JP2763619B2 - 電気素子 - Google Patents
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/549—Organic PV cells
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光起電力素子（太陽電池）、発光素子、ト
ランジスタ等の電気素子として応用できる電気素子に関
する。
ランジスタ等の電気素子として応用できる電気素子に関
する。
［従来の技術］ 有機物を能動材料として用いた光起電力素子が多く研
究されている。その理由として、有機材料の半導体特性
の改良、特性の多様化、薄膜化技術の進歩が挙げられ
る。
究されている。その理由として、有機材料の半導体特性
の改良、特性の多様化、薄膜化技術の進歩が挙げられ
る。
上記素子は1mA/cm2以上の電流容量を持つことが望ま
しい共通の必要特性を有している。例えば、光起電力素
子では、太陽光下で５％以上の変換効率を達成するには
10mA/cm2以上の短絡光電流が必要であり、又、有機エレ
クトロルミネッセンス素子では1000cd/m2程度の高輝度
を得るにはやはり10mA/cm2程度の電流密度が必要であ
る。更にトランジスタにおいては作動時の電流が大きい
方が用途が広い。
しい共通の必要特性を有している。例えば、光起電力素
子では、太陽光下で５％以上の変換効率を達成するには
10mA/cm2以上の短絡光電流が必要であり、又、有機エレ
クトロルミネッセンス素子では1000cd/m2程度の高輝度
を得るにはやはり10mA/cm2程度の電流密度が必要であ
る。更にトランジスタにおいては作動時の電流が大きい
方が用途が広い。
以上のように、高い電流容量を有することが上記素子
の実用化にとって必須の技術課題である。
の実用化にとって必須の技術課題である。
電荷担体として、正電荷（ホール）と電子があるが、
上記素子ではこの両者が素子の内部を抵抗なく移動する
必要がある。しかし、有機物ではその内部をホール、電
子の両方とも効率よく移動できるものがほとんどないの
で電流容量が必要な素子は、電子伝導とホール伝導の層
を分けて行う改良が提案されている。
上記素子ではこの両者が素子の内部を抵抗なく移動する
必要がある。しかし、有機物ではその内部をホール、電
子の両方とも効率よく移動できるものがほとんどないの
で電流容量が必要な素子は、電子伝導とホール伝導の層
を分けて行う改良が提案されている。
しかし、それでも移動の際にエネルギ障壁等があると
それが抵抗成分として作用し、電流容量が低下する。こ
の障壁は素子構成上必要な異種材料層の接合部に生成す
る。従って、上記素子ではその機能サイト以外の接合部
分は電荷移動に障壁のないオーミック接触である必要が
ある。
それが抵抗成分として作用し、電流容量が低下する。こ
の障壁は素子構成上必要な異種材料層の接合部に生成す
る。従って、上記素子ではその機能サイト以外の接合部
分は電荷移動に障壁のないオーミック接触である必要が
ある。
しかし、電子移動層とホール移動層を別個に備えた有
機電子素子を用いて高い電流密度を得るという課題を達
成しようと試みた報告を検討すると重大な問題があるこ
とが分かる。それは陰電極（以下陰極という）材料に関
するものである。
機電子素子を用いて高い電流密度を得るという課題を達
成しようと試みた報告を検討すると重大な問題があるこ
とが分かる。それは陰電極（以下陰極という）材料に関
するものである。
陰極材料として、通常、金属が用いられており、有機
半導体とオーミック接触を達成するために仕事関数の小
さな金属が用いられていた。
半導体とオーミック接触を達成するために仕事関数の小
さな金属が用いられていた。
例えば、光起電力素子の場合、特公昭62−4871では、
短絡光電流として、最高3mA/cm2の例が記載されている
が、この際に用いられている陰極はAgやInである。周知
の通り、これらは、耐酸化性に乏しい材料である。
短絡光電流として、最高3mA/cm2の例が記載されている
が、この際に用いられている陰極はAgやInである。周知
の通り、これらは、耐酸化性に乏しい材料である。
又、電界発光の例では、R.H.Partridgeがポリビニル
カルバゾールを発光材料に用いた例を報告しており、こ
の例では［Polymer,24,748（1983）］陰極にセシウムを
用いている。
カルバゾールを発光材料に用いた例を報告しており、こ
の例では［Polymer,24,748（1983）］陰極にセシウムを
用いている。
又、別の例として、C.Tangが報告しているアルミニウ
ムキノリン錯体とジアミンの福層型素子では陰極にMg−
Ag合金が用いられているが［Appl.Phys.Lett.,51.913
（1987）］これらの金属材料も、又、耐酸化性に乏し
い。
ムキノリン錯体とジアミンの福層型素子では陰極にMg−
Ag合金が用いられているが［Appl.Phys.Lett.,51.913
（1987）］これらの金属材料も、又、耐酸化性に乏し
い。
この種の金属ではなく、仕事関数の大きなものを陰極
材料として使用できれば、電極の安定性が増し、素子の
実用化が近づくものと考えられる。しかし、直接、これ
らの材料を用いると、電流密度が大幅に低下し、素子の
特性の低下が起きてしまう。これは、これらの金属を用
いると、電子伝導性の有機物層と金属との間に、電子伝
導に対する障壁が生成するためと考えられる。
材料として使用できれば、電極の安定性が増し、素子の
実用化が近づくものと考えられる。しかし、直接、これ
らの材料を用いると、電流密度が大幅に低下し、素子の
特性の低下が起きてしまう。これは、これらの金属を用
いると、電子伝導性の有機物層と金属との間に、電子伝
導に対する障壁が生成するためと考えられる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、電子伝導性である電子受容性有機半
導体を用い、かつ、電流密度を低下させずに安定な金属
を陰極として使用できる電気素子を提供しようとするも
のである。
導体を用い、かつ、電流密度を低下させずに安定な金属
を陰極として使用できる電気素子を提供しようとするも
のである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、陰極側
の構成として、酸化亜鉛を主成分とする電極とそこに連
続して電子受容性有機物層が重なったものであると、大
きな電流が安定して得られることが判明した。
の構成として、酸化亜鉛を主成分とする電極とそこに連
続して電子受容性有機物層が重なったものであると、大
きな電流が安定して得られることが判明した。
すなわち、本発明は、酸化亜鉛を主成分とする電極と
電子受容性有機物層を順次積層してなる電気素子、およ
び酸化亜鉛を主成分とする電極、電子受容性有機物、電
子供与性有機物と仕事関数の高い金属である電極を順次
積層してなり、該両電極のうち少なくとも一方が透光性
であることを特徴とする電気素子である。
電子受容性有機物層を順次積層してなる電気素子、およ
び酸化亜鉛を主成分とする電極、電子受容性有機物、電
子供与性有機物と仕事関数の高い金属である電極を順次
積層してなり、該両電極のうち少なくとも一方が透光性
であることを特徴とする電気素子である。
酸化亜鉛は、それ自体でも亜鉛リッチであったり、Al
のような３価の元素がドープされると低抵抗化し、それ
自体で電極として十分使用できる。又、これを陰極とし
て使用した場合、電子受容性の有機物層とオーミック接
触し、素子全体の電流容量の低下が生じない。
のような３価の元素がドープされると低抵抗化し、それ
自体で電極として十分使用できる。又、これを陰極とし
て使用した場合、電子受容性の有機物層とオーミック接
触し、素子全体の電流容量の低下が生じない。
本発明に使用する酸化亜鉛電極としては、亜鉛組成が
リッチな酸化亜鉛、３価の元素がドープされた酸化亜鉛
等がある。又、本発明に使用する電子受容性有機物層を
構成する材料には、例えば、 ペリレン系顔料Pigment Red（以下PR）179,PR190,PR14
9,PR189,PR123,Pigment Brown26等； ペリレン系顔料 Pigment Orange 43,PR194等； アントラキノン系顔料 PR168,PR177,Vat Yellow4等； フラバンスロン等の含キノン黄色顔料； クリスタルバイオレット、メチルバイオレット、マラカ
イトグリーン等の染料； テトラシアノキノギメタン、テトラシアノエチレン、ジ
メチルジクロルベンズキノン、トリニトロフルオレノン
等のアクセプタ化合物； カリウム、ナトリウム等がドープされたポリアセチレ
ン、ポリチオフェン等の共役系高分子 等が挙げられる。
リッチな酸化亜鉛、３価の元素がドープされた酸化亜鉛
等がある。又、本発明に使用する電子受容性有機物層を
構成する材料には、例えば、 ペリレン系顔料Pigment Red（以下PR）179,PR190,PR14
9,PR189,PR123,Pigment Brown26等； ペリレン系顔料 Pigment Orange 43,PR194等； アントラキノン系顔料 PR168,PR177,Vat Yellow4等； フラバンスロン等の含キノン黄色顔料； クリスタルバイオレット、メチルバイオレット、マラカ
イトグリーン等の染料； テトラシアノキノギメタン、テトラシアノエチレン、ジ
メチルジクロルベンズキノン、トリニトロフルオレノン
等のアクセプタ化合物； カリウム、ナトリウム等がドープされたポリアセチレ
ン、ポリチオフェン等の共役系高分子 等が挙げられる。
本発明の素子は、スパッタリング、蒸着、スピンコー
ト、ディッピング等の方法で上記電極、電子受容性有機
物層を順次積層することにより形成される。更にこの上
に必要に応じて他の層及び陽極を積層することができ
る。例えば、有機光起電力素子では電子供与性の有機色
素層と電極が設けられ、２つの層の界面で光電変換が行
われる。EL素子では発光層等が更に設けられる。
ト、ディッピング等の方法で上記電極、電子受容性有機
物層を順次積層することにより形成される。更にこの上
に必要に応じて他の層及び陽極を積層することができ
る。例えば、有機光起電力素子では電子供与性の有機色
素層と電極が設けられ、２つの層の界面で光電変換が行
われる。EL素子では発光層等が更に設けられる。
このような電子供与性有機色素層としては、例えばフ
タロシアニン系顔料（中心金属がCu,Zu,Co,Ni,Pb,Pt,F
e,Mg等の２価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニ
ウムクロルフタロシアニン、インジウムクロムフタロシ
アニン、ガリウムクロルフタロシアニン等のハロゲン原
子が配位した３価金属のフタロシアニン、その他バナジ
ルフタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の酸素が
配位したフタロシアニン）； インジコ、チオインジゴ系顔料（Pigment Blue 66,Pi
gment Violet 38等）；キナクリドン系顔料（Pigment V
iolet 19,Pigment Red 122等）； メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム
化合物等の染料を挙げることができる。
タロシアニン系顔料（中心金属がCu,Zu,Co,Ni,Pb,Pt,F
e,Mg等の２価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニ
ウムクロルフタロシアニン、インジウムクロムフタロシ
アニン、ガリウムクロルフタロシアニン等のハロゲン原
子が配位した３価金属のフタロシアニン、その他バナジ
ルフタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の酸素が
配位したフタロシアニン）； インジコ、チオインジゴ系顔料（Pigment Blue 66,Pi
gment Violet 38等）；キナクリドン系顔料（Pigment V
iolet 19,Pigment Red 122等）； メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム
化合物等の染料を挙げることができる。
これらは蒸着、スピンコート、ディッピング等での方
法で成膜される。この中で、簿膜化、均一化には蒸着が
好ましい。
法で成膜される。この中で、簿膜化、均一化には蒸着が
好ましい。
陽極としては、例えば、Au、Pt、Ni、Pd、Cu、Cr、Ag
等の仕事関数の高い金属が挙げられる。特にAuは安定で
好ましい。膜厚は50〜3000Åが好ましい。又、支持体と
して、ガラス、プラスチックフィルム等を用いることが
できる。
等の仕事関数の高い金属が挙げられる。特にAuは安定で
好ましい。膜厚は50〜3000Åが好ましい。又、支持体と
して、ガラス、プラスチックフィルム等を用いることが
できる。
［実施例］ 以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明する。
実施例１ コーニング7059ガラス上に基板温度約300℃で、導入
ガスとしてアルゴンを用い、DCマグネトロンスパッタ法
で、酸化亜鉛を約3000Åの厚さで設けた。その上に、真
空蒸着法で電子受容性物質であるペリレンテトラカルボ
ン酸メチルイミド（PL−ME）を約2000Åの厚さで設け、
その上に金を真空蒸着した。酸化亜鉛と金がなす面積は
0.25cm2とした。２つの電極に銀ペーストにてリード線
を取り付けた。
ガスとしてアルゴンを用い、DCマグネトロンスパッタ法
で、酸化亜鉛を約3000Åの厚さで設けた。その上に、真
空蒸着法で電子受容性物質であるペリレンテトラカルボ
ン酸メチルイミド（PL−ME）を約2000Åの厚さで設け、
その上に金を真空蒸着した。酸化亜鉛と金がなす面積は
0.25cm2とした。２つの電極に銀ペーストにてリード線
を取り付けた。
この素子の酸化亜鉛側に6mV/sで掃引される電圧を印
加して±1Vでの電流を測定したところ、−1Vでの電流密
度［Ｊ（−1V）］として−0.73mA/cm2が得られた。
加して±1Vでの電流を測定したところ、−1Vでの電流密
度［Ｊ（−1V）］として−0.73mA/cm2が得られた。
比較例１ ZnO電極をITO（松崎真空製）とした以外は実施例１と
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.07mA/cm2であった。
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.07mA/cm2であった。
実施例２ 実施例１の酸化亜鉛をアルミニウムを2atom％ドープ
した酸化亜鉛ターゲットから作製した以外は実施例１と
同様に試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−1.5mA/cm2が得られた。
した酸化亜鉛ターゲットから作製した以外は実施例１と
同様に試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−1.5mA/cm2が得られた。
実施例３ 実施例の電子受容性物質を下記の化学構造の化合物に
変え、その厚さを2000Åにした以外は実施例２と同様に
試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ（−1
V）］として−1.3mA/cm2が得られた。
変え、その厚さを2000Åにした以外は実施例２と同様に
試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ（−1
V）］として−1.3mA/cm2が得られた。
比較例２ ZnO電極をITO（松崎真空製）とした以外は実施例３と
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.023mA/cm2であった。
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.023mA/cm2であった。
実施例４ 実施例２の電子受容性物質を下記の化学構造の化合物
に変え、その厚さを2000Åにした以外は実施例２と同様
に試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ（−1
V）として−2.3mA/cm2が得られた。
に変え、その厚さを2000Åにした以外は実施例２と同様
に試料を作製し、電流測定を行ったところ、［Ｊ（−1
V）として−2.3mA/cm2が得られた。
比較例３ ZnO電極をITO（松崎真空製）とした以外は実施例４と
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.045mA/cm2であった。
同様に試料を作製して電流測定を行ったところ、［Ｊ
（−1V）］として−0.045mA/cm2であった。
実施例５ 実施例１と同様に作製した酸化亜鉛電極上に、実施例
１と同様に真空蒸着法でPL−MEを約500Åの厚さで、次
いでアルミニウムクロルフタシアニンを約400Åの厚さ
で設け、その上に金を真空蒸着した。酸化亜鉛と金がな
す面積は0.25cm2とした。２つの電極に銀ペーストにて
リード線を取り付けた。
１と同様に真空蒸着法でPL−MEを約500Åの厚さで、次
いでアルミニウムクロルフタシアニンを約400Åの厚さ
で設け、その上に金を真空蒸着した。酸化亜鉛と金がな
す面積は0.25cm2とした。２つの電極に銀ペーストにて
リード線を取り付けた。
この素子の酸化亜鉛に75mW/cm2の白色光を照射しなが
ら、6mV/sで掃引される電圧を印加して変換効率を測定
したところVoc＝0.43V、Jsc＝2.1mA/cm2、ff＝0.38とな
り変換効率0.46％が得られた。
ら、6mV/sで掃引される電圧を印加して変換効率を測定
したところVoc＝0.43V、Jsc＝2.1mA/cm2、ff＝0.38とな
り変換効率0.46％が得られた。
比較例４ ZnO電極をITO（松崎真空製）とした以外は実施例５と
同様に試料を作製して変更効率測定を行ったところ、Vo
c＝0.26V、Jsc＝2.0mA/cm2、ff＝0.33となり変換効率0.
23％が得られた。なお、本例でのVocのばらつきは大き
く、0.26V以下のものが大半であった。
同様に試料を作製して変更効率測定を行ったところ、Vo
c＝0.26V、Jsc＝2.0mA/cm2、ff＝0.33となり変換効率0.
23％が得られた。なお、本例でのVocのばらつきは大き
く、0.26V以下のものが大半であった。
［発明の効果］ 本発明の素子の効果を要約すると以下の通りである。
1.電流密度の低下が起こらない。
2.電子受容性有機物層が簿膜でも（簿膜の方が電流密度
が高い。これは有機物層のバルク抵抗で電流が制限され
ているためと考えられる。）ピンホールによる短絡確率
が低下する。
が高い。これは有機物層のバルク抵抗で電流が制限され
ているためと考えられる。）ピンホールによる短絡確率
が低下する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 33/26
Claims (2)
- 【請求項１】酸化亜鉛を主成分とする電極と電子受容性
有機物層を順次積層してなることを特徴とする電気素
子。 - 【請求項２】酸化亜鉛を主成分とする電極、電子受容性
有機物、電子供与性有機物と仕事関数の高い金属である
電極を順次積層してなり、該両電極のうち少なくとも一
方が透光性であることを特徴とする電気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1262122A JP2763619B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 電気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1262122A JP2763619B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 電気素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03125483A JPH03125483A (ja) | 1991-05-28 |
| JP2763619B2 true JP2763619B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=17371356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1262122A Expired - Fee Related JP2763619B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 電気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2763619B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012216832A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-11-08 | Mitsubishi Chemicals Corp | 光電変換素子、太陽電池、太陽電池モジュール及びインク |
-
1989
- 1989-10-09 JP JP1262122A patent/JP2763619B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03125483A (ja) | 1991-05-28 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |