KR101975670B1 - Light absorbing organic photoelectric device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명인 광흡수 유기광전소자는 기판, 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 형성된 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 구동층 및 상기 구동층 내에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 광흡수층은 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 상기 게이트 절연층 사이에 형성되어, 구동층과 분리된 개별층을 형성한다.A light absorbing organic photoelectric device according to the present invention includes a substrate, a gate electrode formed on the substrate, a light absorbing layer formed on the gate electrode, a gate insulating layer formed on the light absorbing layer, a driving layer formed on the gate insulating layer, And a light absorbing layer formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer to form an individual layer separated from the driving layer.
Description
본 발명은 광흡수 유기광전소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광흡수층이 게이트 전극을 포함한 기판 및 게이트 절연층 사이에 형성되어, 구동층과 분리된 개별층을 형성함으로써 개선된 성능을 보이는 것을 특징으로 하는 유기광전소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light absorbing organic photoelectric device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light absorbing organic photoelectric device and a method of manufacturing the same, And a method of manufacturing the organic photoelectric device.
광전소자(photoelectric device)라 함은 넓은 의미로 빛 에너지를 전기에너지로 변환하거나, 그와 반대로 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자로서, 이러한 광전소자의 예로는 유기발광소자, 태양전지, 트랜지스터 등이 있다. 유기 반도체를 이용한 트랜지스터, 일명 유기 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)는 제조 온도가 낮아서 유연한 플라스틱 기판을 사용할 수 있고, 무기 반도체의 복잡한 제조 공정 대신에 진공증착, 스핀코팅, 또는 잉크젯 프린팅 등의 훨씬 단순한 방법으로 제조할 수 있으므로 생산 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다. 기존에는 전하이동도와 구동 불안정성으로 인해 유기 트랜지스터는 차세대 전자기기로의 상용화에 제약이 있다고 알려져 있었다. 하지만 고성능 유기 반도체의 개발 및 소자 특성 개선에 관한 연구가 매우 활발하게 진행되었고 유기 반도체 기반 트랜지스터에서 전하이동도 10 cm2/Vs 이상의 성능이 다수 보고되면서 기존의 실리콘 기반 전자소자를 대체할 수 있는 차세대 플렉서블(flexible)/웨어러블(wearable) 디스플레이, 스마트카드, 화학 및 바이오 센서 등을 구현하기 위한 핵심 재료로 재조명 받고 있다.A photoelectric device is a device that converts light energy into electric energy in a broad sense or conversely converts electrical energy into light energy. Examples of such photoelectric devices include organic light emitting devices, solar cells, transistors, etc. . A transistor using an organic semiconductor, or an organic thin film transistor (OTFT), has a low manufacturing temperature, so that a flexible plastic substrate can be used. Instead of complicated manufacturing processes of an inorganic semiconductor, a vacuum deposition, a spin coating, It can be manufactured by a much simpler method, which has the advantage of lowering the production cost. It has been known that organic transistors are limited in commercialization to next generation electronic devices due to charge mobility and drive instability. However, studies on the development of high-performance organic semiconductors and improvement of device characteristics have been actively conducted, and many studies have been made on organic semiconductor-based transistors with a charge mobility of 10 cm 2 / Vs or more, Flexible / wearable displays, smart cards, chemical and biosensors, and so on.
유기 반도체에 에너지 밴드 갭(energy band gap) 이상의 에너지를 가진 빛을 조사하면 유기 반도체 내부에 흡수된 광자는 전자-정공을 형성하게 되어 일반적으로 광전류가 증가하게 된다. 따라서 p-형 또는 n-형 반도체 특성을 가지는 유기 반도체 박막을 구동층으로 사용하는 유기 박막 트랜지스터에 밴드 갭 이상의 에너지를 가진 빛을 조사하면 트랜지스터의 온(on) 상태의 전류가 증가하게 된다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1487729호에는 광전소자용 기판 및 이를 포함하는 광전소자를 개시하고 있다. 그러나, 광전소자의 구동층을 단일층으로 구성할 경우 안정성은 증가하나 여전히 광전소자의 성능이 개선되지 않는다는 문제점이 있다.When an organic semiconductor is irradiated with light having energy greater than an energy band gap, the photons absorbed in the organic semiconductor form electron-holes, which generally increases the photocurrent. Therefore, when an organic thin film transistor having a p-type or n-type semiconductor characteristic is used as a driving layer, light having an energy of a bandgap or more is irradiated to increase the on-state current of the transistor. For example, Korean Patent No. 10-1487729 discloses a substrate for a photoelectric device and a photoelectric device including the same. However, when the driving layer of the photoelectric device is composed of a single layer, the stability is increased, but the performance of the photoelectric device is still not improved.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광흡수층이 게이트 전극을 포함한 기판 및 게이트 절연층 사이에 형성되어, 구동층과 분리된 개별층을 형성함으로써 개선된 성능을 보이는 광흡수 유기광전소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a light-absorbing layer which is formed between a substrate including a gate electrode and a gate insulating layer, And a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 광흡수 유기광전소자는 기판, 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 광흡수층, 상기 광흡수층 상에 형성된 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 구동층 및 상기 구동층 내에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 광흡수층은 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 상기 게이트 절연층 사이에 형성될 수 있다. A light absorbing organic photoelectric device for achieving the above object comprises a substrate, a gate electrode formed on the substrate, a light absorbing layer formed on the gate electrode, a gate insulating layer formed on the light absorbing layer, And a source electrode and a drain electrode formed in the driving layer, wherein the light absorbing layer may be formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer.
상기 기판은 유리, 플라스틱, 사파이어, 석영, 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate: PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate: PC), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate: PAR), 폴리이미드(Polyimide: PI), 폴리노르보넨(Polynorbornene) 및 폴리에테르선폰(Polyethersulfone: PES)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. The substrate may be formed of a material selected from the group consisting of glass, plastic, sapphire, quartz, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol, polyacrylate PAR), polyimide (PI), polynorbornene, and polyether sulfone (PES).
상기 게이트 절연층은 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(yttrium oxide; Y2O3), 산화 아연(zinc oxide; ZnO2), 산화 하프뮴(hafnium oxide; HfO2), 산화 지르코늄(zirconium oxide; ZrO2), 산화 탄탈륨(tantalum oxide; Ta2O5) 및 산화 티타늄(titanium oxide; TiO2)으로 이루어진 무기물 또는 비닐계 고분자, 스티렌계 고분자, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 에스테르계 고분자, 페놀계 고분자, 이미드계 고분자 및 사이클로 알켄으로 이루어진 유기물로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The gate insulating layer may include at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide zirconium oxide (ZrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and titanium oxide (TiO 2 ), a styrenic polymer, an acrylic polymer, an epoxy polymer, and an ester polymer , A phenol-based polymer, an imide-based polymer, and an organic material composed of a cycloalkene.
상기 구동층은 유기반도체로 이루어질 수 있으며, 상기 유기반도체는 액정 폴리플루오렌 블록공중합체(liquid Crystalline Polyfluorene Block copolymer: LCPBC), 펜타센(Pentacene) 및 폴리사이오핀(polythiophene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The driving layer may be formed of an organic semiconductor, and the organic semiconductor may be one selected from the group consisting of a liquid crystal polyfluorene block copolymer (LCPBC), pentacene, and polythiophene. Or more.
상기 광흡수층은 무기 반도체, 전도성 고분자 또는 무기 반도체와 전도성 고분자의 혼합물로 이루어질 수 있다.The light absorption layer may be formed of an inorganic semiconductor, a conductive polymer, or a mixture of an inorganic semiconductor and a conductive polymer.
상기 무기 반도체는 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe, MgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.The inorganic semiconductor are CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi 2 S 3,
상기 전도성 고분자는 P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, P3OT, PPV, TFB, POT, PCPDTBT, PCDTBT, PTPTB, PSBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF-DBT, APFO-15, HXS-1, PFO-PTBT, PBEHTB 및 PF-co-DTB로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The conductive polymer may be selected from the group consisting of P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, P3OT, PPV, TFB, POT, PCPDTBT, PCDTBT, PTPTB, PSBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF- PTBT, PBEHTB, and PF-co-DTB.
상기 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극 각각은 알루미늄(Al), 이트륨(Y), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Al, Y, Zn, Hf, Zr, Ta, Ti, ≪ RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >
상기 광흡수층의 폭은 70nm~1mm 일 수 있다.The width of the light absorbing layer may be 70 nm to 1 mm.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 광흡수 유기광전소자 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 구동층을 형성하는 단계; 및 상기 구동층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a photoabsorbing organic photoelectric device, including: forming a gate electrode on a substrate; Forming a light absorption layer on the substrate including the gate electrode; Forming a gate insulating layer on the light absorbing layer; Forming a driving layer on the gate insulating layer; And forming a source electrode and a drain electrode on the driving layer.
상기 게이트 절연층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 레이저 어블레이션 및 졸-겔 스핀코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.The step of forming the gate insulating layer may use one method selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, laser ablation, and sol-gel spin coating.
상기 광흡수층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.The light absorbing layer may be formed by one of a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sublimation method, a solution method, a thermal evaporation method, an organic molecular beam deposition method, a spin coating method and a dip coating method .
상기 구동층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있다.The driving layer may be formed by a method selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sublimation, solution, thermal evaporation, organic molecular beam evaporation, spin coating, and dip coating .
본 발명인 광흡수 유기광전소자에 따르면 광흡수층이 게이트 전극을 포함한 기판 및 게이트 절연층 사이에 형성되어 개선된 성능을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명인 광흡수 유기광전소자 제조방법은 단순한 방법으로 제조할 수 있으므로 생산 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.According to the light absorbing organic photoelectric device of the present invention, a light absorbing layer is formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer to provide improved performance. In addition, the method of manufacturing a photoabsorbing organic photoelectric device of the present invention can be manufactured by a simple method, so that the production cost can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자에 빛이 인가되는 방향을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자의 구동 원리를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자의 전류량을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a structure of a light absorbing organic photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a direction in which light is applied to a light absorbing organic photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a driving principle of a light absorbing organic photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 6 are graphs showing current amounts of the light absorbing organic photoelectric device according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대해서 본 발명에 따른 실시예 및 도면을 참조하여 더욱 상술한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자(100)는 기판(110), 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극(120), 상기 게이트 전극 상에 형성된 광흡수층(130), 상기 광흡수층 상에 형성된 게이트 절연층(140), 상기 게이트 절연층 상에 형성된 구동층(150) 및 상기 구동층 내에 형성된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 포함하며, 상기 광흡수층은 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 상기 게이트 절연층 사이에 형성될 수 있다. A light absorbing organic
도 1a는 상기 광흡수 유기광전소자(100)를 정면에서 본 정면도, 도 1b는 상기 광흡수 유기광전소자(100)를 위에서 본 평면도, 도 1c는 상기 광흡수 유기광전소자(100)를 좌측에서 본 좌측면도에 해당한다. 도 2는 상기 광흡수 유기광전소자(100)에 빛이 인가되는 방향을 나타내는 도면이다.1B is a plan view of the light absorbing organic
도 1a 내지 도 1c에서 나타내듯이, 상기 광흡수층이 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 상기 게이트 절연층 사이에 형성됨으로써, 상기 광흡수층이 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 게이트 절연층 사이에 형성되어, 구동층과 분리된 개별층을 형성함으로써 물질이 가지는 고유한 흡수 파장대의 빛을 흡수하면 엑시톤이 생성되는 원리에 의하여 개선된 성능을 보이는 광흡수 유기광전소자를 제공할 수 있다.As shown in Figs. 1A to 1C, the light absorption layer is formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer, so that the light absorption layer is formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer, Absorbing organic photoelectric device exhibiting improved performance by the principle that excitons are generated by absorbing light of a specific absorption wavelength band possessed by the material.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광흡수 유기광전소자의 구동 원리를 나타내는 도면이다. 이에 따르면 광흡수층이 빛을 흡수하여 생성된 엑시톤에 의하여, 구동층에서의 정공이 증가함을 알 수 있다. 증가된 구동층의 정공에 의하여 최종적으로 드레인 전류값이 증가한다. 3 is a view illustrating a driving principle of a light absorbing organic photoelectric device according to an embodiment of the present invention. It can be seen that the holes in the driving layer are increased by the excitons generated by the absorption of light by the light absorbing layer. The drain current value finally increases due to the holes of the increased driving layer.
상기 기판(110)은 유리, 플라스틱, 사파이어, 석영, 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate: PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate: PC), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate: PAR), 폴리이미드(Polyimide: PI), 폴리노르보넨(Polynorbornene) 및 폴리에테르선폰(Polyethersulfone: PES)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명인 광흡수 유기광전소자(100)는 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT)로서, Si 벌크를 사용하는 트랜지스터와 대비하여 구동층 및 광흡수층으로 유기반도체를 사용함으로써 유리는 물론 플라스틱, 심지어 종이도 기판으로 사용이 가능하며 기판의 확장성에 제한이 없다. 따라서 위 구성으로만 한정되는 것은 아니다.The
상기 게이트 절연층(140)은 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(yttrium oxide; Y2O3), 산화 아연(zinc oxide; ZnO2), 산화 하프뮴(hafnium oxide; HfO2), 산화 지르코늄(zirconium oxide; ZrO2), 산화 탄탈륨(tantalum oxide; Ta2O5) 및 산화 티타늄(titanium oxide; TiO2)으로 이루어진 무기물 로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
또는 상기 게이트 절연층(140)은 비닐계 고분자, 스티렌계 고분자, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 에스테르계 고분자, 페놀계 고분자, 이미드계 고분자 및 사이클로 알켄으로 이루어진 유기물로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 폴리프로플렌(Polypropylene: PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoro ethylene: PTFE), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride: PVC), 폴리비닐알콜(Polyvinylalchol: PVA), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone: PVP), 폴리스티렌(Polystyrene: PS), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate: PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate: PMMA), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile: PAN), 폴리카보네이트(Polycarbonate: PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylenenaphthalate: PEN), 파릴렌(Parylene), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide: PPS), 폴리이미드(Polyimide: PI), 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene: BCB) 및 사이클로 펜텐(Cyclopentene: CyPe) 으로 이루어진 유기물로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. Alternatively, the
상기 구동층(150)은 유기반도체로 이루어질 수 있으며, 상기 유기반도체는 액정 폴리플루오렌 블록공중합체(liquid Crystalline Polyfluorene Block copolymer: LCPBC), 펜타센(Pentacene) 및 폴리사이오핀(polythiophene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
광흡수층(130)은 무기 반도체, 전도성 고분자 또는 무기 반도체와 전도성 고분자의 혼합물로 이루어질 수 있다. The
상기 무기 반도체는 밴드갭(bandgap)이 작고 광흡수 계수가 높아 태양광을 효율적으로 흡수하면서, 엑시톤의 효율적인 분리 및 전달이 가능한 물질이 바람직하다. 구체적으로 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe, MgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The inorganic semiconductor is preferably a material capable of efficiently isolating and transferring excitons while efficiently absorbing sunlight due to its small bandgap and high light absorption coefficient. More specifically, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, Sb 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 , SnS x (1? X ? 2), NiS, CoS, FeS x (1? X? 2 ), AlSb, InCuS 2 , In (CuGa) Se 2 , Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , , In 2 S 3 , MoS, MoSe, Cu 2 S, HgTe, and MgSe, or an alloy thereof.
상기 전도성 고분자는 광을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하기 위하여 밴드갭이 3.1eV보다 작은 물질이 바람직하다. 구체적으로 P3HT (poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'- dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy -5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine), POT(poly(octyl thiophene)), PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]), PCDTBT(Poly[[9-(1-octylnonyl)-9Hcarbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PTPTB poly(N-hexadecan-2-yloxycarbonyl-2,5-bis(2’-thienyl)-pyrrole-2,1,3-benzothiadiazole), PSBTBT(Poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), P2(ω-ethynyl-P3HT), pBBTDPP2(poly[3,6-bis(4'-dodecyl[2,2'-bithiophen]-5-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)-2,5-dihydropyrrolo[3,4- c]-pyrrole-1,4-dione]), PFDTBT(poly[2,7-(9,9-bis-(2-octyl)-fluorene)]-alt- [5,5-(4,7-di-20-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)]), PSiF-DBT(poly[2,7-(9,9-dioctyl-dibenzosilole)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole], Poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl(9,9-dioctyl-9H-9-silafluorene-2,7-diyl)-2,5-thiophenediyl]), APFO-15(poly[2,7-(9,9-dioctylfluoren)-alt-5,5-(5′,8′-di-2-thienyl-(2',3'-bis-(3''-octyloxyphenyl)-quinoxaline))]), HXS-1(poly(2-(5-(5,6-bis(octyloxy)-4-(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazol-7-yl)thiophen-2-yl)-9-octyl-9H-carbazole)), PFO-PTBT(poly[(9,9-dioctylfluorene)-alt-(4,7-bis(3',3'-dihepyl-3,4-propylenedioxythienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)]), PBEHTB(4,7-bis[3,4-bis[(2-ethylhexyl)oxy]-2-thienyl]-2,1,3-benzothiadiazole) 및 PF-co-DTB(poly(9,9-dioctylfluorene)-2,7-diyl-alt-[4,7-bis(3-decyloxythien-2-yl)-2,1,3-benzothiadiazole]-5',5''-diyl)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The conductive polymer is preferably a material having a band gap of less than 3.1 eV in order to absorb light to generate electron-hole pairs. Specifically, P3HT (poly [3-hexylthiophene]), MDMO-PPV (poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'- dimethyloctyloxyl)] -1,4-phenylene vinylene, MEH- (3-octyl thiophene), PPV (poly (p-phenylene vinylene)), TFB (poly (9,9 ' (4-butylphenyl) diphenylamine, POT (poly (octyl thiophene)), PCPDTBT (Poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7- 2,6-diyl]), PCDTBT (Poly [[9- (1-octylononyl) -9H-carbazole-2,7- 2-yloxycarbonyl-2,5-bis (2 ', 5'-dihydro-2,5-thiophenediyl-2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl- 3,2-b: 2 ', 3 ' -dilyl) -pyrrole-2,1,3-benzothiadiazole), PSBTBT (Poly [(4,4'- 2,6-diyl-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) -4,7-diyl], P2 (omega-ethynyl-P3HT), pBBTDPP2 (poly [3,6-bis (4'-dodecyl [ (2-ethylhexyl) -2,5-dihydropyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione], PFDTBT (poly [2,7- (9,9-bis- (2-octyl) -fluorene)] (5,7- di-20-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)), PSiF-DBT (poly [2,7- (9,9-dioctyl-dibenzosilole) - 4,7-bis (thiophen-2-yl) benzo-2,1,3-thiadiazole], Poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl -dioctyl-9H-9-silafluorene-2,7-diyl) -2,5-thiophenediyl], APFO-15 (poly [2,7- (9,9- (2 ', 3'-bis- (3'-octyloxyphenyl) quinoxaline)]), HXS-1 (poly (2- (5- (5,6- benzo [c] [1,2] thiadiazol-7-yl) thiophen-2-yl) -9-octyl-9H-carbazole), PFO- PTBT (poly [(9,9-dioctylfluorene) -tallow- (4,7-bis (3 ', 3'-dihepyl-3,4-propylenedioxythienyl) -2,1,3-benzothiadiazole]), PBEHTB , 7-bis [3,4-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -2-thienyl] -2,1,3-benzothiadiazole) and PF-co- DTB (poly (9,9-dioctylfluorene) 7-diyl- [4,7-bis (3-decyloxythien-2-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] -5 ', 5 " But is not limited to.
상기 게이트 전극(120), 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170) 각각은 통상적으로 사용되는 금속일 수 있으며, 구체적으로 알루미늄(Al), 이트륨(Y), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Each of the
상기 광흡수층(130)의 폭은 70nm~1mm 일 수 있다. 기판의 ITO 전극의 폭이 1mm 이며, 광흡수층의 폭이 1mm 보다 넓을시에는 누설전류가 많아져 트랜지스터 본연의 기능이 약화된다. 또한 광흡수층의 폭이 70nm 보다 좁아진다면 채널의 폭보다 좁아져 광흡수에 의한 전류 증가가 미비하다. The width of the
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 광흡수 유기광전소자(100) 제조방법은 기판(110) 상에 게이트 전극(120)을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 광흡수층(130)을 형성하는 단계; 상기 광흡수층 상에 게이트 절연층(140)을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층 상에 구동층(150)을 형성하는 단계; 및 상기 구동층 상에 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of fabricating a photoabsorbing organic photoelectric device (100) to achieve the above object comprises: forming a gate electrode (120) on a substrate (110); Forming a light absorption layer (130) on a substrate including the gate electrode; Forming a gate insulating layer (140) on the light absorbing layer; Forming a driving layer (150) on the gate insulating layer; And forming a
상기 게이트 절연층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 레이저 어블레이션 및 졸-겔 스핀코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The step of forming the gate insulating layer may include but not limited to a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a laser ablation method, and a sol-gel spin coating method.
상기 광흡수층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The light absorbing layer may be formed by one of a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sublimation method, a solution method, a thermal evaporation method, an organic molecular beam deposition method, a spin coating method and a dip coating method But is not limited thereto.
상기 구동층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The driving layer may be formed by a method selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sublimation, solution, thermal evaporation, organic molecular beam evaporation, spin coating, and dip coating But is not limited thereto.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.
실시예Example
1. 실시예 1 개별층으로 구성된 광흡수 유기광전소자 제조1. Example 1 Production of a light absorbing organic photoelectric device composed of individual layers
세정된 기판(110) 상에 알루미늄을 스퍼터링법으로 100 nm 증착하여 게이트 전극(120)을 형성한 후 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 펜타센을 2wt% 용해시킨 톨루엔을 1000 rpm에서 70 nm 두께로 도포하여 광흡수층(130)을 형성하였다. 상기 광흡수층의 폭은 1 mm로 형성하였다. 상기 광흡수층 상에 산화 알루미늄을 화학기상증착법으로 100 nm 증착하여 게이트 절연층(140)을 형성한 후 상기 게이트 절연층 상에 펜타센을 2wt% 용해시킨 톨루엔을 1000 rpm에서 70 nm 두께로 도포하여 구동층(150)을 형성하였다. 상기 구동층 상에 알루미늄을 스퍼터링법으로 120 nm 증착하여 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성하여 실시예 1의 광흡수 유기광전소자(100)를 제조하였다.100 nm of aluminum was deposited on the cleaned
2. 비교예 1 단일층으로 구성된 광흡수 유기광전소자 제조2. COMPARATIVE EXAMPLE 1 Fabrication of a light absorbing organic photoelectric device composed of a single layer
세정된 기판 상에 알루미늄을 스퍼터링법으로 100 nm 증착하여 게이트 전극을 형성하였다. 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 산화 알루미늄을 화학기상증착법으로 100 nm 증착하여 게이트 절연층을 형성한 후 상기 게이트 절연층 상에 펜타센을 2wt% 용해시킨 톨루엔을 1000 rpm에서 70 nm 두께로 도포하여 구동층을 형성하였다. 상기 구동층 상에 알루미늄을 스퍼터링법으로 120 nm 증착하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하여 실시예 1의 광흡수 유기광전소자를 제조하였다.Aluminum was deposited on the cleaned substrate to a thickness of 100 nm by sputtering to form a gate electrode. Aluminum oxide was deposited to a thickness of 100 nm on the substrate having the gate electrode formed thereon by a chemical vapor deposition method to form a gate insulating layer. Toluene in which 2 wt% of pentacene was dissolved on the gate insulating layer was coated at a thickness of 70 nm at 1000 rpm Thereby forming a driving layer. Aluminum was deposited on the driving layer to a thickness of 120 nm by sputtering to form a source electrode and a drain electrode. Thus, a light absorbing organic photoelectric device of Example 1 was prepared.
평가evaluation
1. 성능 비교1. Performance comparison
도 4는 520 nm 및 1,000 nm 빛의 조사 하에서의 실시예 1 및 비교예 1 광흡수 유기광전소자에 대한 드레인 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그림이다. 이에 따르면 게이트 전극과 게이트 절연층 사이에 광흡수층이 형성된 실시예 1 광흡수 유기광전소자는 단일층으로 구성된 비교예 1 광흡수 유기광전소자에 비하여 증가한 드레인 전류 값을 보인다.4 is a graph showing drain currents according to drain voltages of the light absorbing organic photoelectric devices of Example 1 and Comparative Example 1 under irradiation of 520 nm and 1,000 nm light. According to this, the light absorbing organic photoelectric device of Example 1 having a light absorbing layer between the gate electrode and the gate insulating layer shows an increased drain current value as compared with the light absorbing organic photoelectric device of Comparative Example 1 composed of a single layer.
2. 빛의 세기에 따른 전류량2. Amount of current according to light intensity
도 5는 빛의 조사 하에서의 실시예 1 광흡수 유기광전소자에 대한 드레인 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그림이다. 도 6은 빛의 조사 하에서의 실시예 1 광흡수 유기광전소자에 대한 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 나타낸 그림이다. 5 is a graph showing drain currents according to drain voltages of the light absorbing organic photoelectric device of Example 1 under light irradiation. 6 is a diagram showing drain currents according to gate voltages for the light absorbing organic photoelectric device of Example 1 under irradiation of light.
본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 청구범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형이 포함될 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.
Claims (14)
상기 기판 상에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성된 광흡수층;
상기 광흡수층 상에 형성된 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 형성된 구동층; 및
상기 구동층 내에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며,
상기 광흡수층은 상기 게이트 전극을 포함한 기판 및 상기 게이트 절연층 사이에 형성된 것이며;
상기 광흡수층은, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe 및 MgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 무기 반도체 또는 이들의 합금; P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, P3OT, PPV, TFB, POT, PCPDTBT, PCDTBT, PTPTB, PSBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF-DBT, APFO-15, HXS-1, PFO-PTBT, PBEHTB 및 PF-co-DTB로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 전도성 고분자; 또는 상기 무기 반도체와 전도성 고분자의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.Board;
A gate electrode formed on the substrate;
A light absorption layer formed on the gate electrode;
A gate insulating layer formed on the light absorption layer;
A driving layer formed on the gate insulating layer; And
A source electrode and a drain electrode formed in the driving layer,
Wherein the light absorption layer is formed between the substrate including the gate electrode and the gate insulating layer;
The light absorption layer, CdS, CdSe, CdTe, PbS , PbSe, PbTe, Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge , AlAs, AlSb, InCuS 2, In (CuGa) Se 2, Sb 2 S 3, Sb 2 Se 3, Sb 2 Te 3, SnS x (1≤x≤2), NiS, CoS, FeS x (1≤x ? 2), In 2 S 3 , MoS, MoSe, Cu 2 S, HgTe and MgSe, or an alloy thereof; PFO-PTBT, POBTBT, POBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF-DBT, APFO-15, HXS-1, PFO-PTBT, At least one conductive polymer selected from the group consisting of PF-co-DTB; Or a mixture of the inorganic semiconductor and the conductive polymer.
상기 기판은 유리, 플라스틱, 사파이어, 석영, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨 및 폴리에테르선폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.The method according to claim 1,
The substrate is formed of one or more materials selected from the group consisting of glass, plastic, sapphire, quartz, polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyvinyl alcohol, polyacrylate, polyimide, polynorbornene and polyether prefon And the light absorbing organic photoelectric device.
상기 게이트 절연층은 산화 알루미늄, 산화 이트륨, 산화 아연, 산화 하프뮴, 산화 지르코늄, 산화 탄탈륨 및 산화 티타늄으로 이루어진 무기물; 또는
비닐계 고분자, 스티렌계 고분자, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 에스테르계 고분자, 페놀계 고분자, 이미드계 고분자 및 사이클로 알켄으로 이루어진 유기물로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.The method according to claim 1,
Wherein the gate insulating layer is made of an inorganic material composed of aluminum oxide, yttrium oxide, zinc oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, and titanium oxide; or
Wherein the light absorbing organic photoelectric device is formed of at least one material selected from the group consisting of a vinyl polymer, a styrene polymer, an acrylic polymer, an epoxy polymer, an ester polymer, a phenol polymer, an imide polymer and a cycloalkene.
상기 구동층은 유기반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.The method according to claim 1,
Wherein the driving layer is made of an organic semiconductor.
상기 유기반도체는 액정 폴리플루오렌 블록공중합체, 펜타센 및 폴리사이오핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.5. The method of claim 4,
Wherein the organic semiconductor is formed of at least one material selected from the group consisting of a liquid crystal polyfluorene block copolymer, pentacene, and a polythiophene.
상기 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극 각각은 알루미늄(Al), 이트륨(Y), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.The method according to claim 1,
The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode may be formed of a material selected from the group consisting of Al, Y, Zn, Hf, Zr, Ta, Ti, ≪ RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
상기 광흡수층의 폭은 70nm~1mm 인 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자.The method according to claim 1,
Wherein the width of the light absorbing layer is 70 nm to 1 mm.
상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 광흡수층을 형성하는 단계;
상기 광흡수층 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연층 상에 구동층을 형성하는 단계; 및
상기 구동층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하며;
상기 광흡수층은, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe 및 MgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 무기 반도체 또는 이들의 합금; P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, P3OT, PPV, TFB, POT, PCPDTBT, PCDTBT, PTPTB, PSBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF-DBT, APFO-15, HXS-1, PFO-PTBT, PBEHTB 및 PF-co-DTB로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 전도성 고분자; 또는 상기 무기 반도체와 전도성 고분자의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자 제조방법.Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a light absorption layer on the substrate including the gate electrode;
Forming a gate insulating layer on the light absorbing layer;
Forming a driving layer on the gate insulating layer; And
Forming a source electrode and a drain electrode on the driving layer;
The light absorption layer, CdS, CdSe, CdTe, PbS , PbSe, PbTe, Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge , AlAs, AlSb, InCuS 2, In (CuGa) Se 2, Sb 2 S 3, Sb 2 Se 3, Sb 2 Te 3, SnS x (1≤x≤2), NiS, CoS, FeS x (1≤x ? 2), In 2 S 3 , MoS, MoSe, Cu 2 S, HgTe and MgSe, or an alloy thereof; PFO-PTBT, POBTBT, POBTBT, P2, pBBTDPP2, PFDTBT, PSiF-DBT, APFO-15, HXS-1, PFO-PTBT, At least one conductive polymer selected from the group consisting of PF-co-DTB; Or a mixture of the inorganic semiconductor and the conductive polymer.
상기 게이트 절연층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 레이저 어블레이션 및 졸-겔 스핀코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the step of forming the gate insulating layer includes one of a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a laser ablation method, and a sol-gel spin coating method.
상기 광흡수층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자 제조방법.12. The method of claim 11,
The step of forming the light absorbing layer may be performed by using one method selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sublimation, solution, thermal evaporation, organic molecular beam deposition, spin coating and dip coating Wherein the photoabsorbing organic photoelectric device is a photovoltaic device.
상기 구동층을 형성하는 단계는 물리기상증착법, 화학기상증착법, 승화법, 용액법, 열증발법, 유기분자빔증착법, 스핀코팅법 및 딥코팅법으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 광흡수 유기광전소자 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of forming the driving layer may include one of a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, a sublimation method, a solution method, a thermal evaporation method, an organic molecular beam deposition method, a spin coating method and a dip coating method Wherein the photoabsorbing organic photoelectric device is a photovoltaic device.
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