RU2583375C2 - Полупроводниковые тонкие пленки [60] фуллерена и их применение - Google Patents
Полупроводниковые тонкие пленки [60] фуллерена и их применение Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583375C2 RU2583375C2 RU2014109037/04A RU2014109037A RU2583375C2 RU 2583375 C2 RU2583375 C2 RU 2583375C2 RU 2014109037/04 A RU2014109037/04 A RU 2014109037/04A RU 2014109037 A RU2014109037 A RU 2014109037A RU 2583375 C2 RU2583375 C2 RU 2583375C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fullerene
- organic
- use according
- derivatives
- thin films
- Prior art date
Links
- 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 title claims abstract description 119
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 title claims description 51
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 48
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 8
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 125000000547 substituted alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 47
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 26
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 17
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 12
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 12
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 7
- PHDIJLFSKNMCMI-ITGJKDDRSA-N (3R,4S,5R,6R)-6-(hydroxymethyl)-4-(8-quinolin-6-yloxyoctoxy)oxane-2,3,5-triol Chemical group OC[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H](C(O1)O)O)OCCCCCCCCOC=1C=C2C=CC=NC2=CC=1)O PHDIJLFSKNMCMI-ITGJKDDRSA-N 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 n-dodecyl Chemical group 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 5
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 125000001160 methoxycarbonyl group Chemical group [H]C([H])([H])OC(*)=O 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N mesitylene Substances CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001827 mesitylenyl group Chemical group [H]C1=C(C(*)=C(C([H])=C1C([H])([H])[H])C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003184 C60 fullerene group Chemical group 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000007933 aliphatic carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002061 vacuum sublimation Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 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
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C321/00—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
- C07C321/22—Thiols, sulfides, hydropolysulfides, or polysulfides having thio groups bound to carbon atoms of rings other than six-membered aromatic rings
-
- 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
- H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/156—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/20—Organic diodes
- H10K10/26—Diodes comprising organic-organic junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
-
- 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
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/40—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
-
- 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
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
-
- 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
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пентакис(алкилтио) производным [60]фуллерена общей формулы 1,где R представляет собой произвольным образом замещенную алкильную группу, содержащую от 1 до 24 атомов углерода, в качестве терморазлагаемых прекурсоров для получения тонких пленок [60]фуллерена в электронных устройствах. Задачей изобретения было получение высокорастворимых производных [60]фуллерена и их использование в качестве прекурсоров, которые можно легко преобразовать в высококачественный чистый [60]фуллерен в мягких условиях. Мягкими условиями в рамках настоящего изобретения считаются температуры в интервале от 140 до 180°C. Высокорастворимыми в рамках настоящего изобретения считаются производные [60]фуллерена, растворимые в органических и водных средах, предпочтительно в спиртах или в воде, особенно предпочтительно в этаноле или воде. 2 н. и 13 з.п. ф-лы,14 ил., 7 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к использованию растворимых пентакис(алкилтио) производных [60]фуллерена в качестве прекурсоров для получения тонких полупроводящих пленок [60]фуллерена посредством термического разложения, а также к органическим электронным устройствам на их основе.
Известно, что фуллерен С60 ([60]фуллерен) является одним из лучших органических полупроводников n-типа с электронной подвижностью порядка 1 см2/В·с в бескислородной и безводной среде [Th. В. Singh, N. Marjanovic, G.J. Matt, S. Gunes, N.S. Sariciftci, A.M. Ramil, A. Andreev, H. Sitter, R. Schwodiauer and S. Bauer, Org. Electron. 2005, 6, 105; S. Kobayashi, T. Takenobu, S. Mori, A. Fujiwara, and Y. Iwasa, Appl. Phys. Lett. 2003,. 82, 4581]. Полевые транзисторы на основе полупроводниковых пленок [60]фуллерена имеют очень высокие характеристики. Однако, при их использовании на воздухе наблюдается быстрое ухудшение характеристик, что описано в работе Т.D. Anthopoulos et. al., J. Appl. Phys. 2005, 98, 054503. Как сообщается, эта проблема была решена с помощью использования верхнего защитного покрытия, представляющего собой слой оксида алюминия, нанесенного методом вакуумного испарения в атмосфере аргона. В результате стабильность транзисторов на основе фуллерена С60 была значительно повышена, и в течение месяца пребывания на воздухе не наблюдалось снижения характеристик [K. Horiuchi, K. Nakada, S. Uchino, S. Hashii, A. Hashimoto, N. Aoki, Y. Ochiai, and M. Shimizu, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1911]. Это открытие возродило интерес к фуллеренам как к материалам для высокоэффективных полевых транзисторов. В результате было изготовлено множество органических униполярных и комплементарных схем [Т.D. Anthopoulos, F.В. Kooistra, Н.J. Wondergem, D. Kronholm, J.С. Hummelen, and D.M. de Leeuw, Adv. Mater. 2006, 18, 1679; B. Crone, A. Dodabalapur, Y.-Y. Lin, R.W. Fillas, Z. Bao, A. LaDuca, R. Sarpeshkar, H.E. Katz, and W. Li, Nature 2000, 403, 521; D.J. Gundlach, K.P. Pernstich, G. Wilckens, M. Grüter, S. Haas, and B. Batlogg, J. Appl. Phys. 2005, 98, 064502, T.D. Anthopoulos, B. Singh, N. Marjanovic, Niyazi S. Sariciftci, A. Montaigne Ramil, H. Sitter, M. Cölle and D.M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 213504].
He следует недооценивать преимущества использования полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена в органических солнечных батареях на основе малых молекул. Были изготовлены однопереходные фотовольтаические ячейки с коэффициентами преобразования энергии до 4-5% [N. М. Kronenberg, V. Steinmann, Н. Bürckstümmer, J. Hwang, D. Hertel, F. Würthner, and K. Meerholz, Adv. Mater. 2010, 22, 4193-4197; J. Wagner, M. Gruber, A. Hinderhofer, A. Wilke, B. Bröker, J. Frisch, P. Amsalem, A. Vollmer, A. Opitz, N. Koch, F. Schreiber, and W. Brütting Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4295-4303; R. Fitzner, E. Reinold, A. Mishra, E. Mena-Osteritz, H. Ziehlke, C. Körner, K. Leo, M. Riede, M. Weil, O. Tsaryova, A. Weiß, C. Uhrich, M. Pfeiffer, and P. Bäuerle, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 897-910]. Многопереходные органические солнечные батареи на основе акцепторного материала [60]фуллерена демонстрируют эффективность преобразования света выше 8%. Этот результат получил сертифицированное подтверждение, [http://www.heliatek.com/news-19; GmbH, Dresden, Germany, 2010-10-11].
Наконец, следует отметить, что пленки [60]фуллерена используются в диодных системах, которые проявляют необычные электрические свойства [L.P. Ma, J. Ouyang, and Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 4786; P. Stadler, G. Hesser, T. Fromherz, G.J. Matt, H. Neugebauer, and S.N. Sariciftci, phys. stat. sol. (b) 2008, 245, 2300-2302]. Кроме того, тонкие полупроводящие пленки [60]фуллерена улучшили инжекцию отрицательных зарядов, уменьшили рабочие напряжения и увеличили стабильность органических светоизлучающих диодов [J.W. Lee, J.Н. Kwong, Apll. Phys. Lett. 2005, 86, 063514; X.D. Feng, C.J. Huang, V. Lui, R.S. Khangura, and Z.H. Lu. Apll. Phys. Lett. 2005, 86, 143511].
Приведенные выше примеры иллюстрируют широкий диапазон возможных применений полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена. Однако промышленное использование [60]фуллерена во многих случаях серьезно ограничивается в виду сложной технологии его нанесения. Растворимость [60]фуллерена в органических растворителях обычно недостаточна для приготовления пленок с использованием технологий печати. Поэтому единственным известным технологическим способом получения хороших тонких пленок [60]фуллерена является конденсация из паровой фазы (вакуумная сублимация). У этого метода есть много недостатков, таких как высокий расход энергии для создания и поддержания условий вакуума и нагрева [60]фуллерена до возможности сублимации, и технологическая несовместимость с материалами, чувствительными к температуре, такими как сопряженные полимеры, которые можно обрабатывать только с использованием “растворных” технологий. Эта технологическая несовместимость ограничивает область возможного применения [60]фуллерена. Проблема была частично решена посредством использования растворимых производных [60]фуллерена [J.L. Delgado, Р.-А. Bouit, S. Filippone, М.A. Herranz, N. Martin, Chem. Commun., 2010, 46, 4853-4865]. Однако производные [60]фуллерена не обладают превосходными полупроводниковыми свойствами чистого [60]фуллерена. В частности, подвижность носителя заряда уменьшается на 2-3 порядка даже для самых простых производных [60]фуллерена [Th. В. Singh and N.S. Sariciftci, Annu. Rev. Mater. Res. 2006, 36, 199-230].
Поэтому задачей настоящего изобретения было получение высоко растворимых производных [60]фуллерена и их использование в качестве прекурсоров, которые можно легко преобразовать в высококачественный чистый [60]фуллерен в мягких условиях. Мягкими условиями в рамках настоящего изобретения считаются температуры в интервале от 140 до 180°C. Высоко растворимыми в рамках настоящего изобретения считаются производные [60]фуллерена, растворимые в органических и водных средах, предпочтительно в спиртах или в воде, особенно предпочтительно в этаноле или воде.
Задача была решена посредством использования пентакис(алкилтио) производных [60]фуллерена общей формулы 1
где R представляет собой замещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 24 атомов углерода, в качестве терморазлагаемых прекурсоров для получения тонких пленок [60]фуллерена в электронных устройствах.
В данном изобретении R представляет собой -(CH2)n-COOR′ группу, n - от 1 до 12, R′ - атом водорода или разветвленная или неразветвленная углеродная цепь, имеющая от 1 до 12 атомов углерода.
Следует отметить, что изобретение охватывает все определения и параметры, помещенные в список общих терминов или в любой желаемой комбинации. Следует также отметить, что [60]фуллерен представляет собой фуллерен C60.
В данном изобретения n является числом от 1 до 6, R′ представляет собой разветвленную или неразветвленную углеродную цепь, имеющую от 1 до 6 углеродных атома. В очень предпочтительном осуществлении данного изобретения n представляет собой числа 1 или 2. В другом очень предпочтительном осуществлении данного изобретения R′ представляет собой метил или этил.
Особенно предпочтительными соединениями являются соединения формулы 1a, 1b или 1c
Также в данном изобретении защищается способ изготовления тонких полупроводниковых пленок [60]фуллерена с помощью термического разложения хорошо растворимых прекурсоров общей формулы 1.
Еще в одном аспекте данное изобретение направлено на процесс получения полупроводящих тонких пленок [60]фуллерен на основе производных [60]фуллерена общей формулы 1 с использованием экологически чистых растворителей, предпочтительно воды или спиртов, особенно предпочтительно воды и этанола.
Также данное изобретение направлено на использование полупроводниковых тонких пленок [60]фуллерена, полученных из терморазлагаемых прекурсоров на основе производных [60]фуллерена общей формулы 1, в органических полевых транзисторах или электронных схемах.
Еще в одном аспекте данное изобретение направлено на использование полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена, полученных из терморазлагаемых прекурсоров на основе производных [60]фуллерена в соответствии с общей формулой 1, в фотовольтаических ячейках.
Также данное изобретение направлено на использование полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена, полученных из терморазлагаемых прекурсоров на основе производных [60]фуллерена в соответствии с общей формулой 1, в органических диодах или светоизлучающих диодах.
Как описано выше, настоящее изобретение относится к использованию пентакис(алкилтио) производных [60]фуллерена общей формулы 1 в качестве терморазлагаемых прекурсоров для получения тонких пленок [60]фуллерена. Для нанесения тонкой пленки на субстрат используется водный раствор прекурсора (производного [60]фуллерена с общей формулой 1). Полученная пленка подвергается термической обработке при температурах от 100 до 200°C, более предпочтительно при температурах от 135 до 150°C, с образованием полупроводниковой пленки чистого [60]фуллерена. Таким образом, использование терморазлагаемых прекурсоров обеспечивает эффективный способ получения тонких пленок [60]фуллерена с использованием “растворных” технологий печати и покрытия, разработанных для хорошо растворимых органических полупроводников. Преимуществом настоящего изобретения, которое было обнаружено во время экспериментальной работы, является использование для изготовления пленок [60]фуллерен экологически безвредных растворителей.
Термин “терморазлагаемый прекурсор”, использованный здесь, относится к соединениям, которые разлагаются при температурах ниже 250°C с образованием целевого соединения и некоторых летучих побочных продуктов.
Термин “фотовольтаическая ячейка”, использованный здесь, относится к устройству, которое генерирует электрическую энергию путем поглощения света. В соответствии с фиг. 9, такая фотовольтаическая ячейка имеет нижний электрод из оксида индия-олова (ITO) (1), покрытый дырочно-селективным буферным слоем на основе PEDOT:PSS (2); фотоактивный слой с объемным гетеропереходом на основе композита поли(3-гексилтиофен)/[60]фуллерен, где [60]фуллерен представляет собой соединение общей формулы 1 (3), кальций как электрон-селективный слой (4) и серебро как верхний электрод (5).
Фотовольтаическая ячейка, представленная на фиг. 9, изготавливается следующим образом: стеклянные подложки, покрытые ITO, обрабатывали ультразвуком последовательно в органических растворителях, предпочтительно ацетоне и изопропиловом спирте. Затем на подложки наносили дырочно-селективный буферный слой на основе PEDOT:PSS с помощью спинкоутера (методо полива на вращающуюся подложку). Полученные пленки сушили.
Для получения активного слоя, раствор композита соединения общей формулы 1 или чистого С60 и Р3НТ (поли-3-гексилтиофен) в органическом растворителе, предпочтительно хлорбензоле, наносили с помощью спинкоутера. Полученные пленки прогревали, а затем наносили Са и Ag, формируя таким образом электрон-селективный контакт и верхний электрод устройства. Для защиты фотовольтаического устройства от воздействия влаги и кислорода воздуха используется барьерный слой, представляющий собой специализированную фольгу и изоляционные адгезивные материалы.
Также в рамках настоящего изобретения для нижнего электрода (1), дырочно-селективного слоя (2), активного слоя (3), электрон-селективного слоя (4) и верхнего электрода (5) можно использовать другие материалы в дополнение к тем, которые представлены выше или в раскрытом примере. Активный слой может включать в себя композит, представляющий собой смесь или послойную структуру, содержащие С60, полученный разложением терморазлагаемого прекурсора на основе соединений общей формулы 1, и любой электронодонорный органический материал, независимо от его молекулярного веса и химического состава.
К электронодонорным материалам относятся сопряженные полимеры из группы поли(3-гексилтиофен) Р3НТ, поли(2,7-(9,9-ди(алкил)-флуорен)-алт-5,5-(4′,7′-ди-2-тиенил-2′,1′,3′-бензотиадиазол)) (PFDTBT), поли(2,6-(4,4-бис-(2′-этилгексил)-4Н-циклопента(2,1-b;3,4,6′)дитиофен)-алт-4′,7′-(2′,1′,3′-бензотиадиазол) (PCPDTBT), поли(2,6-(4,4-ди(n-додецил)-4Н-циклопента(2,1-b;3,4,-6′)дитиофен)алт-5,5-(4′,7′-ди-2-тиенил-2′,1′,3′-бензотиадиазол)), поли[N-9′-гептадеканил-2,7-карбазол-алт-5,5-(4′,7′-ди-2тиенил-2′,1′,3′-бензотиадиазол) (PCDTBT), донорные материалы с низким молекулярным весом, такие как фталоцианины цинка или меди, тиофеновые олигомеры, органические красители и другие органические соединения, для которых характерна способность образовывать устойчивые катионные частицы при химическом, фото- или электрохимическом окислении. Диапазон донорных материалов можно расширить до неорганических наночастиц, наример, PbS, PbSe, PdTe и других коллоидных нанокристаллов, способных передавать электрон соответствующему акцепторному соединению при облучении светом.
Материалами, используемыми в качестве дырочно-селективных слоев в фотовольтаических приборах, являются оксиды металлов в высоком валентном состоянии, такие как WO3, МoО3, V2O5, NiO, Ag2O, и пр. В то же время верхний электрод может состоять из любого металла или прозрачного проводящего оксида металла.
Подходящие оксиды металлов n-типа, такие как ZnO, ТiO2, SnO2, а также соли щелочных и щелочно-земельных металлов, такие как LiF, CsF, Cs2CO3 и другие, образуют электрон-селективный слой.
“Органический фотодетектор” в данном изобретении имеет такую же архитектуру, как и “фотовольтаическая ячейка”, описанная выше. Методика изготовления органического фотодетектора, в сущности та же, что описана выше. Органический фотодетектор известен как прибор, чувствительный к свету. Следует отметить, что в рамках настоящего изобретения органические фотодетекторы могут иметь различную архитектуру, предпочтительно обладая латеральным гетеропереходом вместо объемного и/или используя другие электронодонорные материалы на основе полимеров или малых молекул вместо Р3НТ, и/или используя другие материалы для изготовления электродов, и/или используя альтернативные/дополнительные буферные слои, селективные для определенного типа носителей заряда.
Термин “полевой транзистор”, использованный здесь, относится к трехполюсному электронному прибору, в котором ток, идущий между двумя полюсами, образующими канал, регулируется напряжением, приложенным к третьему полюсу. Полевой транзистор, в соответствии с осуществлением настоящего изобретения, в минимальном варианте имеет следующую конфигурацию
- Электрод затвора, состоящий из какого-либо металла, предпочтительно Са, Al, Ag или Sm, или сильно легированного полупроводника, предпочтительно Si;
- Диэлектрический слой, состоящий из органических и/или неорганических материалов с подходящими диэлектрическими константами;
- Тонкая полупроводящая пленка [60]фуллерена, полученная при термическом разложении прекурсора общей формулы 1.
- Электроды истока и стока, состоящие из какого-либо металла, предпочтительно Са, Al, Ag или Sm, или сильно легированного полупроводника, предпочтительно Si.
Использование дополнительных слоев на границе с электродом затвора или электродами истока/стока позволяет обеспечить жесткую или гибкую структуру устройства, а также создать барьерный слой, защищающий устройство от воздействия факторов внешней среды. На фиг. 1 показана схема полевого транзистора и молекулярная структура диэлектрика ВСВ, в соответствии с настоящим изобретением. Такой полевой транзистор можно сконструировать следующим образом:
Стеклянные подложки сначала очищают ультразвуком в растворе основной пираньи с последующей обработкой ультразвуком в воде и органических растворителях, предпочтительно ацетоне или изопропаноле. Далее очищенные подложки высушивают струей газа, предпочтительно азота, а затем на плите. Эти пластинки используются в качестве субстратов (1) для изготовления полевых транзисторов, как показано на фиг. 1. Алюминиевый электрод затвора (2) толщиной 200 нм наносили методом напыления в вакууме со скоростью 1 нм/сек. Раствор органический диэлектрического прекурсора на основе бензоциклобутена (ВСВ) (фиг. 1) в мезитилене наносили с помощью спинкоутера электрод затвора. Полученная пленка прекурсора подвергалась термической обработке с образованием высоко сшитого слоя ВСВ (3). Раствор соединения общей формулы 1 в органическом растворителе наносили поверх слоя диэлектрика с помощью спинкоутра. В ходе термической обработки полученной пленки в инертной атмосфере происходит разложение соединения общей формулы 1 до чистого [60]фуллерена (4). Наконец, электроды истока (5) и стока (6) наносятся методом напыления в вакууме поверх пленки [60]фуллерен.
В рамках настоящего изобретения для электродов затвора (2), истока (5) и стока (6) и диэлектрического слоя (3) могут применяться другие материалы. Электроды (2), (5), (6) могут состоять из тех же или других металлов, например, серебра, золота, хрома, никеля, меди, магния, кальция, бария, марганца, самария, и т.д. Для изготовления диэлектрического слоя может применяться широкий круг материалов. Из неорганических материалов можно выбрать окислы металлов из числа MgO, Al2O3 или SiO2 и других оксидов с высокими диэлектрическими константами. В рамках настоящего изобретения высокая диэлектрическая константа - это константа более 3.9, значение для двуокиси кремния. Эти окислы можно модифицировать, используя монослои или просто тонкие (0.1-200 нм) слои органических материалов, предпочтительно тех, которые способны к сшивке (типа ВСВ) или термически стабильны (такие как производные фуллерена, простые ароматические/алифатические карбоновые или фосфоновые кислоты и др.). Также в рамках настоящего изобретения диэлектрический слой может представлять собой полностью органический материал, такой как ВСВ, высоко функциональные производные фуллеренов, меламин, природные или синтетические углеводороды, аминокислоты или другие соединения, способные выступать в качестве диэлектриков.
Нанесение слоев с помощью спинкоутера - это процедура, используемая для нанесения равномерных тонких пленок на плоские подложки. Избыточное количество раствора помещается на подложку, которая затем вращается с высокой скоростью, чтобы жидкость распределилась под действием центробежной силы. Применяемый растворитель обычно летуч, и он одновременно испаряется. Толщина пленки также зависит от концентрации раствора и от растворителя. Прибор, используемый для нанесения таким методом, называется спинкоутер.
Центрифугирование широко используется при микропроизводстве, где его можно использовать для получения тонких пленок толщиной менее 10 нм. Оно интенсивно используется в фотолитографии для нанесения слоев фоторезиста толщиной около 1 мкм.
Ультразвуковая обработка - это применения звуковой, предпочтительно ультразвуковой энергии для возбуждения частиц в образце для различных целей. В лаборатории обычно применяется с использованием ультразвуковой бани или ультразвукового зонда. Ультразвуковая обработка может использоваться для ускорения растворения, благодаря разрыву межмолекулярных взаимодействий. Ультразвуковая обработка может использоваться для удаления растворенных газов из жидкостей (дегазация) путем обработки жидкости ультразвуком в вакууме. Ультразвуковая обработка также может использоваться для инициирования процессов кристаллизации и даже для регулирования полиморфной кристаллизации. Она используется, чтобы помешать осаждению (кристаллизации), помогая перемешиванию и выделяя маленькие кристаллы.
Раствор основной пираньи, является смесью раствора аммиака (NH3H2O) и перекиси водорода (Н2О2), используется для отмывания подложек от органических остатков. Так как смесь является сильным окисляющим агентом, она удаляет большую часть органики, а также гидроксилирует поверхности, делая их гидрофильными (совместимыми с водой).
Обычно используются различные соотношения смеси, и все они называются пиранья. Типичная смесь - это 3:1 концентрированного 33% раствора аммиака к 30% раствору перекиси водорода; в других источниках используется смесь 4:1 или даже 7:1.
Раствор пираньи часто используется в микроэлектронной промышленности, например, для очистки кремниевых пластин.
Термин “электронная схема” относится к электронной системе, состоящей из двух или более электронных компонентов, связанных друг с другом соответствующим образом.
Термин “органический диод” относится к двухэлектродному электронному прибору, состоящему из органического материала (материалов), которые находятся между этими электродами, и проводящему электрический ток исключительно или преимущественно в одном направлении. Термин “светоизлучающий диод” относится к устройству, состоящему из органического материала (материалов), которые находятся между двумя электродами, и способному излучать свет при приложении напряжения смещения.
В рамках настоящего изобретения органический диод, это диод, в котором полупроводящая пленка [60]фуллерен, полученная из терморазлагаемого прекурсора общей формулы 1, находится между двумя электродами, имеющими одинаковые или разные работы выхода электрона. Введение дополнительных слоев на границе с электродами позволяют улучшить селективность инжекции или сбора зарядов, а также обеспечить жесткую или гибкую структуру устройства и создать барьерный слой, защищающий от воздействия факторов окружающей среды. На фиг. 2 схематически представлена архитектура органического диода в соответствии с настоящим изобретением. Его можно сконструировать следующим образом: пластинку, покрытую ITO, чистят ультразвуком в воде и органических растворителях, предпочтительно, в ацетоне и изопропаноле. Очищенную пластину сушат струей газа, предпочтительно азота, и используют в качестве подложки и одного из электродов в диоде (1). Для того, чтобы избавиться от шероховатости слоя ITO на его поверхность наносят дырочно-селективный буферный слой на основе PEDOT:PSS с помощью спинкоутера.
Образующуюся пленку буферного слоя прогревают. Раствор соединения общей формулы 1 в растворителе наносится с помощью спинкоутера поверх слоя PEDOT:PSS. Полученную пленку разлагают в инертной атмосфере, получая кристаллическую тонкую пленку чистого [60]фуллерена (3). Наконец, инжектирующий электроны слой (4), состоящий из металла с низкой работой выхода, и верхний электрод (5), состоящий из другого металла, наносят методом напыления в вакууме на пленки [60]фуллерена, давая таким образом окончательную диодную структуру. Настоящее изобретение не ограничивается данными примерами, а также включает в себя органические диоды с использованием других материалов для нижнего (1) и верхнего (5) электродов, межфазного слоя (2) и инжектирующего электроны слоя (4). Широкий круг материалов может применяться для построения межфазного слоя и инжектирующего электроны слоя. Для диода n-типа это могут быть окислы металлов n-типа, такие как ZnO, TiO2, SnO2, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, такие как LiF, CsF, Cs2CO3 и др., и многие другие материалы, известные как материалы для электрон-селективных слоев. Соединения общей формулы 1 не являются новыми и могут быть изготовлены по методике, описанной в Proceedings of the XXI Mendeleyev Competition of Students, Publication Volume, p. 55, in Russian.
Примеры
Пример 1
Изготовление полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена на стекле с использованием в качестве терморазлагаемых прекурсоров соединений 1а-с
В настоящем изобретении терморазлагаемый прекурсор, соединения 1a, 1b и 1c, использовались для получения тонких пленок [60]фуллерена посредством их растворения в толуоле или хлороформе для получения растворов с концентрацией 10-50 мг/мл.
Изменение концентрации прекурсора в данном интервале позволяет регулировать вязкость раствора и толщину конечных пленок фуллерена. На тщательно очищенные стеклянные пластины размером 25×25 мм (раствор основной пираньи, вода, ацетон, изопропанол) наносили раствор прекурсора (100 мкл) с помощью спинкоутера при скоростях вращения 900 оборотов в минуту. Полученные пленки прогревали в инертной атмосфере при 140° в течение 10 минут. Пленки сначала расплавлялись, а затем отверждались после испарения жидких побочных продуктов реакции. Образующиеся пленки анализировали с использованием FT-IR и UV-VIS спектроскопии. В качестве примера на фиг. 3а приведен спектр FT-IR.
Все обнаруженные колебания в спектре продукта разложения соответствуют чистому [60]фуллерену (Фиг. 3b).
На фиг. 4 показан UV-VIS спектр С60, прекурсора 1с и продукта его термического разложения. Продукт термического разложения 1с - (а), а контрольный спектр чистого 99.5+% С60 - (b).
UV-VIS спектр на Фиг. 4 также подтверждает вывод об образовании чистого [60]фуллерена при термическом разложении соединения 1c. Из рисунка видно, что спектр продукта разложения 1c идентичен спектру чистого С60.
На фиг. 5 показан ТГА профиль для соединения 1c. Термогравиметрический анализ (ТГА) для соединения 1c показал значительную потерю веса в температурном интервале 150-240°C (Фиг. 5). Измеренное уменьшение веса образца хорошо соответствует потере всех органических фрагментов из фуллеренового каркаса в молекуле 1с и образованию в качестве продукта [60]фуллерена. Летучие продукты разложения анализировали методом масс-спектрометрии. В масс-спектре были обнаружены ионы с m/z=17 (ОН), 28 (СО), 44 (СO2), 119 (-SCH2CH2COOMe) и 238 ([SCH2CH2COOMe]2). Все обнаруженные пики можно отнести к фрагменту и молекулярным ионам, соответствующим HSCH2CH2COOMe и [SCH2CH2COOMe]2, которые являются ожидаемыми продуктами термического разложения 1с.
Пример 2
Полевые транзисторы на основе тонких пленок полупроводящего [60]фуллерена, полученных из терморасщепляемого прекурсора 1c.
Пример полевого транзистора, конфигурация которого представлена ниже.
- Электрод затвора, состоящий из какого-либо металла, предпочтительно Са, Al, Ag или Sm, или сильно легированного полупроводника, предпочтительно Si;
- Диэлектрический слой, состоящий из органических и/или неорганических материалов с подходящими диэлектрическими константами;
- Тонкая полупроводящая пленка [60]фуллерена, полученная при термическом разложении прекурсора общей формулы 1.
- Электроды истока и стока, состоящие из какого-либо металла, предпочтительно Са, Al, Ag или Sm, или сильно легированного полупроводника, предпочтительно Si.
Можно ввести дополнительные слои на границе с электродом затвора или электродами истока/стока, для того чтобы обеспечить жесткую или гибкую подложку и защиту устройства от воздействия окружающей среды.
Такой полевой транзистор можно сконструировать следующим образом:
Стеклянные пластинки сначала очищают ультразвуком в растворе пираньи с последующей обработкой ультразвуком в воде (два раза), ацетоне (1 раз) и в изопропаноле (1 раз). Очищенные пластинки сначала высушивали струей азота, а затем прогревали при 200°C в течение 5 минут. Эти пластинки использовались в качестве субстратов (1) для изготовления полевых транзисторов (Фиг. 1). Алюминиевый электрод затвора толщиной 200 нм (2) наносили методом напыления в вакууме со скоростью 1 нм/сек. Образующийся электрод затвора погружали в разбавленный раствор лимонной кислоты (150 мг на 300 мл дистиллированной воды) и в течение 6 минут прикладывали потенциал +10 В (в качестве противоэлектрода использовали нержавеющую сталь). В результате этой процедуры происходила анодная пассивация алюминиевой поверхности и рост тонкого слоя Al2О3. Раствор органическиого диэлектрического прекурсора на основе бензоциклобутена ВСВ (фиг. 1) в мезитилене (примерно 0.1%) наносили с помощью спинкоутера при 900-1500 оборотах в минуту и получали пленку толщиной 20-30 нм на поверхности электрода затвора. Полученная пленка прекурсора подвергалась термической обработке при 250°C в течение 12 часов с образованием гибридного диэлектрического слоя Al2O3-ВСВ (3). Раствор соединения 1c в хлороформе (30 мг/мл) наносили с помощью спинкоутера на поверхность слоя диэлектрика ВСВ при 1200 оборотах в минуту. Полученную пленку прогревали при 180°C в течение 10 минут в инертной атмосфере, и получали кристаллическую тонкую пленку чистого [60]фуллерен (4). Наконец, электроды истока (5) и стока (6) испаряли в вакууме при 10-6 мбар поверх пленки [60]фуллерена, таким образом получая конечное устройство.
Для полученных устройств проводили вольтамперные измерения. Во-первых, проводили измерение проходных характеристик. Устанавливали постоянное напряжение между электродами истока и стока (VDS), а напряжение между электродами истока и затвора (VGS) колебалось в соответствующих пределах. В измерениях записывали ток между истоком и стоком (IDS). Полученные результаты показаны на фиг. 6. На фиг. 6 показан вольтамперные характеристики полевого транзистора на основе пленок [60]фуллерена, полученных при разложении прекурсора 1c.
Измерения на выходе проводили сначала устанавливая низкое постоянное напряжение между электродами истока и затвора (VGS) (например, 0.0 В), а напряжение между электродами истока и стока (VDS) меняли в соответствующем интервале (например, от 0 до 7 В). Во время измерений записывали ток между электродами истока и стока (IDS). После записи первой кривой (IDS vs. VDS) VGS увеличивали (например, до 1.0 В). Записывали еще одну выходную кривую, измеряя IDS при сканировании VDS. Опять увеличивали напряжение VGS (например, до 2.0 В) и измеряли третью выходную кривую. Обычно для характеристики прибора достаточно иметь 5-10 кривых выхода, записанных при различных потенциалах VGS. На фиг. 6 показаны примеры кривых выхода, записанных для полевого транзистора на основе пленок [60]фуллерен, полученных разложением прекурсора 1c.
Как видно из кривых переноса и выхода на Фиг. 6, IDS регулируется полем, создаваемым приложением напряжения VGS. Таким образом показано, что изготовленное устройство обладает свойствами полевого транзистора, тем самым свидетельствуя о возможности применения прекурсоров, для получения полупроводящих пленок [60]фуллерена.
Пример 3
Органический диод на основе полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена, полученных из терморазлагаемого прекурсора 1c.
Органический диод представляет собой полупроводящую пленку [60]фуллерена, полученную из терморазалагаемого прекурсора 1, которая находится между двумя электродами, имеющими одинаковые или различные работы выхода. Можно ввести дополнительные слои на границе с электродами для того, чтобы обеспечить жесткую или гибкую подложку и защиту устройства от воздействия окружающей среды
Органический диод, как показано на фиг. 2, был сконструирован следующим образом. Пластинку ITO очищали ультразвуком в воде (два раза), ацетоне (1 раз) и в изопропаноле (1 раз). Очищенную пластинку высушивали струей азота и использовали как подложку и один из электродов в диоде (1). На поверхность ITO наносили слой дырочно-селективного буферного слоя на основе PEDOT:PSS толщиной 60 нм (2) с помощью спинкоутера при 3000 оборотах в минуту с использованием имеющегося в продаже водного раствора РН-типа. Образующуюся пленку прогревали при 180° в течение 15 минут.
Раствор соединения 1c в хлороформе (40 мг/мл) наносили с помощью спинкоутера на поверхность слоя PEDOT:PSS при 1200 оборотах в минуту. Полученную пленку прогревали при 180°C в течение 10 минут в инертной атмосфере, и получали кристаллическую тонкую пленку чистого [60]фуллерен (4). В заключение, инжектирующий электроны слой (4), состоящий из кальция (20 нм), и верхний электрод, состоящий из серебра (100 нм), наносили в вакууме (10-6 мбар) поверх пленки [60]фуллерен и получали таким образом конечную диодную структуру.
Для изготовленных органических диодов были сняты вольтамперные зависимости. Напряжение смещения, приложенное к электродам диода, меняли между -6 и +6 В и измеряли ток, проходящий через прибор. Полученная вольтамперная кривая показана на фиг. 7. Видно, что устройство на основе тонкой пленки [60]фуллерен ведет себя как диод с достаточно хорошим коэффициентом выпрямления. Устройство, в состав активного слоя которого входил прекурсор 1c, не проявлял свойств диода даже при измерениях между -8 и +8 В, возможно из-за отсутствия полупроводящих свойств в случае этого соединения.
Пример 4
Органический диод на основе полупроводящих тонких пленок [60]фуллерена, полученных из терморазлагаемого прекурсора 1c и электрон-селективного буферного слоя ТiO2
Органический диод изготавливали следующим образом: пластинку ITO очищали ультразвуком в воде (два раза), ацетоне (1 раз) и в изопропаноле (1 раз). Очищенную пластинку высушивали струей азота и использовали как подложку и один из электродов в диоде (1). Для улучшения селективности контакта ITO наносили пленку ТiO2 (2) толщиной 50 нм, используя бутоксид титана (IV) Ti(OC4H9)4 по методу, описанному в Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 193307. Методика получения золя TiO2 заключается в растворении 10 мл Ti(OC4H9)4 в 60 мл этанола С2Н5ОН с последующим добавлением 5 мл ацетилацетона. Затем по каплям и при энергичном перемешивании добавляли раствор, состоящий из 30 мл С2Н5ОН, 10 мл дистиллированной воды и 2 мл соляной кислоты (HCl) с концентрацией 0.29 моль/л. Полученную смесь перемешивали при комнатной температуре еще 2 часа.
Полученный раствор золя TiO2 наносили с помощью спинкоутера на очищенные стеклянные подложки, покрытые ITO, при 3000 оборотах в минуту. Полученные пленки сушили на воздухе в течение 20 минут и затем подвергали термической обработке при 450°C в течение 2 часа. Раствор соединения 1c в хлороформе (40 мг/мл) наносили с помощью спинкоутера на поверхность слоя PEDOT:PSS при 1200 оборотах в минуту. Полученную пленку прогревали при 180°C в течение 10 минут в инертной атмосфере, и получали кристаллическую тонкую пленку чистого [60]фуллерен (4). В заключение, инжектирующий электроны слой (4), состоящий из кальция (20 нм), и верхний электрод, состоящий из серебра (100 нм), наносили в вакууме (10-6 мбар) поверх пленки [60]фуллерен и получали таким образом конечную диодную структуру.
Для изготовленных органических диодов были сняты вольтамперные зависимости., как описано выше (Пример 3). На фиг. 8 показаны вольтамперные характеристики органического диода, состоящего из инжектирующего электроны слоя ТiO2 и пленки [60]фуллерена, полученной методом термического разложения 1c. Вольтамперная кривая на фиг. 8 демонстрирует четкое диодное поведение устройства.
Приведенный пример показывает, что тонкие пленки [60]фуллерена, полученные при разложении прекурсорных соединений общей формулы 1, могут успешно использоваться для изготовления органических диодов n-типа.
Пример 5
Органическая фотовольтаическая ячейка с объемным гетеропереходом, в которой используется [60]фуллерен, полученный при разложении терморазалагаемого прекурсора 1c.
Органическая фотовольтаическая ячейка с объемным гетеропереходом представляет собой подложку, покрытую оксидом индий-олова, как нижний электрод (1), покрытый дырочно-селективным буферным слоем PEDOT:PSS (2); фотоактивный слой с объемный гетеропереходный на основе композита поли(3-гексилтиофен)/[60]фуллерен (3), 20 nm кальция как электрон-селективный слой (4) и 100 нм серебра как верхний электрод (5).
Фотовольтаические устройства (фиг. 9) изготавливали следующим образом: стеклянные подложки, покрытые ITO, последовательно обрабатывали ультразвуком в ацетоне и изопропиловом спирте в течение 10 минут. Затем PEDOT:PSS (Baytron® РН или CleviosTM РН) наносили с помощью при 3000 оборотах в минуту. Полученные пленки сушили на воздухе 20 минут при 180°C. На фиг. 9 представлена схема Органическая фотовольтаическая ячейка с объемным гетеропереходом, описываемой в данной примере изобретения.
Фотоактивную смесь, состоящая из 11 мг 1c (или 6.0 мг чистого С60) и 12 мг Р3НТ, (поли-3-гексилтиофен), растворенных в 1 мл хлобензола, наносили с помощью спинкоутера при 900 оборотах в минуту. Полученные пленки прогревали при 200°C в течение 7 минут, затем наносили 20 нм Са и 100 нм Ag методом напыления в вакууме с образованием электрон-селективного слоя и верхнего электрода. Для защиты фотовольтаического устройства от воздействия влаги и кислорода воздуха используется барьерный слой, представляющий собой специализированную фольгу и изоляционные адгезивные материалы.
Измерение вольтамперных характеристик фотовольтаических устройств проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM 1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг. 12а и 12b) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
На фиг. 10 представлены вольтамперные кривые для двух различных устройств [60]фуллерен:Р3НТ. Первое устройство состояло из смеси Р3НТ и [60]фуллерена, полученного разложением прекурсора 1c. Второе устройство было контрольным образцом, в котором фотоактивный слой представлял собой композит Р3НТ (12 мг) и чистого [60]фуллерена (6.0 мг), растворенных в хлорбензоле (1 мл) Растворимость С60 в хлобензоле близка к 8 мг/мл, поэтому концентрация 6.0 мг/мл легко достижима. На фиг. 10 показаны вольтамперные кривые, полученные для солнечных батарей с объемным гетеропереходом на основе композитов [60]фуллерен:Р3НТ.
На фиг. 8 видно, что фотовольтаическая ячейка на основе композитов Р3НТ:[60]фуллерен имеет очень низкие фотовольтаические характеристики. Были получены следующие параметры: плотность тока короткого замыкания ISC=1.0 мА/см2; напряжение холостого хода VOC=141 мВ; фактор заполнения FF=30% и эффективность преобразования света η=0.04%. Напротив, фотовольтаическая ячейка с использованием Р3НТ и [60]фуллерена, полученного из терморазлагаемого прекурсора 1c имеет значительно более высокие характеристики: ISC=5.4 мА/см2 (улучшение в 5 раз), VOC=531 мВ (улучшение примерно в 4 раза), FF=42% и η=1.2% (улучшение в ~30 раз).
Приведенные результаты доказывают, что образование C60 in-situ в полимерной матрице в результате разложения терморазлагаемого прекурсора можно рассматривать как перспективный подход к изготовлению эффективных органических фотовольтаических устройств.
Пример 6
Органический фотодетектор с использованием [60]фуллерена, полученного разложением терморазлагаемого прекурсора 1c.
Органический фотодетектор в настоящем примере имеет такую же архитектуру, что и фотовольтаическая ячейка в Примере 5. Методика, использованная для изготовления такого органического детектора, была в принципе такой же, что и описанная выше в Примере 5.
Для демонстрирования работы органического фотодетектора, описанного в настоящем изобретении, был проведен следующий эксперимент. Электроды устройства соединяли с осциллографом, который использовали для слежения за ростом электрического потенциала на электродах во времени. Сначала к прибору прикладывали короткий лазерный импульс (азотный лазер, 337 нм, 10 нс). Поглощение света генерировало электрические заряды, которые вызывали фотонапряжение на электродах прибора, которое регистрировалось на осциллографе (фиг. 11). В течение нескольких микросекунд происходило затухание этого сигнала. Поэтому фотодетекторный прибор потенциально мог бы обнаруживать 104-105 коротких световых сигнала в секунду, что свидетельствует о потенциале его высокочастотной работы. Результат эксперимента показан на фиг. 11, на котором виден кратковременный фотоотклик органического фотодетектора на основе композита [60]фуллерен:Р3НТ. Как показано на фиг. 12, органический фотодетектор, описываемый в настоящем изобретении, демонстрирует хорошие характеристики.
Пример 7
Органическая фотовольтаическая ячейка с латеральным гетеропереходом с использованием [60]фуллерена, полученного разложением терморазлагаемого прекурсора 1c.
В фотовольтаической ячейке в данном примере используется оксид индия-олова в качестве нижнего электрода (1), покрый дырочно-селективным буферным слоем PEDOT:PSS (2); поли(3-гексилтиофен) используется как нижний электронодонорный слой р-типа (3), [60]фуллерен, полученный из терморазлагаемого прекурсора 1c, образует верхний электрон-акцепторный слой n-типа (4). Тонкий слой кальция (20 нм) используется как электрон-селективный контакт (5) и 100 нм серебра - как верхний электрод (6).
Структура фотовольтаической ячейки с латеральным гетеропереходом показана на фиг. 13, и изготовлена следующим образом: стеклянные подложки, покрытые ITO, последовательно обрабатывали ультразвуком в ацетоне и изопропиловом спирте в течение 10 минут. Затем PEDOT:PSS (Baytron® РН или Cleviosтм РН) наносили с помощью при 3000 оборотах в минуту. Полученные пленки сушили на воздухе 20 минут при 180°C.
Раствор Р3НТ с концентрацией 18 мг/мл хлорбензола наносили с помощью спинкоутера при 1200 оборотов в минуту поверх пленки PEDOT:PSS. Полученные пленки прогревали при 140°C в течение 10 минут. Затем раствор 1с с концентрацией 15 мг/мл тетрагидрофурана (ТГФ) наносили с помощью спинкоутера поверх слоя Р3НТ со скоростью вращения подложки 2500 оборотов в минуту. Далее образцы сушили в вакууме и прогревали при 180°C в течение 5 минут. Затем наносили 20 нм Ca и 100 нм Ag методом напыления в вакууме с образованием электрон-селективного слоя и верхнего электрода. Для защиты фотовольтаического устройства от воздействия влаги и кислорода воздуха используется барьерный слой, представляющий собой специализированную фольгу и изоляционные адгезивные материалы.
Для сравнения был изготовлены фотовольтаические ячейки с латеральным гетеропереходом на основе чистого [60]РСВМ. Пленки Р3Н3 получали так же, как описано выше, далее слой [60]фуллерена толщиной 30 нм наносили методов напыления вакууме. Полученные образцы прогревали при 180°C в течение 5 минут. Затем наносили 20 нм Ca и 100 нм Ag методом напыления в вакууме с образованием электрон-селективного слоя и верхнего электрода.
Фотовольтаические характеристики устройств с латеральным гетеропереходом на основе [60]фуллерена, полученного разложением прекурсора 1c сравнивали с контрольным устройством, содержащим слой [60]фуллерена, который термически испаряли в вакууме. Измерение вольтамперных характеристик фотовольтаических устройств проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг. 12а и 12b) использовали источник-измеритель Kethley 2400. На фиг. 14 показаны вольтамперные кривые для фотовольтаических устройств с латеральным гетеропереходом а основе системы [60]фуллерен/Р3НТ.
Как видно из фиг. 14, контрольная ячейка имеет неплохие фотовольтаические характеристики. Были получены следующие значения: плотность тока короткого замыкания ISC=3.2 мА/см2; напряжение холостого хода VOC=334 мV; фактор заполнения FF=47% и эффективность преобразования света η=0.5%. Устройство с латеральным гетеропереходом на основе [60]фуллерена, полученного разложением прекурсора 1с, имеет вдвое более высокие показатели и улучшение по всем параметрам, кроме фактора заполнения: ISC=5.0 мА/см2 (улучшение 56%), VOC=495 мV (улучшение 48%); коэффициент заполнения FF=39% и эффективность превращения световой энергии η=1.0% (улучшение в 2 раза).
Следовательно, использование терморазлагаемого прекурсора общей формулы 1 делает возможным изготовление фотовольтаических устройств с латеральным гетеропереходом без использования дорогих процессов вакуумного испарения.
Claims (15)
1. Применение пентакис(алкилтио)производных[60]фуллерена общей формулы 1
где R представляет собой произвольным образом замещенную алкильную группу, содержащую от 1 до 24 атомов углерода, как терморазлагаемых прекурсоров для получения тонких пленок [60]фуллерена в электронных устройствах.
где R представляет собой произвольным образом замещенную алкильную группу, содержащую от 1 до 24 атомов углерода, как терморазлагаемых прекурсоров для получения тонких пленок [60]фуллерена в электронных устройствах.
2. Применение в соответствии с п. 1, где R представляет собой группу -(CH2)n-COOR', где n является числом от 1 до 12 и R' является атомом водорода или разветвленной, или неразветвленной алкильной группой, содержащей от 1 до 12 атомов углерода.
3. Применение в соответствии с п. 1, где n представляет собой число от 1 до 6.
4. Применение в соответствии с п. 1, где R' представляет собой разветвленную или неразветвленную алкильную группу, содержащую от 1 до 6 атомов углерода.
5. Применение в соответствии с п. 1, где n представляет собой число от 1 до 2.
6. Применение в соответствии с п. 1, где R' представляет собой метил или этил.
7. Применение в соответствии с п. 1, где пентакис(алкилтио)производные [60]фуллерена представляют собой соединения со структурными формулами 1a, 1b или 1c
8. Применение в соответствии с п. 1, отличающееся тем, что электронное устройство представляет собой фотовольтаические ячейки, органические диоды, светоизлучающие диоды, органические полевые транзисторы или электронные схемы на их основе.
9. Применение в соответствии с п. 1, отличающееся тем, что тонкие пленки [60]фуллерена выращивают из терморазлагаемых прекурсоров на основе производных [60]фуллерена путем термического разложения.
10. Применение в соответствии с п. 1, отличающееся тем, что для изготовления тонкой пленки[60]фуллерена используются экологичные растворители, предпочтительно вода или спирты, особенно предпочтительно вода или этанол.
11. Применение в соответствии с п. 1, отличающееся тем, что при термическом разложении образуется чистый [60]фуллерен.
12. Способ повышения эффективности электронных устройств, отличающийся тем, что пентакис(алкилтио)производных[60]фуллерена общей формулы 1
где R представлен произвольным образом замещенной алкильной группой, содержащей от 1 до 24 атомов углерода,
используются как терморазлагаемые прекурсоры для получения тонких пленок [60]фуллерена.
где R представлен произвольным образом замещенной алкильной группой, содержащей от 1 до 24 атомов углерода,
используются как терморазлагаемые прекурсоры для получения тонких пленок [60]фуллерена.
13. Способ в соответствии с п. 12, отличающийся тем, что тонкая пленка [60]фуллерена образуется в результате прогрева раствора пентакис(алкилтио)производных[60]фуллерена общей формулы 1 в органических или водных средах при повышенных температурах, предпочтительно от 70 до 200°C.
14. Способ в соответствии с п. 12, отличающийся тем, что средой является вода или спирт, предпочтительно вода или этанол.
15. Способ в соответствии с п. 12, отличающейся тем, что электронное устройство представляет собой фотовольтаическую ячейку, органический диод, светоизлучающий диод, органический полевой транзистор или электронную схему.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20110181060 EP2571072A1 (en) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | Semiconducting thin [60]fullerene films and their use |
| EP11181060.2 | 2011-09-13 | ||
| PCT/RU2012/000755 WO2013105873A1 (en) | 2011-09-13 | 2012-09-13 | Semiconducting thin [60]fullerene films and their use |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014109037A RU2014109037A (ru) | 2015-10-20 |
| RU2583375C2 true RU2583375C2 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=44677705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014109037/04A RU2583375C2 (ru) | 2011-09-13 | 2012-09-13 | Полупроводниковые тонкие пленки [60] фуллерена и их применение |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150110955A1 (ru) |
| EP (2) | EP2571072A1 (ru) |
| JP (1) | JP2015507838A (ru) |
| KR (1) | KR20140068953A (ru) |
| CN (1) | CN103827085A (ru) |
| RU (1) | RU2583375C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013105873A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015077477A1 (en) * | 2013-11-20 | 2015-05-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Solar cells having selective contacts and three or more terminals |
| CN112687809B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-04-15 | 电子科技大学 | 一种碲化锑光电探测器件及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287483C1 (ru) * | 2005-07-15 | 2006-11-20 | Институт Проблем Химической Физики Российской Академии Наук (Ипхф Ран) | Производные фуллеренов, способ их получения и фотовольтаическое устройство |
| WO2010029542A1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-18 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Derivatized fullerene-based dopants for organic semiconductors |
| RU2011102596A (ru) * | 2008-07-25 | 2012-07-27 | Сони Корпорейшн (JP) | Протонпроводящий композитный электролит, сборка мембрана-электрод с его использованием и электрохимическое устройство, использующее сборку мембрана-электрод |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6046361A (en) * | 1995-10-26 | 2000-04-04 | Chiang; Long Y. | Polyorganofullerenes |
| US9231214B2 (en) * | 2008-04-08 | 2016-01-05 | The Regents Of The University Of California | Photovoltaic devices including self-assembling fullerene derivatives for improved efficiencies |
| WO2010101161A1 (ja) * | 2009-03-03 | 2010-09-10 | 三菱化学株式会社 | フラーレン膜の製造方法およびフラーレン膜 |
| CN102041543B (zh) * | 2009-10-20 | 2012-10-10 | 宝山钢铁股份有限公司 | 金属表面富勒烯/金属复合薄膜的制备方法 |
-
2011
- 2011-09-13 EP EP20110181060 patent/EP2571072A1/en not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-09-13 CN CN201280042862.XA patent/CN103827085A/zh active Pending
- 2012-09-13 RU RU2014109037/04A patent/RU2583375C2/ru active IP Right Revival
- 2012-09-13 US US14/344,207 patent/US20150110955A1/en not_active Abandoned
- 2012-09-13 KR KR1020147006340A patent/KR20140068953A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-09-13 WO PCT/RU2012/000755 patent/WO2013105873A1/en active Application Filing
- 2012-09-13 EP EP12864770.8A patent/EP2755947A4/en not_active Withdrawn
- 2012-09-13 JP JP2014529640A patent/JP2015507838A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287483C1 (ru) * | 2005-07-15 | 2006-11-20 | Институт Проблем Химической Физики Российской Академии Наук (Ипхф Ран) | Производные фуллеренов, способ их получения и фотовольтаическое устройство |
| RU2011102596A (ru) * | 2008-07-25 | 2012-07-27 | Сони Корпорейшн (JP) | Протонпроводящий композитный электролит, сборка мембрана-электрод с его использованием и электрохимическое устройство, использующее сборку мембрана-электрод |
| WO2010029542A1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-18 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Derivatized fullerene-based dopants for organic semiconductors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015507838A (ja) | 2015-03-12 |
| KR20140068953A (ko) | 2014-06-09 |
| EP2755947A1 (en) | 2014-07-23 |
| CN103827085A (zh) | 2014-05-28 |
| WO2013105873A8 (en) | 2014-01-16 |
| EP2755947A4 (en) | 2015-07-01 |
| EP2571072A1 (en) | 2013-03-20 |
| US20150110955A1 (en) | 2015-04-23 |
| WO2013105873A1 (en) | 2013-07-18 |
| RU2014109037A (ru) | 2015-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guo et al. | Effect of energy alignment, electron mobility, and film morphology of perylene diimide based polymers as electron transport layer on the performance of perovskite solar cells | |
| Norrman et al. | Degradation patterns in water and oxygen of an inverted polymer solar cell | |
| Huang et al. | Room-temperature and aqueous solution-processed two-dimensional TiS2 as an electron transport layer for highly efficient and stable planar n–i–p perovskite solar cells | |
| KR101312269B1 (ko) | 고분자 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| Oey et al. | Polymer–TiO2 solar cells: TiO2 interconnected network for improved cell performance | |
| Morvillo et al. | Influence of annealing treatments on solution-processed ZnO film deposited on ITO substrate as electron transport layer for inverted polymer solar cells | |
| EP2710611B1 (en) | Method for producing low work function electrodes and low work function electrode | |
| Tozlu et al. | Effect of TiO2 modification with amino-based self-assembled monolayer on inverted organic solar cell | |
| JP5577850B2 (ja) | 有機光電変換素子 | |
| Liang et al. | Existence of ligands within sol–gel-derived ZnO films and their effect on perovskite solar cells | |
| Zhao et al. | Comprehensive study of sol–gel versus hydrolysis–condensation methods to prepare ZnO films: electron transport layers in perovskite solar cells | |
| JP6622229B2 (ja) | Ｎ−フルオロアルキル置換されたジブロモナフタレンジイミドおよびそれらの半導体としての使用 | |
| Moustafa et al. | Stability enhancement of high-performance inverted polymer solar cells using ZnO electron interfacial layer deposited by intermittent spray pyrolysis approach | |
| EP3432377A1 (en) | Photovoltaic element | |
| Foong et al. | ZnO layers for opto-electronic applications from solution-based and low-temperature processing of an organometallic precursor | |
| RU2583375C2 (ru) | Полупроводниковые тонкие пленки [60] фуллерена и их применение | |
| KR101112676B1 (ko) | 나노입자 및 고전도성 유무기 복합 버퍼층을 도입한 대면적 고효율 유기태양전지 및 그 제조방법 | |
| Zeng et al. | The use of nanoimprint lithography to improve efficiencies of bilayer organic solar cells based on P3HT and a small molecule acceptor | |
| Hu et al. | Amphiphilic fullerene derivative as effective interfacial layer for inverted polymer solar cells | |
| KR101149782B1 (ko) | 인버티드 구조의 유기태양전지 및 그 제조방법 | |
| JP2006073201A (ja) | 光電変換材料、光電変換装置、及び、光電変換材料の製造方法 | |
| Rashmi et al. | Degradation process in organic thin film devices fabricated using P3HT | |
| JP2014179537A (ja) | 無機・有機ハイブリッド光電変換素子 | |
| Li et al. | Investigations of a new high-performance low-band-gap photovoltaic polymer semiconductor | |
| RU2519782C2 (ru) | Способ получения циклопропановых производных фуллеренов, применение органических производных фуллеренов в качестве материалов для электронных полупроводниковых устройств, органического полевого транзистора, органической фотовольтаической ячейки, органический полевой транзистор и органическая фотовольтаическая ячейка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170914 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181009 |