KR101929662B1 - 전자 차단 및 정공 수송층을 갖는 유기 감광성 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명개시는 감광성 디바이스를 제공한다. 감광성 디바이스는 도너-인터믹스-억셉터(PIN) 구조물을 포함한다. PIN 구조물은 유기 정공 수송층; 유기 전자 수송층; 및 유기 정공 수송층과 유기 전자 수송층 사이에 끼어있는 인터믹스층을 포함한다. 인터믹스층은 n형 유기 재료 및 p형 유기 재료의 혼합물을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 디바이스에 관한 것이다.
이미지 센서는 반도체 기판에 형성된 복수의 센서 소자들 또는 픽셀들을 포함하는 집적 회로 디바이스이다. 센서 소자는 반도체 기판을 향해 투사되는 노출광의 양을 감지하는데 이용된다. 이미지 센서의 경우, 픽셀 크기가 축소되는 경우 양자 효율(quantum efficiency; QE)을 증진시키기 위한 요구가 존재한다. QE는 이미지 센서가 각각의 픽셀 내에서 빛을 전자로 변환시키는 반응을 나타낸다. 다양한 기술들이 이미지 센서를 형성하고 QE 및 감도를 개선하기 위해 이용된다. 예를 들어, 유기 재료가 이미지 센서를 형성하는데 이용된다. 그러나, 유기 재료를 이용하는 기존의 이미지 센서에는 높은 암전류 및 낮은 전력 변환 효율을 포함하는 다양한 문제들이 존재한다.
그러므로, 필요한 것은 상기 문제들을 다루기 위한 유기 이미지 센서의 구조물 및 이의 형성 방법이다.
본 발명개시는 감광성 디바이스를 제공한다. 감광성 디바이스는 도너-인터믹스-억셉터(PIN) 구조물을 포함한다. PIN 구조물은 유기 정공 수송층; 유기 전자 수송층; 및 유기 정공 수송층과 유기 전자 수송층 사이에 끼어있는 인터믹스층을 포함한다. 인터믹스층은 n형 유기 재료 및 p형 유기 재료의 혼합물을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전자 차단 및 정공 수송층을 갖는 유기 감광성 디바이스를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명개시의 양태는 첨부 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 가장 잘 이해된다. 본 산업계에서의 표준적인 실시에 따라, 다양한 피처(feature)들은 실척도로 도시되지 않았음을 강조한다. 사실, 다양한 피처들의 치수는 설명의 명료함을 위해 임의적으로 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스의 단면도를 나타낸다.
도 2는 하나 이상의 실시예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스의 단면도를 나타낸다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스를 도식적으로 나타낸다.
도 4, 도 5 및 도 6은 도 3의 감광성 디바이스의 다양한 화학 물질을 도식적으로 나타낸다.
도 7은 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 암전류를 도식적으로 나타낸다.
도 8은 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 광전류를 도식적으로 나타낸다.
도 9는 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 특성 데이터의 표를 도식적으로 나타낸다.
도 10은 하나의 실시예에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 구조물의 단면도를 나타낸다.
도 11은 다른 실시예에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 구조물의 배경도를 나타낸다.
도 1은 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스의 단면도를 나타낸다.
도 2는 하나 이상의 실시예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스의 단면도를 나타낸다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스를 도식적으로 나타낸다.
도 4, 도 5 및 도 6은 도 3의 감광성 디바이스의 다양한 화학 물질을 도식적으로 나타낸다.
도 7은 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 암전류를 도식적으로 나타낸다.
도 8은 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 광전류를 도식적으로 나타낸다.
도 9는 다양한 예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 다양한 감광성 디바이스들의 특성 데이터의 표를 도식적으로 나타낸다.
도 10은 하나의 실시예에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 구조물의 단면도를 나타낸다.
도 11은 다른 실시예에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 구조물의 배경도를 나타낸다.
다음의 발명개시는 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있는 다수의 상이한 실시예들, 또는 예들을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 컴포넌트 및 장치의 특정한 예들은 본 발명개시를 단순화하기 위해 이하에 설명된다. 물론, 이러한 설명은 단지 예일 뿐 제한하기 위한 것이 아니다. 게다가, 본 발명개시는 다양한 예들에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함과 명료함을 위한 것으로, 그 자체가 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지 않는다. 더욱이, 이어지는 설명에서 제 2 피처 위에 또는 제 2 피처 상에 제 1 피처의 형성은, 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고, 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접 접촉하지 않도록 제 1 피처와 제 2 피처 사이에 부가적인 피처들이 형성되는 실시예들을 또한 포함할 수 있다.
유기 감광성 디바이스 및 이의 형성 방법은 다양한 실시예들에서 본 발명개시의 양태들에 따라 아래에 기술된다. 유기 감광성 디바이스는 빛을 감지하도록 설계된 이미지 센서(예컨대, 포토다이오드) 또는 전기 에너지 변환을 위해 빛을 수신하기 위한 에너지 변환 디바이스(예컨대, 태양 전지)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 감광성 디바이스(10)의 측면도가 나타난다. 일 실시예에서, 감광성 디바이스(10)는 포토다이오드와 같은 이미지 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, 감광성 디바이스(10)는 빛으로부터의 전기 에너지 변환을 위해 설계된 태앙 전지를 포함한다. 감광성 디바이스(10)는 이러한 기능을 달성하고 다양한 문제들을 해결하도록 구성된 다양한 유기 재료를 포함하여, 성능 및 품질을 향상시킨다. 그러므로, 감광성 디바이스(10)는 또한 유기 감광성 디바이스로서 언급된다. 감광성 디바이스(10)는 글래스 기판, 반도체 기판, 또는 다른 적합한 기판과 같은, 기판 상에 형성된다. 다양한 유기 재료층들이 스핀 코팅, 나이프 오버 에지 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 로토그라비어 인쇄법, 스크린 인쇄법, 또는 다른 적합한 기술과 같은, 적합한 기술에 의해 퇴적될 수 있다. 다른 재료들(예컨대, 전극 재료)이 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 도금 또는 다른 적합한 기술에 의해 퇴적될 수 있다.
감광성 디바이스(10)는 도너-인터믹스-억셉터(PIN) 구조물을 갖는다. 특히, 감광성 디바이스(10)는 정공 수송(p형)층(14) 및 전자 수송(n형)층(16)을 포함한다. 감광성 디바이스(10)는 정공 수송층(14)과 전자 수송층(16) 사이에 개재된 인터믹스층(12)을 더 포함한다. PIN 구조물은 추가의 전자 차단 및 누설 감소와 함께 광 감지를 위해 설계되어, 감광성 디바이스(10)의 광전류 및 광학적 특성을 개선시킨다.
일 실시예에서, 정공 수송층(14)은 유기 정공 수송 재료를 포함하므로, 유기 정공 수송층(14)으로 언급될 수도 있다. 다른 실시예에서, 전자 수송층(16)은 유기 전자 수송 재료를 포함하므로, 유기 전자 수송층(16)으로 언급될 수도 있다.
인터믹스층(12)은 감광성 디바이스(10)의 광활성층의 역할을 한다. 인터믹스층(12)은 유기 재료를 포함하므로, 유기 광활성층으로서 언급될 수도 있다. 본 실시예에서, 인터믹스층(12)은 유기 정공 수송(유기 p형) 재료 및 유기 전자 수송(유기 n형) 재료의 혼합물(배합물)을 포함한다. 다른 실시예에서, 인터믹스층(12)은 n형 풀러린 유도체 및 p형 공액 고분자의 혼합물(배합물)을 포함한다. 특정한 실시예에서, 인터믹스층(12)은 정공 수송층(14)의 유기 정공 수송 재료 및 전자 수송층(16)의 유기 전자 수송 재료의 혼합물을 포함한다. 인터믹스층(12)은 균일한 조성을 갖거나, 또는 대안적으로 정공 수송층(14)에서부터 전자 수송층(16)까지 달라지는 경사 조성을 가질 수 있다.
정공 수송층(14)은 하나 이상의 정공 수송 재료들을 포함할 수 있고, 개개의 정공 수송 재료들을 이용하는 하나 이상의 막(film)들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정공 수송층(14)은 정공 수송을 위해 기능하고 전자 차단을 위해 더욱 기능하는 공액 고분자를 포함한다. 일 예에서, 정공 수송층(14)은 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)[Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)](즉, P3HT)를 포함한다. 다른 예에서, 정공 수송층(14)은 폴리(2-메톡시-5-(3'-7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[Poly(2-methoxy-5-(3'-7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene)](즉, MDMO-PPV)를 포함한다.
다른 실시예에서, 정공 수송층(14)은 2개의 막들을 포함하는데, 제 1 p형 재료막 및 상기 제 1 p형 재료막 상에 배치된 공액 고분자(예컨대, P3HT 또는 MDMO-PPV)의 제 2 p형 재료막이다. 일 예에서, 제 1 p형 재료막은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌설포네이트)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)](즉, PEDOT:PSS)를 포함한다. 대안적인 예에서, 제 1 p형 재료막은 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 텅스텐 산화물(WO3) 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
전자 수송층(16)은 하나 이상의 전자 수송 재료를 포함할 수 있고, 개개의 전자 수송 재료들을 이용하는 하나 이상의 막들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 수송층(16)은 전자 수송 및 정공 차단을 위해 기능하는 n형 풀러린 유도체를 포함한다. 일 예에서, 전자 수송층(16)은 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르[Phenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester](즉, PCBM)를 포함한다. 다른 예에서, 전자 수송층(16)은 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르[phenyl-C70-butyric acid methyl ester](PC70BM), 페닐 C71 부티르산 메틸에스테르[phenyl C71 butyric acid methyl-ester](PC71BM) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 수송층(16)은 2개의 막을 포함하는데, 풀러린 유도체(예컨대, PCBM)의 제 1 n형 재료막 및 상기 제 1 n형 재료막 상에 배치된 제 2 n형 재료막이다. 일 예에서, 제 2 n형 재료막은 리듐 플루오린(LiF)을 포함한다. 대안적으로, 제 2 n형 재료막은 LiF, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼슘 산화물(CaO), 마그네슘 산화물(MgO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 또는 바쏘쿠프로인(bathocuproine; BCP), 1,3,4-옥사디아졸,2,2-(1,3-페닐렌)비스[5-[4-(1,1-디메틸에틸)페닐]]{1,3,4-Oxadiazole,2,2-(1,3-phenylene)bis[5-[4-(1,1-dimethylethyl)phenyl]]}(즉, OXD-7)와 같은 유기 전자 수송 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 전극의 형성은 PVD와 같은 적합한 기술을 이용할 수 있다.
인터믹스층(12)으로 돌아가면, 인터믹스층(12)은 일 실시예에 따라, 정공 수송층(14)의 정공 수송 재료 및 전자 수송층(16)의 전자 수송 재료의 혼합물을 포함한다. 일 예에서, 인터믹스층(12)은 P3HT와 PCBM의 혼합물(P3HT:PCBM로서 간단히 언급됨)을 포함한다.
다른 실시예에서, 인터믹스층(12)은 공액 고분자의 p형 재료 및 풀러린 유도체의 n형 재료를 포함한다. 일 예의 경우, 공액 고분자의 p형 재료는 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]]{Poly[[4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl]]}(즉, PTB7)을 포함한다. 다른 예의 경우, 풀러린 유도체의 n형 재료는 PC70BM 또는 PC71BM을 포함한다. 일 예에서, 인터믹스층(12)은 PTB7과 PC70BM의 혼합물(배합물)을 포함하고, 이는 PTB7:PC70BM으로서 간단히 언급된다. 다른 실시예들에서, 인터믹스층(12)은 하나 이상의 p형 재료들 및 하나 이상의 n형 재료들의 다양한 혼합물을 포함한다.
전자 차단층(12)의 형성은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 인쇄법, 열증착 공정, 또는 다른 적합한 방법을 포함한다.
감광성 디바이스(10)는 PIN 구조물의 2개의 단에 구성된 2개의 전극들을 더 포함한다. 특히, 감광성 디바이스(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 정공 수송층(14)에 인접한 애노드(18) 및 전자 수송층(16)에 인접한 캐소드(20)를 포함한다. 일 실시예에서, 애노드(18)는 인듐 주석 산화물(주석 도핑된 인듐 산화물, 즉 ITO)와 같은 투명 전도성 재료를 포함한다. 대안적으로, 투명 전도성 재료는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)을 포함할 수 있다. 투명 전극의 퇴적은 PVD, 펄스 레이저 퇴적, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 캐소드(20)는 알루미늄(Al)을 포함한다. 대안적으로, 캐소드(20)는 Al, 티타늄(Ti), 은(Ag), 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 전도성 재료를 포함한다. 다양한 전극들의 형성은 PVD와 같은 적합한 기술을 이용할 수 있다. 전극들은 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 빛이 다른 측면(n형 층)들로부터 광활성층으로 향하도록 감광성 디바이스(10)가 구성되면, 투명 전도성 재료는 캐소드(20)를 형성하는데 이용될 수 있다.
감광성 디바이스(10)의 다양한 실시예들에 상이한 이점들이 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 감광성 디바이스(10)는 광활성층(예컨대, P3HT:PCBM 또는 PTB7:PC70BM)과 정공 수송층(예컨대, PEDOT:PSS) 사이에 삽입된 P3HT를 포함한다. P3HT는 누설 전류를 감소시키기 위해 전자 차단층의 역할을 한다. P3HT는 기본적으로 400 nm 내지 600 nm 파장을 갖는 빛을 흡수할 수 있는 중요한 도너 재료이고, 단락 전류 밀도를 향상시키기 위해 복합층의 하부 가까이에 추가의 도너/억셉터 인터페이스를 생성한다. 삽입된 전자 차단층인 P3HT는 실질적으로 암전류 밀도를 감소키기기 위해 전자 차단 능력을 증가시킨다. 대안적으로, MDMO-PPV가 광활성층(예컨대, P3HT:PCBM 또는 PTB7:PC70BM)과 정공 수송층(예컨대, PEDOT:PSS) 사이에 삽입될 수 있어, 누설 전류를 감소시키기 위한 전자 차단층의 역할을 할 수 있다. 실시예를 증진하기 위해, 전자 수송층은 감광성 디바이스(10)로부터 제거될 수 있다.
도 2는 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스(30)의 단면도를 나타낸다. 감광성 디바이스(30)는 감광성 디바이스(10)의 일 실시예일 수 있다. 일 실시예에서, 감광성 디바이스(30)는 향상된 성능 및 품질과 함께 이러한 기능을 달성하도록 구성된 다양한 유기 재료를 포함한다. 감광성 디바이스(30)는 정공 수송층과 광활성층 사이에 삽입된 전자 차단층을 포함한다.
**감광성 디바이스(30)는 반도체 기판 또는 다른 적합한 기판(예컨대, 글래스 기판)과 같은, 기판 상에 형성된다. 감광성 디바이스(30)의 다양한 유기 재료층들이 스핀 코팅, 나이프 오버 에지 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 로토그라비어 인쇄법, 열증착 공정 또는 스크린 인쇄법과 같은, 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다.
감광성 디바이스(30)는 전극(32)를 포함한다. 전극(32)은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 금(Au), 또는 은(Ag)과 같은, 전도성 재료를 포함한다. 전극(32)의 퇴적은 PVD, 도금, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
감광성 디바이스(30)는 전극(32) 상에 배치된 정공 수송 및 전자 차단층(34)을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 정공 수송 및 전자 차단층(34)은 PEDOT:PSS를 포함하거나, 또는 대안적으로 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 텅스텐 산화물(WO3) 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
감광성 디바이스(30)는 정공 수송 및 전자 차단층(34) 상에 배치된 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36)을 포함한다. 일 실시예에서, 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36)은 P3HT, MDMO-PPV 또는 다른 유기 전자 차단 재료를 포함한다.
감광성 디바이스(30)는 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36) 상에 배치된 유기 광활성층(38)을 포함한다. 유기 광활성층(38)은 공액 고분자, 풀러린 유도체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 유기 광활성층(38)은 하나 이상의 공액 고분자 및 하나 이상의 풀러린 유도체를 혼합물에 포함할 수 있다. 유기 광활성층(38)은 균일한 조성을 갖거나, 또는 공액 고분자와 풀러린 유도체의 농도가 하부 표면에서부터 상부 표면까지 달라지는 경사 조성을 가질 수 있다. 일 예에서, 유기 광활성층(38)은 P3HT:PCBM를 포함한다. 다른 예에서, 유기 광활성층(38)은 PTB7:PC70BM를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 유기 광활성층(38)은 하나 이상의 풀러린 유도체(PCBM, PC70BM 또는 PC71BM) 및 하나 이상의 공액 고분자(P3HT 또는 PTB7)의 혼합물을 포함할 수 있다.
유기 광활성층(38)이 PTB7:PC71BM 배합물을 포함하고, 유기 정공 수송 및 전자 차단층이 P3HT를 포함하는 일 실시예에서, 광활성층은 최대 흡수 범위로 인해 조정 가능한 광학적 특성 및 높은 외부 양자 효율(external quantum efficiency; EQE) (>60%)을 갖는다. 특히, PC71BM, P3HT, 및 PTB7의 흡수 범위는 각각 450 nm, 550 nm 및 650 nm이다.
감광성 디바이스(30)는 유기 광활성층(38) 상에 배치된 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40)을 포함한다. 일 실시예에서, 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40)은 풀러린 유도체, n형 공액 고분자 또는 이들의 조합을 포함한다. 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40)은 풀러린 유도체 및 n형 공액 고분자의 조합과 같은, 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40)은 각각이 개개의 전자 수송 재료를 이용하는 하나 이상의 막들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40)은 PCBM을 포함한다.
감광성 디바이스(30)는 유기 전자 수송 및 정공 차단층(40) 상에 배치된 전자 수송 및 정공 차단층(42)을 포함한다. 전자 수송 및 정공 차단층(42)은 리튬 플루오린(LiF), 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 또는 이들의 조합을 포함한다. 전자 수송 및 정공 차단층(42)의 형성은 PVD, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
감광성 디바이스(30)는 전자 수송 및 정공 차단층(42) 상에 배치된 투명 전극(44)을 포함한다. 투명 전극(44)은 도포 중에 감광성 디바이스(30)에 의해 감지될 수 있는 빛에 투명한 전도성 재료를 포함한다. 일 예에서, 투명 전극(44)은 ITO를 포함한다. 다른 예에서, 투명 전극(44)은 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)을 포함한다. 투명 전극의 퇴적은 PVD, 펄스 레이저 퇴적, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
도 3은 다양한 재료들의 개개의 에너지 밴드 구조물로 감광성 디바이스(45)를 도식적으로 나타낸다. 다양한 에너지 레벨은 도 3에서 eV 단위로 표시된다. 감광성 디바이스(45)는 감광성 디바이스(30)의 일례일 수 있다. 감광성 디바이스(45)는 정공 수송층과 광활성층 사이에 삽입된 전자 차단층을 포함한다. 특히, 감광성 디바이스(45)는 도 3에 나타난 바와 같이 순차적으로 구성된, ITO 층의 전극, PEDOT:PSS의 정공 수송층, p형 차단층, P3HT:PCBM의 유기 광활성층, n형 차단층, LiF 및 Al층의 전극을 포함한다. 대안적으로, 유기 광활성층은 PTB7:PC70BM을 포함할 수 있다.
p형 전자 차단층은 공액 고분자를 포함한다. 일 실시예에서, p형 전자 차단층은 도 4에 나타난 바와 같은 P3HT를 포함한다. P3HT는 PEDOT:PSS의 정공 수송층과 유기 광활성층 사이에 삽입된다. P3HT는 400 nm 내지 600 nm 파장을 갖는 빛을 흡수할 수 있고, 단락 전류 밀도를 향상시키기 위해 추가의 도너/억셉터 인터페이스를 생성한다. 삽입된 전자 차단층인 P3HT는 실질적으로 암전류 밀도를 감소키기기 위해 전자 차단 능력을 증가시킨다.
다른 실시예에서, p형 전자 차단층은 도 5에 나타난 바와 같은 MDMO-PPV를 포함한다. MDMO-PPV는 누설 전류를 감소시키기 위해 전자 차단층의 역할을 한다. 특정한 예에서, MDMO-PPV는 PEDOT:PSS의 정공 수송층과 P3HT:PCBM의 광활성층 사이에 삽입된다.
공액 고분자의 p형 전자 차단층은 전자를 효과적으로 차단하고 누설을 감소시키기 위해 적절한 구조물을 제공한다. 전자 차단층의 에너지 밴드갭(또는 밴드갭)은 밴드갭 = |HOMO - LUMO|으로 정의되고, 여기서 HOMO는 공액 고분자의 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital)이고, LUMO는 공액 고분자의 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital)이다. 본 실시예에서, HOMO의 범위는 5 eV에서 5.4 eV 사이이고, LUMO의 범위는 2.8 eV에서 3.2 eV 사이이며, 밴드갭의 범위는 2 eV에서 2.4 eV 사이이다. P3HT가 p형 전자 차단층으로서 이용되는 제 1 예에서, HOMO = 5 eV, LUMO = 3 eV 및 밴드갭 = 2 eV이다. MDMO-PVV가 p형 전자 차단층으로서 이용되는 제 2 예에서, HOMO = 5.4 eV, LUMO = 3.0 eV 및 밴드갭 = 2.4 eV이다.
n형 전자 차단층은 풀러린 유도체를 포함한다. 일 실시예에서, n형 전자 차단층은 도 6에 나타난 바와 같은 PCBM를 포함한다. 풀러린 유도체의 n형 전자 차단층은 전자를 효과적으로 차단하고 누설을 감소시키기 위해 적절한 구조물을 제공한다. n형 전자 차단층의 에너지 밴드갭(또는 밴드갭)은 밴드갭 = |HOMO - LUMO|으로 정의되고, 여기서 HOMO는 풀러린 유도체의 최고준위 점유 분자궤도이고, LUMO는 풀러린 유도체의 최저준위 점유 분자궤도이다. 본 실시예에서, HOMO의 범위는 6.1 eV에서 6.7 eV 사이이고, LUMO의 범위는 3.2 eV에서 4.5 eV 사이이며, 밴드갭의 범위는 1.6 eV에서 3.0 eV 사이이다. PCBM가 n형 전자 차단층으로서 이용되는 본 실시예에서, HOMO = 6.1 eV, LUMO = 3.7 eV 및 밴드갭 = 2.4 eV이다.
다양한 재료들의 개개의 에너지 레벨로 인해, ITO로부터의 전자는 공액 고분자의 p형 전자 차단층에 의해 유기 광활성층에 진입하는 것이 차단되고, Al로부터의 정공은 풀러린 유도체의 n형 정공 차단층에 의해 유기 광활성층에 진입하는 것이 차단되어, 누설 전류를 효과적을 감소시킨다.
도 7 내지 도 9는 감광성 디바이스(45)를 포함하는 다양한 감광성 디바이스들의 특성 데이터이다. 도 7은 다양한 감광성 디바이스들의 암전류(46)를 도식적으로 나타낸다. 도 8은 다양한 감광성 디바이스들의 광전류(48)를 도식적으로 나타낸다. 도 9는 다양한 감광성 디바이스들의 파라미터들 및 구성들을 나열한 표(50)이다.
특히, 도 7 내지 도 9와 연관된 다양한 감광성 디바이스들은, 제 1 감광성 디바이스, 제 2 감광성 디바이스, 및 제 3 감광성 디바이스를 포함하고, 제 3 감광성 디바이스는 감광성 디바이스(45)의 일례이다. 제 3 감광성 디바이스와 비교하면, 제 1 감광성 디바이스는 LiF의 정공 차단층을 포함하지 않는다. 제 2 감광성 디바이스는 정공 차단층으로서 LiF(이 예에서, 0.8 nm의 두께를 가짐)를 포함한다.
도 7에서, 수평축은 감광성 디바이스에 인가된 전압 "V"(볼트, 즉 V 단위)이고, 수직축은 감광성 디바이스를 통하는 전류 밀도 "J"(A/㎠ 단위)이다. 데이터는 제 1 감광성 디바이스, 제 2 감광성 디바이스, 및 제 3 감광성 디바이스로부터 각각 수집된다. 특히, 본 실시예의 감광성 디바이스(45)는 P3HT의 전자 차단층을 포함하고, LiF의 정공 차단층을 더 포함한다. 감광성 디바이스(45)의 암전류는 다른 감광성 디바이스들에 비해 감소되는 것으로 나타난다.
도 8에서, 수평축은 감광성 디바이스에 인가된 전압 "V"(볼트, 즉 V 단위)이고, 수직축은 감광성 디바이스를 통하는 전류 밀도 "J"(mA/㎠ 단위)이다. 데이터는 제 1 감광성 디바이스, 제 2 감광성 디바이스, 및 제 3 감광성 디바이스로부터 각각 수집된다. 감광성 디바이스(45)의 광전류의 진폭은 다른 감광성 디바이스들에 비해 증가되는 것으로 나타난다.
도 9의 표(50)에서, 제 1 감광성 디바이스, 제 2 감광성 디바이스, 및 제 3 감광성 디바이스는 각각 "LiF 없음", "LiF 있음" 및 "LiF 및 P3HT 층 있음"으로 표시된다. V단위의 개방 회로 전압 "Voc", mA/㎠단위의 단락 전류 "Jsc", %단위의 충전률 "FF", 및 % 단위의 전력 변환 효율 "PCE"를 포함하는 다양한 파라미터들이 있다. 표(50)의 데이터는 다른 감광성 디바이스들에 비해 감광성 디바이스(45)의 개선된 성능을 더욱 잘 나타낸다.
도 10은 어레이에 통합된 복수의 감광성 디바이스들[예컨대, 감광성 디바이스들(10, 30 또는 45)]을 갖는 감광성 구조물(52)의 단면도이다. 예시를 위한 본 예에서, 감광성 구조물(52)은 3개의 예시적인 단위 픽셀들(54)(54A, 54B 및 54C)을 포함한다. 각각의 단위 픽셀은 감광성 디바이스를 포함한다.
감광성 구조물(52)은 기판(56)를 포함한다. 기판(56)은 결정질 실리콘과 같은, 실리콘을 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기판(56)은 게르마늄, 갈륨 비소, 또는 인듐 인과 같은 다른 반도체 재료를 포함할 수 있다. 기판(56)은 다양한 디바이스 및 기능 피처들을 형성하기 위해 구성되고 결합된 다양한 p형 도핑 영역 및/또는 n형 도핑 영역을 포함할 수 있다. 모든 도핑 피처들은 다양한 단계 및 기술에서 이온 주입 또는 확산과 같은 공정을 이용하여 달성될 수 있다.
감광성 구조물(52)은 기판(56)에 형성된 다양한 분리 피처들(58)을 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 분리 피처들(58)은 기판(56)에 형성된 쉘로우 트렌치 분리(shallow trench isolation; STI) 피처들을 포함하고, 이들은 다양한 활성 영역을 정의한다. 본 실시예에서, STI 피처들은 개개의 단위 픽셀들(예컨대, 54A, 54B 및 54C)을 위한 활성 영역들을 정의하고, 각각의 단위 픽셀은 감광성 디바이스를 포함한다.
감광성 구조물(52)은 기판(56)에 형성되고 판독 회로(60)를 형성하도록 구성된 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)와 같은, 다양한 디바이스들을 포함한다.
또한, 감광성 구조물(52)은 기능 회로를 형성하기 위해 다양한 디바이스들(감광성 디바이스 및 판독 회로를 포함함)을 결합하도록 구성된 상호접속 구조물(62)을 포함한다. 상호접속 구조물(62)은 기판(56) 상에 배치된 층간 유전체(inter-layer dielectric; ILD) 층, 복수의 금속간 유전체(inter-metal dielectric; IMD) 층, 및 ILD 층 및 IMD 층에 형성된 다양한 상호접속 피처들을 포함한다. 상호접속 피처들은 전도성 피처들이고, 다양한 금속층들에 분배된다. 상호접속 피처들은 콘택 피처, 비아 피처, 및 금속 라인을 포함한다. 특히, 콘택 피처는 금속과 반도체 기판 사이에 구성되어, 금속과 반도체 기판을 결합한다. 비아 피처는 인접한 금속층들 사이에 구성되어, 인접한 금속층들을 결합한다. 금속 라인은 개개의 금속층들에 수평 라우팅을 제공한다. 일 실시예에서, 상호접속 피처들은 구리를 포함하고, 다마신 기술을 이용하여 형성된다. 상호접속 피처는 구리 합금, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 텅스텐, 폴리실리콘, 금속 실리사이드, 또는 이들의 조합과 같은, 다른 전도성 재료들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 실리사이드가 감소된 콘택 저항을 위해 게이트 및/또는 소스/드레인 상에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 알루미늄이 당해 기술에 공지된 알루미늄 기술을 이용하여 상호접속에 이용된다. 예를 들어, 구리 및 실리콘을 포함하는 알루미늄 합금이 상호접속 피처를 형성하는데 이용될 수 있다. 이 경우에, 금속 에칭 공정이 금속 라인을 형성하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 텅스텐은 더욱 양호한 충전 효과를 갖는 비아 피처 및 다양한 콘택 피처들을 위한 텅스텐 플러그를 형성하는데 이용될 수 있다.
감광성 구조물(52)은 상호접속 구조물(62) 상에 배치된 복수의 감광성 디바이스들(64)[예컨대, 개개의 활성 영역(54) 내에 형성된 다양한 감광성 디바이스들(64)]을 포함한다. 감광성 디바이스(64)는 픽셀 전극(32), 광전자 변환층(66) 및 투명 전극(44)을 포함한다.
각각의 감광성 디바이스(64)는 개개의 판독 회로(60)와 결합되도록 구성되고 패턴화된 픽셀 전극(32)을 포함한다. 일 예에서, 픽셀 전극(32)은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 금(Au), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은, 전도성 재료를 포함한다. 전극(32)의 퇴적은 PVD, 도금, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
투명 전극(44)은 광전자 변환층(66) 상에 배치된다. 투명 전극(44)은 도포 중에 감광성 디바이스(30)에 의해 감지될 수 있는 빛에 투명한 전도성 재료를 포함한다. 일 예에서, 투명 전극(44)은 ITO를 포함한다. 다른 예에서, 투명 전극(44)은 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)을 포함한다. 투명 전극의 퇴적은 PVD, 펄스 레이저 퇴적, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
광전자 변환층(66)은 투명 전극(44)과 픽셀 전극(32) 사이에 끼워진 다양한 재료층들(감광성 디바이스들의 재료층)을 포함한다. 예를 들어, 광전자 변환층(66)은 감광성 디바이스(30)의 다양한 층들(34, 36, 38, 40 및 42)을 포함한다.
도 11은 다른 실시예에서 본 발명개시의 양태들에 따라 구성된 감광성 디바이스의 배경도를 나타낸다. 감광성 디바이스(70)는 감광성 디바이스(30)의 일례일 수 있다. 감광성 디바이스(70)는 정공 수송층과 유기 광활성층 사이에 삽입된 전자 차단층을 포함한다.
특히, 감광성 디바이스(70)는 글래스 기판 또는 다른 적합한 기판과 같은, 기판(72)을 포함한다. 감광성 디바이스(70)는 기판(72) 상에 형성되다. 전극은 PVD 또는 다른 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다. 다양한 유기 재료층들이 스핀 코팅, 나이프 오버 에지 코팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 로토그라비어 인쇄법, 열증착 공정 또는 스크린 인쇄법과 같은, 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다.
감광성 디바이스(70)는 기판(72) 상에 배치된 투명 전극(44)을 포함한다. 투명 전극(44)은 도포 중에 감광성 디바이스(70)에 의해 감지될 수 있는 빛에 투명한 전도성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 투명 전극(44)은 ITO를 포함한다. 다른 실시예에서, 투명 전극(44)은 AZO 또는 IGZO를 포함한다. 투명 전극의 퇴적은 PVD, 펄스 레이저 퇴적, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다.
감광성 디바이스(70)는 투명 전극(44) 상에 배치된 정공 수송 및 전자 차단층(34)을 포함한다. 일 실시예에서, 정공 수송 및 전자 차단층(34)은PEDOT:PSS을 포함한다. 이 예에서, PEDOT:PSS의 두께는 대략 30 nm에서 대략 40 nm 사이이다. 대안적인 실시예에서, 정공 수송 및 전자 차단층(34)은 하나의 MoO3, NiO, CuO, V2O5 및 이들의 조합을 포함한다.
감광성 디바이스(70)는 정공 수송 및 전자 차단층(34) 상에 배치된 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36)을 포함한다. 일 실시예에서, 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36)은 P3HT을 포함한다. 일 예에서, P3HT는 첨가제, 코팅 및 어닐링과의 혼합을 포함하는 다양한 적합한 조건으로 형성될 수 있다. 어닐링은 대략 10 분 내지 대략 30 분에 이르는 기간 동안 대략 130 ℃ 및 대략 170 ℃에 이르는 어닐링 온도에서 구현된다.
감광성 디바이스(70)는 유기 정공 수송 및 전자 차단층(36) 상에 배치된 유기 광활성층(38)을 포함한다. 본 실시예에서, 유기 광활성층(38)은 공액 고분자 및 풀러린 유도체의 혼합물을 포함한다. 일 예에서, 유기 광활성층(38)은 P3HT와 PCBM의 배합물을 포함한다. 이 예를 증진하기 위해, 두께는 대략 120 nm와 150 nm 사이이다. P3HT 및 PCBM의 비는 분자량에서 대략 1:0.8이다. 다른 예에서, 유기 광활성층(38)은 PTB7:PC70BM의 배합물을 포함한다. 이 예를 증진하기 위해, PTB7 및 PC70BM의 비는 분자량에서 대략 1:1.5이다.
다른 예에서, 유기 광활성층(38)은 PTB7:PC71BM의 배합물을 포함한다. 다른 실시예에서, 유기 광활성층(38)은 PCBM, PC71BM, PC70BM, P3HT, PTB7의 조합, 또는 이들의 서브셋을 포함한다.
감광성 디바이스(70)는 유기 광활성층(38) 상에 배치된 전자 수송 및 정공 차단층(42)을 포함한다. 전자 수송 및 정공 차단층(42)은 LiF, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 또는 이들의 조합을 포함한다. 전자 수송 및 정공 차단층(42)의 형성은 PVD, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다. 일 특정한 예에서, LiF의 전자 수송 및 정공 차단층(42)은 대략 0.8 nm에서 대략 1 nm에 이르는 두께를 갖는다. LiF의 전자 수송 및 정공 차단층(42)는 대략 0.2 A/s의 퇴적 속도를 갖는 PVD에 의해 형성될 수 있다.
감광성 디바이스(70)는 전자 수송 및 정공 차단층(42) 상에 배치된 전극(32)을 포함한다. 전극(32)은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 금(Au), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은, 전도성 재료를 포함한다. 전극(32)의 퇴적은 PVD, 도금, 또는 다른 적합한 퇴적 기술을 포함할 수 있다. 일 특정한 예에서, Al의 전극(32)은 대략 100 nm의 두께를 갖고, 대략 3 A/s의 퇴적 속도를 갖는 PVD에 의해 형성된다.
**상이한 이점들이 다양한 실시예들에 존재할 수 있다. 일 실시예에서, P3HT는 정공 수송층과 광활성층 사이에 삽입된다. 일 예에서, P3HT는 30000 g/mol 내지 60000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 높은 분자량을 갖고, 대략 1.5보다 낮은 다분산성 지수를 갖는다.
일 예에서, 다양한 파라미터들이 아래에 기술된 바와 같이, P3HT층을 삽입함으로써 개선된다. 감광성 디바이스의 암전류 밀도는 P3HT 층을 삽입하지 않은 감광성 디바이스보다 10%보다 낮게 감소된다. 단락 전류 밀도는 P3HT 층이 없는 감광성 디바이스의 단락 전류 밀도에 비해 10 % 내지 20 %만큼 증가된다. 전련 변환 효율은 P3HT 층이 없는 감광성 디바이스의 단락 전류 밀도에 비해 10 % 내지 20 %만큼 증가된다.
특히, P3HT는 400 nm 내지 600 nm 파장을 갖는 빛을 흡수하고, 단락 전류 밀도를 향상시키기 위해 추가의 도너/억셉터 인터페이스를 생성한다. P3HT 층은 암전류 밀도를 감소시키기 위해 전자 차단 능력을 실질적으로 증가시킨다.
따라서, 본 발명개시는 감광성 구조물을 제공한다. 감광성 구조물은 도너-인터믹스-억셉터(PIN) 구조물을 포함한다. PIN 구조물은 유기 정공 수송층; 유기 전자 수송층; 및 유기 정공 수송층과 유기 전자 수송층 사이에 끼어있는 인터믹스층을 더 포함한다. 인터믹스층은 n형 유기 재료 및 p형 유기 재료의 혼합물을 포함한다.
감광성 구조물의 일 실시예에서, 인터믹스층은 n형 풀러린 유도체 및 p형 공액 고분자의 혼합물을 포함한다. 다른 실시예들에서, 유기 정공 수송층은 유기 p형 재료를 포함하고; 유기 전자 수송층은 유기 n형 재료를 포함하며, 인터믹스층은 유기 n형 재료 및 유기 p형 재료의 혼합물을 포함한다.
다른 실시예에서, 유기 전자 수송층은 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르(PCBM)를 포함한다. 다른 예에서, 유기 정공 수송층은 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)(P3HT) 또는 폴리(2-메톡시-5-(3'-7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(MDMO-PPV)를 포함한다.
다른 실시예에서, 인터믹스 층은 P3HT와 PCBM의 혼합물(P3HT:PCBM) 또는 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]](PTB7)과 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르(PC70BM)의 혼합물을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 유기 정공 수송층은 P3HT를 포함하고; 유기 전자 수송층은 PCBM을 포함하며; 인터믹스층은 P3HT와 PCBM의 혼합물을 포함한다.
감광성 구조물은 유기 정공 수송층이 정공 수송층과 인터믹스층 사이에 배치되도록 구성된 정공 수송층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정공 수송층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)를 포함한다. 다른 실시예에서, 정공 수송층은 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
감광성 구조물은 유기 전자 수송층이 전자 수송층과 인터믹스층 사이에 배치되도록 구성된 전자 수송층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 수송층은 리튬 플루오린(LiF), 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
본 발명개시는 또한 다른 실시예에서 감광성 구조물을 제공한다. 감광성 구조물은 정공 수송층; 유기 광활성층; 및 정공 수송층과 유기 광활성층 사이에 끼어있는 유기 전자 차단층을 포함한다. 유기 광활성층은 풀러린 유도체와 공액 고분자의 혼합물을 포함한다.
일 실시예에서, 유기 광활성층은 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)(P3HT)와 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르(PCBM)의 혼합물을 포함한다.
다른 실시예에서, 유기 광활성층은 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]](PTB7)과 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르(PC70BM)의 혼합물을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 유기 전자 차단층은 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)(P3HT), 및 폴리(2-메톡시-5-(3'-7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(MDMO-PVV)로 구성된 그룹으로부터 선택된 유기 재료를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 정공 수송층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 감광성 구조물은 유기 광활성층이 n형 풀러린 유도체와 유기 전자 차단층 사이에 배치되도록 구성된 n형 풀러린 유도체를 더 포함하고, 여기서 n형 풀러린 유도체는 PCBM을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 감광성 구조물은 n형 풀러린 유도체가 전자 수송층과 유기 광활성층 사이에 배치되도록 구성된 전자 수송층을 더 포함하고, 상기 전자 수송층은 리듐 플루오린(LiF), 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
본 발명개시는 또한 감광성 구조물의 다른 실시예를 제공한다. 감광성 구조물은 정공 수송층; 정공 수송층 상에 배치된 유기 정공 수송층; 유기 정공 수송층 상에 배치된 유기 광활성층; 유기 광활성층 상에 배치된 유기 전자 수송층; 및 유기 전자 수송층 상에 배치된 전자 수송층을 포함한다.
일 실시예에서, 정공 수송층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)를 포함하고; 유기 정공 수송층은 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)(P3HT) 및 폴리(2-메톡시-5-(3'-7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(MDMO-PVV) 중 하나를 포함하고; 유기 전자 수송층은 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르(PCBM)를 포함하고; 유기 광활성층은 P3HT:PCBM을 포함하며; 전자 수송층은 리듐 플루오린(LiF), 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
당업자가 이어지는 상세한 설명을 더욱 잘 이해할 수 있도록 앞서 말한 것은 여러 실시예들의 특징들을 설명하였다. 당업자는 본 명세서에 도입된 실시예들의 동일한 이점들을 달성 및/또는 동일한 목적을 수행하는 구조 및 다른 공정을 설계 또는 수정하기 위한 기본으로서 본 발명개시를 용이하게 이용할 수 있음을 이해해야 한다. 당업자는 또한, 등가 구조물이 본 발명개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않도록 실현해야 하며, 본 발명개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 다양한 변경, 대체 및 변화를 행할 수 있다.
Claims (8)
- 감광성 구조물로서,
도너-인터믹스-억셉터(PIN) 구조물을 포함하고, 상기 PIN 구조물은,
정공 수송층;
상기 정공 수송층 상에 배치되는 유기 정공 수송층 - 상기 유기 정공 수송층은 상기 정공 수송층보다 큰 밴드갭을 가지고, 폴리(2-메톡시-5-(3'-7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(MDMO-PPV)를 포함함 - ;
유기 전자 수송층;
상기 유기 전자 수송층 상에 배치되는 전자 수송층 - 상기 전자 수송층은 상기 유기 전자 수송층과 다른 조성을 갖고 금속 산화물을 포함함 - ;
상기 전자 수송층 상에 배치된 전극; 및
인터믹스층이 상기 유기 정공 수송층과 물리적으로 접촉하도록, 상기 유기 정공 수송층과 유기 전자 수송층 사이에 배치된 상기 인터믹스층 - 상기 인터믹스층은 n형 유기 재료 및 p형 유기 재료의 혼합물을 포함함 - 을 포함하고,
상기 인터믹스층은 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]](PTB7)과 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르(PC70BM)의 혼합물을 포함하고,
상기 정공 수송층은 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 텅스텐 산화물(WO3) 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는 것인, 감광성 구조물. - 제 1 항에 있어서, 상기 인터믹스층은 n형 풀러린 유도체 및 p형 공액 고분자의 혼합물을 포함하는 것인, 감광성 구조물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 전자 수송층은 상기 n형 유기 재료를 포함하는 것인, 감광성 구조물. - 제 1 항에 있어서, 상기 유기 전자 수송층은 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르(PCBM)를 포함하는 것인, 감광성 구조물.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 전자 수송층은 PCBM을 포함하는 것인, 감광성 구조물. - 감광성 구조물에 있어서,
정공 수송층;
상기 정공 수송층 상에 배치되고 상기 정공 수송층과 물리적으로 접촉하는 유기 전자 차단층 - 상기 유기 전자 차단층은 MDMO-PPV를 포함함 - ;
상기 유기 전자 차단층 상에 배치되고 상기 유기 전자 차단층과 물리적으로 접촉하는 유기 광활성층;
상기 유기 광활성층 상에 배치되는 유기 정공 차단층;
상기 유기 정공 차단층 상에 배치되는 정공 차단층 - 상기 정공 차단층은 상기 유기 정공 차단층과 다른 조성을 갖고, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함함 - ; 및
상기 정공 차단층 상에 배치된 전극을 포함하고,
상기 유기 전자 차단층은 상기 정공 수송층보다 큰 밴드갭을 갖고,
상기 유기 광활성층은 풀러린 유도체와 공액 고분자의 혼합물을 포함하고,
상기 유기 광활성층은 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]](PTB7)과 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르(PC70BM)의 혼합물을 포함하고,
상기 정공 수송층은 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 텅스텐 산화물(WO3) 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는 것인, 감광성 구조물. - 감광성 구조물에 있어서,
제1 전극 상에 배치되는 정공 수송층;
상기 정공 수송층 상에 배치되는 유기 정공 수송층 - 상기 유기 정공 수송층의 재료는 상기 정공 수송층의 재료보다 큰 밴드갭을 가지고, MDMO-PPV를 포함함 - ;
상기 유기 정공 수송층 상에 배치되고, 상기 유기 정공 수송층과 물리적으로 접촉하는 유기 광활성층;
상기 유기 광활성층 상에 배치된 유기 전자 수송층;
상기 유기 전자 수송층 상에 배치된 전자 수송층 - 상기 전자 수송층은 조성 형태가 상기 유기 전자 수송층과 상이하고, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함함 - ; 및
상기 전자 수송층 상에 배치된 제2 전극을 포함하고,
상기 유기 광활성층은 풀러린 유도체와 공액 고분자의 혼합물을 포함하고,
상기 유기 광활성층은 폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜-2,6-디일][3-플루오르-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일]](PTB7)과 페닐-C70-부티르산 메틸에스테르(PC70BM)의 혼합물을 포함하고,
상기 정공 수송층은 몰리브덴 산화물(MoO3), 니켈 산화물(NiO), 구리 산화물(CuO), 바나듐 산화물(V2O5), 텅스텐 산화물(WO3) 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는 것인, 감광성 구조물.
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