JP7269008B2 - 暗電流を低減した有機光検出器 - Google Patents
暗電流を低減した有機光検出器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7269008B2 JP7269008B2 JP2018537763A JP2018537763A JP7269008B2 JP 7269008 B2 JP7269008 B2 JP 7269008B2 JP 2018537763 A JP2018537763 A JP 2018537763A JP 2018537763 A JP2018537763 A JP 2018537763A JP 7269008 B2 JP7269008 B2 JP 7269008B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- organic
- organic photodetector
- compound
- fullerene
- dark current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 claims description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 17
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 9
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 5
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 4
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 3
- 125000004400 (C1-C12) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 claims 2
- -1 polybenzofurans Polymers 0.000 description 14
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000004365 square wave voltammetry Methods 0.000 description 5
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 3
- GWHJZXXIDMPWGX-UHFFFAOYSA-N 1,2,4-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC=C(C)C(C)=C1 GWHJZXXIDMPWGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N benzyl benzoate Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 2
- FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-benzothiadiazole Chemical compound C1=CC=C2SN=NC2=C1 FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKASFBLJDCHBNZ-UHFFFAOYSA-N 1,3,4-oxadiazole Chemical compound C1=NN=CO1 FKASFBLJDCHBNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BKIDJIYDGSCJCR-UHFFFAOYSA-N 2-methylpropan-2-amine;perchloric acid Chemical compound CC(C)(C)[NH3+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BKIDJIYDGSCJCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005603 alternating copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960002903 benzyl benzoate Drugs 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000005678 ethenylene group Chemical group [H]C([*:1])=C([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000037230 mobility Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000323 polyazulene Polymers 0.000 description 1
- 229920000414 polyfuran Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- YBRBMKDOPFTVDT-UHFFFAOYSA-O tert-butylammonium Chemical compound CC(C)(C)[NH3+] YBRBMKDOPFTVDT-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
- H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
- H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C69/00—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
- C07C69/612—Esters of carboxylic acids having a carboxyl group bound to an acyclic carbon atom and having a six-membered aromatic ring in the acid moiety
- C07C69/618—Esters of carboxylic acids having a carboxyl group bound to an acyclic carbon atom and having a six-membered aromatic ring in the acid moiety having unsaturation outside the six-membered aromatic ring
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2604/00—Fullerenes, e.g. C60 buckminsterfullerene or C70
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/151—Copolymers
-
- 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
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Description
本発明は、光検出器として使用するための有機フォトダイオードに関する。本発明は、詳細には、電子受容体材料および電子供与材料を含む活性層を有する有機フォトダイオードに関するが、これに限定されるものではない。
フラーレン誘導体は、良好な電子受容体として作用し、高い電子移動度を示すので、有機バルクヘテロ接合太陽電池の最も一般的な電子受容体材料である。
本発明によれば、請求項１に記載の有機光検出器が提供される。本発明の別の態様によれば、請求項２に記載の化合物の使用が提供される。
従来技術は、励起子の解離を制御し、開回路電圧を増加させる方法として、有機光起電性デバイス（ＯＰＶ）における代替フラーレン誘導体の使用を記載している。
ここで本発明者らは、高い量子効率（対照サンプルの約９０％）を維持しながら有機フォトダイオードの暗電流を低減するために同じフラーレン誘導体の使用を示す。その結果、検出器の比検出度（Ｄ＊）が増加する。
フラーレン誘導体のＬＵＭＯエネルギー準位は、有機溶媒への溶解を可能にするために元々必要とされるフラーレン側鎖に大きく依存する。表１は、本実施形態で使用されるＣ６０ベースのフラーレン誘導体およびそれらの対応するＬＵＭＯ準位を示す。
使用時には、本明細書に記載の光検出器は、デバイスに逆バイアスを印加するための電圧源および光電流を測定するように構成されたデバイスに接続される。光検出器における高い暗電流は、検出可能な光入力信号を制限する。
暗電流を低減することにより、式１からわかるように、検出器の比検出度（Ｄ＊）が増加する：
式中、Ｒは［Ａ／Ｗ］で表されるＯＰＤ応答度であり、ｑは電子電荷である。
有機フォトダイオード（ＯＰＤ）における望ましくない暗電流に寄与する機構の１つは、ダイオードアノードから受容体ＬＵＭＯへの電子注入である。この注入機構は、アノードの仕事関数（または正孔輸送層が存在する場合は正孔輸送層（ＨＴＬ）中の正孔輸送材料のＬＵＭＯ）と受容体ＬＵＭＯとの間のエネルギー準位オフセットに強く依存する。（図１の機構１を参照）。
暗電流に寄与する別の機構は、受容体ＬＵＭＯと供与体ＨＯＭＯとの間のエネルギーギャップである（電荷輸送「ＣＴ状態」としても既知である）。このエネルギーギャップを超える熱の発生は暗電流を生じさせる。（図１の機構２参照）。
両方の機構は受容体ＬＵＭＯ準位に依存する。したがって、一般的に使用されるＰＣＢＭをＬＵＭＯ準位が浅いフラーレン誘導体で置き換えることにより、デバイスの暗電流が低減される。本発明者らは、この注入機構が、アノードの仕事関数または正孔輸送層（ＨＴＬ）のＬＵＭＯ準位と受容体ＬＵＭＯとの間のエネルギー準位オフセットに強く依存することを発見した（図１参照）。
図２は、暗電流に対するフラーレン誘導体の変動の影響を実証するために使用されたデバイス構造の一例を示す。ガラス基板（１）上に、銀または合金（２）の反射層が設けられている。この層の上に、ＩＴＯ（３）の層を物理蒸着によって堆積させる。５ｎｍの厚さのｅ－調整（ｍｏｄｉｆｉｅｒ）層（４）をＩＴＯ層の上に堆積させる。次いで、有機感光層（５）を溶液から構造上に堆積させる。この場合、厚さは３５０ｎｍであり、スピンコーティングによって堆積されたが、他の堆積方法を代替として使用することができる。この溶液は、フラーレン誘導体２重量部に対して下記に記載されるように１重量部のポリマーを含んでいた。この溶液は３重量％の全固形分を有し、使用された溶媒は１０％の安息香酸ベンジルを含む１，２，４トリメチルベンゼン９０％であった。
本実施形態に使用される供与体（すなわち、ｐ型）ＯＳＣは、下記に示す構造を有するポリマーである：
使用されるｐ型ＯＳＣは、特に限定されず、当業者に既知であり、有機ポリマー、オリゴマーおよび低分子を含む文献に記載されている標準電子供与材料から適切に選択されてもよい。好ましい実施形態では、ｐ型ＯＳＣは、有機共役ポリマーを含み、これは、ホモポリマーまたは交互、ランダムもしくはブロックコポリマーを含むコポリマーであることができる。非結晶または半結晶の共役有機ポリマーが好ましい。さらに好ましくは、ｐ型有機半導体は、低バンドギャップ、典型的には２．５ｅＶと１．５ｅＶの間、好ましくは２．３ｅＶと１．８ｅＶとの間の共役有機ポリマーである。例示的なｐ型ＯＳＣポリマーとして、ポリアセン、ポリアニリン、ポリアズレン、ポリベンゾフラン、ポリフルオレン、ポリフラン、ポリインデノフルオレン、ポリインドール、ポリフェニレン、ポリピラゾリン、ポリピレン、ポリピリダジン、ポリピリジン、ポリトリアリールアミン、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（３－置換チオフェン）、ポリ（３，４－二置換チオフェン）、ポリセレノフェン、ポリ（３－置換セレノフェン）、ポリ（３，４－二置換セレノフェン）、ポリ（ビスチオフェン）、ポリ（ターチオフェン）、ポリ（ビスセレノフェン）、ポリ（ターセレノフェン）、ポリチエノ［２，３－ｂ］チオフェン、ポリチエノ［３，２－ｂ］チオフェン、ポリベンゾチオフェン、ポリベンゾ［１，２－ｂ：４，５－ｂ’］ジチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリ（一置換ピロール）、ポリ（３，４－二置換ピロール）、ポリ－１，３，４－オキサジアゾール、ポリイソチアナフテン、それらの誘導体およびコポリマーを含む共役炭化水素または複素環式ポリマーから選択されるポリマーを挙げることができる。ｐ型ＯＳＣの好ましい例は、ポリフルオレンとポリチオフェンとのコポリマー（それぞれが置換されてもよい）、ベンゾチアジアゾール系およびチオフェン系繰り返し単位を含むポリマー（それぞれが置換されてもよい）である。ｐ型ＯＳＣはまた、複数の電子供与材料の混合物からなってもよいことが理解される。
代替の受容体化合物として、ＰＣＢＭよりも浅いＬＵＭＯ準位を有する他のフラーレン誘導体を使用することができる。いくつかの適切な材料が、米国特許第８，９５２，２４９号明細書およびＫｏｏｓｉｔｒａ ｅｔ ａｌ．Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．［２００７］ｖｏｌｕｍｅ ９，ｉｓｓｕｅ ４ ｐａｇｅｓ ５５１－５５４に開示される。化合物はＣ６０材料に限定されず、例えばＣ７０、Ｃ８４以上の誘導体および混合物を代替として使用することができる。
他の代替受容体化合物は、例えばＩＰＨおよびＩＣＭＡである。これらの材料の構造およびＬＵＭＯ準位を以下に示す：
フラーレンは、式（Ｉａ）、（Ｉｂ）および（Ｉｃ）のフラーレンから選択されてもよい：
式中、フラーレンがＣ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４およびＣ９６フラーレンから選択され；ｘは２であり；ｙは１または２であり；ｚは１または２であり；Ｒ４～Ｒ１５は、それぞれ独立して、Ｈまたは置換基である。
置換基Ｒ４～Ｒ１５は、独立して各出現時において、非置換であってもよくまたは１つ以上の置換基で置換されていてもよいアリールまたはヘテロアリール（フェニルであってもよい）；分枝状、線状または環状Ｃ１－２０アルキルからなる群から選択されてもよく；ここで１つ以上の非隣接、非末端Ｃ原子がＯ、Ｓ、ＣＯまたはＣＯＯで置き換えられてもよく、１つ以上のＨ原子がＦで置き換えられていてもよい。
アリールまたはヘテロアリールの置換基は、存在する場合には、Ｃ１－１２アルキルから選択されてもよく、ここで１つ以上の非隣接、非末端Ｃ原子がＯ、Ｓ、ＣＯまたはＣＯＯで置き換えられてもよく、１つ以上のＨ原子はＦで置き換えられてもよい。
本明細書で使用される場合、アルキルの「非末端Ｃ原子」は、線状アルキルのメチル基または分枝状アルキルのメチル基を意味する。
好ましい受容体化合物は、式（Ｉｄ）の化合物である：
式中、Ｒは分枝状、線状または環状のＣ１－１２アルキル基、好ましくは線状または分枝状Ｃ４－Ｃ７アルキル（ブチル、ペンチル、ヘキシルまたはヘプチル）基である。
感光層（５）上に正孔注入層（ＨｉＬ）（６）を堆積させた。この層は４０ｎｍの厚さであり、Ｐｌｅｘｃｏｒｅ ＣＡ２００４（Ｓｏｌｖａｙ／Ｐｌｅｘｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ．から市販されている）からなっていた。構造の上部に半透明アノード（７）を１００ｎｍ以下の厚さで堆積させた。典型的には５～１００ｎｍである。実施形態では１００ｎｍを用いた。
本発明は、このデバイス構造または材料選択に限定されないことに留意する。
図３は、表１に記載された４つの異なるフラーレン誘導体から製造されたポリマー；フラーレンブレンドから製造された４つのフォトダイオードの暗電流密度－電圧曲線を示す。
図４は上記のデバイスのＥＱＥを示す。明確にわかるように、フラーレンＬＵＭＯ準位とＥＱＥとの強い依存性がある。受容体ＬＵＭＯの大きなシフトは、供与体受容体オフセットが励起子解離にとって不十分であるため、非効率的なデバイスにつながり得る。それにもかかわらず、最適なシフト（ＩＰＢ）は、高いＥＱＥ（基準ＰＣＢＭの約９０％）を維持しながら、暗電流の低減を導くことができることもわかる。
最後に、図５は、－１Ｖ逆バイアスにおける暗電流とフラーレンＬＵＭＯ準位との間の相関を示す。
浅いＬＵＭＯ材料がＶｏｃ、したがって太陽電池の性能指数を増加させるために太陽電池に使用されているが、一般に太陽電池における浅いＬＵＭＯ材料はリーク電流を大幅には低下させない。これは、デバイスが典型的には、ダイオードと並列の大きなシャント抵抗を有し、暗電流を追加のリーク電流で並列にマスクするためである。このような寄生並列抵抗を最小にするよう注意がなされる場合にのみ、浅いＬＵＭＯを有する電子受容体材料を用いることによって生じる暗電流の低減が観察される。光検出器の性能指数が式１に上記で示されているように暗電流の平方根に反比例するので、こうした注意が光検出器で行われる。
暗電流密度は、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２４００ソースメーターを用いて０．０５Ｖステップで－３Ｖから３Ｖまで測定した。
ＥＱＥは－１Ｖ逆バイアス下で以下の設定を用いて測定した：
１／４メートルモノクロメーター（Ｏｒｉｅｌ Ｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅ）およびフィルタホイールに連結されたキセノンランプ。
１／４メートルモノクロメーター（Ｏｒｉｅｌ Ｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅ）およびフィルタホイールに連結されたキセノンランプ。
Ｋｅｉｔｈｌｅｙ電位計を用いてデバイス電流を測定した。
デバイスの光電流は、総電流からデバイス暗電流を低減させることによって計算した。
ＥＱＥは、以下の式２を使用して計算された：ＥＱＥ＝Ｒ・ｈｃ／λ
式中、ＲはＡ／Ｗ単位の応答度であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光の速度であり、λは励起波長である。
式中、ＲはＡ／Ｗ単位の応答度であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光の速度であり、λは励起波長である。
応答度Ｒを計算するために必要な励起出力は、較正されたＳｉフォトダイオードを使用して測定される。
本明細書においていずれかに記載されるようなＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位は、室温での矩形波ボルタンメトリ（ＳＷＶ）によって測定されてもよい。矩形波ボルタンメトリにおいて、作用電極における電流が測定されると同時に、作用電極と基準電極との間の電位は、時間的に直線的に掃引される。順パルスと逆パルスとの間の差電流は電位の関数としてプロットされ、ボルタモグラムを得る。
ＳＷＶによるＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位を測定する装置は、アセトニトリル中の過塩素酸ｔｅｒｔブチルアンモニウムまたはヘキサフルオロリン酸ｔｅｒｔブチルアンモニウムを含むセル；ガラス状炭素作用電極；白金対電極およびリークフリーＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極を備えていてもよい。
実験の終わりに既存の電池に直接フェロセンを計算目的のために添加し、ここでサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）を用いてフェロセン対Ａｇ／ＡｇＣｌの酸化および還元の電位を決定する。
装置：
ＣＨＩ ６６０Ｄポテンショスタット
３ｍｍ直径のガラス状炭素作用電極
リークフリーＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極
Ｐｔワイヤ補助電極または対電極
アセトニトリル中の０．１Ｍのテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート
方法：
サンプルをトルエン（３ｍｇ／ｍｌ）に溶解し、ガラス状炭素作用電極上に直接３０００ｒｐｍでスピンさせる
ＬＵＭＯ＝４．８－Ｅフェロセン（ピーク・ツー・ピーク平均）－Ｅサンプルの還元（最大ピーク）
ＨＯＭＯ＝４．８－Ｅフェロセン（ピーク・ツー・ピーク平均）＋Ｅサンプルの酸化（最大ピーク）
典型的なＳＷＶ実験は１５Ｈｚの周波数；２５ｍＶの振幅および０．００４Ｖのインクリメントステップで実行される。結果は、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯデータの両方について、３つの新たにスピンさせたフィルムサンプルから計算される。
ＣＨＩ ６６０Ｄポテンショスタット
３ｍｍ直径のガラス状炭素作用電極
リークフリーＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極
Ｐｔワイヤ補助電極または対電極
アセトニトリル中の０．１Ｍのテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート
方法：
サンプルをトルエン（３ｍｇ／ｍｌ）に溶解し、ガラス状炭素作用電極上に直接３０００ｒｐｍでスピンさせる
ＬＵＭＯ＝４．８－Ｅフェロセン（ピーク・ツー・ピーク平均）－Ｅサンプルの還元（最大ピーク）
ＨＯＭＯ＝４．８－Ｅフェロセン（ピーク・ツー・ピーク平均）＋Ｅサンプルの酸化（最大ピーク）
典型的なＳＷＶ実験は１５Ｈｚの周波数；２５ｍＶの振幅および０．００４Ｖのインクリメントステップで実行される。結果は、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯデータの両方について、３つの新たにスピンさせたフィルムサンプルから計算される。
全ての実験は、アルゴンガスパージ下で行われる。
Claims (10)
- 第１の電極と、第２の電極と、前記電極間の感光性有機層とを含む有機光検出器であって、前記感光性有機層が供与体ｐ型有機半導体化合物と受容体化合物との混合物を含み、前記受容体化合物が、フラーレン誘導体ＰＣＢＭの場合より浅いＬＵＭＯ準位を有するフラーレン誘導体であり、前記供与体ｐ型有機半導体化合物は２．５ｅＶと１．５ｅＶとの間のバンドギャップを有する共役有機ポリマーであることを特徴とする有機光検出器。
- 前記供与体ｐ型有機半導体化合物がｐ型ポリマーである、請求項１に記載の有機光検出器。
- 前記受容体化合物が、式（Ｉａ）または（Ｉｃ）のフラーレン誘導体である、請求項１または２に記載の有機光検出器：
- Ｒ４ 、及びＲ ８ ～Ｒ１５が、各出現時において、独立して、Ｈ；置換されていないかまたは１つ以上の置換基で置換されているアリールまたはヘテロアリール；１つ以上の非隣接、非末端Ｃ原子がＯ、Ｓ、ＣＯまたはＣＯＯで置き換えられてもよく、１つ以上のＨ原子がＦで置き換えられていてもよい分枝状、線状または環状Ｃ１－２０アルキルからなる群から選択される、請求項３に記載の有機光検出器。
- 前記受容体化合物が、Ｃ６０、Ｃ７０またはＣ８４フラーレン誘導体である、請求項１または２に記載の有機光検出器。
- 前記受容体化合物が、式（Ｉｄ）の化合物である、請求項１、２および５のいずれか一項に記載の有機光検出器：
- 前記（Ｉｃ）のフラーレン誘導体が、式（Ｉｄ）の化合物である、請求項３または４に記載の有機光検出器：
- Ｒが線状または分枝状Ｃ４－７アルキル基である、請求項６または７に記載の有機光検出器。
- 前記受容体化合物がＩＰＢまたはＩＰＨである、請求項６～８のいずれかに記載の有機光検出器。
- 請求項１から９のいずれか一項に記載の有機光検出器に入射する光によって生成された光電流の測定を含む光の検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023011994A JP2023057083A (ja) | 2016-01-21 | 2023-01-30 | 暗電流を低減した有機光検出器 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1601151.2A GB2546523A (en) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | Organic photodetector with reduced dark current |
| GB1601151.2 | 2016-01-21 | ||
| GBGB1617753.7A GB201617753D0 (en) | 2016-01-21 | 2016-10-20 | Organic photodetector with reduced dark current |
| GB1617753.7 | 2016-10-20 | ||
| PCT/GB2017/050095 WO2017125719A1 (en) | 2016-01-21 | 2017-01-16 | Organic photodetector with reduced dark current |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023011994A Division JP2023057083A (ja) | 2016-01-21 | 2023-01-30 | 暗電流を低減した有機光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019503083A JP2019503083A (ja) | 2019-01-31 |
| JP7269008B2 true JP7269008B2 (ja) | 2023-05-08 |
Family
ID=55534740
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018537763A Active JP7269008B2 (ja) | 2016-01-21 | 2017-01-16 | 暗電流を低減した有機光検出器 |
| JP2023011994A Pending JP2023057083A (ja) | 2016-01-21 | 2023-01-30 | 暗電流を低減した有機光検出器 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023011994A Pending JP2023057083A (ja) | 2016-01-21 | 2023-01-30 | 暗電流を低減した有機光検出器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11283024B2 (ja) |
| EP (1) | EP3405986A1 (ja) |
| JP (2) | JP7269008B2 (ja) |
| KR (1) | KR20180104029A (ja) |
| CN (1) | CN108701766B (ja) |
| GB (2) | GB2546523A (ja) |
| WO (1) | WO2017125719A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2546523A (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-26 | Cambridge Display Tech Ltd | Organic photodetector with reduced dark current |
| GB2572573A (en) * | 2018-04-03 | 2019-10-09 | Sumitomo Chemical Co | Organic photodetector |
| GB2575324A (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-08 | Sumitomo Chemical Co | Organic Photodetector |
| KR102649560B1 (ko) | 2019-05-24 | 2024-03-19 | 삼성전자주식회사 | 광학 무선 통신 시스템 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015067336A2 (en) | 2013-11-06 | 2015-05-14 | Merck Patent Gmbh | Conjugated polymers |
| WO2015067335A1 (en) | 2013-11-05 | 2015-05-14 | Merck Patent Gmbh | Detector array for vein recognition technology |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8431434B2 (en) | 2008-09-09 | 2013-04-30 | Technion Research & Development Foundation Limited | Derivatized fullerene-based dopants for organic semiconductors |
| WO2011160021A2 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Konarka Technologies, Inc. | Fullerene derivatives |
| KR101844952B1 (ko) * | 2011-04-15 | 2018-04-04 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| TWI635111B (zh) * | 2012-03-16 | 2018-09-11 | 馬克專利公司 | 共軛聚合物 |
| US9685567B2 (en) * | 2012-07-20 | 2017-06-20 | Nutech Ventures | Nanocomposite photodetector |
| US9147845B2 (en) * | 2013-04-26 | 2015-09-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Single walled carbon nanotube-based planar photodector |
| GB2546523A (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-26 | Cambridge Display Tech Ltd | Organic photodetector with reduced dark current |
| US11387413B2 (en) * | 2017-03-16 | 2022-07-12 | Seoul National University R&Db Foundation | Polymer, organic solar cell comprising polymer, perovskite solar cell comprising polymer |
| WO2020105361A1 (ja) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 撮像装置及び撮像システム |
-
2016
- 2016-01-21 GB GB1601151.2A patent/GB2546523A/en not_active Withdrawn
- 2016-10-20 GB GBGB1617753.7A patent/GB201617753D0/en not_active Ceased
-
2017
- 2017-01-16 WO PCT/GB2017/050095 patent/WO2017125719A1/en active Application Filing
- 2017-01-16 EP EP17700741.6A patent/EP3405986A1/en active Pending
- 2017-01-16 CN CN201780007469.XA patent/CN108701766B/zh active Active
- 2017-01-16 JP JP2018537763A patent/JP7269008B2/ja active Active
- 2017-01-16 KR KR1020187023668A patent/KR20180104029A/ko not_active Application Discontinuation
- 2017-01-16 US US16/071,842 patent/US11283024B2/en active Active
-
2023
- 2023-01-30 JP JP2023011994A patent/JP2023057083A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015067335A1 (en) | 2013-11-05 | 2015-05-14 | Merck Patent Gmbh | Detector array for vein recognition technology |
| WO2015067336A2 (en) | 2013-11-06 | 2015-05-14 | Merck Patent Gmbh | Conjugated polymers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｋａｎｇ－Ｊｕｎ Ｂａｅｇ ｅｔ ａｌ．，"Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ： Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔ ｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ"，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１３年，Ｖｏｌ．２５，ｐｐ．４２６７－４２９５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB201601151D0 (en) | 2016-03-09 |
| KR20180104029A (ko) | 2018-09-19 |
| GB201617753D0 (en) | 2016-12-07 |
| WO2017125719A1 (en) | 2017-07-27 |
| US11283024B2 (en) | 2022-03-22 |
| JP2019503083A (ja) | 2019-01-31 |
| US20210013417A1 (en) | 2021-01-14 |
| CN108701766B (zh) | 2022-06-10 |
| EP3405986A1 (en) | 2018-11-28 |
| JP2023057083A (ja) | 2023-04-20 |
| GB2546523A (en) | 2017-07-26 |
| CN108701766A (zh) | 2018-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7473477B2 (ja) | 近赤外有機光検出器 | |
| JP2023057083A (ja) | 暗電流を低減した有機光検出器 | |
| Li et al. | Efficient small bandgap polymer solar cells with high fill factors for 300 nm thick films | |
| Xia et al. | Inverted all-polymer solar cells based on a quinoxaline–thiophene/naphthalene-diimide polymer blend improved by annealing | |
| Hendriks et al. | Comparing random and regular diketopyrrolopyrrole–bithiophene–thienopyrrolodione terpolymers for organic photovoltaics | |
| JP7164518B2 (ja) | 感光性有機電子デバイスの調製のための溶媒系 | |
| Deng et al. | Polymer photovoltaic devices fabricated with blend MEHPPV and organic small molecules | |
| Constantinou et al. | Effect of polymer side chains on charge generation and disorder in PBDTTPD solar cells | |
| JP2022509832A (ja) | 光検出器組成物 | |
| JP2024532706A (ja) | オプトエレクトロニクスデバイス用のａ－ｄ－ａ’－ｄ－ａタイプの光応答性非対称非フラーレン受容体 | |
| Mohammad et al. | Improved performance for inverted organic photovoltaics via spacer between benzodithiophene and benzothiazole in polymers | |
| JP2021530107A (ja) | 有機光検出器 | |
| US20200035924A1 (en) | Organic photodetector | |
| Dyer-Smith et al. | The effect of ionization potential and film morphology on exciplex formation and charge generation in blends of polyfluorene polymers and silole derivatives | |
| TW202229397A (zh) | 聚合物 | |
| US11043645B2 (en) | Organic photodetector | |
| Sharma et al. | Reducing non-radiative voltage losses in organic solar cells using molecular encapsulation | |
| JP7330895B2 (ja) | 感光性有機電子デバイス作製のための溶媒系 | |
| JP2024507317A (ja) | 光活性材料 | |
| GB2623989A (en) | Compound | |
| GB2624716A (en) | Compound | |
| Falzon | Acceptor materials for organic solar cells | |
| Mori | Development of Polymer Blend Solar Cells Composed of Conjugated Donor and Acceptor Polymers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191120 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200831 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200908 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201207 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210518 |
|
| C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210916 |
|
| C116 | Written invitation by the chief administrative judge to file amendments |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C116 Effective date: 20211012 |
|
| C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20211012 |
|
| C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20220510 |
|
| C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20221101 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230126 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230130 |
|
| C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20230307 |
|
| C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20230404 |
|
| C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20230404 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230421 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7269008 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |