JP3135899B2 - 電気素子 - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
-
- 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
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- 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、有機材料を用いた太陽電池、発光素子、ト
ランジスタ等の電気素子に関するものである。
ランジスタ等の電気素子に関するものである。
［従来の技術］ 従来、無機材料を用いていた、太陽電池、発光素子、
トランジスタ等に有機材料を適用する試みがなされる様
になってきた。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。
トランジスタ等に有機材料を適用する試みがなされる様
になってきた。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、太陽電池で
は、太陽光下で５％以上の変換効率を達成するには10mA
/cm2以上の短らく光電流が必要であり、また、有機EL素
子（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、太陽電池で
は、太陽光下で５％以上の変換効率を達成するには10mA
/cm2以上の短らく光電流が必要であり、また、有機EL素
子（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
を別けて行なうような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
を別けて行なうような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ー障壁等がある
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。したがって、上記素子でその機能サイト（太陽電
池では光電荷が生成するサイト）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。
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。したがって、上記素子でその機能サイト（太陽電
池では光電荷が生成するサイト）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
機電気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
とがわかる。それは陰電極（以下陰極という）材料に関
するものである。
機電気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
とがわかる。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。
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、太陽電池の場合、特公昭62−4871では、短ら
く電流として最高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金属である。
く電流として最高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金属である。
また、電界発光の例ではR.H.Partridgeがポリビニル
カルパ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。
カルパ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。
また別の例として、C.W.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複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また、耐酸化性に乏し
い。
ウムキノリン錯体とジアミンの複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また、耐酸化性に乏し
い。
この種の金属でなく、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
用化が近付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、電子電導性の有機半導体と金属との間に、電子伝導
に対する障壁が生成するためと考えられる。
料として使用できれば、電極の安定性が増し、素子の実
用化が近付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、電子電導性の有機半導体と金属との間に、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］ 本発明は、電子伝導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
素子を提供しようとするものである。
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
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］ 上記課題を達成するため検討した結果、陰極側の構成
として、仕事関数の大きな金属とそこに連続してｎ型無
機半導体層及び電子伝導性有機物層が順次重なったもの
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。
として、仕事関数の大きな金属とそこに連続してｎ型無
機半導体層及び電子伝導性有機物層が順次重なったもの
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、本発明の構成は、特許請求の範囲に記載の
とおりの電気素子である。
とおりの電気素子である。
仕事関数の大きな金属と電子伝導性有機物層が直接接
するとショットキー的接合が生成することがわかった。
この接合は、電極から電子伝導性有機層へ電子が移動す
る場合や、その逆においてもエネルギー障壁となる様に
作用する。
するとショットキー的接合が生成することがわかった。
この接合は、電極から電子伝導性有機層へ電子が移動す
る場合や、その逆においてもエネルギー障壁となる様に
作用する。
ここにｎ型無機半導体を介在させると、ｎ型無機半導
体層のバルク電流容量及びｎ型無機半導体と電極を接し
たことによる接合電流容量は、電子伝導性有機層のバル
ク電流容量よりも大きく、また、ｎ型無機層と電子伝導
性有機層の間はオーミック接触となり、素子全体の電流
容量の低下が生じない。
体層のバルク電流容量及びｎ型無機半導体と電極を接し
たことによる接合電流容量は、電子伝導性有機層のバル
ク電流容量よりも大きく、また、ｎ型無機層と電子伝導
性有機層の間はオーミック接触となり、素子全体の電流
容量の低下が生じない。
［実施例］ 以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
材料 電極 金、パラジウム、白金、クロム、ニッケル、カーボン
等の仕事関数の高いもの、 ｎ型無機半導体層 ｎ型シリコン結晶、ｎ型ａ−Si、ZnS、ZnO、ZnSe、Cd
S、CdSe等 電子伝導性有機半導体層 テトラシノキノジメタン、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、PR179、PB26、PR189等のペリレ
ン系顔料、PR168、PR177、PY24等のキノン系顔料、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 素子構成 上記電極、ｎ型無機半導体層、電子伝導性有機半導体
層は順次積層されており、更にこの上に必要に応じて他
の層及び陽極がある。例えば有機太陽電池ではホール移
動性有機色素層と電極がもうけられ、２つの有機物層の
界面で光電変換がおこなわれる。EL素子では、発光層等
が更にもうけられる。
等の仕事関数の高いもの、 ｎ型無機半導体層 ｎ型シリコン結晶、ｎ型ａ−Si、ZnS、ZnO、ZnSe、Cd
S、CdSe等 電子伝導性有機半導体層 テトラシノキノジメタン、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、PR179、PB26、PR189等のペリレ
ン系顔料、PR168、PR177、PY24等のキノン系顔料、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 素子構成 上記電極、ｎ型無機半導体層、電子伝導性有機半導体
層は順次積層されており、更にこの上に必要に応じて他
の層及び陽極がある。例えば有機太陽電池ではホール移
動性有機色素層と電極がもうけられ、２つの有機物層の
界面で光電変換がおこなわれる。EL素子では、発光層等
が更にもうけられる。
実施例１ ITOガラス上の基板温度約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1300Åの厚さで設けた。
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1300Åの厚さで設けた。
更にその上に真空蒸着法で電子伝導性化合物であるペ
リレンテトカルボン酸メチルイミドを約2000Åの厚さで
設け、その上に金を真空蒸着した。ITO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。
リレンテトカルボン酸メチルイミドを約2000Åの厚さで
設け、その上に金を真空蒸着した。ITO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ITO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−1.3×10-3A/cm2が得られた。
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−1.3×10-3A/cm2が得られた。
比較例１ ZnOをもうけないこと以外は実施例１と同様に試料を
作製して電流測定をおこなったところＪ（−1V）＝−7.
0×10-5A/cm2であった。
作製して電流測定をおこなったところＪ（−1V）＝−7.
0×10-5A/cm2であった。
実施例２ 実施例１のペリレン顔料層の厚さを800Åとした以外
は実施例１と同様に試料を作製し、電流測定をおこなっ
た。Ｊ（−1V）＝−2.6×10-3A/cm2が得られた。
は実施例１と同様に試料を作製し、電流測定をおこなっ
た。Ｊ（−1V）＝−2.6×10-3A/cm2が得られた。
実施例３ 電子伝導性化合物を実施例１のものから下記の化学構
造の化合物にかえ、その厚さを2000Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
造の化合物にかえ、その厚さを2000Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
その結果Ｊ（−1V）＝−2.2×10-3A/cm2が得られた。
実施例４ 電子伝導性化合物を実施例１のものから下記の化学構
造の化合物に変え、その厚さを1300Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
造の化合物に変え、その厚さを1300Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
その結果Ｊ（−1V）＝−1.5×10-3A/cm2が得られた。
実施例５ 電子伝導性化合物を実施例１のものから下記の化学構
造の化合物に変え、その厚さを1300Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
造の化合物に変え、その厚さを1300Åとした以外は実施
例１と同様に試料を作製し電流測定をおこなった。
その結果Ｊ（−1V）＝−3.2×10-3A/cm2が得られた。
比較例２ ZnOをもうけないこと以外は実施例２と同様に試料を
作製したところ短らくしていた。
作製したところ短らくしていた。
比較例３、４、５ ZnOをもうけないこと以外は実施例３、４、５と同様
に試料を作製し電流測定をおこなったところ、それぞれ
−1.3×10-4A/cm2、−2.3×10-5A/cm2、−4.5×10-5A/c
m2が得られた。
に試料を作製し電流測定をおこなったところ、それぞれ
−1.3×10-4A/cm2、−2.3×10-5A/cm2、−4.5×10-5A/c
m2が得られた。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の電気素子の
効果を要約すると下記のとおりである。
効果を要約すると下記のとおりである。
1.電流密度の低下がおこらない。
2.電子伝導性有機半導体層が薄膜でも（薄膜の方が電流
密度が高い。有機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らく確率が
低下する。
密度が高い。有機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らく確率が
低下する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−88777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−20372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−202478（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−501949（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/119 H01L 33/00 H01L 51/00 - 51/40 H05B 33/00 - 33/28
Claims (1)
- 【請求項１】仕事関数の大きな金属、ｎ型無機半導体
層、電子伝導性有機半導体層が順次積層された部分を有
することを特徴とする電気素子。
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| US07/605,489 US5126802A (en) | 1989-02-14 | 1990-12-26 | Electric device |
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| JP01142081A JP3135899B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 電気素子 |
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Family
ID=15306996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01142081A Expired - Lifetime JP3135899B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-06-06 | 電気素子 |
Country Status (1)
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1989
- 1989-06-06 JP JP01142081A patent/JP3135899B2/ja not_active Expired - Lifetime
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