JP6023076B2 - ドープ層を有するオプトエレクトロニクス部品 - Google Patents

Description

本発明は、有機の系及び層系用の新規なドーパント、電子部品又はオプトエレクトロニクス部品における電荷注入層、正孔ブロッカー層、電極材料、輸送物質自体、貯蔵物質としての有機半導性マトリクス材料に、ドープするためのドーパントの使用、及び有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品におけるドーパントをドープしたマトリクス材料の使用、並びにこれらドーパントを含む有機オプトエレクトロニクス部品にも関する。

有機半導体の電気的性質、特にその電気伝導性は、シリコン半導体のような無機半導体の場合と同様にドーピングによって変化させることができることが知られている。これに関して、マトリクス材料における電荷担体の生成により、最初は全く低い伝導性の増加、及び使用するドーパントの種類による、半導体のフェルミ準位の変化が実現される。本明細書でのドーピングは、電荷担体輸送層の伝導性を向上させ、その結果抵抗損を減少させるとともに、コンタクトと有機層との間の電荷担体の遷移の改善をもたらすものである。アルカリ金属（例えばセシウム）又はルイス酸（例えばＦｅＣｌ₃、ＳｂＣｌ₅）等の無機ドーパントは、拡散係数が高く電子部品の機能及び安定性を損なうため、通常は有機マトリクス材料には不適である（例えば、非特許文献１〜３参照）。更に、後者のドーパントは蒸気圧が非常に高く、産業利用には問題がある。その上、これらの化合物は、産業上実際に関心を集める正孔伝導材料にドープするには還元電位が低すぎることが多い。加えて、これらドーパントは極端に攻撃的な反応特性のため、産業利用は困難である。

有機部品、具体的には有機太陽電池及び有機発光ダイオードにおける有機のドープ層又はドープ層系の使用が知られている（例えば、特許文献１参照）。様々な材料又は材料類がドーパントとして提案されている（例えば、特許文献２〜８参照）。

ドーパントを供給するために、半導性マトリクス材料内に化学反応を介してドーパントを放出させることができることも知られている。しかし、このような方法で放出させたドーパントの還元電位は例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの各種用途にとっては不十分であることが多い。更に、ドーパントを放出させる場合、更なる化合物及び／又は原子、例えば原子状水素が生成され、ドープ層又は対応する電子部品の性質に悪影響を与える。

国際公開第２００４／０８３９５８号パンフレット 独国特許出願公開第１０２００７０１８４５６号明細書 国際公開第２００５／０８６２５１号パンフレット 国際公開第２００６／０８１７８０号パンフレット 国際公開第２００７／１１５５４０号パンフレット 国際公開第２００８／０５８５２５号パンフレット 国際公開第２００９／０００２３７号パンフレット 独国特許出願公開第１０２００８０５１７３７号明細書

ディー・オーター（D. Oeter），シーエイチ・ジーグラー（Ch. Ziegler），ダブリュー・ゲーベル（W. Gopel），Synthetic Metals, (1993年発行) 61 147 ワイ・ヤマモトら（Y. Yamamoto et al.）， (1965年発行) 2015 ジェイ・キドら（J. Kido et al.），Jpn J. Appl. Phys. 41 (2002年発行) L358

本発明が対処する課題は、電子部品及びオプトエレクトロニクス部品に使用される、先行技術の欠点を克服した新規なドーパントを提供することである。

より詳細には、新規なドーパントは、マトリクス材料に破壊的な影響を及ぼすことなく十分に高い酸化還元電位を有し、マトリクス材料における電荷担体の数を効果的に増大させ、比較的取り扱いが容易なものであるべきである。

本発明によると、フッ化物イオン親和力（ＦＩＡ）の程度によって五フッ化アンチモン（ＳｂＦ₅）よりも強いルイス酸、又は１，８−ビス（ジメチルアミノ）ナフタレンよりも強いルイス塩基であって、有機電子部品及びオプトエレクトロニクス部品においてドーパントとして使用可能な化合物によって課題は解決される。

フッ化物イオン親和力（ＦＩＡ）の程度は、気相（ＦＩＡ）におけるフッ化物イオン親和力のスケールに基づいている。フッ化物イオンの結合力は、例えば従来の主要酸塩基、水、又は水酸化物の場合の水素結合のような更なる因子には依存しない。

フッ化物イオン親和力ＦＩＡは、ルイス酸の強度をフッ化物イオンＦ^-の結合において放出されるエネルギーと結びつけるものである。

定義上は、ＦＩＡは逆符号の結合エンタルピーΔＨの値に対応する。従って、ルイス酸の強度は、ＦＩＡスケールに当てはめることで直接読み取ることができる。

信頼性の高いＦＩＡ値を判定するため、結合の種類と数が維持されるイソデスミック反応に量子化学計算を利用することが可能である。

ドーパントとは、有機の電子部品又はオプトエレクトロニクス部品の層系のある層、好ましくは電荷担体輸送層において、質量比で最大３５％、好ましくは最大３０％存在する化合物を意味する。本発明のそうした化合物は、通常個々の薄層の形態で使用することも可能であるが、マトリクス材料におけるドーパントとしての使用が好ましい。

本発明の化合物は、有機化合物、有機金属化合物又は無機化合物であってもよいが、有機化合物又は有機金属化合物が好ましい。

本発明のルイス酸は強求電子性であり、従って電子部品又はオプトエレクトロニクス部品においてｐ型ドーパントとして使用される。

本発明のルイス酸は強求核性であり、従って電子部品又はオプトエレクトロニクス部品においてｎ型ドーパントとして使用される。

本発明の強ルイス酸は、専門家分野においては超酸としても知られている。これらは、とりわけ例外的に反応性に乏しい希ガスにプロトンを付加することが可能である。マトリクス材料とは反応しないが、ｐ型又はｎ型にドープすることが産業上の使用可能性にとって非常に重要なため、ドーパントとしての使用は、その高い反応性のために長い間排除されてきた。

驚くべきことに、高い反応性にもかかわらず、有機の電子部品及びオプトエレクトロニクス部品における本発明の化合物のドーパントとしての使用が可能であることが発見された。好ましくは、本発明のルイス酸及び本発明のルイス塩基は、共に反応部位を立体的に遮蔽する分枝側鎖又は他の嵩高基を有する。

本発明の部品において、電荷輸送層及び活性層の両方にドープできるが、通常は電荷担体輸送層にドープする。加えて、各種個別層又は混合層が存在してもよい。長期安定性の観点から、ドープ層及び非ドープ層を有する層系から輸送系を形成することが有利となり得る。加えて、薄層は、励起子ブロッカー層として知られており、そのため、本発明の化合物の非ドープ個別層としての使用も考えられる。

有機電子部品及びオプトエレクトロニクス部品は、層系中に少なくとも一つの有機層を有する部品を意味するものと理解される。有機電子部品及びオプトエレクトロニクス部品は、とりわけＯＬＥＤ、有機太陽電池、電界トランジスター（ＯＦＥＴ）又は光検知器であってもよく、有機太陽電池における使用が特に好ましい。

一実施形態において、本発明の化合物は、少なくとも１０、好ましくは２０、より好ましくは３０を超え１００以下の原子を含有する。その結果、本発明の化合物は、マトリクスにおいて低い拡散係数しか有しない程度に大きくて重く、これが電子部品の良好な機能及び高い安定性と寿命にとって重要であるとともに、産業上気化させて使用できる程度に小さなものである。

説明目的だか限定を目的としたものではない、本明細書での超酸の例は、トリス（ペルフルオロ−ｔｅｒｔ−ブトキシ）アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌ（ＯＣ（ＣＦ₃）₃）₃）（化合物１）という化合物である。

（Ａｌ（ＯＣ（ＣＦ₃）₃）₃）の場合のように、本発明のルイス酸及びルイス塩基は、好ましくは中心部位（本明細書では金属原子）を立体的に遮蔽する分枝側鎖又は他の嵩高基を有する。ドーパントのマトリクスとの起こり得るあらゆる反応がこれによって非常に起こりにくくなる。化合物１は、４３の原子からなる。従って、化合物１は、マトリクスにおいて低い拡散係数しか有しない程度に大きくて重く、これが電子部品の良好な機能及び高い安定性と寿命にとって重要である。更に、マルチグラムスケールでのトリス（ペルフルオロ−ｔｅｒｔ−ブトキシ）アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌ（ＯＣ（ＣＦ₃）₃）₃）の合成も知られているため、産業上の使用も可能である。

ドーパントとしての超酸の更なる例は、カルボラン酸Ｈ（ＣＢ₁₁Ｈ_12-nＸ_n）、特にＨ（ＣＢ₁₁Ｈ₆Ｘ₆）及びＨ（ＣＨＢ₁₁Ｘ₁₁）である。式中、ｎは０から１２までの整数であり、ＸはＣｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｆ、ＣＦ₃及びそれらの組合せからなる群から選択される。カルボラン酸は、文献をきっかけに知られるようになったものであり、例えば、対応するシリル化合物［Ｒ₃Ｓｉ（カルボラン）］及びＨＣｌから調製することができる（リード（Reed）ら，Chem. Commun., 2005年発行, 1669-1677）。本発明の一実施形態において、使用されるドーパントはＨ（ＣＨＢ₁₁Ｃｌ₁₁）及びＨ（ＣＢ₁₁Ｈ₆Ｘ₆）であり、これらは堅牢で化学的に非常に不活性なカルボラン骨格のため、真空下で十分に昇華させることができ、フラーレン（例えばＣ₆₀）にプロトンを付加しフラーレンカチオン（ＨＣ₆₀ ⁺及びＣ₆₀．⁺）を安定化させることが可能である（リード（Reed）ら，Science, 2000年発行, 289, 101-103）。更なる実施形態において、対応する［Ｒ］［カルボラン］及び［Ｒ₃−_aＨ_aＳｉ］［カルボラン］化合物（式中、ａは０から２までの整数である）、特に［Ｒ₃Ｃ］［カルボラン］及び［Ｒ₃Ｓｉ］［カルボラン］化合物（式中、［カルボラン］は［ＣＢ₁₁Ｒ_12-nＸ_n］^-であり、ｎは０から１２までの整数であり、Ｒはアルキル基、アリール基及びヘテロアリール基であり、特に［ＣＨＢ₁₁Ｒ’₅Ｘ₆］^-（式中、Ｒ’はＨ又はＣＨ₃から選択され、Ｘはハロゲンである）である）もドーパントとして使用される。［Ｒ₃Ｃ］［カルボラン］化合物（リード（Reed）ら，Angew. Chem. Int. Ed., 2004年発行, 43, 2908-2911）及び［Ｒ₃Ｓｉ］［カルボラン］化合物（リード（Reed）ら，Science, 2002年発行, 297, 825-827）の合成及び性質は、同文献に詳細に記載されている。カルボラン酸は、弱塩基性の溶媒及び弱塩基性の分子にわずかにプロトンを付加し、従って強ルイス酸（例えばＳｂＦ₅）を添加しなくても過度酸性を生じさせる点で従来の超酸とは異なっている（リード（Reed）ら，Angew. Chem. Int. Ed., 2004年発行, 43, 5352-5355）。カルボラン酸は、トリフルオロメタンスルホン酸の酸強度を上回り、その塩よりもさらに低いアニオン求核性と良好な結晶化特性を呈する。ＣＨＢ₁₁Ｒ₅Ｘ₆ ^-型（Ｒ＝Ｈ、ＣＨ₃、Ｃｌ、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）の２０面体のカルボランアニオンは、現代化学において最も弱求核性であり、最も酸化還元に不活性であり、最も不活性のアニオンに属する。従って、そのカルボラン酸によってプロトンを付加された化合物の分解反応を起こすことはできない。図３は、請求項に記載されたカルボラン酸（Chem. Commun. 2005年発行, 1669-1677に従って再現）のアニオン（共役塩基）の例を示す。

この嵩高で、立体的な要求の厳しいアニオンは、マトリクス内で低い拡散係数を達成し、これが、低い求核性及び非常に弱い酸化還元挙動と相まって、電子部品の良好な機能及び高い安定性と寿命にとって非常に重要な意味を持つ。従って、カルボラン酸をｐ型ドーパントとして使用すると、非常に安定したプロトン化化合物が得られ、これらの化合物は、更なる反応においてカルボランアニオンによってほとんど分解されない、又はごくわずかしか分解されない。カルボラン酸の低い蒸気圧は、最適なドーピングを可能にする。これによって生成される正電荷担体は求電子性が高く、隣接する正孔伝導分子から電子を引き離す。

本発明の一実施形態において、一般式Ｉ

のペンタフルオロフェニルアミド類に属する金属化合物が使用される。式中、Ｍは金属である。Ｍは、好ましくはＣｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＣｕからなる群から選択される。

式（Ｉ）の化合物は、中心部位を立体的に遮蔽する嵩高基を有する。更に、式（Ｉ）の化合物は、その大きさと質量から、有機層系におけるドーパントとしての使用に適している。

更なる実施形態において、一般式ＩＩ
［Ｒ₃Ｓｉ−Ｘ−ＳｉＲ₃］⁺［ＢＡｒ₄］^- （ＩＩ）
の化合物が使用される。式中、ＲはＣ₁〜Ｃ₁₀アルキル、Ｃ₃〜Ｃ₁₀アリール若しくはヘテロアリールから独立して選択され、及び／又は二つの隣接するＲ基が一緒になって飽和又は不飽和環を形成しており、Ｘはハロゲン、Ａｒはハロゲン化、好ましくはフッ素化されたアリール又はヘテロアリールである。

更なる実施形態において、一般式ＩＩＩ
（（Ｒ₂Ｎ）₂Ｃ＝Ｎ）_nＡｒ （ＩＩＩ）
の化合物が使用される。式中、Ｒは独立してＣ₁〜Ｃ₅アルキルであり、いずれの場合も置換又は非置換であり、その場合二つの隣接するＲは互いに結合していてもよく、Ａｒはアリール又はヘテロアリールであるが、好ましくはフェニル、ナフチル又はアントリルであって、ｎは整数、好ましくは２、３又は４である。

本発明の更なる実施形態において、一般式ＩＶ又はＶ
（（Ｒ_mＸ）−ＮＣ）_nＹ （ＩＶ）
（（Ｒ_mＸ）−ＮＣ）_nＹ^-Ｍ⁺ （Ｖ）
の化合物が使用される。式中、Ｒはいずれの場合も置換又は非置換のＣ₁〜Ｃ₁₀アルキル、ハロゲン化されたＣ₁〜Ｃ₁₀アルキル、ハロゲニル、Ｃ₃〜Ｃ₁₄アリール又は３から１４の芳香族原子を有するヘテロアリールであり、ＸはＣ、Ｂ、Ｓｉから選択され、ＹはＣ、Ｂ、Ａｌから選択され、Ｍは任意のカチオンであり、ｎ及びｍはそれぞれ整数であるため分子が外見上非荷電である。

本発明の有利な実施形態において、部品の光活性層が最大量の光を吸収する。この目的のため、部品が光を吸収するスペクトル領域は、できるだけ広いものとする。

本発明の上記実施形態の有利な構成において、光活性部品のｉ型層系は、二つの材料の二重層若しくは混合層、又は隣接する個別層が少なくとも三つの材料で構成された二重混合層若しくは混合層からなる。

本発明の更なる実施形態において、二重混合層の電荷担体輸送性を高めるため、異なる混合層における混合比は、同じであっても異なっていてもよく、組成も同じであっても異なっていてもよい。

本発明の更なる実施形態において、混合比の勾配が個々の混合層に存在してもよく、勾配はカソード又はアノードの方向に形成されてもよい。

本発明の一構成において、有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品は、タンデム型電池又は多重型電池の形態、例えば、タンデム型太陽電池又はタンデム多重型電池の形態を取る。

本発明の更なる実施形態において、有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品、特に有機太陽電池は、電極及び対電極と、電極間にある少なくとも一つの光活性層と、光活性層と電極との間にあって好ましくは電荷担体輸送層として機能する少なくとも一つのドープ層からなる。

本発明の更なる実施形態において、一つ又は複数の更なる有機層は、ドープされたワイドギャップ層であり、最大吸収が４５０ｎｍ未満である。

本発明の更なる実施形態において、系が最大開回路電圧、最大短絡電流及び最大曲線因子を可能とするように主要材料のＨＯＭＯレベル及びＬＵＭＯレベルを一致させる。

本発明の更なる実施形態において、光活性層に使用される有機材料は、小分子である。

本発明の更なる実施形態において、光活性層に使用される有機材料は、少なくとも部分的にポリマーである。

本発明の更なる実施形態において、光活性層は、アクセプターであるフラーレン又はフラーレン誘導体（Ｃ₆₀、Ｃ₇₀等）の群に属する材料を含む。

本発明の更なる実施形態において、光活性混合層のうちの少なくとも一つは、ドナーとして、フタロシアニン、ペリレン誘導体、ＴＰＤ誘導体、オリゴチオフェンの類に属する材料、又は国際公開第２００６０９２１３４号パンフレット若しくは独国特許出願公開第１０２００９０２１８８１号明細書に記載の材料を含む。

本発明の部品は、様々な方法で製造することができる。層系における層は、印刷又はコーティングによって溶液又は分散物として液体形態で塗布、又は例えばＣＶＤ、ＰＶＤ又はＯＶＰＤによって蒸着させることができる。

本発明に関する用語「気化温度」とは、一定の気化器形状（参考、円形開口部（直径１ｃｍ）を有し、基板垂直上方３０ｃｍの距離に配置された蒸着物質源）に対する基板の位置でかつ１０^-4から１０^-10ｍｂａｒの範囲の減圧下で蒸着速度０．１ｎｍ／ｓを達成するのに必要な温度を意味するものと理解される。本明細書では、これが狭い意味での気化（液相から気相への変化）であるか昇華であるかは重要ではない。

従って、蒸着による層形成は、強い相互作用を起こし得る界面が層表面では回避されるように層内の分子間相互作用が最大化される構造を形成することが好ましい。

小分子と呼ばれる非高分子系有機分子の真空蒸着によって形成された有機太陽電池が文献に記載されており、これらは、若干の例外を除くと（ドレクセル（Drechsel）， Org. Electron., 5, 175 (2004年発行)、ジェイ・ドレクセル（J. Drechsel），Synthet. Metal., 127, 201-205 (2002年発行)）、有機層を蒸着させたいわゆるベースコンタクトがアノードを形成する（もし構造が正孔伝導層又はｐ型ドープ層のみを含む場合、それはベースコンタクトに隣接する）ように形成されている。アノードは一般的には透明な導電性酸化物（多くの場合インジウムスズ酸化物、ＩＴＯと略される。ＺｎＯ：Ａｌであってもよい）であるが、金属層又は導電性ポリマー層であってもよい。光活性混合層を含む有機層系の蒸着後、通常は金属カソードが蒸着される。

本発明の更なる実施形態において、部品は、ｎｉｐ、ｎｉ、ｉｐ、ｐｎｉｐ、ｐｎｉ、ｐｉｐ、ｎｉｐｎ、ｎｉｎ、ｉｐｎ、ｐｎｉｐｎ、ｐｎｉｎ、ｐｉｐｎ、ｎｉｐ、ｉｐｎｉ、ｐｎｉｐ、ｎｉｐｎ又はｐｎｉｐｎ構造を有する単電池として形成される。式中、ｎは負にドープされた層であり、ｉはドープされていない又はわずかにドープされた真性層であり、ｐは正にドープされた層である。

本発明の更なる実施形態において、部品は、ｎｉｐ、ｎｉ、ｉｐ、ｐｎｉｐ、ｐｎｉ、ｐｉｐ、ｎｉｐｎ、ｎｉｎ、ｉｐｎ、ｐｎｉｐｎ、ｐｎｉｎ又はｐｉｐｎ構造の組合せで構成されたタンデム型電池として形成される。

上記構造のうち特に好適な実施形態において、部品は、ｐｎｉｐｎｉｐｎタンデム型電池の形態を取る。

更なる実施形態において、混合層におけるアクセプター材料は、少なくとも部分的に結晶形態にある。

更なる実施形態において、混合層におけるドナー材料は、少なくとも部分的に結晶形態にある。

更なる実施形態において、混合層におけるアクセプター材料及びドナー材料は共に、少なくとも部分的に結晶形態にある。

更なる実施形態において、アクセプター材料は４５０ｎｍを超える波長域に吸収極大を有する。

更なる実施形態において、ドナー材料は４５０ｎｍを超える波長域に吸収極大を有する。

更なる実施形態において、ｎ型材料系は一つ又は複数の層からなる。

更なる実施形態において、ｐ型材料系は一つ又は複数の層からなる。

更なる実施形態において、ｎ型材料系は、一つ又は複数のドープされたワイドギャップ層を含む。

用語「ワイドギャップ層」とは、４５０ｎｍ未満の波長域に吸収極大を有する層を定義するものである。

更なる実施形態において、ｐ型材料系は一つ又は複数のドープされたワイドギャップ層を含む。

更なる実施形態において、部品は、光活性ｉ型層と基板上に存在する電極との間にｐ型ドープ層を備える。この場合、ｐ型ドープ層は、フェルミ準位が最大で０．４ｅＶ、好ましくは０．３ｅＶ未満であって、ｉ型層の電子輸送レベル以下である。

更なる実施形態において、部品は、光活性ｉ型層と対電極との間にｎ型層系を備える。この場合、追加のｎ型ドープ層はフェルミ準位が最大で０．４ｅＶ、好ましくは０．３ｅＶ未満であって、ｉ型層の正孔輸送レベル以上である。

更なる実施形態において、アクセプター材料は、フラーレン若しくはフラーレン誘導体（好ましくはＣ₆₀又はＣ₇₀）の群に属する材料、又はＰＴＣＤＩ誘導体（ペリレン−３，４，９，１０−ビス（ジカルボキシイミド）誘導体）である。

更なる実施形態において、ドナー材料はオリゴマー、特に国際公開第２００６０９２１３４号パンフレットに記載のオリゴマー、ポルフィリン誘導体、ペンタセン誘導体、又はＤＩＰ（ジインデノペリレン）、ＤＢＰ（ジベンゾペリレン）等のペリレン誘導体である。

更なる実施形態において、ｐ型材料系は、ＴＰＤ誘導体（トリフェニルアミン二量体）、スピロピラン、スピロオキサジン、ＭｅＯ−ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）ベンジジン）、ジ−ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン）、ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン）、ＴＮＡＴＡ（４，４’，４”−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン、ＢＰＡＰＦ（９，９−ビス｛４−［ジ−（ｐ−ビフェニル）アミノフェニル］｝フルオレン）、ＮＰＡＰＦ（９，９−ビス［４−（Ｎ，Ｎ’−ビス−ナフタレン−２−イルアミノ）フェニル］−９Ｈ−フルオレン）、ｓｐｉｒｏ−ＴＡＤ（２，２’，７，７’−テトラキス（ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン）、ＰＶ−ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ−ジ−４−（２，２−ジフェニルエテン−１−イル）フェニル−Ｎ，Ｎ−ジ（４−メチルフェニル）フェニルベンジジン）、４Ｐ−ＴＰＤ（４，４’−ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）テトラフェニル）等のスピロ化合物、又は独国特許出願公開第１０２００４０１４０４６号明細書に記載のｐ型材料を含む。

更なる実施形態において、ｎ型材料系は、例えば、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀のフラーレン、ＮＴＣＤＡ（１，４，５，８−ナフタレン−テトラカルボン酸二無水物）、ＮＴＣＤＩ（ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド）又はＰＴＣＤＩ（ペリレン−３，４，９，１０−ビス（ジカルボキシイミド））を含む。

更なる実施形態において、一方の電極は、透過率が８０％を超える透明なものであり、他方の電極は反射率が５０％を超える反射性のものである。

更なる実施形態において、部品は透過率が１０〜８０％の半透明なものである。

更なる実施形態において、電極は、金属（例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ又はそれらの組合せ）、導電性酸化物、特にＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ又はその他のＴＣＯ（透明な導電性酸化物）、導電性ポリマー、特にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート））若しくはＰＡＮＩ（ポリアニリン）、又はこれら材料の組合せからなる。

本発明の更なる実施形態において、光トラップの使用が活性系における入射光の光学経路を拡大する。

更なる実施形態において、光トラップは、周期的に微細構造化された基板上に部品を形成し、ドープされたワイドギャップ層の使用によって部品の均一な機能、即ち、全域にわたる短絡のない接触及び電界の均一な分布を確保することによって実現される。極薄部品は、構造化された基板上で局所的な短絡を形成するリスクが高く、そうした明らかな不均一性は、最終的には部品全体の機能性を脅かすことになる。ドープされた輸送層を使用すれば、この短絡のリスクは減少する。

本発明の更なる実施形態において、光トラップは、周期的に微細構造化された基板上に部品を形成し、ドープされたワイドギャップ層の使用によって部品の均一な機能、即ち、全域にわたるその短絡のない接触及び電界の均一な分布を確保することによって実現される。本明細書では、光が吸収層を少なくとも二倍通過することが特に有利であり、これによって光吸収を増加させ、結果として太陽電池の効率を改善することができる。

本発明の更なる実施形態において、光トラップは、ｉ型層に対しては平滑界面を、反射性コンタクトに対しては粗界面を有するドープされたワイドギャップ層によって実現される。粗界面は、例えば、周期的微細構造化によって達成可能である。粗界面は、光を拡散させるように反射する場合に特に有利であり、光活性層内の光経路の拡大につながる。

更なる実施形態において、光トラップは、周期的に微細構造化された基板上に部品を形成し、ｉ型層に対しては平滑界面を、反射性コンタクトに対しては粗界面を有するドープされたワイドギャップ層によって実現される。

本発明の更なる実施形態において、全体構造は、透明なベースと上部コンタクトとを備える。

本発明の更なる実施形態において、本発明の光活性部品は、例えば、コンクリート、屋根瓦、クレー、自動車ガラス等、湾曲面上で使用される。本明細書では、本発明の有機太陽電池は、フィルムや布地等の可撓性担体にも適用可能であるという点で、従来の無機太陽電池に対して有利である。

本発明の更なる実施形態において、本発明の光活性部品は、付着構成、例えば接着剤を有するフィルム又は布地に適用される。従って、任意所望の表面に必要に応じて配置できる太陽光接着フィルムを製造することが可能である。例えば、自己接着性太陽電池を製造することが可能である。

更なる実施形態において、本発明の光活性部品は、マジックテープ接続の形態の別の付着構成を含む。

更なる実施形態において、本発明の光活性部品は、負荷や装置に接続されるエネルギーバッファー又はエネルギー貯蔵媒体、例えば、蓄電池、コンデンサ等と併用される。

更なる実施形態において、本発明の光活性部品は、薄膜バッテリーと組合せて使用される。

基板６に隣接する電極５と、輸送層４と、光活性層系３と、輸送層２と、対電極１とを備える単一の電池を示す図である。 基板９に隣接する電極８と、輸送層４及び７、光活性層系３及び６、輸送層２及び５の組と、対電極１とを備えるタンデム型電池を示す図である。 本発明の請求項に記載されたカルボラン酸のアニオンの例を示す図である。

以下、いくつかの実施例に関して本発明をより詳細に説明する。

実施例は、例として本発明の部品をいくつか詳細に提示した。実施例は、本発明を説明することを目的とし、本発明を実施例に限定するものではない。

一使用例において、例として本発明の部品をいくつか以下のように太陽電池として形成する。
実施例１
基板（１）、ベースコンタクト（２）、ｎ型にドープされた輸送層（３）、吸収系（４）、上部コンタクト（６）
実施例２
基板（１）、ベースコンタクト（２）、吸収系（４）、ｐ型にドープされた輸送層（５）、上部コンタクト（６）

輸送層は、典型的には厚さが１０〜１００ｎｍである。使用したｎ型ドーパント及び／又はｐ型ドーパントは、本発明の化合物の一つである。

１ 対電極
２ 輸送層系（ｐ）
３ 光活性層系
４ 輸送層系（ｎ）
５ 電極（図１）、輸送層系（ｐ）（図２）
６ 基板（図１）、光活性層系（図２）
７ 輸送層系（ｎ）
８ 電極（図２）
９ 基板（図２）

Claims (18)

1. 電極及び対電極と、前記電極及び前記対電極の間の層系とを有し、前記層系が少なくとも一つの有機層及び少なくとも一つのドープ層を含む有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品において、前記ドープ層におけるドーパントが、結合の種類と数が維持されるイソデスミック反応に量子化学計算により得られるフッ化物イオン親和力の程度によって、五フッ化アンチモン（ＳｂＦ₅）よりも強いルイス酸、又は１，８−ビス（ジメチルアミノ）ナフタレンよりも強いルイス塩基であって、少なくとも１０の原子を有することを特徴とする、有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品。
2. 前記ドーパントが有機化合物、有機金属化合物又は無機化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の部品。
3. 前記ドーパントが、３０を超え、最大で１００の原子を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の部品。
4. 前記ドーパントがトリス（ペルフルオロ−ｔｅｒｔ−ブトキシ）アルミニウム（ＩＩＩ）であることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
5. 前記ドーパントが、一般式Ｈ（ＣＢ ₁₁ Ｈ _12-n Ｘ _n ）のカルボラン酸であり、式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｆ、ＣＦ₃及びそれらの組合せからなる群から選択され、ｎは０から１２までの整数であることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
6. 前記ドーパントが、ｎは６または１１であることを特徴とする、請求項５に記載の部品。
7. 前記ドーパントが、［Ｒ］［カルボラン］又は［Ｒ_3-aＨ_aＳｉ］［カルボラン］化合物、特に［Ｒ₃Ｃ］［カルボラン］又は［Ｒ₃Ｓｉ］［カルボラン］化合物であり、式中、ａは０から２までの整数であり、Ｒはアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基であり、［カルボラン］は［ＣＢ ₁₁ Ｒ’ _12-n Ｘ _n ］ ^- であり、Ｒ’はＨ、ＣＨ₃であり、Ｘはハロゲンであり、ｎは０から１２までの整数であることを特徴とする請求項３に記載の部品。
8. 前記ドーパントが、［Ｒ ₃ Ｃ］［カルボラン］又は［Ｒ ₃ Ｓｉ］［カルボラン］化合物であり、Ｒはアルキル基、アリール基又はヘテロアリール基であり、［カルボラン］は［ＣＢ ₁₁ Ｒ’ _12-n Ｘ _n ］ ^- であり、Ｒ’はＨ、ＣＨ ₃ であり、Ｘはハロゲンであり、ｎは０から１２までの整数であることを特徴とする請求項３に記載の部品。
9. 前記ドーパントが、［カルボラン］は［ＣＢ ₁₁ Ｒ’ _５ Ｘ _６ ］ ^- であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の部品。
10. 前記ドーパントが、下式
    
    のペンタフルオロフェニルアミド類（式中、Ｍは金属である）に属する、金属化合物であることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
11. Ｍは金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ及びＣｕからなる群から選択される金属であることを特徴とする、請求項１０記載の部品。
12. 前記ドーパントが、式［Ｒ₃Ｓｉ−Ｘ−ＳｉＲ₃］⁺［ＢＡｒ₄］^-の化合物であり、式中、Ｒは独立してＣ₁〜Ｃ₁₀アルキル、Ｃ₃〜Ｃ₁₀アリール若しくはヘテロアリールから選択され、及び／又は二つの隣接するＲ基が一緒になって飽和又は不飽和環を形成し、Ｘはハロゲンであり、Ａｒは、ハロゲン化されたアリール又はヘテロアリールであることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
13. Ａｒは、フッ素化されたアリール又はヘテロアリールであることを特徴とする、請求項１２に記載の部品。
14. 前記ドーパントが、式（（Ｒ₂Ｎ）₂−Ｃ＝Ｎ）_n−Ａｒの化合物であり、式中、Ｒは独立してＣ₁〜Ｃ₅アルキルであり、いずれの場合も置換又は非置換であり、その場合二つの隣接するＲは互いに結合していてもよく、Ａｒはアリール又はヘテロアリールであり、ｎは整数であることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
15. 前記ドーパントが、式（（ＲｍＸ）−ＮＣ）ｎＹ又は（（ＲｍＸ）−ＮＣ）ｎＹ^-Ｍ＋であり、式中、Ｒはいずれの場合も置換又は非置換のＣ１〜Ｃ１０アルキル、ハロゲン化されたＣ１〜Ｃ１０アルキル、ハロゲニル、Ｃ３〜Ｃ１４アリール又は３から１４の芳香族原子を有するヘテロアリールであり、ＸはＣ、Ｂ、Ｓｉから選択され、ＹはＣ、Ｂ、Ａｌから選択され、Ｍは任意のカチオンであり、ｎ及びｍはそれぞれ整数であり、分子が外見上非荷電である化合物であることを特徴とする、請求項３に記載の部品。
16. 前記ドーパントが前記層に、質量比で最大３５％存在することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の部品。
17. 前記部品が、ＯＬＥＤ、有機太陽電池、電界トランジスター（ＯＦＥＴ）又は光検知器であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の部品。
18. 結合の種類と数が維持されるイソデスミック反応に量子化学計算により得られるフッ化物イオン親和力（ＦＩＡ）の程度によって、五フッ化アンチモン（ＳｂＦ₅）よりも強いルイス酸又は１，８−ビス（ジメチルアミノ）ナフタレンよりも強いルイス塩基である少なくとも１０の原子を有する化合物の、電荷担体輸送層又は活性層にドープするための使用、及び有機電子部品又はオプトエレクトロニクス部品における個別層としての使用。