジシアノメチレン)-6/7-メチル)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、3,9-ビス(2-メチレン-(3-(1,1-ジシアノメチレン)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(5-ヘキシルチエニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、3,9-ビス(2-メチレン-((3-(1,1-ジシアノメチレン)-6,7-ジメチル)-インダノン))-5,5,11,11-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-ジチエノ[2,3-d:2’,3’-d’]-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン、2,2’-((2Z,2’Z)-((4,4,9,9-テトラヘキシル-4,9-ジハイドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-((2Z,2’Z)-((4,4,9,9-テトラオクチル-4,9-ジハイドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジクロロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-((2Z,2’Z)-((4,4,9,9-テトラヘキシル-4,9-ジヒドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-((2Z,2’Z)-((12,13-ビス(2-エチルヘキシル)-3,9-ジウンデシル-12,13-ジハイドロ-[1,2,5]チアジアゾロ[3,4-e]チエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-g]チエノ[2’,3’:4,5]チエノ[3,2-b]インドール-2,10-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-((2Z,2’Z)-((12,13-ビス(2-ブチルオクチル)-3,9-ジウンデシル-12,13-ジヒドロ-[1,2,5]チアジアゾロ[3,4-e]チエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-g]チエノ[2’,3’:4,5]チエノ[3,2-b]インドール-2,10-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-((2Z,2’Z)-((12,13-ビス(2-デシルテラデシル)-3,9-ジウンデシル-12,13-ジハイドロ-[1,2,5]チアジアゾロ[3,4-e]チエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-g]チエノ[2’,3’:4,5]チエノ[3,2-b]インドール-2,10-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-[[12,13-ビス(2-ブチルオクチル)-12,13-ジハイドロ-3,9-ジノニルビスチエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-e:2’,3’-g][2,1,3]ベンゾチアジアゾール-2,10-ジイル]ビス[メチルイジン(5,6-クロロ-3-オクソ-1H-インデン-2,1(3H)-ジイルイデン)]]ビス[プロパンジニトリル]、2,2’-((2Z,2’Z)-((12,13-ビス(2-エチルヘキシル)-3,9-ジウンデシル-12,13-ジハイドロ-[1,2,5]チアジアゾロ[3,4-e]チエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-g]チエノ[2’,3’:4,5]チエノ[3,2-b]インドール-2,10-ジイル)ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジクロロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、
2,2’-[[12,13-ビス(2-オクチルドデシル)-12,13-ジハイドロ-3,9-ジノニルビスチエノ[2’’,3’’:4’,5’]チエノ[2’,3’:4,5]ピルロロ[3,2-e:2’,3’-g][2,1,3]ベンゾチアジアゾール-2,10-ジイル]ビス[メチルイジン(5 or 6-ブロモ-3-オクソ-1H-インデン-2,1(3H)-ジイルイデン)]]ビス[プロパンジニトリル]、5,5’-[[4,4,9,9-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-4,9-ジハイドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル]ビス(2,1,3-ベンゾチアジアゾール-7,4-ジイルメチルイジン)]ビス[3-エチル-2-チオクソ-4-チアゾルイジノン]、2,2’-((2Z,2’Z)-(((4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1-b:3,4-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル)ビス(4-(ヘプタン-3-イルオキシ)チオフェン-5,2-ジイル))ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、2,2’-[[4,4,9,9-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-4,9-ジハイドロチエノ[3’,2’:4,5]シクロペンタ[1,2-b]チエノ[2’’,3’’:3’,4’]シクロペンタ[1’,2’:4,5]チエノ[2,3-d]チオフェン-2,7-ジイル]ビス[メチルイジン(3-オクソ1H-インデン-2,1(3H)-ジイルイデン)]]ビス-プロパンジニトリル、5,5’-[(9,9-ジオクチル-9H-フルオレン-2,7-ジイル)ビス(2,1,3-ベンゾチアジアゾール-7,4-ジイルメチルイジン)]ビス[3-エチル-2-チオクソ-4-チアゾルイジノン]、2,2’-((2Z,2’Z)-(((4,4,9,9-テトラキス(4-ヘキシルフェニル)-4,9-ジハイドロ-sインダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル)ビス(4-((2-エチルヘキシル)オキシ)チオフェン-5,2-ジイル))ビス(メタニルイルイデン))ビス(5,6-ジフルオロ-3-オクソ-2,3-ジハイドロ-1H-インデン-2,1-ジイルイデン))ジマロノニトリル、(5Z,5’Z)-5,5’-((7,7’-(4,4,9,9-テトラオクチル-4,9-ジハイドロ-s-インダセノ[1,2-b:5,6-b’]ジチオフェン-2,7-ジイル)ビス(ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾール-7,4-ジイル))ビス(メタニルイルイデン))ビス(3-エチル-2-チオクソチアゾールイジン-4-オン)等が挙げられる。
Alternatively, the electron-accepting material may be a non-fullerene material. Examples of non-fullerene materials include 3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)- Dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, 3,9-bis(2-methylene-((3 -(1,1-dicyanomethylene)-6,7-difluoro)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′ -d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene, 3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6,7 -dichloro)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2- b: 5,6-b′]dithiophene, 3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6/7-methyl)-indanone))-5,5,11 , 11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, 3, 9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2′ ,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, 3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)- 6,7-dimethyl)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1 ,2-b:5,6-b′]dithiophene, 2,2′-((2Z,2′Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno [1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(methanilylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1- diylidene)) dimalononitrile, 2,2′-((2Z,2′Z)-((4,4,9,9-tetraoctyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5, 6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(5, 6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2′-((2Z,2′Z)-((4,4,9,9 -tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro -3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2′-((2Z,2′Z)-((12,13-bis(2-ethylhexyl) -3,9-diundecyl-12,13-dihydro-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-e]thieno[2″,3″:4′,5′]thieno[2′,3 ':4,5]pyrrolo[3,2-g]thieno[2',3':4,5]thieno[3,2-b]indole-2,10-diyl)bis(methanylylidene)) Bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2′-((2Z,2′Z)-((12,13 -bis(2-butyloctyl)-3,9-diundecyl-12,13-dihydro-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-e]thieno[2'',3'':4',5 ']thieno[2',3':4,5]pyrrolo[3,2-g]thieno[2',3':4,5]thieno[3,2-b]indole-2,10-diyl) bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2′-((2Z,2′ Z)-((12,13-bis(2-decylteradecyl)-3,9-diundecyl-12,13-dihydro-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-e]thieno[2″,3 '':4',5']thieno[2',3':4,5]pyrrolo[3,2-g]thieno[2',3':4,5]thieno[3,2-b]indole -2,10-diyl)bis(methanilylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2'-[[12,13-bis(2-butyloctyl)-12,13-dihydro-3,9-dinonylbisthieno[2'',3'':4',5']thieno[2',3':4,5]pyrrolo[3,2-e:2',3'-g][2,1,3]benzothiadiazole-2,10-diyl]bis[methylidine(5,6-chloro-3-oxo-1H-indene-2,1(3H)-diylidene)]bis [Propanedinitrile], 2,2′-((2Z,2′Z)-((12,13-bis(2-ethylhexyl)-3,9-diundecyl-12,13-dihydro-[1,2, 5] thiadiazolo[3,4-e]thieno[2″,3″:4′,5′]thieno[2′,3′:4,5]pyrrolo[3,2-g]thieno[2′ ,3′:4,5]thieno[3,2-b]indole-2,10-diyl)bis(methanilylidene))bis(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro- 1H-indene-2,1-diylidene)) dimalononitrile,
2,2′-[[12,13-bis(2-octyldodecyl)-12,13-dihydro-3,9-dinonylbisthieno[2″,3″:4′,5′]thieno[ 2′,3′:4,5]pyrrolo[3,2-e:2′,3′-g][2,1,3]benzothiadiazol-2,10-diyl]bis[methylidine (5 or 6- Bromo-3-oxo-1H-indene-2,1(3H)-diylidene)]]bis[propanedinitrile], 5,5′-[[4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl) -4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl]bis(2,1,3-benzothiadiazole-7,4-diylmethylidine )]bis[3-ethyl-2-thioxo-4-thiazolidinone], 2,2′-((2Z,2′Z)-(((4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2 , 1-b: 3,4-b′]dithiophene-2,6-diyl)bis(4-(heptan-3-yloxy)thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis( 5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, 2,2′-[[4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl )-4,9-dihydrothieno[3′,2′:4,5]cyclopenta[1,2-b]thieno[2″,3″:3′,4′]cyclopenta[1′,2 ': 4,5]thieno[2,3-d]thiophene-2,7-diyl]bis[methylidine(3-oxo1H-indene-2,1(3H)-diylidene)]]bis-propanedinitrile, 5,5′-[(9,9-dioctyl-9H-fluorene-2,7-diyl)bis(2,1,3-benzothiadiazole-7,4-diylmethylidin)]bis[3-ethyl-2 -thioxo-4-thiazolidinone], 2,2'-((2Z,2'Z)-(((4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl)-4,9-dihydro-sindaceno [ 1,2-b: 5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene)) Bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile, (5Z,5'Z)- 5,5′-((7,7′-(4,4,9,9-tetraoctyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2 ,7-diyl)bis(benzo[c][1,2,5]thiadiazole-7,4-diyl))bis(methanilylidene))bis(3-ethyl-2-thioxothiazolidine-4- on) and the like.
さらに、電子受容性材料として用いられる高分子化合物の例としては、ポリ{[N,N’-ビス(2-オクチルドデシル)ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキミド)-2,6-ジイル]-alt-5,5’-(2,2’-ビチオフェン)}、ポリ[[1,2,3,6,7,8-ヘキサヒドロ-2,7-ビス(2-オクチルドデシル)-1,3,6,8-テトラオクソベンゾ[lmn][3,8]フェナンスロリン-4,9-ジイル](3,3’-ジフルオロ[2,2’-ビチオフェン]-5,5’-ジイル)]、ポリ{{[N,N’-ビス(2-オクチルドデシル)ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシミド)-2,6-ジイル]-alt-5,5’-(2,2’-ビチオフェン)}-ran-{[N,N’-ビス(2-オクチルドデシル)ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシミド)-2,6-ジイル]-alt-2,5-チオフェン}}、ポリ[[1,2,3,6,7,8-ヘキサヒドロ-2,7-ビス(2-オクチルドデシル)-1,3,6,8-テトラオクソベンゾ[lmn][3,8]フェナンスロリン-4,9-ジイル]-2,5-チオフェンジイル]、ポリ{[N,N’-ビス(2-ヘキシルデシル)ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシミド)-2,6-diyl]-alt-5,5’-(2,2’-ビチオフェン)}、ポリ{[N,N’-ビス(2-ヘキシルデシル)ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシミド)-2,6-ジイル]-alt-2,5-チオフェン}、ポリ(2,5-ビス(2-オクチルドデシル)-3,6-ジ(ピリジン-2-イル)-ピルロロ[3,4-c]ピルロール-1,4(2H,5H)-ジオン-alt-2,2’-ビチオフェン)(DPPDPyBT)等が挙げられる。 Furthermore, examples of polymer compounds used as electron-accepting materials include poly{[N,N'-bis(2-octyldodecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6 -diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)}, poly[[1,2,3,6,7,8-hexahydro-2,7-bis(2-octyldodecyl)- 1,3,6,8-tetraoxobenzo[lmn][3,8]phenanthroline-4,9-diyl](3,3′-difluoro[2,2′-bithiophene]-5,5′- diyl)], poly{{[N,N′-bis(2-octyldodecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′ -(2,2′-bithiophene)}-ran-{[N,N′-bis(2-octyldodecyl)naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximido)-2,6-diyl] -alt-2,5-thiophene}}, poly[[1,2,3,6,7,8-hexahydro-2,7-bis(2-octyldodecyl)-1,3,6,8-tetraoxo benzo[lmn][3,8]phenanthroline-4,9-diyl]-2,5-thiophenediyl], poly{[N,N'-bis(2-hexyldecyl)naphthalene-1,4,5 ,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′-(2,2′-bithiophene)}, poly{[N,N′-bis(2-hexyldecyl)naphthalene -1,4,5,8-bis(dicarboximido)-2,6-diyl]-alt-2,5-thiophene}, poly(2,5-bis(2-octyldodecyl)-3,6- di(pyridin-2-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrol-1,4(2H,5H)-dione-alt-2,2′-bithiophene) (DPPDPyBT) and the like.
なお、電子供与性材料として例示した上記材料であっても、電子受容性材料として機能するものがあり、また、電子受容性材料として例示した上記材料であっても、電子供与性材料として機能するものがある。 Some of the materials exemplified as electron-donating materials function as electron-accepting materials, and some of the materials exemplified as electron-accepting materials function as electron-donating materials. there is something
電子供与性材料及び電子受容性材料は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を検出するような材料を適宜選択すればよい。電子供与性材料及び電子受容性材料は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を検出することに適した組み合わせを選択することが好ましい。 The electron-donating material and the electron-accepting material have a first light absorption band resulting from charge transfer between the electron donor molecule and the electron acceptor molecule in a state in which a forward bias voltage equal to or higher than the open circuit voltage is applied. A material that can detect light of a wavelength may be appropriately selected. The electron-donating material and the electron-accepting material have a first light absorption band resulting from charge transfer between the electron donor molecule and the electron acceptor molecule in a state in which a forward bias voltage equal to or higher than the open circuit voltage is applied. It is preferable to select a combination suitable for detecting light of wavelengths.
一例として、電子供与性材料であるポリ[2,6’-4,8ジ(5-エチルヘキシルチエニル)ベンゾ[1,2-b:3,3-b]ジチオフェン{3-フルオロ-2[(2-エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4-b]チオフェンジイル}](PTB7-Th)と、電子受容性材料である[6,6]-フェニル-C61酪酸メチルエステル(C60PCBM)とを用いて有機半導体層13を形成する。他の例として、電子供与性材料であるポリ[3-ヘキシルチオフェン-2,5.ジイル](P3HT)と、電子受容性材料である[6,6]-フェニル-C61酪酸メチルエステル(C60PCBM)とを用いて有機半導体層13を形成する。
As an example, the electron-donating material poly[2,6′-4,8di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b:3,3-b]dithiophene{3-fluoro-2[(2 -ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}] (PTB7-Th) and the electron-accepting material [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (C60PCBM) A
有機半導体層13を形成する電子供与性材料と電子受容性材料の重量比は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を検出することに適した重量比であればよく、電子供与性材料及び電子受容性材料に応じて異なり得る。一例として、電子供与性材料に対する電子受容性材料の重量比が、1:1、1:2、又は1:4である。
The weight ratio of the electron-donating material and the electron-accepting material forming the
有機半導体層13の膜厚は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を検出することに適した膜厚であり得る。一例として、有機半導体層13の膜厚は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、第1光吸収帯の波長の光が照射されていないときに有機半導体層13に流れる暗電流が、第1光吸収帯の波長の光が照射されたときに有機半導体層13に流れる光電流よりも小さくなるような膜厚であることが好ましい。上述した暗電流は膜厚が厚くなればなるほど流れにくくなるので、有機半導体層13の膜厚を、上述した暗電流が流れないような膜厚とすることがより好ましい。好ましい有機半導体層13の膜厚は、電子供与性材料及び電子受容性材料に応じて異なり得る。
The film thickness of the
有機半導体層13の膜厚は、例えば、0.3μm以上、50μm以下であり、好ましくは、0.5μm以上、30μm以下であり、より好ましくは、1.5μm以上、15μm以下である。有機半導体材料は、105cm-1程度の高い光吸収係数を有するため、従来は数百nm程度の薄膜の活性層による光電変換素子を形成することが一般的である。有機半導体層13の膜厚をより十分に厚くした場合、吸収係数の高い波長帯域部分は光照射した電極付近のみ吸収され、キャリアが電極から捕集できず光電流がほとんど流れない。これにより、有機光センサ10により検出する、ドナー分子及びアクセプタ分子の光学バンドギャップ付近の吸光度の低い吸収帯のみ、キャリアを電極から主に捕集することができる。さらに、有機光センサ10は、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態においては、第1吸収帯の吸収部分からの寄与もあり、主に近赤外領域の光を検出可能でかつ狭帯域化することができる。
The film thickness of the
(有機光センサの製造方法)
本発明の一形態に係る有機光センサ10の製造方法は、特に限定されず、有機光センサ10の各構成要素を製造するために選択された各材料に好適な形成方法により製造することができる。
(Manufacturing method of organic photosensor)
The manufacturing method of the
有機光センサ10の製造方法の一例において、まず、基板上に下部電極11を形成する。下部電極11を形成するための電極材料を用いて、基板上に層構造を形成する。形成した基板上の層構造を、フォトリソグラフィ等によりパターニングし、下部電極11を形成する。
In one example of the method of manufacturing the
次に、下部電極11上に正孔障壁層12を、例えば、印刷法により形成する。印刷法により正孔障壁層12を形成する場合、以下に示すゾル・ゲル法を用いることができる。正孔障壁層12として酸化亜鉛(ZnO)薄膜を形成する場合、酢酸亜鉛を2-エトキシエタノール及びアミノエタノール中において、12時間以上、85℃以上で攪拌することで、ゾル・ゲル手法に適した溶液を作製する。ゾル・ゲル手法によるZnO薄膜形成は既報(参考資料1:J.Am.Chem.Soc. 137, 6730-6733 (2015), Thin Solid Films 306, 78-85 (1997)等)に記載された手法を参照することができる。
Next, a
このようにして作製した溶液を、下部電極11上に塗布して薄膜を形成し、例えば、100℃以上、300℃以下の加熱温度範囲で10分以上加熱することで、正孔障壁層12を形成する。例えば、ZnO薄膜を形成する場合、ZnO溶液を下部電極11上に塗布し、200℃で30分加熱する。
The solution prepared in this way is applied on the
正孔障壁層12は、必要に応じて表面処理し、極薄膜の界面層を形成してもよい。例えば、ゾル・ゲル法で形成したZnO薄膜には、高分子電解質の1種であるポリ[(9,9-ジ(3,3’-N,N’-トリメチルアンモニウム)プロピルフルオレニル-2,7-ジイル)-alt-co-(9,9-ジオチルフルオレニル-2,7-ジイル)]二ヨウ素塩(PFN)溶液を用いて、スピンコート法により薄膜形成してもよい。これにより、正孔障壁層12におけるキャリアの失活を抑制することができる。このような界面層の膜厚は、5nm以下とすることが好ましい。
The
次に、正孔障壁層12上に有機半導体層を形成する。有機半導体材料として、電子供与性材料と電子受容性材料とを適切な重量比で混合した混合溶液を用いて有機半導体層を形成する。このような混合溶液を正孔障壁層12上に塗布し、結晶性の相分離構造の形成が促進されない条件で製膜する。
Next, an organic semiconductor layer is formed on the
例えば、P3HTやPTB7-ThとPCBMとを混合した溶液を加熱して、スピンキャスト法で塗布する。塗布した溶液を、不活性ガス下において相分離構造が進まないような加熱温度で、加熱処理する。例えば、塗布した溶液を30分以上乾燥させた後、窒素雰囲気下において、85℃で12時間以上加熱処理する。 For example, a mixed solution of P3HT or PTB7-Th and PCBM is heated and applied by spin casting. The applied solution is heat-treated under an inert gas at a heating temperature at which the phase separation structure does not proceed. For example, after the applied solution is dried for 30 minutes or longer, it is heat-treated at 85° C. for 12 hours or longer in a nitrogen atmosphere.
形成した有機半導体層の上に上部電極14を形成する。例えば、金属材料を真空蒸着することにより上部電極14を形成する。また、電極材料の酸化物ナノ粒子溶液やナノ粒子銀溶液を用いることで、上部電極14を印刷法により形成することも可能である。
An
(有機光センサの他の例)
本発明の他の形態に係る有機光センサについて、以下に説明する。なお、説明の便宜上、有機光センサ10にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
(Other examples of organic photosensors)
An organic photosensor according to another aspect of the invention is described below. For convenience of explanation, members having the same functions as the members explained for the
本発明の他の形態に係る有機光センサは、第1電極と障壁層との間に設けられた抵抗層をさらに備え、第2電極及び抵抗層は透明又は半透明であり、第1電極は、互いに離れた位置に設けられた少なくとも1対の電極を含む。ここで、透明又は半透明とは、第1光吸収帯及び第2光吸収帯の波長の光を透過することを意味している。第2電極及び抵抗層は、第1光吸収帯及び第2光吸収帯の波長の光を透過する光透過性を有している。 An organic photosensor according to another aspect of the present invention further comprises a resistive layer provided between the first electrode and the barrier layer, the second electrode and the resistive layer being transparent or translucent, and the first electrode being , includes at least one pair of electrodes spaced apart from each other. Here, "transparent" or "translucent" means that light having wavelengths in the first light absorption band and the second light absorption band is transmitted. The second electrode and the resistance layer have optical transparency to transmit light having wavelengths in the first optical absorption band and the second optical absorption band.
図12は、本発明の他の形態に係る有機光センサ20の一例を示す模式図である。図12において、断面図1001は、上部電極14の垂直方向の断面図であり、下面図1002は、有機光センサ20を下部電極21側から見た図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of an
断面図1001に示すように、有機光センサ20は、下部電極21、抵抗層22、正孔障壁層12、有機半導体層13、及び上部電極14をこの順に積層して備えている。下面図1002に示すように、下部電極21は、互いに離れた位置に設けられた1対の電極を含む。上部電極14、抵抗層22、及び下部電極21は、透明又は半透明である。なお、下部電極21は、光を透過させなくてもよい。抵抗層22が透明又は半透明であれば、有機光センサ20の下側から入射した光は、有機半導体層13に到達する。
As shown in a
また、有機光センサ20は、バイアス電圧を印加するバイアス電圧発生部16及びパルス電圧を印加するパルス電圧発生部17と制御回路18とを含む駆動回路部15を備えている。駆動回路部15は、1対の下部電極21のそれぞれと上部電極14との間に電圧を印加するように2箇所設けられている。さらに、有機光センサ20は、有機光センサ20に光が入射したときに流れる光電流を測定する電流測定部23を備えている。電流測定部23は、1対の下部電極21のそれぞれに対して分割された光電流を測定するように2箇所設けられている。
The
有機光センサ20は、上部電極14又は下部電極21側から入射した光の入射位置を検出する位置検出センサ(PSD:Position Sensitive Detector)であり得る。上部電極14又は下部電極21側から光が入射した場合、その入射位置に光量に比例した電荷が発生し、光電流として抵抗層22に到達する。この光電流は1対の下部電極のそれぞれまでの距離に逆比例して分割される。有機光センサ20は、電流測定部23において分割された光電流値を測定し、光電流値の比に基づき光の入射位置を算出する。このように、有機光センサ20を用いて、上部電極14又は下部電極21側から光が入射した場合の電流値を電流測定部23において計測することで、光の入射位置を算出することができる。
The
有機光センサ20を用いた光の入射位置の算出方法の一例を以下に示す。図12に示すように、上部電極14又は下部電極21側から入射した光の入射位置yから一方の下部電極21までの距離をxとし、1対の下部電極21間の距離をLとした場合、距離xは、以下の式(1)により算出することができる。
式(1)において、I1は、図12における左側の下部電極21から取り出された光電流の電流値であり、I2は、図12における右側の下部電極21から取り出された光電流の電流値である。
In equation ( 1 ), I1 is the current value of the photocurrent extracted from the
また、有機光センサ20は、有機半導体層13を備えているので、光吸収における波長選択性を利用した光の位置検出が可能である。すなわち、有機光センサ20は、上部電極14側から入射した第1光吸収帯の波長の光を検出すると共に、下部電極21側から入射した第1光吸収帯より短い波長域である第2光吸収帯の光を検出する。これにより、有機光センサ20は、上部電極14側から入射した近赤外域の光の入射位置、及び、下部電極21側から入射した可視光域の光の入射位置を、それぞれ検出することができる。
Further, since the
<電極>
上部電極14及び下部電極21は、透明又は半透明の電極材料により形成されており、光透過性を有している。このような電極材料としては、有機光センサ10について記載した透明又は半透明の電極材料と同様であり、電極の形成方法、膜厚等についても有機光センサ10についての記載と同様である。上部電極14及び下部電極21は、所定の光透過性を有していれば、薄い金属層により構成されたような金属電極であってもよい。
<Electrode>
The
下部電極21は、互いに離れた位置に少なくとも1対設けられていればよく、2対以上設けられていてもよい。一例として、2対の下部電極21が設けられていれば、2次元の位置検出が可能である。
At least one pair of
<抵抗層>
抵抗層22は、下部電極21が配置された基板上に形成される。抵抗層22の表面抵抗率は、5Ω/sq以上、50MΩ/sq以下であることが好ましく、より好ましくは、100Ω/sq以上、10MΩ/sq以下である。このような抵抗層22を形成する材料は、一例として、酸化亜鉛である。抵抗層22は、上記表面抵抗率を満たす材料及び膜厚で形成されていればよい。
<Resistive layer>
A
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.
(測定方法)
膜厚は、Veeco社製のDectak3ST装置を用いて測定した。有機光センサの光電変換効率は、浜松ホトニクス社製キセノンランプ光源、島津製作所の分光器SPG-120S、SPG-120IR、及び光学フィルターを用いて、近赤外から可視光域に対するIPCE特性を測定した。有機光センサに、単色光を照射したときに流れる光電流を、ケースレー社製微小電流計6514及び横河計測社製の電源装置R6145を用いて測定した。材料単体の吸収スペクトルは、島津製作所の分光光度計UV-3100PCにて測定した。
(Measuring method)
Film thickness was measured using a Veeco Dectak 3 ST apparatus. The photoelectric conversion efficiency of the organic photosensor was measured using a xenon lamp light source manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., spectrometers SPG-120S and SPG-120IR manufactured by Shimadzu Corporation, and an optical filter, and the IPCE characteristics in the near-infrared to visible light range were measured. . The photocurrent that flows when the organic photosensor is irradiated with monochromatic light was measured using a micro current meter 6514 manufactured by Keithley and a power supply device R6145 manufactured by Yokogawa Instruments. The absorption spectrum of the material alone was measured with a UV-3100PC spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corporation.
〔有機光センサの光検出感度〕
(実施例1)
ガラス基板上に電極としてITOがパターン成膜されたITO付きガラス基板表面を、有機溶媒で洗浄した後、UVオゾン洗浄した。次に、電子取り出し層兼正孔障壁層として、酸化亜鉛を成膜した。酢酸亜鉛(シグマアルドリッチ社製)を2-エトキシエタノール(シグマアルドリッチ社製)及びアミノエタノール(シグマアルドリッチ社製)中において、12時間以上、85℃以上で攪拌し、ゾル・ゲル溶液を作製した。このようにして作製した溶液を、ITO膜上に塗布して薄膜を形成し、200℃の加熱温度範囲で30分加熱することで、膜厚30nmの酸化亜鉛膜を成膜した。次いで、酸化亜鉛膜上にPFN溶液を用いて、スピンコート法により、5nm以下の界面層を形成した。
[Photodetection sensitivity of organic photosensor]
(Example 1)
The surface of the ITO-attached glass substrate, on which ITO was pattern-formed as an electrode, was washed with an organic solvent, and then washed with UV ozone. Next, a film of zinc oxide was formed as an electron extraction layer and a hole blocking layer. Zinc acetate (manufactured by Sigma-Aldrich) was stirred in 2-ethoxyethanol (manufactured by Sigma-Aldrich) and aminoethanol (manufactured by Sigma-Aldrich) for 12 hours or more at 85° C. or higher to prepare a sol-gel solution. The solution prepared in this way was applied on the ITO film to form a thin film, which was then heated in a heating temperature range of 200° C. for 30 minutes to form a zinc oxide film having a thickness of 30 nm. Next, an interface layer of 5 nm or less was formed on the zinc oxide film by spin coating using a PFN solution.
次に、PTB7-Th:PCBM=1:4の重量比にて混合した溶液加熱して、界面層上にスピンキャスト法で塗布した。塗布した溶液を30分以上乾燥させた後、窒素雰囲気下において、85℃で12時間加熱し、膜厚3.5μmの有機半導体層を形成した。 Next, a solution mixed at a weight ratio of PTB7-Th:PCBM=1:4 was heated and applied onto the interface layer by a spin casting method. After the applied solution was dried for 30 minutes or more, it was heated at 85° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere to form an organic semiconductor layer with a film thickness of 3.5 μm.
有機半導体層上に酸化モリブデン及び銀を真空蒸着して上部電極を形成した。酸化モリブデン膜の膜厚は、5nmとし、銀膜の膜厚は、100nmとした。 Molybdenum oxide and silver were vacuum-deposited on the organic semiconductor layer to form an upper electrode. The film thickness of the molybdenum oxide film was set to 5 nm, and the film thickness of the silver film was set to 100 nm.
PTB7-Th:PCBM=1:4の厚膜の素子から得られた有機光センサについて約0.9mW/cm2、850nmの光を照射した場合の光電流―電圧特性、並びに―5Vと+5Vの電圧を印加した場合のIPCE特性を図5に示す。 Photocurrent-voltage characteristics and -5V and +5V characteristics when the organic photosensor obtained from the PTB7-Th:PCBM=1:4 thick film device was irradiated with light of about 0.9 mW/cm 2 and 850 nm. FIG. 5 shows IPCE characteristics when a voltage is applied.
(実施例2)
PTB7-Th:PCBM=1:2の有機半導体層の膜厚を8.3μmとした以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、約0.9mW/cm2、850nmの光もしくは約1.9mW/cm2、768nmの光を照射した場合の光電流―電圧特性、並びに―8Vと+8Vの電圧を印加したIPCE特性を図6に示す。
(Example 2)
An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the organic semiconductor layer of PTB7-Th:PCBM=1:2 was changed to 8.3 μm. Photocurrent-voltage characteristics and voltages of −8 V and +8 V were measured when the obtained organic photosensor was irradiated with light of about 0.9 mW/cm 2 at 850 nm or light at about 1.9 mW/cm 2 at 768 nm. The applied IPCE characteristics are shown in FIG.
(実施例3)
PTB7-Th:PCBM=1:2の有機半導体層の膜厚を1.1μmとした以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、約0.9mW/cm2、850nmの光を照射した場合の光電流―電圧特性及び―5Vと+1Vの電圧を印加した場合と無バイアス時のIPCE特性を図7に示す。
(Example 3)
An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that the film thickness of the organic semiconductor layer of PTB7-Th:PCBM=1:2 was changed to 1.1 μm. FIG. 7 shows the photocurrent-voltage characteristics when the obtained organic photosensor was irradiated with light of about 0.9 mW/cm 2 and 850 nm, and the IPCE characteristics when voltages of −5 V and +1 V were applied and when no bias was applied. shown in
(実施例4)
P3HT:PCBM=1:2の有機半導体層の膜厚を3μmとした以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、光照射時の―3Vと+3Vの電圧を印加したIPCE特性を図8に示す。
(Example 4)
An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that the film thickness of the organic semiconductor layer of P3HT:PCBM=1:2 was 3 μm. FIG. 8 shows the IPCE characteristics of the obtained organic photosensor with voltages of −3 V and +3 V applied during light irradiation.
(比較例1)
P3HT:PCBM=1:1の有機半導体層の膜厚を0.2μmとし、活性層の加熱処理温度を120℃にし、ITO電極を11-AUPAとCs2CO3にて界面層を形成し、ZnO障壁層を有しない以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、5.6mW/cm2、500nmの光を照射した場合の光電流-電圧特性及び-4V電圧を印加したIPCE特性を図9に示す。
(Comparative example 1)
The film thickness of the organic semiconductor layer of P3HT:PCBM=1:1 was set to 0.2 μm, the heat treatment temperature of the active layer was set to 120° C., and the ITO electrode was formed with 11-AUPA and Cs 2 CO 3 to form an interface layer, An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that it did not have a ZnO barrier layer. FIG. 9 shows the photocurrent-voltage characteristics of the obtained organic photosensor when it was irradiated with light of 5.6 mW/cm 2 and 500 nm, and the IPCE characteristics when a voltage of −4 V was applied.
(比較例2)
P3HT:PCBM=1:2の有機半導体層の膜厚を3μmとし、活性層の加熱処理温度を120℃にした以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、光照射した場合の―3Vと+3Vの電圧を印加したIPCE特性を図10に示す。
(Comparative example 2)
An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that the film thickness of the organic semiconductor layer of P3HT:PCBM=1:2 was 3 μm, and the heat treatment temperature of the active layer was 120°C. FIG. 10 shows the IPCE characteristics of the obtained organic photosensor when a voltage of −3 V and +3 V is applied when light is irradiated.
(比較例3)
PTB7-Th:PCBM=1:4の有機半導体層の膜厚を3.5μmとし、正孔障壁層ZnOを用いず、ITO電極を11-AUPAとCs2CO3にて界面層を形成し、ZnO障壁層を有しない以外は、実施例1と同様に有機光センサを得た。得られた有機光センサについて、光照射した場合の―5Vと+4Vの電圧を印加したIPCE特性を図11に示す。
(Comparative Example 3)
The film thickness of the organic semiconductor layer of PTB7-Th:PCBM=1:4 is set to 3.5 μm, and the interface layer is formed by using 11-AUPA and Cs 2 CO 3 as the ITO electrode without using the hole blocking layer ZnO, An organic photosensor was obtained in the same manner as in Example 1, except that it did not have a ZnO barrier layer. FIG. 11 shows the IPCE characteristics of the obtained organic photosensor with application of voltages of −5 V and +4 V when light is irradiated.
(結果)
図5~6に示すように、実施例1(有機半導体層の膜厚3.5μm)及び実施例2(有機半導体層の膜厚8.3μm)の有機光センサは、暗電流がほとんど流れず、800nmの光に対するIPCEが100%を超えていた。実施例1の有機光センサは、800nmの光よりも波長の短い可視光域の光の照射により光電流は流れるが、可視光域の光に対するIPCEは、800nmの光に対するIPCEよりも低かった。ドナー分子及びアクセプタ分子の分子骨格に起因する光吸収よりも、分子間の電荷移動による光吸収の方が、IPCEが高かった。
(result)
As shown in FIGS. 5 and 6, almost no dark current flows in the organic photosensors of Example 1 (thickness of organic semiconductor layer: 3.5 μm) and Example 2 (thickness of organic semiconductor layer: 8.3 μm). , the IPCE for 800 nm light exceeded 100%. In the organic photosensor of Example 1, the photocurrent flowed when irradiated with light in the visible light range having a shorter wavelength than light of 800 nm, but the IPCE for light in the visible light range was lower than the IPCE for light of 800 nm. The IPCE was higher for light absorption due to intermolecular charge transfer than light absorption due to the molecular skeleton of the donor and acceptor molecules.
実施例1及び2では、近赤外光域の光を精度よく検出できることが示された。また、活性層として機能する有機半導体層を多層化したりしなくても、順バイアス電圧印加時に100%以上のIPCEが得られた。さらに、逆バイアス電圧下で光センサとして用いる場合に比べて、順バイアス電圧下で用いる方が特定波長のIPCEを高くすることができる。それゆえ、高精度に光を検出することができる。 In Examples 1 and 2, it was shown that light in the near-infrared region can be detected with high accuracy. Moreover, an IPCE of 100% or more was obtained when a forward bias voltage was applied without multilayering the organic semiconductor layer functioning as an active layer. Furthermore, the IPCE at a specific wavelength can be made higher when using a forward bias voltage than when using it as a photosensor under a reverse bias voltage. Therefore, light can be detected with high accuracy.
図7に示すように、実施例3の有機光センサでは、順バイアス電圧印加時に、逆バイアス電圧印加時にはほとんど検出できない近赤外光を検出できた。また、実施例3の有機光センサは、無バイアス時にも太陽電池特性を示し、蓄電性能を有することが確認できた。実施例1から3の有機光センサにおける、850nmの近赤外光(図中矢印に示す位置)の光照射に対する電流密度-電圧特性は、順バイアス電圧印加時に光電流は電圧に対して線形に増加しているという特徴を有していた。実施例4の有機光センサでは、図8に示すように、P3HTを用いても近赤外光域の光を精度よく検出できることが示された。 As shown in FIG. 7, the organic photosensor of Example 3 was able to detect near-infrared light when a forward bias voltage was applied, which could hardly be detected when a reverse bias voltage was applied. Further, it was confirmed that the organic photosensor of Example 3 exhibited solar cell characteristics even when no bias was applied, and had power storage performance. In the organic photosensors of Examples 1 to 3, the current density-voltage characteristics with respect to light irradiation with near-infrared light of 850 nm (the position indicated by the arrow in the figure) shows that the photocurrent is linear with respect to the voltage when a forward bias voltage is applied. It had the characteristic of increasing In the organic photosensor of Example 4, as shown in FIG. 8, it was shown that light in the near-infrared region can be detected with high accuracy even when P3HT is used.
図9に示すように、比較例1の有機光センサは、500nm程度の波長の短い光の照射により光電流は流れるが、これより波長の長い光はほとんど検出しなかった。800nmのような近赤外光域の光に対する有機光センサとしては使用できなかった。また、順電流が流れるような(開放電圧より大きい)順バイアス電圧下において、暗電流が大きいため、有機光センサとしては使用できなかった。 As shown in FIG. 9, the organic photosensor of Comparative Example 1 caused a photocurrent to flow when irradiated with light having a short wavelength of about 500 nm, but hardly detected light having a longer wavelength. It could not be used as an organic photosensor for near-infrared light such as 800 nm. In addition, under a forward bias voltage (larger than the open-circuit voltage) at which a forward current flows, the dark current is large, so it cannot be used as an organic photosensor.
比較例2の有機光センサは、実施例4の有機光センサよりも有機半導体層の加熱処理温度を上昇させて、結晶性の相分離構造を促進させるようにして製造した。図10に示すように、比較例2の有機光センサは、実施例4の有機光センサより、順バイアス電圧印加時の光の検出感度が大幅に低下していた。 The organic photosensor of Comparative Example 2 was manufactured by raising the heat treatment temperature of the organic semiconductor layer more than that of the organic photosensor of Example 4 to promote a crystalline phase-separated structure. As shown in FIG. 10, the organic photosensor of Comparative Example 2 had significantly lower light detection sensitivity than the organic photosensor of Example 4 when a forward bias voltage was applied.
比較例3の有機光センサは、正孔障壁層であるZnOを有さない構造として製造した。図11に示すように、比較例3の有機光センサは、順バイアス電圧印加時に実施例1の有機光センサよりも光の検出感度が低下しており、第2波長帯域の光の検出感度も低かった。 The organic photosensor of Comparative Example 3 was manufactured as a structure without ZnO as a hole blocking layer. As shown in FIG. 11, the organic photosensor of Comparative Example 3 has lower light detection sensitivity than the organic photosensor of Example 1 when a forward bias voltage is applied, and the light detection sensitivity of the second wavelength band is also lower than that of the organic photosensor of Example 1. was low.
〔有機光センサによる位置検出〕
位置検出用の有機光センサを作製した。ガラス基板上の2箇所に100μm幅の透明下部電極ITOを5mm間隔で形成した。ITOが形成されたガラス基板上に、参考文献1に記載の方法によりZnO:Al薄膜を形成し、抵抗層とした(参考文献1:T. Morimune, H. Kajii, H. Nishimaru, S. Ono, Organic Position-Sensitive Detectors Based on ZnO:Al and CuPc:C60, J. Nanosci. Nanotechnol. Vol.16, No.4, 3426-3430 (2016))。抵抗層上に、P3HT:PCBM=1:1の重量比で混合した有機半導体層を、膜厚2μmで形成した。有機半導体層上に銀を蒸着して、100μm幅の半透明上部電極を形成した。このように作製した有機光センサのIPCE特性を図13に示す。
[Position detection by organic light sensor]
An organic optical sensor for position detection was fabricated. A transparent lower electrode ITO having a width of 100 μm was formed at two locations on the glass substrate at intervals of 5 mm. A ZnO:Al thin film was formed on a glass substrate on which ITO was formed by the method described in
図13に示すように、透明下部電極側からの光入射については、有機半導体層に含まれるドナー分子及びアクセプタ分子の分子骨格に起因する光吸収に対応する第2吸収帯の光を主に検出可能であった。一方、半透明上部電極Ag側からの光入射については、有機半導体層に含まれるドナー分子及びアクセプタ分子の分子間の電荷移動に起因する光吸収に対応する、近赤外光を含む第1吸収帯の光を選択的に検出可能であった。 As shown in FIG. 13, for light incident from the transparent lower electrode side, light in the second absorption band corresponding to light absorption caused by the molecular skeleton of donor molecules and acceptor molecules contained in the organic semiconductor layer is mainly detected. It was possible. On the other hand, for the light incident from the semitransparent upper electrode Ag side, the first absorption including near-infrared light corresponding to the light absorption caused by the charge transfer between the donor molecules and the acceptor molecules contained in the organic semiconductor layer. The band of light could be selectively detected.
このような有機光センサを用いて、光の入射位置の検出を行った。有機光センサに赤色レーザ光(650nm)を照射したときに流れる光電流I1及びI2を、ケースレー社のエレクトロメーター6517Bを用いて測定した。透明下部電極間をLとし、一方の電極から光の入射位置までの距離をxとして、光電流I1及びI2の比に基づき、上述した式(1)から距離xを算出した。結果を図14に示す。 The incident position of light was detected using such an organic photosensor. Photocurrents I1 and I2 flowing when the organic photosensor was irradiated with red laser light (650 nm) were measured using an electrometer 6517B manufactured by Keithley. With L as the distance between the transparent lower electrodes and x as the distance from one of the electrodes to the incident position of light, the distance x was calculated from the above equation ( 1 ) based on the ratio of the photocurrents I1 and I2 . The results are shown in FIG.
図14に示すように、半透明上部電極側から入射した場合、透明下部電極側から入射した場合よりも検出誤差が小さかった。半透明上部電極側から入射した赤色レーザ光の検出値の直線性誤差率は1.5%と見積もられ、高精度の検出が可能であることが示された。 As shown in FIG. 14, when incident from the translucent upper electrode side, the detection error was smaller than when incident from the transparent lower electrode side. The linearity error rate of the detection value of the red laser beam incident from the semi-transparent upper electrode side was estimated to be 1.5%, indicating that highly accurate detection is possible.
10、20 有機光センサ
11、21 下部電極(第1電極)
12 正孔障壁層
13 有機半導体層
14 上部電極(第2電極)
15 駆動回路部
16 バイアス電圧発生部
17 パルス電圧発生部
18 制御回路
22 抵抗層
23 電流測定部
10, 20
12
Claims (11)
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、少なくとも1つの電子供与体分子と少なくとも1つの電子受容体分子とが混在したバルクヘテロ接合の有機半導体層と、
前記有機半導体層に順バイアス電圧が印加された状態で、前記有機半導体層から正孔及び電子の一方のキャリアが移動することを抑制する障壁層と、
前記第1電極、前記有機半導体層、前記障壁層、及び前記第2電極に、前記順バイアス電圧を印加する駆動回路部とを備え、
開放電圧未満の順バイアス電圧又は逆バイアス電圧が印加された状態と比較して、開放電圧以上の順バイアス電圧が印加された状態で、前記電子供与体分子と前記電子受容体分子との間の電荷移動に起因した第1光吸収帯の波長の光を増感して検出する、有機光センサ。 a first electrode;
a second electrode;
a bulk heterojunction organic semiconductor layer provided between the first electrode and the second electrode and containing at least one electron donor molecule and at least one electron acceptor molecule;
a barrier layer that suppresses the migration of carriers of either holes or electrons from the organic semiconductor layer while a forward bias voltage is applied to the organic semiconductor layer;
a driving circuit unit that applies the forward bias voltage to the first electrode, the organic semiconductor layer, the barrier layer, and the second electrode;
In a state where a forward bias voltage equal to or higher than the open-circuit voltage is applied, compared with a state where a forward bias voltage or a reverse bias voltage lower than the open-circuit voltage is applied, between the electron donor molecule and the electron acceptor molecule An organic photosensor that sensitizes and detects light having a wavelength in a first optical absorption band caused by charge transfer.
前記第1電極と前記有機半導体層との間に、正孔障壁層を備える、請求項1又は2に記載の有機光センサ。 the first electrode is a transparent electrode,
3. The organic photosensor of claim 1, comprising a hole blocking layer between the first electrode and the organic semiconductor layer.
前記第2電極及び前記抵抗層は透明又は半透明であり、
前記第1電極は、互いに離れた位置に設けられた少なくとも1対の電極を含む、
請求項1又は2に記載の有機光センサ。 further comprising a resistive layer provided between the first electrode and the barrier layer;
the second electrode and the resistive layer are transparent or translucent;
wherein the first electrode comprises at least one pair of electrodes spaced apart from each other;
3. The organic photosensor according to claim 1 or 2.
請求項10に記載の有機光センサ。 detecting the light of the wavelength of the first light absorption band incident from the second electrode side, and the light of the second light absorption band, which is a wavelength region shorter than the first light absorption band incident from the first electrode side; to detect the
11. The organic photosensor of claim 10.
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