JPH03125483A - 電気素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［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。

上記素子は１ｍＡ／ｃｍ　’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ｌＯ＋ｎＡ／ｃｎ＋’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１０
００ｃｄ／ｍ　２程度の高輝度を得るにはやはりｌＯｍ
Ａ／ｃ＋ｎ２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。

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。

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。

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。

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。

例えば、光起電力素子の場合、特公昭６２４８７１では
、短絡光電流として、最高３ｍＡ／ｃｍ　２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Ｉ
ｎ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。

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複層型素子では陰極に
Ｍｇ−Ａｇ合金が用いられているが［Ａｐｐｌ　、Ｐｈ
ｙｓ、ｌ、ｅｔｔ、　、　５１．９Ｌｌ（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。

［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。

［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。

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である。

酸化亜鉛は、それ自体でも亜鉛リッチであったり、Ａ１
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、ＰＲ１４９，ＰＲ１８９，ＰＲ
１２３，ＰｉｇＩＩｌｅｎｔ　　Ｂｒｏｗｎ２６等； ペリレン系顔料　Ｐｌｇｉｅｎｔ　Ｏｒａｎｇｅ　４３
．ＰＲ１９４等；アントラキノン系顔料　ＰＲ１８ｇ、
ＰＲ１７７、ＶａｔＹｅｌｌｏｗ　４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； 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、スピンコード
、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。

Ｚｎ、Ｇｏ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｐｅ、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）；インジゴ、チオインジゴ系顔料（Ｐｉｇｍ
ｅｎｔＢｌｕｅ　６Ｇ、Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｖｉｏｌｅｔ
　３８等）；キナクリドン系顔料（Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｖ
ｉｏｌｅｔ　１９．Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｒｅｄ１２２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、スピンコード、ディッピング等での方法
で成膜される。この中で、薄膜化、均一化には蒸着が好
ましい。

陽極としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ。

Ｐ　ｄ　ｓ　Ｃｕ　ＳＣｒ　ｓ　Ａ　ｇ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５０〜３０００人が好ましい。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。

［実施例コ 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的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ａｏｏｏ人の厚さで設けた。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（Ｐ　Ｌ−ＭＥ）を約２０
００人の厚さで設け、その上に金を真空蒸着した。酸化
亜鉛と金がなす面積は０．２５Ｑ…２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ｅｍＶ／ｓで掃引される電圧を
印加して±Ｉ■での電流を測定したところ、−１Ｖでの
電流密度［Ｊ　（−１Ｖ）　］として−０，７８ｍＡ／
ｃｍ　２が得られた。

比較例ｌ 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。

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）コとして−１，５ｍＡ／ｃｍ　’が得られ
た。

実施例３ 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２００ＯＬ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　（
−１Ｖ）　］　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。

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２０００　Ｘ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　
（−１Ｖ）　］　として−２，３ｍＡ／ｃ＋ｎ２が得ら
れた。

　０ 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）コとして−０，０４５＋ｎＡ／ｃ１１２
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Ｐ　Ｌ−ＭＥを約５００人の厚さ
で、次いでアルミニウムクロルフタロシアニンを約４０
０人の厚さで設け、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７５１ｎＷ／Ｃ１１２の白色光を
照射しながら、６ｍＶ／ｓで掃引される電圧を印加１ して変換効率を測定したところＶ　ｏｃ　−０，４３Ｖ
　。

Ｊ　ｓｃ　−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換効率測定を行ったところ
、Ｖ　ｏｃ　−０，２８Ｖ　ＳＪ　ｓｃ　−２，０ｍＡ
／ｃｍ’　、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　、０．２８Ｖ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薄膜でも（薄膜の方が電流密
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。

　２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。