JPH038375A - 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、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。

［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。

上記素子は１ｍＡ／ｃｄ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ｌ
Ｏ＋ａＡ／ｃ−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／　ｒｒ？程度の高輝度を得るにはやはり
１０ａＡ／Ｃ−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
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。

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。

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、太陽電池の場合、特公昭ｆｌｉ２−４８７１で
は、短らく電流として最高３ａ＋Ａ／ｃｄの例が記載さ
れでいるが、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。

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。

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。

［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。

［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
。

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。

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。

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。

［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−８ｉＳＺｎＳ。

ＺｎＯ，Ｚｎ５ｅ、Ｃｄ５５ＣｄＳｅ等電子伝導性有機
半導体層 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、ＰＲ１７９、Ｐ８２Ｇ、Ｐ　Ｒ
１８９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Ｉ ＩＴＯ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１３００　＆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
レンテトラカルボン酸メチルイミドを約２０００人の厚
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０．２５ｃｄ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６　ｍｖ／ｓで掃引される電圧を
印加して、±ＩＶでの電流を測定したところ−ＩＶでの
電流密度［Ｊ（−Ｉｖ）ｌとして−１，３Ｘ　１０’　
Ａ　／　ｃＩｉＹが得られた。

比較例ｌ 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，ＯＸ１０’Ａ／ｃ−であった。

実施例２ 実施例１のペリレン顔料層の厚さを８００人とした以外
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）　−−２，６Ｘ１０’Ａ／ｃ−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２０００　Ｘとした以外は
実施例１と同様に試料を作製し電流Ｕｌ定をおこなった
。

その結果Ｊ　（−１Ｖ）　−−２，２Ｘ　１０−’　Ａ
／ｃｅ’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１３００　Ｘ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　）　＝　−１，５Ｘ　１０−’
　Ａ／ｃ＋１２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１３００　Ａとした以外は
実施例１と同様に試料を作製し電流Ａｐｌ定をおこなっ
た。

その結果Ｊ　（−１Ｖ）　＝−３，２Ｘ　１０−’　Ａ
／ａｍ２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。

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７１１１定をおこなったところ、そ
れぞれ−ｔ、ａＸ　ｔｏ−’　Ａ／ｃｍ’　　−２，３
ＸＩＱ’　Ａ／ｃｔｘ’　　−４，５Ｘ　１０４Ａ／ｃ
ｓ’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。

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。