KR20170131193A - 유기 광전 소자 및 이미지 센서 - Google Patents
유기 광전 소자 및 이미지 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170131193A KR20170131193A KR1020160164329A KR20160164329A KR20170131193A KR 20170131193 A KR20170131193 A KR 20170131193A KR 1020160164329 A KR1020160164329 A KR 1020160164329A KR 20160164329 A KR20160164329 A KR 20160164329A KR 20170131193 A KR20170131193 A KR 20170131193A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- buffer layer
- absorbing material
- unsubstituted
- substituted
- light
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 104
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 163
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 63
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 43
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 39
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 32
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 24
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 claims description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 19
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 19
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 16
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 15
- 125000004191 (C1-C6) alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 14
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound 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 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 33
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 288
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 5
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020177 SiOF Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000852 azido group Chemical group *N=[N+]=[N-] 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 125000003739 carbamimidoyl group Chemical group C(N)(=N)* 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000392 cycloalkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 125000000592 heterocycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 125000000717 hydrazino group Chemical group [H]N([*])N([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 229920000636 poly(norbornene) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-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
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
-
- H01L27/307—
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
-
- H01L51/0046—
-
- H01L51/424—
-
- H01L51/4246—
-
- H01L51/4253—
-
- H01L51/447—
-
- 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
- H10K30/30—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
- H10K30/353—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 comprising blocking layers, e.g. exciton blocking layers
-
- 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/87—Light-trapping means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
- H10K39/30—Devices controlled by radiation
- H10K39/32—Organic image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K50/00—Organic light-emitting devices
- H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
- H10K50/14—Carrier transporting layers
- H10K50/15—Hole transporting layers
-
- 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
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
- H10K85/626—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
- H10K85/633—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising polycyclic condensed aromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
- H10K85/636—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising heteroaromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
- H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
-
- H01L2251/558—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
- H10K2102/301—Details of OLEDs
- H10K2102/351—Thickness
-
- 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
- H10K30/40—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a p-i-n structure, e.g. having a perovskite absorber between p-type and n-type charge transport layers
-
- 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
- H10K85/621—Aromatic anhydride or imide compounds, e.g. perylene tetra-carboxylic dianhydride or perylene tetracarboxylic di-imide
-
- 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
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 pn 접합을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 광전변환층, 그리고 상기 제1 전극과 상기 광전변환층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 5.4 내지 5.8eV의 HOMO 에너지 준위를 가지는 가시광 비흡수 물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 유기 광전 소자 및 이를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.
Description
유기 광전 소자 및 이미지 센서에 관한 것이다.
광전 소자는 빛과 전기 신호를 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서, 태양 전지, 유기발광소자 등에 적용될 수 있다.
광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 해상도가 높아지고 있으며, 이에 따라 화소 크기가 작아지고 있다. 현재 주로 사용하는 실리콘 광 다이오드의 경우 화소의 크기가 작아지면서 흡수 면적이 줄어들기 때문에 감도 저하가 발생할 수 있다. 이에 따라 실리콘을 대체할 수 있는 유기 물질이 연구되고 있다.
유기 물질은 흡광 계수가 크고 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으므로, 광 다이오드와 색 필터를 동시에 대체할 수 있어서 감도 개선 및 고집적에 매우 유리하다.
그러나 유기 물질은 높은 결합 에너지(binding energy)와 재결합(recombination) 거동으로 인해 실리콘과 다를 수 있고, 이에 따라 유기 물질을 포함하는 유기 광전 소자는 실리콘 기반의 광전 소자에 비해 상대적으로 낮은 효율을 보일 수 있다.
일 구현예는 효율 저하를 방지하면서도 구동 전압 및 누설 전류를 낮출 수 있는 유기 광전 소자를 제공한다.
다른 구현예는 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지센서를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 광전 소자 또는 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 pn 접합을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 광전변환층, 그리고 상기 제1 전극과 상기 광전변환층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 약 5.4 내지 5.8eV의 HOMO 에너지 준위를 가지는 가시광 비흡수 물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 유기 광전 소자를 제공한다.
상기 제1 흡광 물질은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 제1 흡광 물질은 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 광전변환층과 상기 버퍼층은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고 상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고 상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제2 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층, 그리고 상기 제1 버퍼층과 상기 제2 버퍼층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제3 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1A]
[화학식 1B]
상기 화학식 1A 또는 1B에서,
M1 및 M2는 각각 독립적으로 CRnRo, SiRpRq, NRr, O, S, Se 또는 Te 이고,
Ar1b, Ar2b, Ar3b 및 Ar4b는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G2 및 G3는 각각 독립적으로 단일 결합, -(CRsRt)n3 -, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRu-, -SiRvRw- 또는 -GeRxRy- 이고, 여기서 n3는 1 또는 2이고,
R30 내지 R37 및 Rn 내지 Ry는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
상기 제1 흡광 물질은 전자 공여 모이어티, 파이 공액 연결기 및 전자 수용 모이어티를 포함하는 코어 구조를 가지는 유기물일 수 있다.
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
EDG는 전자 공여기(electron donating group)이고,
EAG는 전자 수용기(electron accepting group)이고,
R1, R2, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 1가 치환기이다.
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2A 또는 2B로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2A]
[화학식 2B]
상기 화학식 2A 또는 2B에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Ar은 치환 또는 비치환된 5원 고리, 치환 또는 비치환된 6원 고리 또는 이들 중 둘 이상의 축합 고리이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G1은 단일 결합, -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고, 여기서 n2는 1 또는 2이고,
R1a 내지 R3a, Ra, Rb 및 Rg 내지 Rm은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2A-1 내지 2A-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2A-1]
[화학식 2A-2]
[화학식 2A-3]
[화학식 2A-4]
상기 화학식 2A-1 내지 2A-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rf는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고, m1은 0 또는 1이고, m2는 0 내지 4의 정수이다.
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2B-1]
[화학식 2B-2]
[화학식 2B-3]
[화학식 2B-4]
상기 화학식 2B-1 내지 2B-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G1은 단일 결합, -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고, 여기서 n2는 1 또는 2이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rm은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고, m1은 0 또는 1이고, m2는 0 내지 4의 정수이다.
상기 광전변환층은 두께 방향을 따라 상기 제1 전극에 가까운 제1 영역, 상기 제2 전극에 가까운 제2 영역 및 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 제3 영역을 포함할 수 있고, 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역은 각각 상기 제2 흡광 물질에 대한 상기 제1 흡광 물질의 제1 조성비, 제2 조성비 및 제3 조성비를 가질 수 있고, 상기 제3 조성비는 상기 제1 조성비와 상기 제2 조성비보다 크거나 작을 수 있다.
상기 제1 흡광 물질은 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있고, 상기 제2 흡광 물질은 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다.
상기 버퍼층은 약 2nm 내지 40nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 전극은 애노드일 수 있고 상기 제2 전극은 캐소드일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, pn 접합을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 광전변환층, 그리고 상기 광전변환층 위에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭을 가지는 가시광 비흡수 물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 유기 광전 소자를 제공한다.
상기 버퍼층은 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고 상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고 상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제2 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층, 그리고 상기 제1 버퍼층과 상기 제2 버퍼층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제3 버퍼층을 포함할 수 있다.
상기 가시광 비흡수 물질은 상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물일 수 있다.
상기 광전변환층과 상기 버퍼층은 서로 맞닿아 위치할 수 있다.
상기 버퍼층은 약 2nm 내지 40nm 두께를 가질 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
유기 광전 소자의 효율 저하를 방지하면서도 구동 전압 및 누설 전류를 낮출 수 있다.
도 1a는 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 1b는 도 1a의 유기 광전 소자의 일부분을 확대하여 보여주는 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 3은 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 4는 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 9는 도 8의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 10은 일 예에 따른 전자 장치를 예시적으로 도시한 다이아그램이고,
도 11은 일 구현예에 따른 태양전지를 보여주는 단면도이고,
도 12는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치의 개략도이고,
도 13은 일 구현예에 따른 센서를 보여주는 개략도이다
도 1b는 도 1a의 유기 광전 소자의 일부분을 확대하여 보여주는 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 3은 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 4는 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 9는 도 8의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 10은 일 예에 따른 전자 장치를 예시적으로 도시한 다이아그램이고,
도 11은 일 구현예에 따른 태양전지를 보여주는 단면도이고,
도 12는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치의 개략도이고,
도 13은 일 구현예에 따른 센서를 보여주는 개략도이다
이하, 구현예들에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 권리 범위는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도면에서 본 구현예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
이하에서 '조합'이란 둘 이상의 혼합 및 둘 이상의 적층 구조를 포함한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
이하 일 구현예에 따른 유기 광전 소자에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1a는 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 유기 광전 소자의 일부분을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 1a를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 광전변환층(30), 그리고 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 위치하는 버퍼층(40)을 포함한다.
기판(도시하지 않음)은 제1 전극(10) 측에 배치될 수도 있고 제2 전극(20) 측에 배치될 수 있다. 기판은 예컨대 유리와 같은 무기 물질, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질 또는 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 예컨대 제1 전극(10)은 애노드이고 제2 전극(20)은 캐소드일 수 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 투광 전극은 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)과 같은 도전성 산화물, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. 일 예로, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 모두 투광 전극일 수 있다.
광전변환층(30)은 pn 접합(pn junction)을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함할 수 있다. 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 어느 하나는 p형 반도체이고 다른 하나는 n형 반도체일 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 p형 반도체일 수 있고 제2 흡광 물질은 n형 반도체일 수 있다. 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 적어도 하나는 유기물일 수 있다. 광전변환층(30)은 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리할 수 있다.
광전변환층(30)은 가시광선 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수할 수 있으며, 예컨대 약 500nm 내지 600nm의 녹색 광, 380nm 이상 500nm 미만의 청색 광 및 약 600nm 초과 780nm 이하의 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 적어도 하나는 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 적어도 하나는 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 적어도 하나는 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기물일 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기물일 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 하나는 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기물일 수 있고, 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 다른 하나는 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기물일 수 있고 제2 흡광 물질은 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질은 약 1.7 내지 2.3eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있다. 상기 범위의 에너지 밴드갭을 가짐으로써 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 높은 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 개선할 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질은 약 1.8 내지 2.2eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있고, 예컨대 제1 흡광 물질은 약 1.9 내지 2.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있다.
일 예로, 제1 흡광 물질은 전자 공여 모이어티(electron donating moiety), 파이 공액 연결기(pi-conjugation linker) 및 전자 수용 모이어티(electron accepting moiety)를 포함하는 코어 구조를 가질 수 있다. 여기서 전자 공여 모이어티는 빛을 받을 때 전자를 공여하여 정공을 형성할 수 있는 모이어티이고 전자 수용 모이어티는 빛을 받을 때 전자를 받을 수 있는 모이어티이다. 제1 흡광 물질에 대해서는 후술한다.
도 1b를 참고하면, 광전변환층(30)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 진성층(intrinsic layer, I층)(32)을 포함할 수 있다. 진성층(32)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 예컨대 약 10:1 내지 1:10의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 8:2 내지 2:8의 조성비로 포함할 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 6:4 내지 4:6의 조성비로 포함할 수 있다. 여기서 조성비는 부피비일 수 있다.
진성층(32)은 두께 방향을 따라 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질의 조성비가 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 일 예로, 진성층(32)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질의 조성비가 동일할 수 있다. 일 예로, 진성층(32)은 두께 방향을 따라 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질의 조성비가 다른 복수의 영역을 포함할 수 있다.
일 예로, 진성층(32)은 두께 방향을 따라 제1 전극(10)에 가까운 제1 영역, 제2 전극(20)에 가까운 제2 영역 및 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하는 제3 영역을 포함할 수 있고, 이때 제3 영역의 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질의 조성비는 제1 영역 및 제2 영역의 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질의 조성비와 다를 수 있다. 예컨대 제3 영역의 제2 흡광 물질에 대한 제1 흡광 물질의 조성비(이하 '제3 조성비'라 한다)는 제1 영역의 제2 흡광 물질에 대한 제1 흡광 물질의 조성비(이하 '제1 조성비'라 한다)와 제2 영역의 제2 흡광 물질에 대한 제1 흡광 물질의 조성비(이하 '제2 조성비'라 한다)와 다를 수 있다. 예컨대 제1 흡광 물질이 p형 반도체이고 제2 흡광 물질이 n형 반도체일 때, 제3 조성비(p3/n3)는 제1 조성비(p1/n1)와 제2 조성비(p2/n2)보다 크거나 작을 수 있다. 일 예로, 제1 조성비(p1/n1)와 제2 조성비(p2/n2)는 같을 수 있다. 일 예로, 제1 조성비(p1/n1)와 제2 조성비(p2/n2)는 서로 다를 수 있다.
광전변환층(30)은 진성층의 일면 또는 양면에 p형 층(34) 및/또는 n형 층(36)을 더 포함할 수 있고, p형 층(34)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 하나인 p형 반도체를 포함할 수 있고 n형 층(36)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질 중 다른 하나인 n형 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대 p형 층(34)/I층(32), I층(32)/n형 층(36), p형 층(34)/I층(32)/n형 층(36) 등 다양한 조합으로 포함될 수 있다.
광전변환층(30)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
버퍼층(40)은 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 위치하고 예컨대 버퍼층(40)의 일면은 다른 층의 개재 없이 제1 전극(10)에 맞닿아 있을 수 있고 버퍼층(40)의 다른 일면은 다른 층의 개재 없이 광전변환층(30)에 맞닿아 있을 수 있다.
버퍼층(40)은 제1 전극(10)에 인접한 제1 버퍼층(41)과 광전변환층(30)에 인접한 제2 버퍼층(42)을 포함한다.
제1 버퍼층(41)은 예컨대 제1 전극(10)에 맞닿아 있을 수 있으며 가시광 비흡수 물질을 포함할 수 있다. 상기 가시광 비흡수 물질은 예컨대 가시광선 영역의 광을 실질적으로 흡수하지 않는 물질일 수 있으며, 예컨대 가시광 비흡수 유기 물질일 수 있다. 상기 가시광 비흡수 물질은 전하 버퍼 물질이며, 예컨대 정공 버퍼 물질 또는 전자 버퍼 물질일 수 있으며, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 정공 차단 물질, 전자 주입 물질, 전자 수송 물질 또는 전자 차단 물질일 수 있다.
일 예로, 상기 가시광 비흡수 물질은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3.0eV 이상의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 가시광 비흡수 물질은 예컨대 약 2.8 내지 4.0 eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3.0 내지 3.8 eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 가시광 비흡수 물질은 예컨대 약 5.4 내지 5.8eV의 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 5.50 내지 5.75eV의 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있다. 여기서 HOMO 에너지 준위는 진공 준위(vacuum level)를 0eV라고 할 때 HOMO 에너지 준위의 절대값을 말한다.
일 예로, 상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1A]
[화학식 1B]
상기 화학식 1A 또는 1B에서,
M1 및 M2는 각각 독립적으로 CRnRo, SiRpRq, NRr, O, S, Se 또는 Te 이고,
Ar1b, Ar2b, Ar3b 및 Ar4b는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G2 및 G3는 각각 독립적으로 단일 결합, -(CRsRt)n3 -, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRu-, -SiRvRw- 또는 -GeRxRy- 이고, 여기서 n3는 1 또는 2이고,
R30 내지 R37 및 Rn 내지 Ry는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물은 정공 특성을 가진 화합물로, 여기서 정공 특성이란 빛을 받을 때 전자를 공여하여 정공을 형성할 수 있는 특성을 말하는 것으로, 광전변환층(30)에서 분리된 정공이 HOMO 에너지 준위를 따라 용이하게 이동하고 전자의 이동을 차단할 수 있는 특성을 말한다. 상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물은 정공 주입 특성, 정공 수송 특성 및/또는 전자 차단 특성을 가질 수 있으며, 이에 따라 광전변환층(30)으로부터 제1 전극(10)까지 정공 주입성 및 정공 수송성을 높이고 전자를 효과적으로 차단할 수 있다.
일 예로, 상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A-1 또는 1B-1로 표현되는 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1A-1]
[화학식 1B-1]
상기 화학식 1A-1 또는 1B-1에서,
M1, M2, G2, G3, R30 내지 R37는 전술한 바와 같고,
R38 내지 R45는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기일 수 있다.
일 예로, 상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A-1a 또는 1B-1a로 표현되는 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1A-1a]
[화학식 1B-1a]
상기 화학식 1A-1a 또는 1B-1a에서, R38 내지 R45 및 Ro 및 Rn은 전술한 바와 같다.
제1 버퍼층(41)의 두께는 예컨대 약 1nm 내지 20nm일 수 있다.
제2 버퍼층(42)은 예컨대 광전변환층(30)에 맞닿아 있을 수 있다.
제2 버퍼층(42)은 광전변환층(30)에 포함된 물질과 동일한 물질을 공통적으로 포함할 수 있으며, 예컨대 제2 버퍼층(42)은 제1 흡광 물질을 포함할 수 있다.
제1 흡광 물질은 예컨대 p형 반도체 또는 n형 반도체일 수 있으며, 예컨대 p형 반도체일 수 있다. 제1 흡광 물질은 예컨대 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수할 수 있으며, 예컨대 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 제1 흡광 물질은 예컨대 약 1.7 내지 2.3eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있으며, 예컨대 약 1.8 내지 2.2eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있고, 예컨대 약 1.9 내지 2.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 유기물일 수 있다.
제2 버퍼층(42)은 광전변환층(30)에 포함된 제1 흡광 물질을 공통적으로 포함함으로써 광전변환층(30)과 제1 버퍼층(41) 사이의 계면의 이질성을 줄여 계면에서 전하들의 이동이 방해되거나 전하들이 재결합하여 소실되는 것을 방지하거나 줄일 수 있다.
제1 흡광 물질은 예컨대 유기물일 수 있으며, 전술한 바와 같이 전자 공여 모이어티, 파이 공액 연결기 및 전자 수용 모이어티를 포함하는 코어 구조를 가지는 유기물일 수 있다.
상기 제1 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 2로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
EDG는 전자 공여기이고,
EAG는 전자 수용기이고,
R1, R2, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 1가 치환기이다.
상기 제1 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 2A 또는 2B로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2A]
[화학식 2B]
상기 화학식 2A 또는 2B에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Ar은 치환 또는 비치환된 5원 고리, 치환 또는 비치환된 6원 고리 또는 이들 중 둘 이상의 축합 고리이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성하고,
G1은 단일 결합, -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고, 여기서 n2는 1 또는 2이고,
R1a 내지 R3a, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
상기 제1 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 2A-1 내지 2A-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2A-1]
[화학식 2A-2]
[화학식 2A-3]
[화학식 2A-4]
상기 화학식 2A-1 내지 2A-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rf는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고, m1은 0 또는 1이고, m2는 0 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 2A-1 내지 2A-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 그룹 1에 나열된 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 1]
상기 제1 흡광 물질은 예컨대 하기 화학식 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2B-1]
[화학식 2B-2]
[화학식 2B-3]
[화학식 2B-4]
상기 화학식 2B-1 내지 2B-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G1은 단일 결합, -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고, 여기서 n2는 1 또는 2이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rm은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고, n2는 0, 1 또는 2이고, m1은 0 또는 1이고, m2는 0 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 그룹 2에 나열된 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 2]
상기 그룹 2에서,
각각의 방향족 링에 존재하는 수소는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있고,
R16, R17, R18, R20 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 또는 이들의 조합일 수 있다.
제2 버퍼층(42)의 두께는 약 1nm 내지 20nm일 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20)의 일면에 반사방지층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
반사방지층은 광이 입사되는 측에 배치되어 입사 광의 반사도를 낮춤으로써 광 흡수도를 더욱 개선할 수 있다. 예컨대 제1 전극(10) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제1 전극(10)의 일면에 위치할 수 있고 제2 전극(20) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제2 전극(20)의 일면에 위치할 수 있다.
반사방지층은 예컨대 약 1.6 내지 2.5의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 범위의 굴절률을 가지는 금속 산화물, 금속 황화물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 알루미늄 함유 산화물, 몰리브덴 함유 산화물, 텅스텐 함유 산화물, 바나듐 함유 산화물, 레늄 함유 산화물, 니오븀 함유 산화물, 탄탈륨 함유 산화물, 티타늄 함유 산화물, 니켈 함유 산화물, 구리 함유 산화물, 코발트 함유 산화물, 망간 함유 산화물, 크롬 함유 산화물, 텔러륨 함유 산화물 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물; 아연설파이드와 같은 금속 황화물; 또는 아민 유도체와 같은 유기물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 전하 버퍼 물질을 포함하는 제1 버퍼층(41)을 포함하여 전하의 이동성을 개선하는 한편, 광전변환층(30)과 제1 버퍼층(41) 사이에 광전변환층(30)과 공통되는 물질을 포함하는 제2 버퍼층(42)을 더 포함함으로써 광전변환층(30)과 제1 버퍼층(41) 사이의 계면의 이질성을 줄여 계면에서 전하들의 이동이 방해되거나 전하들이 재결합하여 소실되는 것을 방지하거나 줄일 수 있다. 이에 따라 유기 광전 소자의 효율을 개선하고 구동 전압 및 누설 전류를 낮출 수 있다.
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(200)는 전술한 구현예와 마찬가지로, 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 광전변환층(30), 그리고 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 위치하는 버퍼층(40)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광전변환층(30)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(200)는 전술한 구현예와 달리, 단일층의 버퍼층(40)을 포함하며, 버퍼층(40)은 전하 버퍼 물질인 가시광 비흡수 물질과 광전변환층(30)에 포함된 물질과 동일한 물질의 혼합물을 포함한다.
일 예로, 버퍼층(40)은 가시광 비흡수 물질과 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 버퍼층(40)은 가시광 비흡수 물질과 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 버퍼층(40)은 가시광 비흡수 물질과 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 버퍼층(40)은 상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 버퍼층(40)은 상기 화학식 1A-1, 1B-1, 1A-1a 또는 1B-1a로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2A, 2B, 2A-1 내지 2A-4 및 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
버퍼층(40)은 가시광 비흡수 물질과 제1 흡광 물질을 약 1:99 내지 99:1의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 10:90 내지 90:10의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 20:80 내지 80:20의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 30:70 내지 70:30의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 40:60 내지 60:40의 조성비로 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 50:50의 조성비로 포함할 수 있다. 여기서 조성비는 부피비일 수 있다.
버퍼층(40)은 약 2nm 내지 40nm의 두께를 가질 수 있다.
도 3은 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(300)는 전술한 구현예와 마찬가지로, 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 광전변환층(30), 그리고 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 위치하는 버퍼층(40)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광전변환층(30)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함한다.
그러나 전술한 구현예와 달리, 버퍼층(40)은 제1 전극(10)에 인접하고 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제3 버퍼층(43)과 광전변환층(30)에 인접하고 제1 흡광 물질과 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제4 버퍼층(44)을 포함한다.
제3 버퍼층(43)은 전술한 제1 버퍼층(41)과 실질적으로 동일하다.
제4 버퍼층(44)은 전하 버퍼 물질인 가시광 비흡수 물질과 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제4 버퍼층(44)은 전하 버퍼 물질인 가시광 비흡수 물질과 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제4 버퍼층(44)은 상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제4 버퍼층(44)은 상기 화학식 1A-1, 1B-1, 1A-1a 또는 1B-1a로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2A, 2B, 2A-1 내지 2A-4 및 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
버퍼층(40)은 약 2nm 내지 40nm의 두께를 가질 수 있고, 예컨대 제3 버퍼층(43)은 약 1nm 내지 20nm의 두께를 가질 수 있고 제4 버퍼층(44)은 약 1nm 내지 20nm의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 또 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(400)는 전술한 구현예와 마찬가지로, 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 광전변환층(30), 그리고 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 위치하는 버퍼층(40)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광전변환층(30)은 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함한다.
그러나 전술한 구현예와 달리, 버퍼층(40)은 제1 전극(10)에 인접하고 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제5 버퍼층(45), 광전변환층(30)에 인접하고 제1 흡광 물질을 포함하는 제6 버퍼층(47), 그리고 제5 버퍼층(45)과 제6 버퍼층(47) 사이에 위치하고 제1 흡광 물질과 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제7 버퍼층(46)을 포함한다.
제5 버퍼층(45)은 전술한 제1 버퍼층(41)과 실질적으로 동일하다.
제6 버퍼층(47)은 전술한 제2 버퍼층(42)과 실질적으로 동일하다.
제7 버퍼층(46)은 전하 버퍼 물질인 가시광 비흡수 물질과 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제7 버퍼층(46)은 전하 버퍼 물질인 가시광 비흡수 물질과 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제7 버퍼층(46)은 상기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 제7 버퍼층(46)은 상기 화학식 1A-1, 1B-1, 1A-1a 또는 1B-1a로 표현되는 가시광 비흡수 물질과 상기 화학식 2A, 2B, 2A-1 내지 2A-4 및 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 제1 흡광 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
제7 버퍼층(46)은 제5 버퍼층(45)과 제6 버퍼층(47) 사이에 위치하고 제5 버퍼층(45)에 포함된 가시광 비흡수 물질과 제6 버퍼층(47)에 포함된 제1 흡광 물질을 함께 포함함으로써 광전변환층(30)으로부터 제1 전극(10) 사이의 각 층들의 계면의 이질성을 더욱 줄일 수 있어 계면에서 전하들의 이동이 방해되거나 전하들이 재결합하여 소실되는 것을 더욱 효과적으로 방지하거나 줄일 수 있다. 이에 따라 유기 광전 소자의 효율을 개선하고 구동 전압 및 누설 전류를 더욱 효과적으로 낮출 수 있다.
상기 유기 광전 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 광전 소자는 예컨대 이미지 센서에 적용될 수 있다.
이하 상기 유기 광전 소자를 적용한 이미지 센서의 일 예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 유기 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(500)는 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(92) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(92) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 광 다이오드(photodiode)일 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(92) 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 도면에서 보는 바와 같이 광 감지 소자(50a, 50b)는 청색 화소 및 적색 화소에 각각 포함될 수 있고 전하 저장소(55)는 녹색 화소에 포함될 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터(92)에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 유기 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터(92)에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(62) 및 패드(64)가 형성되어 있다. 금속 배선(62) 및 패드(64)는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선(62) 및 패드(64)가 광 감지 소자(50a, 50b)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선(62) 및 패드(64) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 하부 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연막(60) 위에는 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 청색 화소에 형성되어 있는 청색 필터(70B)와 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70R)를 포함한다. 본 구현예에서는 녹색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 경우에 따라 녹색 필터를 구비할 수도 있다.
색 필터 층(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터 층(70)에 의한 단차를 제거하고 표면(80a)을 평탄화한다. 상부 절연층(80) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 녹색 화소의 전하 저장소(55)를 드러내는 관통구(85)를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 전술한 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 버퍼층(40), 광전변환층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다. 도면에서는 제1 전극(10), 버퍼층(40), 광전변환층(30) 및 제2 전극(20)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20), 광전변환층(30), 버퍼층(40) 및 제1 전극(10)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)는 모두 투명 전극일 수 있으며, 광전변환층(30) 및 버퍼층(40)은 전술한 바와 같다. 광전변환층(30)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며 녹색 화소의 색 필터를 대체할 수 있다.
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 광전변환층(30)에서 녹색 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있고 나머지 파장 영역의 빛은 버퍼층(40) 및 제1 전극(10)을 통과하여 광 감지 소자(50a, 50b)에 센싱될 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(96)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈(96)는 입사 광(98)의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈(96)는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 유기 광전 소자(100)가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
도 6에서는 도 1A의 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나, 도 2 내지 도 4 중 어느 하나에 도시된 유기 광전 소자가 적층된 구조도 동일하게 적용될 수 있다.
상기에서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 적색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있고, 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있다.
도 7은 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(600)는 전술한 구현예와 마찬가지로 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(600)는 전술한 구현예와 달리, 광 감지 소자(50a, 50b)가 수직 방향으로 적층되어 있고 색 필터 층(70)이 생략되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 전하 저장소(55)와 전기적으로 연결되어 있고 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 가지고 적색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
도 7에서는 도 1a의 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나, 도 2 내지 도 4 중 어느 하나에 도시된 유기 광전 소자가 적층된 구조도 동일하게 적용될 수 있다.
도 7에서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 적색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있고, 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조일 수도 있다.
도 8은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 9는 도 8의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(700)는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전 소자가 적층되어 있는 구조이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(700)는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 중간 절연층(70), 상부 절연층(80), 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(92) 및 전하 저장소(55a, 55b, 55c)가 집적되어 있다.
반도체 기판(110) 위에는 금속 배선(62) 및 패드(64)가 형성되어 있고, 금속 배선(62) 및 패드(64) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다.
하부 절연층(60) 위에는 제1 유기 광전 소자(100a)가 형성되어 있다.
제1 유기 광전 소자(100a)는 서로 마주하는 제1 전극(10a)과 제2 전극(20a), 제1 전극(10a)과 제2 전극(20a) 사이에 위치하는 광전변환층(30a), 그리고 제1 전극(10a)과 광전변환층(30a) 사이에 위치하는 버퍼층(40a)을 포함한다. 제1 전극(10a), 제2 전극(20a), 광전변환층(30a) 및 버퍼층(40a)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30a)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제1 유기 광전 소자(100a)는 적색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10a), 버퍼층(40a), 광전변환층(30a) 및 제2 전극(20a)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20a), 광전변환층(30a), 버퍼층(40a) 및 제1 전극(10a)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 유기 광전 소자(100a) 위에는 중간 절연층(70)이 형성되어 있다.
중간 절연층(70) 위에는 제2 유기 광전 소자(100b)가 형성되어 있다.
제2 유기 광전 소자(100b)는 서로 마주하는 제1 전극(10b)과 제2 전극(20b), 제1 전극(10b)과 제2 전극(20b) 사이에 위치하는 광전변환층(30b), 그리고 제1 전극(10b)과 광전변환층(30b) 사이에 위치하는 버퍼층(40b)을 포함한다. 제1 전극(10b), 제2 전극(20b), 광전변환층(30b) 및 버퍼층(40b)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30b)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제2 유기 광전 소자(100b)는 청색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10b), 버퍼층(40b), 광전변환층(30b) 및 제2 전극(20b)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20b), 광전변환층(30b), 버퍼층(40b) 및 제1 전극(10b)의 순서로 배치될 수도 있다.
제2 유기 광전 소자(100b) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60), 중간 절연층(70) 및 상부 절연층(80)은 전하 저장소(55a, 55b, 55c)를 드러내는 복수의 관통구를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 제3 유기 광전 소자(100c)가 형성되어 있다. 제3 유기 광전 소자(100c)는 서로 마주하는 제1 전극(10c)과 제2 전극(20c), 제1 전극(10c)과 제2 전극(20c) 사이에 위치하는 광전변환층(30c), 그리고 제1 전극(10c)과 광전변환층(30c) 사이에 위치하는 버퍼층(40c)을 포함한다. 제1 전극(10c), 제2 전극(20c), 광전변환층(30c) 및 버퍼층(40c)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30c)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제3 유기 광전 소자(100c)는 녹색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10c), 버퍼층(40c), 광전변환층(30c) 및 제2 전극(20c)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20c), 광전변환층(30c), 버퍼층(40c) 및 제1 전극(10c)의 순서로 배치될 수도 있다.
유기 광전 소자(100c) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9에서는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)로서 도 1a의 유기 광전 소자를 예시적으로 도시하였으나, 도 2 내지 도 4 중 어느 하나에 도시된 유기 광전 소자도 동일하게 적용될 수 있다.
도면에서는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)가 차례로 적층된 구조를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
상기와 같이 서로 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
상기 이미지 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 일 예에 따른 전자 장치를 예시적으로 도시한 다이아그램이다.
도 10을 참고하면, 전자 장치(1000)는 메모리(1020), 프로세서(1030), 소자(1040) 및 통신 인터페이스(communication interface)(1050)를 포함한다. 소자(1040)는 전술한 유기 광전 소자(100, 200, 300, 400) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 소자(1040)는 전술한 유기 CMOS 이미지 센서(500, 600, 700) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
전자 장치(1000)는 하나 이상의 다양한 전자 장치를 포함할 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라, 센서 장치 및 바이오센서 장치 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 장치(1000)는 하나 이상의 이미지 제공 서버, 모바일 장치, 컴퓨터 장치, 이미지 출력 장치 및 이미지 촬상 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 모바일 장치는 모바일 폰, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(personal digital assistant, PDA) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 장치는 개인 컴퓨터(personal computer, PC), 태블렛 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 네트북 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 출력 장치는 TV, 스마트 TV 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 촬상 장치는 카메라, 캠코터 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
메모리(1020), 프로세서(1030), 소자(1040) 및 통신 인터페이스(1050)는 버스(1010)를 통해 서로 연결되어 있을 수 있다.
통신 인터페이스(1050)는 다양한 인터넷 프로토콜을 사용한 외부 장치로부터 데이터를 주고 받을 수 있다. 예컨대 통신 인터페이스(1050)는 소자(1040)에 의해 발생된 센서 데이터를 외부 장치에 전달할 수 있다. 외부 장치는 예컨대 이미지 제공 서버; 표시 장치; 모바일 폰, 스마트폰, PDA, 태블렛 컴퓨터 및 랩탑 컴퓨터와 같은 모바일 장치; PC, 태블렛 PC 및 네트북과 같은 컴퓨터 장치; TV 및 스마트 TV와 같은 이미지 출력 장치; 및 카메라 및 캠코터와 같은 이미지 촬상 소자를 포함할 수 있다.
프로세서(1030)는 프로그램을 실행하고 전자 장치(1000)를 제어할 수 있다. 프로세서(1030)에 의해 실행된 프로그램 코드는 메모리(1020)에 저장될 수 있다. 전자 시스템은 입력/출력 장치(도시하지 않음)를 통해 외부 장치에 연결될 수 있고 외부 장치와 데이터를 교환할 수 있다.
메모리(1020)는 소자(1040)로부터 출력된 정보(트랜지스터(92)로부터 전달된 정보 포함)를 저장할 수 있다. 메모리(1020)는 휘발성 또는 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리(1020)는 컴퓨터로 판단가능한 저장매체(non-transitory computer readable storage medium)일 수 있다. 메모리(1020)는 컴퓨터로 판독가능한 기기일 수 있고 실행시 하나 이상의 방법, 기능, 프로세스의 실행을 초래할 수 있다. 일 예로, 프로세서(1030)는 메모리(1020)에 저장된 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 지시를 실행할 수 있다.
일 예로, 전자 장치(1000)는 소자(1040)로부터 출력된 정보의 적어도 일부에 기초하여 발생된 이미지를 출력할 수 있는 표시 패널(1060)을 포함할 수 있다.
일 예로, 요소(element)(1060)는 전자 장치(1000)에 없을 수 있다. 일 예로, 통신 인터페이스(1050)는 USB 및/또는 HDMI 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 예로, 통신 인터페이스(1050)는 무선 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
도 11은 일 구현예에 따른 태양전지(1100)를 보여주는 단면도이다.
도 11을 참고하면, 태양 전지(1100)는 제1 전극(1102), 제2 전극(1110), 그리고 제1 전극(1102)과 제2 전극(1110) 사이에 위치하는 활성층(1106)을 포함한다.
기판(도시하지 않음)은 제1 전극(1102) 측에 배치될 수도 있고 제2 전극(1110) 측에 배치될 수 있다. 기판은 예컨대 유리와 같은 무기 물질, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질 또는 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다.
제1 전극(1102)과 제2 전극(1110) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 제1 전극(1102)과 제2 전극(1110) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 광은 투광 전극을 통해 입사될 수 있다. 투광 전극은 예컨대 ITO, IZO, 주석 산화물(SnO2), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 및/또는 갈륨 도핑된 아연 산화물(GZO)과 같은 도전성 산화물; 카본 나노튜브(CNT) 또는 그래핀과 같은 도전성 카본 복합체일 수 있다. 제1 전극(1102)과 제2 전극(1110) 중 적어도 하나는 불투명 전극일 수 있고, 불투명 전극은 예컨대 Al, Ag, Au 및/또는 Li과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
제1 및 제2 보조층(1104, 1108)는 제1 전극(1102)과 활성층(1106) 사이 및 제2 전극(1110)과 활성층(1106) 사이에 위치될 수 있다. 제1 및 제2 보조층(1104, 1108)은 제1 전극(1102)과 활성층(1106) 사이 및 제2 전극(1110)과 활성층(1106) 사이의 전하 이동성을 개선시킬 수 있다. 제1 및 제2 보조층(1104, 1106)은 예컨대 전자 주입층(EIL), 전자 수송층(ETL), 정공 주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 정공 차단층(HBL) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 보조층(1104, 1108) 중 하나 또는 둘은 생략될 수 있다.
활성층(1106)은 적어도 두 개가 적층된 탠덤 구조(tandem structure)일 수 있다.
태양전지(1100)는 일 예로 전술한 유기 광전 소자를 포함할 수 있다.
도 12는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치의 개략도이다.
도 12를 참고하면, 제1 전극(1203a) 및 제2 전극(1203b)는 기판(1201) 위에 배치되어 있고, 제1 발광층(1205a)은 제1 전극(1203a) 위에 배치되어 있고, 제2 발광층(1205b)은 제2 전극(1203b) 아래에 배치되어 있다.
기판(1201)은 유리, 수정, 실리콘, 합성 수지, 금속 및 이들의 조합으로 이루어진 물질을 포함할 수 있다. 합성 수지는 예컨대 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨 및/또는 폴리에테르설폰(PES) 등을 포함할 수 있다. 금속은 예컨대 스페인레스 강철 호일 및/또는 알루미늄 호일 등일 수 있다.
제1 전극(1203a)은 약 4.3eV 내지 약 5.0eV, 그 중에서 약 4.3eV 내지 약 4.7eV, 그 중에서 약 4.3eV 내지 약 4.5eV의 일함수를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로서, 이러한 물질은 Al, Cu, Mg, Mo 및/또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또한, 이들 금속은 적층되어 있을 수 있다. 제1 전극(1203a)은 약 20nm 내지 120nm의 두께를 가질 수 있다.
제2 전극(1203b)은 약 12.3eV 내지 약 12.7eV, 그 중에서 약 12.5eV 내지 약 12.7eV의 일함수를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 전극(1203b)은 Ba:Al을 포함할 수 있다. 제2 전극(1203b)은 약 20nm 내지 120nm의 두께를 가질 수 있다.
중간 전극(1209)은 제1 및 제2 발광층(1205a, 1205b) 사이에 위치되어 있다. 중간 전극(1209)은 약 5.0eV 내지 약 5.2eV의 일함수를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 그러한 예로 예컨대 도전성 고분자를 포함할 수 있다. 도전성 고분자는 예컨대 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리리롤, 폴리아센, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 이들의 유도체, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
버퍼층(1207)은 제1 발광층(1205a)과 중간 전극(1209) 사이에 위치될 수 있고 금속 산화물, 고분자전해질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들의 조합은 금속 산화물과 고분자전해질이 혼합되거나 서로 적층되어 다층 구조를 가지는 경우를 포함한다. 또한 다른 종류의 금속 산화물 또는 고분자전해질이 적층될 수도 있다.
유기 발광 장치는 일 예로 전술한 유기 광전 소자를 포함할 수 있다.
도 13은 일 구현예에 따른 센서(1300)를 보여주는 개략도이다.
도 13을 참고하면, 센서(1300)는 예컨대 기체 센서, 광 센서 또는 에너지 센서일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 센서(1300)는 프로세서(1330)로 신호를 출력하는 적어도 하나의 전극(1320)을 포함한다. 프로세서(1330)는 마이크로프로세서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 센서는 일 예로 전술한 유기 광전 소자를 포함할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
유기 광전 소자의 제작
실시예
1
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 150 nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 하기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물(HOMO: 5.73eV, LUMO: 2.35eV)을 증착하여 5nm 두께의 하부 버퍼층을 형성한다. 이어서 하부 버퍼층 위에 하기 화학식 2A-1a로 표현되는 화합물을 증착하여 5nm 두께의 상부 버퍼층을 형성한다. 이어서 p형 반도체인 하기 화학식 2A-1a로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 공증착하여 122nm 두께의 광전변환층을 형성한다. 이때 광전변환층은 p형 반도체와 n형 반도체의 비율을 바꾸어 공증착하여 p형 반도체와 n형 반도체가 1.1:1의 부피비를 가지는 42nm 두께의 하부층, p형 반도체와 n형 반도체가 1.9:1의 부피비를 가지는 70nm 두께의 중간층, 그리고 p형 반도체와 n형 반도체가 1.5:1의 부피비를 가지는 10nm 두께의 상부층을 차례로 형성한다. 이어서 광전변환층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 캐소드 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 증착하여 50nm 두께의 반사방지층을 형성하고 유리판으로 봉지하여 유기 광전 소자를 제작한다.
[화학식 1B-1aa]
[화학식 2A-1a]
실시예
2
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 150 nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물을 증착하여 5nm 두께의 하부 버퍼층을 형성한다. 이어서 하부 버퍼층 위에 하기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물을 증착하여 5nm 두께의 상부 버퍼층을 형성한다. 이어서 p형 반도체인 하기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 1.8:1의 부피비로 공증착하여 130nm 두께의 광전변환층을 형성한다. 이어서 광전변환층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 캐소드 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 증착하여 50nm 두께의 반사방지층을 형성하고 유리판으로 봉지하여 유기 광전 소자를 제작한다.
[화학식 2B-3a]
실시예
3
110nm 두께의 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예
4
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 150 nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물과 상기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물을 공증착하여 5nm 두께의 버퍼층을 형성한다. 이어서 이어서 p형 반도체인 하기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 2:1의 부피비로 공증착하여 110nm 두께의 광전변환층을 형성한다. 이어서 광전변환층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 캐소드 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 증착하여 50nm 두께의 반사방지층을 형성하고 유리판으로 봉지하여 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예
5
상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물과 상기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물을 공증착하여 10nm 두께의 버퍼층을 형성한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예
6
상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물과 상기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물을 공증착하여 20nm 두께의 버퍼층을 형성한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예
1
상부 버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예
2
상부 버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예
3
상부 버퍼층을 형성하지 않은 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예
4
상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물과 상기 화학식 2B-3a로 표현되는 화합물을 공증착하는 대신 상기 화학식 1B-1aa로 표현되는 화합물을 단독 증착하여 5nm 두께의 버퍼층을 형성한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
평가
평가 1
실시예 1과 비교예 1에 따른 유기 광전 소자의 광전변환효율(EQE), 누설 전류 및 구동 전압을 평가한다.
광전변환효율(EQE)는 400nm 내지 720nm 파장 영역(λmax=570nm)에서 Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) 방법으로 평가한다. 누설 전류는 140℃에서 1시간 동안 열처리한 후 암전류 밀도 및 검출능(detectivity)으로 평가하며, 암전류 밀도는 -3V 역바이어스 인가시 흐르는 전류로부터 측정될 수 있고, 검출능은 시그널(signal)이 노이즈(noise)의 10배가 되는 빛의 양으로 표현된다. 구동 전압은 광전변환효율(EQE) 70%일 때의 전압으로 평가한다.
그 결과는 표 1과 같다.
| EQE570nm (%) | 암전류밀도(h/s/㎛2) (열처리 전/열처리 후) |
구동전압(V) | |
| 실시예 1 | 67.6 | 42/5 | 3.4 |
| 비교예 1 | 64.4 | 133/9 | 4.5 |
표 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 유기 광전 소자는 비교예 1에 따른 유기 광전 소자와 비교하여 외부양자효율(EQE), 암전류 밀도 및 구동 전압이 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.
평가 2
실시예 2, 3과 비교예 2, 3에 따른 유기 광전 소자의 광전변환효율(EQE), 누설 전류 및 구동 전압을 평가한다.
그 결과는 표 2 및 3과 같다.
| EQE535nm (%) | 암전류밀도(h/s/㎛2) (열처리 전/열처리 후) |
구동전압(V) | |
| 실시예 2 | 72.1 | 138/11 | 2.5 |
| 비교예 2 | 70.6 | 229/14 | 3.0 |
| EQE535nm (%) | 암전류밀도(h/s/㎛2) (열처리 후) |
구동전압(V) | |
| 실시예 3 | 68.0 | 15 | 4V |
| 비교예 3 | 66.8 | 21 | 5V |
표 2를 참고하면, 실시예 2에 따른 유기 광전 소자는 비교예 2에 따른 유기 광전 소자와 비교하여 외부양자효율(EQE), 암전류 밀도 및 구동 전압이 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.
마찬가지로, 표 3을 참고하면, 실시예 3에 따른 유기 광전 소자는 비교예 3에 따른 유기 광전 소자와 비교하여 외부양자효율(EQE), 암전류 밀도 및 구동 전압이 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.
평가 3
실시예 4 내지 6과 비교예 4에 따른 유기 광전 소자의 광전변환효율(EQE), 누설 전류 및 구동 전압을 평가한다.
그 결과는 표 4와 같다.
| EQE (%) | 암전류밀도(h/s/㎛2) (열처리 후) |
구동전압(V) | λmax(nm) | |
| 실시예 4 | 65.7 | 2 | 5 | 535 |
| 실시예 5 | 64.7 | 1 | 7 | 545 |
| 실시예 6 | 65.6 | 21 | 6 | 545 |
| 비교예 4 | 61.2 | 21 | >10 | 540 |
표 4를 참고하면, 실시예 4 내지 6에 따른 유기 광전 소자는 비교예 4에 따른 유기 광전 소자와 비교하여 외부양자효율(EQE), 암전류 밀도 및 구동 전압이 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10, 10a, 10b, 10c: 제1 전극
20, 20a, 20b, 20c: 제2 전극
30, 30a, 30b, 30c: 광전변환층
40, 40a, 40b, 40c: 버퍼층
50a, 50b, 50c: 광 감지 소자
60: 하부 절연막 70: 색 필터
80: 상부 절연막 85: 관통구
100, 200, 300, 400: 유기 광전 소자
500, 600, 700: 이미지 센서
20, 20a, 20b, 20c: 제2 전극
30, 30a, 30b, 30c: 광전변환층
40, 40a, 40b, 40c: 버퍼층
50a, 50b, 50c: 광 감지 소자
60: 하부 절연막 70: 색 필터
80: 상부 절연막 85: 관통구
100, 200, 300, 400: 유기 광전 소자
500, 600, 700: 이미지 센서
Claims (29)
- 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 pn 접합을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 광전변환층, 그리고
상기 제1 전극과 상기 광전변환층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 5.4 내지 5.8eV의 HOMO 에너지 준위를 가지는 가시광 비흡수 물질을 포함하는 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 제1 흡광 물질은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 제1 흡광 물질은 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 광전변환층과 상기 버퍼층은 서로 맞닿아 있는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 버퍼층은
상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고
상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 버퍼층은 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 버퍼층은
상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고
상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제2 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 버퍼층은
상기 제1 전극에 인접하고 상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층,
상기 광전변환층에 인접하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층, 그리고
상기 제1 버퍼층과 상기 제2 버퍼층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제3 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 1A]
[화학식 1B]
상기 화학식 1A 또는 1B에서,
M1 및 M2는 각각 독립적으로 CRnRo, SiRpRq, NRr, O, S, Se 또는 Te 이고,
Ar1b, Ar2b, Ar3b 및 Ar4b는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G2 및 G3는 각각 독립적으로 단일 결합, -(CRsRt)n3 -, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRu-, -SiRvRw- 또는 -GeRxRy- 이고, 여기서 n3는 1 또는 2이고,
R30 내지 R37 및 Rn 내지 Ry는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
- 제1항에서,
상기 제1 흡광 물질은 전자 공여 모이어티, 파이 공액 연결기 및 전자 수용 모이어티를 포함하는 코어 구조를 가지는 유기물인 유기 광전 소자.
- 제10항에서,
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
EDG는 전자 공여기(electron donating group)이고,
EAG는 전자 수용기(electron accepting group)이고,
R1, R2, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 1가 치환기이다.
- 제11항에서,
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2A 또는 2B로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 2A] [화학식 2B]
상기 화학식 2A 또는 2B에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Ar은 치환 또는 비치환된 5원 고리, 치환 또는 비치환된 6원 고리 또는 이들 중 둘 이상의 축합 고리이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성하고,
G1은 단일 결합, -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고, 여기서 n2는 1 또는 2이고,
R1a 내지 R3a, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
- 제12항에서,
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2A-1 내지 2A-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 2A-1]
[화학식 2A-2]
[화학식 2A-3]
[화학식 2A-4]
상기 화학식 2A-1 내지 2A-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rf는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고,
m1은 0 또는 1이고,
m2는 0 내지 4의 정수이다.
- 제12항에서,
상기 제1 흡광 물질은 하기 화학식 2B-1 내지 2B-4 중 어느 하나로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 2B-1]
[화학식 2B-2]
[화학식 2B-3]
[화학식 2B-4]
상기 화학식 2B-1 내지 2B-4에서,
X는 Se, Te, SO, SO2 또는 SiRaRb 이고,
Z1은 O 또는 CRcRd 이고,
Y1은 N 또는 CRe이고,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Rf)(CN)에서 선택된 하나이고,
Y3는 O, S, Se 또는 Te이고,
Y4는 N 또는 NR18a이고,
Y5는 CR19a 또는 C=CR20a(CN)이고,
Ar1a 및 Ar2a는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G1은 -(CRgRh)n2-, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRi-, -SiRjRk- 및 -GeRlRm-에서 선택된 하나이고,
R1a 내지 R3a, R11a, R12a, R15a 내지 R20a, R24a, R25a, Ra 내지 Rm은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이고,
n1은 0 또는 1이고,
n2는 0, 1 또는 2이고,
m1은 0 또는 1이고,
m2는 0 내지 4의 정수이다.
- 제1항에서,
상기 광전변환층은 두께 방향을 따라 상기 제1 전극에 가까운 제1 영역, 상기 제2 전극에 가까운 제2 영역 및 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하는 제3 영역을 포함하는 진성층을 포함하고,
상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역은 각각 상기 제2 흡광 물질에 대한 상기 제1 흡광 물질의 제1 조성비, 제2 조성비 및 제3 조성비를 가지고,
상기 제3 조성비는 상기 제1 조성비와 상기 제2 조성비보다 크거나 작은 유기 광전 소자.
- 제15항에서,
상기 제1 흡광 물질은 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하고,
상기 제2 흡광 물질은 플러렌 또는 플러렌 유도체인 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 버퍼층은 2nm 내지 40nm의 두께를 가지는 유기 광전 소자.
- 제1항에서,
상기 제1 전극은 애노드이고 상기 제2 전극은 캐소드인 유기 광전 소자.
- pn 접합을 형성하는 제1 흡광 물질과 제2 흡광 물질을 포함하는 광전변환층, 그리고
상기 광전변환층과 인접하게 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭을 가지는 가시광 비흡수 물질을 포함하는 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 버퍼층은
상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고
상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 버퍼층은 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 버퍼층은
상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층, 그리고
상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제2 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 버퍼층은
상기 가시광 비흡수 물질을 포함하는 제1 버퍼층,
상기 제1 버퍼층보다 상기 광전변환층에 가깝게 위치하고 상기 제1 흡광 물질을 포함하는 제2 버퍼층, 그리고
상기 제1 버퍼층과 상기 제2 버퍼층 사이에 위치하고 상기 제1 흡광 물질과 상기 가시광 비흡수 물질의 혼합물을 포함하는 제3 버퍼층
을 포함하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 가시광 비흡수 물질은 하기 화학식 1A 또는 1B로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 1A]
[화학식 1B]
상기 화학식 1A 또는 1B에서,
M1 및 M2는 각각 독립적으로 CRnRo, SiRpRq, NRr, O, S, Se 또는 Te 이고,
Ar1b, Ar2b, Ar3b 및 Ar4b는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기이고,
G2 및 G3는 각각 독립적으로 단일 결합, -(CRsRt)n3 -, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NRu-, -SiRvRw- 또는 -GeRxRy- 이고, 여기서 n3는 1 또는 2이고,
R30 내지 R37 및 Rn 내지 Ry는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알콕시기, 할로겐 또는 시아노기이다.
- 제19항에서,
상기 광전변환층과 상기 버퍼층은 서로 맞닿아 위치하는 유기 광전 소자.
- 제19항에서,
상기 버퍼층은 2nm 내지 40nm 두께를 가지는 유기 광전 소자.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서.
- 제27항에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전 소자를 포함하는 전자 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160062362 | 2016-05-20 | ||
| KR20160062362 | 2016-05-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170131193A true KR20170131193A (ko) | 2017-11-29 |
| KR102673658B1 KR102673658B1 (ko) | 2024-06-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11557741B2 (en) | 2018-11-14 | 2023-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion devices and organic sensors and electronic devices |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11557741B2 (en) | 2018-11-14 | 2023-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion devices and organic sensors and electronic devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3246961A1 (en) | 2017-11-22 |
| US10615354B2 (en) | 2020-04-07 |
| US10236461B2 (en) | 2019-03-19 |
| US20190157594A1 (en) | 2019-05-23 |
| CN107403867A (zh) | 2017-11-28 |
| US20170338431A1 (en) | 2017-11-23 |
| CN107403867B (zh) | 2022-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10615354B2 (en) | Organic photoelectronic device and image sensor | |
| KR102589215B1 (ko) | 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 | |
| JP6749157B2 (ja) | 有機光電素子及びイメージセンサ並びに電子装置 | |
| EP3264482B1 (en) | Organic photoelectronic device and image sensor | |
| KR102491496B1 (ko) | 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 | |
| CN106992252B (zh) | 有机光电器件、图像传感器和电子设备 | |
| KR20180060166A (ko) | 광전자 소자 및 전자 장치 | |
| KR102141592B1 (ko) | 유기 광전 소자 및 이미지 센서 | |
| KR20190026451A (ko) | 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 | |
| KR102195813B1 (ko) | 유기 광전 소자 및 이미지 센서 | |
| KR102314127B1 (ko) | 유기 광전 소자 및 이미지 센서 | |
| US11855236B2 (en) | Sensors and electronic devices | |
| KR20150085457A (ko) | 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 | |
| KR20180044761A (ko) | 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 | |
| KR102673658B1 (ko) | 유기 광전 소자 및 이미지 센서 | |
| KR20210098208A (ko) | 이미지 센서 및 전자 장치 | |
| US11737360B2 (en) | Photoelectric conversion device and sensor and electronic device | |
| US20230157167A1 (en) | Photoelectric devices and sensors and electronic devices | |
| KR20200056286A (ko) | 광전 변환 소자, 유기 센서 및 전자 장치 | |
| KR20200056289A (ko) | 광전 변환 소자, 유기 센서 및 전자 장치 | |
| KR20210053141A (ko) | 광전 소자, 센서 및 전자 장치 | |
| KR20200030880A (ko) | 암전류를 감소시키기 위한 버퍼층을 구비한 유기 광전 소자 및 전자 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |