TWI265753B - Organic electronic device - Google Patents

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TWI265753B
TWI265753B TW094115168A TW94115168A TWI265753B TW I265753 B TWI265753 B TW I265753B TW 094115168 A TW094115168 A TW 094115168A TW 94115168 A TW94115168 A TW 94115168A TW I265753 B TWI265753 B TW I265753B
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Sae-Hwan Son
Hyeon Choi
Jun-Gi Jang
Sang-Young Jeon
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Lg Chemical Ltd
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Description

pif.doc I2657^14 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申請案主張韓國專利申請案Νο·1〇_2〇〇4_〇〇33045於 2004年5月11日向韓國智慧財產局申請時的優先權，該 申請案所揭示的全部内容於此加入本申請案中作為參考。 本發明涉及一種有機電子元件，其在一電極中具有η-型有機化合物(compound)以使電洞注入或引出電洞。更特 別的是，本發明涉及一種可使能量位障下降以使電洞注入 藝 或將電洞引出的電子元件。 【先前技術】 像太陽電池，有機電致發光元件或有機電晶體之類的 電子元件包含二個電極和一種配置在此二個電極之間的有 機化合物。例如，太陽電池對太陽能起反應以使用有機化 合物層中所產生之各別被激發的電子和電洞來產生電力。 有機電致發光元件由二個電極使電子和電洞注入有機化合 物層中使電流轉換成可見光。有機電晶體在對施加至閘極 φ 上的電壓起反應時使有機化合物層中所產生的電洞或電子 在源極和汲極之間傳送。電子元件更可包含一種電子/電洞 注入層，電子/電洞引出層或電子/電洞傳送層以使性能獲 得改良。 然而’具有金屬，金屬氧化物或導電聚合物之電極和 有機化合物層之間的介面是不穩定的。外部的熱，内部所 產生的熱或施加至電子元件的電場對電子元件的性能有不 利的影響。電子元件的驅動電壓可藉由電子/電洞注入層 6 pif.doc I265753i4pi (或電子/電洞傳送層）和有機化合物層之間導電能量差而增 加。因此，使電子/電洞注入層（或電子/電洞傳 & 化合物層之間的介面敎是重要的，使電子/電洞注入電極 中或由電極引出電子/電洞所需的能量位障最小化亦同樣 重要。 %子元件已發展至用來控制位於電極和配置在電極之 間的有機化合物層之間的能篁差。在有機電致發光元件的 情況中’陽極受到控制而具有費米(Fermi)能量，其類似於 電洞注入層之最高佔用分子執道(HOMO)能量，或選擇一 種具有HOMO能量(其類似於陽極之費米能量)之化合物以 用於電洞注入層中。由於在考慮電洞傳送層或發光層之 H〇M〇能量時，除了陽極的費米能量之外，另外應選取電 洞注入層，則在選取電洞注入層用的化合物時會受到一種 限制。 因此，在製造有機電致發光元件時通常採用一種控制 陽極之費米能量的方法。然而，陽極用的化合物是有限制 的。例如，有機電晶體已使用金或一般金屬作為源極/汲極 用的材料。然而，金或一般金屬是昂貴的且不易使用工業 方法來處理。因此，其在有機電晶體中的應用和結構會受 到限制。 【發明内容】 依據本發明的一種外觀，電子元件包含：第一電極， 其用來注入或引出電洞且包括一導電層和一配置在導電層 上的η-型有機化合物層；第二電極’其用來注入或引出電 • I26575S14_oc 子，以及一 p-型有機化合物層，其配置在第一電極的導電 層和第二電極之間，在P_型有機化合物層和第一電極的n_ 型有機化合物層之間形成一種NP接面。第一電極之仏型 有機化合物層之最低未佔用分子執道(LUMO)能量和第一 電極之導電層之費米能量之間的能量差大約是2電子伏 • 特(eV)或更小；第一電極之n_型有機化合物層之最低未佔 用分子軌道(LUMO)能量和p-型有機化合物層之最高佔用 分子軌道(HOMO)能量之間的能量差大約是1電子伏特(eV) _ 或更小。 依據本發明的另一外觀，有機電致發光元件包括：陽 極’其包含導電層和配置在導電層上的n_型有機化合物 層，陰極；以及p-型有機化合物層，其配置在陽極的導電 層和陰極之間，在p-型有機化合物層和陽極的仏型有機化 合物層之間形成一種NP接面。陽極之η-型有機化合物層 之最低未估用分子執道(LUMO)能量和陽極之導電層之費 米能量之間的能量差大約是2電子伏特(eV)或更小；陽極 φ 之n-型有機化合物層之最低未佔用分子執道(LUMO)能量 和P_型有機化合物層之最高佔用分子軌道(HOMO)能量之 ' 間的能量差大約是1電子伏特(eV)或更小。 • 依據本發明的另一外觀，有機太陽電池包括：陽極， 其包含導電層和配置在導電層上的η-型有機化合物層；陰 極；以及電子施體層，其配置在陽極的導電層和陰極之間 且包含ρ-型有機化合物層，ρ-型有機化合物層和陽極的η- . 型有機化合物層之間形成ΝΡ接面。陽極的型有機化合 8 I26575Si4pif.doc 物層之LUMO能量和陽極的導電層之費米能量之間的能 置差大約是2 eV或更小；陽極的n_型有機化合物層之 LUMO能量和1>型有機化合物層之11〇]^0能量之間之能 量差大約是leV或更小。 依據本發明的又另一外觀，有機電晶體包括：源極； 汲極，閘極；一配置在閘極上的絕緣層；一配置在絕緣層 上的P-型有機化合物層；以及一配置在源極(或汲極)和p-型有機化合物層之間的n_型有機化合物層，型有機化合 物層和η-型有機化合物層之間形成Np接面。^型有機化 合物層之LUMO能量和源極(或汲極)的費米能量之間的能 量差大約是2 eV或更小；n-型有機化合物層之LUM〇能 量和P-型有機化合物層之HOMO能量之間之能量差大約 是leV或更小。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 以下的說明中’只說明本發明的較佳實施例，其簡單 地以圖來說明各發明者進行本發明時所構想的最佳模式。 在貫現本發明時’本發明可以未偏離本發明的各種明確的 外觀來修改。因此，圖式和說明書的内容本質上只是一種 範例而已，其不是對本發明的一種限制。 本發明之一實施例之電子元件包括：第一電極，其用 來注入或引出電洞；第二電極，其用來注入或引出電子； I26575i3mpif.doc 以及一種具有P_型半導體性質之有機化合物層（此後稱 為”ρ·型有機化合物層’其配置在第—電極和第二電極之 間。Ρ-型有機化合物層包括電洞注入層，電洞傳送層或發 射層。電子元件更包含至少一配置在Ρ_型有機化合物層和 第二電極之間的有機化合物。 第一電極包括導電層和一配置在導電層上的具有〜型 半導體性質之有機化合物層（此後稱為” 型有機化合物 層）。導電層包含金屬’余屬氧化物或傳導性聚合物。傳 導性聚合物可包含導電聚合物。η-型有機化合物層對該導 電層之費米能量和ρ-型有機化合物層之HOMO能量具有 一預定的LUMO能量。 選取第一電極之n_型有機化合物層，使第一電極之n-型有機化合物層之LUMO能量和第一電極之導電層之費 米能量之間的能量差以及n_型有機化合物層之LUMO能 量和P-型有機化合物層之HOMO能量之間的能量差減 小。因此，電洞可容易地經由第一電極的n_型有機化合物 層之LUMO能量而注入ρ-型有機化合物層之HOMO能 量。另一方式是電洞可容易地由ρ-型有機化合物層之 HOMO能量藉由第一電極之n•型有機化合物層之LUMO 能量而被引出。 第一電極之η-型有機化合物層之LUMO能量和第一 電極之導電層之費米能量之間的能量差例如大約是2 eV 或更小(未包括0 eV)，特別是1 ev或更小(未包括0 eV)。 此種能量差就材料選擇的觀點而言較佳是0.01〜2eV。第 126575l^ 14pif.doc 一電極之n-型有機化合物層之LUMO能量和p-型有機化 合物層之HOMO能量之間的能量差大約是1 eV或更小(未 包括0 eV)，特別是〇·5 ev或更小（未包括0 eV)。此種能 量差就材料選擇的觀點而言較佳是〇.〇1〜leV。 當第一電極之η-型有機化合物層之LUMO能量和第 一電極之導電層之費米能量之間的能量差大約大於2eV 時，則表面雙極之效應或電洞注入-或電洞引出時能量位障 上的間隙(gap)狀態會變小。當n_型有機化合物層之LUMO _ 能量和P-型有機化合物層之HOMO能量之間的能量差大 約大於leV時，則第一電極之p_型有機化合物層和型有 機化合物層之間不易產生ΝΡ接面，因此會使電洞注入-或 電洞引出時時所需的驅動電壓升高。η•型有機化合物層之 LUMO能量之範圍不限於上述的範圍而是對第一電極之 導電層之費米能量和ρ-型有機化合物層之能量可 有大約大於leV之能量差。 圖1(a)和1(b)係分別表示一種依據本發明之一實施例 φ 在施加n_型有機化合物層至第一電極之前和之後在電子元 件中注入電洞或引出電洞所用的第一電極之能階圖。導電 ^之費米能量(EF1)較η-型有機化合物層之費米能量(Ερ2)還 咼（a)。真空此階(VL)指出電子自由地移動至導電層和 型有機化合物層中時的能階。 當電子元件使用η·型有機化合物層作為第—電極的— 部份時’導電層會與〜型有機化合物層相接觸。電子由導 、 ㈣移動至η·型有機化合物層，使此二層的㈣能量(Efi, I26575^14pif.doc 2)相等(b)。結果，表面雙極形成在導電層和n_型有機化合 物層之間的介面上，使第一電極的真空能階(VL)，費米能 階，H〇M〇能量和lumo能量改變成如圖1(b)所示。 因此，雖然導電層的費米能量和n_型有機化合物層之 LUMf能量之間的能量差較大，電洞注入或電洞引出所需 的能量位障可藉由導電層和η-型有機化合物層之接觸而下 降。又，當導電層的費米能量大於&型有機化合物層之 LUMO能量時’電子由導電層移動至〜型有機化合物層， 鲁 因此在導電層和η_型有機化合物層之間的介面上會形成一 種間隙狀恶。於是，電子傳送時所需的能量位障可最小化。 η-型有機化合物層可包含以下的材料(但不限於下述 這些材料）：2，3，5，6_四氟-7，7，8，8-四氰醌二曱烷 (F4TCNQ)(其所具有的LUM〇能量大約是5 24eV)，氣專 代之3，4，9，10-戊二烯四羧酸二酐(PTCDA)，氰基_取代 之PTCDA，萘_四羧酸-二酐(NTCDA)，氟_取代之NTCDA 或氰基-取代之NTCDA。 φ 本發明之一實施例的電子元件包含一種與第一電極之 心型有機化合物層相接觸的型有機化合物層以注入電洞 或引出電洞。因此，該電子元件中形成一種^^接面。圖2 顯示第一電極之η-型有機化合物層和p_型有機化合物層之 間所形成的NP接面。 當NP接面產生時，第一電極之n_型有機化合物層之 ^UMO能量和p-型有機化合物層之H〇M〇能量之間的能 里差變小。因此，在對外部的電壓或光起反應時可容易地 12 I26575iXi4pif.doc 產生電子或電洞。第一電極之型有機化合物層中的電洞 或η-型有機化合物層中的電子可容易地由於NP接面而產 生。由於電子和電洞在NP接面上一起產生，則電子經由 第一電極的η-型有機化合物層而傳送至第一電極的導電層 且電洞傳送至ρ-型有機化合物層。 為了使ΝΡ接面可有效地將電洞傳送至型有機化合 物層’則第一電極的η-型有機化合物層之LUMO能量和 Ρ-型有機化合物層之HOMO能量之間的能量差須具有一 預定的位準。第一電極之n_型有機化合物層之LUMO能量 和P-型有機化合物層之HOMO能量之間的能量差例如大 約是1 eV或更小，特別是〇·5 eV或更小。 本發明之一實施例之電子元件包括(但不限於)有機電 致發光元件，有機太陽電池或有機電晶體。 支徵電致發光元件 有機電致發光元件包括：陽極，陰極以及一配置在陽 面和陰極之間的P-型有機化合物層。此少型有機化合物層 包括：電洞注入層，電洞傳送層或發射層。有機電致發光 元件更包括至少一配置在P-型有機化合物層和陰極之間的 有機化合物層。當有機電致發光元件包括多個有機化合物 層時’這些有機化合物層可以相同材料或不同材料來形 成。圖3係本發明之一實施例之有機電致發光元件之切面 圖。 參閱圖3，有機電致發光元件包括：一基板31 ; 一配 置在基板31上的陽極32; —配置在陽極32上之ρ·型電洞 13 Ι26575^ι4ρ if.doc 注入層(HIL)33 ’其由陽極32接收電洞；一配置在電洞注 入層33上的電洞傳送層(HTL)34，其使電洞傳送至發射層 (EML)35，發射層35配置在電洞傳送層34上且使用電| 和電洞以發出光；一配置在發射層35上的電子傳送眉 (ETL)36 ’其使電子由陰極37傳送至發射層35 ;以及一^ 置在電子傳送層36上的陰極37。電洞傳送層34，發射層 35或電子傳送層36可以相同的有機化合物或不同的 化合物來形成。 成 依據本發明之另一實施例，有機電致發光元件包括： 一基板31 ; —配置在基板31上的陽極32 ; 一配置在陽極 32上的p-型電洞傳送層34 ; 一配置在電洞傳送層34上的 發射層35 ; —配置在發射層35上之電子傳送層36 ;以及 一配置在發射層35上之陰極37。發射層35或電子傳送層 36可以相同的有機化合物或不同的有機化合物來形成。 依據本發明之又另一實施例，有機電致發光元件可包 括：一基板31 ; 一配置在基板31上的陽極32 ; —配置在 陽極32上的p_型發射層35; 一配置在發射層35上之電子 傳送層36 ;以及一配置在電子傳送層36上之陰極37。電 子傳送層36可以有機化合物形成。 請再參閱圖3，陽極32將電洞傳送至電洞注入層33， 電洞傳送層34或發射層35且包括一導電層32a和一〜型 有機化合物層32b。導電層32a由金屬，金屬氧化物或導 電聚合物所形成。〜型有機化合物層32b之LUMO能量和 導電層32a之費米能量之間的能量差大約是2 eV或更小， 14 1265V 53914pif.doc 特別是1 eV或更小。η-型有機化合物層32b之LUMO能 量和P-型電洞注入層33之HOMO能量之間的能量差大約 是1 eV或更小，特別是0.5 eV或更小。在陽極32之η-型有機化合物層32b和ρ-型電洞注入層33之間形成ΝΡ接 面。 依據本發明的另一實施例，電洞傳送層34或發射層 35由ρ-型有機化合物所形成，n-型有機化合物層32b之 LUMO能量和ρ-型電洞傳送層34(或ρ-型發射層35)之 HOMO能量之間的能量差大約是1 ev或更小，特別是0.5 eV或更小。在陽極32之η-型有機化合物層32b和ρ·型電 洞傳送層34(或ρ-型發射層35)之間形成NP接面。 當η-型有機化合物層32b之LUMO能量和導電層32a 之費米能量之間的能量差大於2eV時，表面雙極效應或電 洞注入至ρ-型電洞注入層33時所需的能量位障上的間隙 狀態會減小。當η-型有機化合物層32b之LUMO能量和 P-型電洞注入層33之HOMO能量之間的能量差大約大於 1 eV時，則電洞或電子不容易在ρ-型電洞注入層％或n_ 型有機化合物層32b中分別地產生。因此，電洞注入時所 需的驅動電壓會上升。 圖4係有機電致發光元件之理想的能階圖。由此能階 圖可知，由陽極和陰極注入電洞和電子時的能量損耗分別 被最小化。圖5係本發明之一實施例之有機電致發光元件 之能階圖。 參閱圖5,本發明的另一實施例中一有機電致發光元 15 I26575^i4pif-d〇〇 件包括：一陽極，其具有一導電層和一〜型有機化合物層 (不於圖3中）；一 p-型電洞注入層(HIL); —電洞傳送層 (^TL); 一發射層(EML); —電子傳送層(ETL)以及一陰極。 陽極之n_型有機化合物層之LUMO能量和陽極之導電層 之費米能量之間的能量差大約是2 eV或更小，且陽極之 η-型有機化合物層之LUM〇能量和&型電洞注入層之 Η〇Μ〇能量之間的能量差大約是1 eV或更小。由於電洞/ 電子注入或引出時所需的能量位障被陽極的η-型有機化合 • ^所降低，則在使用陽極之η-型有機化合物層之LUM^ 能量和P-型電洞注入層之H〇M〇能量時電洞可容易地由 陽極傳送至發射層。 由於陽極之η-型有機化合物層使電洞由陽極注入至 型電洞注入層時所需的能量位障下降，則陽極之ρ_型電洞 傳送層或ρ_型發射層，導電層可由不同的導電材料所步 成。例如，導電層可由與陰極相同的材料所 朽 由一種與陰極相同的材料(例如，具有低的工作函數 # 材料)所形成時，則可製成一種堆疊式有機電致發光元件。 圖8’9係分別表示本發明之一實施例之堆疊式有 致發光元件之切面圖。參閱圖8，有機電致發光元 極71串連至相鄰之有機電致發光元件之陰極％。陽極η 包含一導電層和一種η_型有機化合物層。 參閱圖9，有機電致發光元件形成一種等效 中多個單元(每個都具備有機化合物層83和一介 二 ' 料層85)配置在陽極81和陰極87之間。介於中間二導 1265714pif.doc 1265714pif.doc
電層85包含一導電層和一種〜型有機化合物層。導電層 由透明材料_成，此透明㈣所具㈣讀函數類似於 陰，87材料的卫作函數且此透日諸料之可見光穿透率大 ，是/0°/\。當一種非透明材料形成該導電層時，導電層的 ^度/員夠薄使光可透過。非透明材料例如包含銘，銀或銅。 當銘形成上述介於中間的導電層85之導電層時，該導電層 所具有的厚度例如可為5至1G奈米。由於亮度是與對相同 驅動電壓起反應峰作之堆疊式有機電致發光元件之數目 成比例地增加’卿疊式有機電致發光元件將具有一種改 良的高磨。 —然後’依據本發明的一實施例的有機電致發光元件之 母-廣都將圖示。每—層可由單—化合 化合物之組合來形成。 陽極 a陽極使電洞注入P-型有機化合物層(例如，電洞注入 層’電洞傳送層或發射層）中。陽極包含—導電層和一種
性聚合物。傳導;聚:3=:聚::氧化物或傳導 J H ° ¥電層例如可具有大約3.5至5.5eV之費米 :ί前ί 列子包括碳’紹’鈒’鉻，鋼，鋅，銀， 化鋼錫_)和鐘_ 物；輸物 17 I26575&i4pif.d〇c 合，例如，ZnO : A1 或 Sn〇2 ·· Sb。一錄 致發光元件可使用透明材料和非透明材料 像導電層-樣之大的光反射性。底部 科具有 或非透明材料，㈣具有 之間====;:=
須4取Π-型有機化合物層，使陽極之n_型有機化合物層之
Luf0能量和陽極之導電層之費米能量之間的能量差大 、力疋2eV或更小’且n_型有機化合物層之lum〇能量和
1>型有機化合物層之HQMO能量之間的能量差大約是leV 或更小。 例如，η-型有機化合物層所具有的LUM〇能量大約是 4至7eV且電子移動率大約是i〇-8cm2ws至1咖2八^，特 別，l〇-6cm2/Vs至l(rW/Vs。當電子移動率小於 108cm2/Vs時’則不易使電洞由〜型有機化合物層注入至 P-型有機化合物層中。當電子移動率大於lcm2/Vs時，則 此種有機化合物是結晶質而不是非晶質。此種結晶質有機 化合物不容易用作有機電致發光(EL)元件。 n_型有機化合物層由真空蒸發或溶解過程所形成。〜 型有機化合物層包括(但不限於）： 1洞注入層（HIL)或電洞僂送層(ΉΤΤ Λ 電洞注入層或電洞傳送層都可由配置在陽極和陰極之 間的Ρ-型有機化合物層所形成。由於陽極之ρ-型電洞注入 -1265753η pif.doc 層或Ρ-型電洞傳送層和型有機化合物層形成ΝΡ接面， 則形成在ΝΡ接面上的電洞經由型電洞注入層或型電 洞傳送層而傳送至發射層。
Ρ-型電洞注入層或p—型電洞傳送層之Η〇Μ〇能量相 對於η-型有機化合物層之LUM〇能量而言例如大約有丨eV 或更小的此里差或〇.5eV或更小的能量差。型電洞注入 層或P·型電洞傳送層包括(但不限於)：芳香(arylamine)化合 物，導電聚合物或具有一起共輛(t〇gether c〇njugated)之部 份和非共軛之部份之方塊形共聚物。 發射層(ΈΜΤΛ 由於電/同傳送和電子傳送在發身子層中發生在相同的時 間，則發射層具有p_型半導體性質和仏型半導體性質。發 射層^有η•型發射層（其中電子傳送之速率較電洞傳“ 速率逛快)或ρ-型發射層，其中電洞傳送之速率較電子 之速率還快。 」由於電子在η_型發射層巾傳送之速輪電洞傳送之速 率還快、’、,縣在f洞傳送層和發射層之_介面上發射。 電洞傳运層之LUMQ能量較發射層❾LUM()能量還大時 較佳，崎辦的發纽率。n_射層⑽(但不限 於）·铭二(8-經基奎琳)(Alq3) ; _基奎琳·鈹(b蝴）；苯 物’苯祕α坐或苯並咪唾化合物；聚氣化合物； 或基裱戊二烯(silole，一種電子傳送材料）。 在ϋ發射層中，電洞傳送之速率較電子傳送之速率 還快，則光在電子傳送層和魏層之_介面上發射。因 19 I26575l^l4pif.doc 此，電子傳送層之homo能量較發射層的HOMO能量還 小時較佳，以得到高的電致發光效率。 P _型發射層中藉由電洞傳送層之L U M 〇能量之改變所 知到的尚的電致發光效率小於1型發射層的電致發光效 率。因此，具有P-型發射層之有機電致發光元件在n_型有 機化合物層和P-型發射層之間具有Np接面而不會形成電 /同主入層和電洞傳送層。p_型發射層包括(但不限於)碳烯
化合物，悤化合物，聚(苯乙烯基)(ppv)或螺旋式化合物。 I子傳送層(ΈΤΤΛ 電子傳送層具有高的電子移動率以容易地由陰極和發 射層接收電子或使電子傳送至陰極和發射層。電子傳送層 ^括(但*限於)三(8_經基奎琳)(Alq3)，具有蝴3結構之有 二化合物，更酮(flavone)氫氧化物-金屬化合物或基環戊二 烯（silole，一種電子傳送材料）〇 擒極
如’鐘，約，納，卸，敍 一 及合金·式少舌々士棋 、♦，釔，鋰，鎘，鋁，銀和鉛 险二；I/ t、°構化的金屬，例如，UF/A1或Li〇2/A1。 ^可由-與陽極之導電層相同的材料所形成。另一方式 疋陰極或陽極的導電層包含—種透明材料。 直機太陽雷池 有機太陽電池包括··陽朽 的古她㉝d ^ , 味極M及配置在陽極和陰極之間 的有栈薄膜。有機薄膜包含客 夕個層以改良有機太陽電池的 20 1265 7 14pif.doc 有效性和穩定性。圖6係本發明之一實施例之有機太陽電 池。 參閱圖6,有機太陽電池包括··一基板41; 一陽極42， 其具有配置在基板41上的導電層42a和η-型有機化合物 層42b ; —配置在η-型有機化合物層42b上的電子施體層 43 ; —配置在電子施體層43上的電子受體層44 ;以及一 配置在電子受體層44上的陰極45。在對由外部而來的光 之光子起反應時，在電子施體層43和電子受體層44之間 會產生電子和電洞。所產生的電洞經由電子施體層43而傳 送至陽極42。 電子施體層43由p-型有機化合物所形成。有機化合 物可以是二種或更多種化合物的組合。本發明的另一實施 例之有機太陽電池雖然未顯示在圖中，但其可另外包含其 =的有機薄膜或省略任一有機薄膜以使製程簡化。有機太 陽電池可另外使用一種具有多功能的有機化合物以降低有 機薄臈的數目。 傳統太陽電池使電洞藉由有機薄膜(例如，電子施體層） 之HOMO能量而傳送至陽極。因此，當陽極的費米能量和 ，子施體層之H0M0能量之間的能量差變小時，可引出較 夕的電洞。然而，依據本發明的一實施例之有機太陽電池 I括陽極42，其具有導電層42a和η-型有機化合物層42b 以引出電洞。 &型有機化合物層42b之LUMO能量和導電層42a之 費米能量之間的能量差大約是2eV或更小。n-型有機化合 21 126575^14pif.doc 物層42b之LUMO能量和p-型有機化合物層（例如，電子 施體層43)之HOMO能量之間的能量差大約是2eV或更 小。在η-型有機化合物層42b和電子施體層43之間形成 一種NP接面，使電洞容易引出。已引出的電洞藉由〜型 有機化合物層42b之HOMO能量而注入導電層4;^中。因 此，導電層42a可由具有不同的費米能量之材胃料所形成， 且陰極45和陽極42可由相同的材料所形成。 有機太陽電池之導電層42a和陰極45可由與有機電致 Φ 發光元件之導電層和陰極相同的材料所形成。有機電致發 光元件之η-型有機化合物層所用的相同材料可形成有機太 電池之η-型有機化合物層。電子受體層44可由有機電 致發光元件之η-型發射層或電子傳送層用的材料來形成或 由fullerene化合物所形成。電子施體層43可由有機電致 發光元件之P-型發射層或p-型電洞傳送層用的材料所形成 或由一硫二浠伍環(thiophene)化合物所形成。 有機電晶體 φ 圖7顯示本發明一實施例之有機電晶體。參閱圖7，
有機電晶體包括：一基板61 ; —源極65 ; —没極66 ; — 閘極62 ; —絕緣層63，其配置在閘極62和基板61之間； 一 p-型有機化合物層64，其配置在絕緣層63上且形成電 洞；以及一 η-型有機化合物層67，其配置在源極65及/或 汲極66和ρ-型有機化合物層64之間。η-型有機化合物層 67之LUMO能量和源極65(或汲極66)之費米能量之間的 能量差大約是2eV或更小。η-型有機化合物層67之LUMO 22 pif.doc 126575^14 能量和p-型有機化合物層64之HOMO能量之間的能量差 大約是leV或更小。 η-型有機化合物層67可由源極65引出電洞且使電洞 精由η-型有機化合物層67之LUMO能量而注入〉及極66 中。由於η-型有機化合物層67和ρ-型有機化合物層64之
間形成ΝΡ接面，則電洞可容易地在源極65和汲極66之 間傳送。依據本發明的另一實施例，η-型有機化合物層67 可形成源極65或没極66的一部份。在此種情況下，具有 不同費米能量的材料可形成源極65或汲極66。 依據本發明的一種實施例，η-型有機化合物層67可由 與有機電致發光元件之〜型有機化合物層所用的材料相同 的材料所形成。閘極62可由與有機電致發光元件之陽極或 陰極的材料相同的材料所形成。源極65或汲極66可由與 有機電致發光元件之陽極的材料相同的材料所形成。 有機化合物層64包括（但不限於）：pentacene化合物， antradithiophene 化合物，|3enz〇(jitlii〇phene 化合物，—碎一 烯伍環寡聚合物，聚一硫二烯伍環，混合次單元_一硫二 伍環寡聚合物或氧化功能形成後之—硫二烯伍環寡聚人 物。絕緣層63可由石夕氧化物或石夕氮化物所形成；或 物所形成，這些聚合物例如可為雜亞胺，聚(2_ ϋ 聚(4_乙烯酚)或聚（甲基金屬丙烯酸）。 疋 本發明的各種不同的外觀以下將藉由範例作 論。以下的範•說本發明的各種不同 = 徵，但不是用來限制本發明的範圍。 硯和特 23 I265753i4Pif.d〇c 例1 以UPS和UV-VIS吸收來決定HAT毛和 LUMO能詈 HAT (Hexanitrile hexaazatriphenylene)用於具有…型 半導體性質之有機化合物中。HAT之HOMO能量由紫外 線光電子光譜學(UPS)來決定，其中由氦燈所發出的真空紫 外線(大約21.20eV)在超高真空（<1〇_1() Torr)中作為一種樣 品且檢測由此樣品中所發出的電子的動能。
利用UPS以分別決定各金屬的工作函數和有機化合 物的游離能(HOMO能量和費米能量）。所發出的電子之動 能是該樣品的電子束缚能和真空紫外線能量(大約21.2ev) 之間的能量差。因此，該樣品中所包含的材料之束缚能之 分佈是藉由分析所發出的電子之動能的分佈來決定。當所 發出的電子之動能具有最大值時，該樣品的束缚能具有最 小值。束缚能的最小值用來決定該樣品的工作函數（費米能 量）和HOMO能量。 、、b 金的工作函數藉由使用金膜來決定。HAT在真空中沈 積至金層上，且HAT之HOMO能量藉由分析而由、fAT = 射出的電子之動能來決定。圖10係金層之ups資料和配 置在金層上的HAT層之up s資料之圖解。請參閱H Ishu， et al” Advanced Materials，11，605-625 (1999)。HAT 層之严 度是20奈米。 9予 請參閱圖10 ’ X軸表示束缚能(eV)，其係相對於金岸 之工作函數來蚊。金的作缝A約是5 28eV，其計^ 24 I26575Sl4pif.doc 方式是將金層所示的光之能量（大約_21.20eV)減去束缚能 之最大值(大約15.92eV)°HAT層之HOMO能量大約是 9·78Εν’其計算方式是將光的能量(大約21.20eV)減去束缚 能之最大值(大約15.21eV)和最小值(大約3.79eV)之間的差 值。HAT層之費米能量大約是6.02eV。 其它的UV-VIS光譜是由HAT真空沈積在波璃表面上 時所形成的有機化合物來測得。對吸收邊緣進行分析，且 能帶間隙已決定成大約3.26eV。因此，HAT層之LUMO 能量大約是6.54eV，其可藉由激子(exciton)束缚能來改 變。由於HAT層之HOMO能量大約是6.54eV且大於費米 能量的6.02eV，則激子束缚能必須是〇.52eV或更大，使 LUMO能量小於費米能量。有機化合物之激子束缚能通常 大約是由0.5eV至leV。因此，HAT層之LUMO能量大約 是 5.54eV 至 6.02eV。 HAT之雷洞注入牿性 以ITO來塗佈之具有厚度ΐοοοΑ之玻璃基板在蒸顧水 中以超音波清洗30分鐘，一種清潔劑溶解於蒸餾水中。使 用康寧(C〇ming)7059玻璃作為玻璃基板，且以Fisher c〇. 公司所製造的產品15-333-55作為清潔劑。玻璃基板進而 在蒸餾水中以超音波清洗10分鐘且重複二次。 清洗之後，玻璃基板依序在異丙醇溶劑，丙酮溶劑和 曱醇溶劑中以超音波清洗1分鐘且隨後進行乾燥。然後， 已以ITO塗佈之玻璃基板在電漿清潔器中以電漿處理5分 25 126575iSi4Pif.d〇c 鐘’此時使用大約14毫托(mtorr)壓力的氮以及大約5〇瓦 的功率來進行。結果，ΓΓΟ之工作函數大約是4.8ev。 大約100 A之HAT在真空中以熱學方式沈積在IT〇 電極上以形成一種具有ΙΤΟ導電層和HAT η_型有機化合 物層之陽極。然後，厚度15〇〇Α之4,4，-雙[N-(l_萘基 苯胺]聯苯(ΝΡΒ)和厚度500 Α之鋁依序在真空中沈積以分 別形成p-型電洞傳送層和陰極。所形成的元件稱為，，元件 A”。有機化合物和鋁之真空沈積速率分別大約是〇.4至〇.7 A/sec和2 A/sec。真空沈積之真空程度大約是2χ1〇-7至 5xl0_8托(torr)。 比較例1 一種’元件B”除了未具備HAT η-型有機化合物層之 外，其它都以和例2相同的方式製成。圖η分別是例2 和比較例1之元件Α和Β之電流·電壓特性之圖解。參閱 圖11，在直流偏壓大約是6¥時，元件A之電流密度大約 疋40 mA/cm2或更大，但元件B之電流密度大約是 l(T3mA/cm2 或更小。 由於IT0導電層之工作函數(大約是4如％小於HAT η-型有機化合物層（其配置在NpB層和IT〇導電層之間）之 LUMO旎ι(大約是5.54eV至6 〇2eV)，則電子由ιτ〇導 電層傳送至HAT η-型有機化合物層，且VL隨後改變成如 圖_所:。因此，IT0導電層和HATn型有機化合物層 之間的旎1位障下降，且電洞傳送至NpB層，電子由NpB 層之HOMO能量(大約5.4eV)轉移成hat &型有機化合物 26 12657 53l4pif.doc 層之LUMO能量(大約是5e54eV至6.02eV)。因此，元件A 在一預定的電壓或更大的電壓時具有較高的電流密度。 然而，元件B具有某種固定的能量位障以便在ΓΓΟ導 電層之工作函數(大約是4.8eV)和NPB層之HOMO能量(大 約5.4eV)之間使電洞加入。因此，元件B中的電流密度即 使較高的電壓施加至元件B時亦不會增加。 例3 一種玻璃基板(例如，康寧(C〇rning)7059玻瑜)在溶解
著/«>糸劑的蒸餾水中以超音波來清洗。由Fischer Co·所製 造的產品用作清潔劑，且蒸餾水以Millip〇re c〇•所製造的 過濾器來過濾二次。在玻璃基板清洗3〇分鐘之後，玻璃基 板又在蒸餾水中以超音波清洗分鐘，其重複二次。 清洗之後，玻璃基板依順序在異丙醇溶劑，丙酮溶劑 和曱醇溶射以超音波清洗且隨後進行錢。然後，厚度 500A之鋁在真空中沈積在玻璃基板上，厚度大約丨⑻人之 HAT被加熱且在真空中沈積在銘導電層上，因此形成陽
極，其具有铭導電層和HAT η-型有機化合物層。依序對厚 度大、力疋 15GGA 之 1匕：物和3度Γ°,Α之鋁進行加熱且在真空中沈積以分別 形成ρ-型電洞傳送層和陰極。 所形成的元件稱為，，元件Γ” . ^ ^ ^ ^ ^ 、 兀件c 0有機化合物和鋁之真空 沈積速率大約分別是〇·4至〇 7 A/ 1 2 士 + 1 ^ 7 ec*2A/sec。真空沈積 %之真工私度大約疋2χΐ〇-7至5χ1〇_8 比較例2 27 126575{^ΐ4ρίΜ〇〇 一種”凡件D”除了未具備hat n-型有機化合物層之 外，其它都以和例3相同的方式製成。® 12㈣是例3 和比較例2之請C和D之電流.電壓特性之圖解。參閱 圖12,在直流偏壓大約是6乂時，元件c之電流密度大約 是20 mA/cm2或更大，但元件〇之電流密度大約是 l(T3mA/cm2 或更小。 雖然鋁之工作函數(大約是42eV)小於IT〇之工作函 數(4.8eV)，元件C之導通電壓並未改變且當電壓到達某一 _ 固疋值時電流密度會增加。反之，元件D顯示一種不良的 電流-電壓特性，如元件B所示者。因此，VL是與ιΤ〇或 鋁導電層之工作函數之變化成比例而改變，且在導電層和 ΝΡΒ η-型有機化合物層之間經由hat n—型有機化合物層 之電洞注入或電洞引出時所需的能量位障未改變很多。 例4 息括陽極之有機電致發光元件，陽極具有以氣電漿處 理之ITO導電層和HAT η-型有機化合物層 Φ 具有大約1000Α厚度之ΙΤΟ之玻璃基板以和例2相同 的方式受到清洗。以ITO塗佈之玻璃基板在電漿请淨器中 以電漿處理5分鐘，其中使用大約14毫托壓力的氧以及大 約50瓦的功率。ITO之工作函數大約是4.2eV。
大約500A厚之HAT以熱學方式而在真空中沈積在 ITO上以形成透明的陽極，其具有ITO導電層和HAT η· 型有機化合物層。HAT之HOMO能量大約是9.78eV。然 後，在真空中沈積厚度大約400A且HOMO能量大約5.4eV 28 I26575Ai4pif.doc 之4,4，·雙[N_(l-萘基)-N-苯胺]聯苯(NPB)以形成p_型電洞 傳送層。厚度大約300A且HOMO能量大約5.7eV之Alq3 在真空中沈積在p-型電洞傳送層上以形成一種發射層。 以化學式I所表示的化合物(其厚度大約是2〇〇A且 HOMO能量大約是5·7Εν)在真空中沈積在發射層上以形成 電子傳送層。 [化學式I]
厚度大約是12Α之LiF和厚度大約是25〇〇人之鋁在真 空中沈積在電子傳送層上以形成陰極。有機化合物，LiF 和紹之真空沈積速率大約分別是〇·4至〇.7 A/see，〇 3 A/see 和2 A/sec。真空沈積時之真空程度大約是2><1〇-7至5χ1〇-8 托(torr)。 息括1¼極之有機電致發光元件，陽極I有以氣電荦气 K ITO導電層和HAT η-却右機彳h厶色I " 玻璃基板以和例2相同的方式受到清洗且受到電漿處 理。工作函數大約是4.8eV之ΐτα形成在玻璃芙柄^ 機化合物層和陰極形成在玻璃基板上，玻璃基^上以和例 4相同的方式形成ΓΓΟ導電層。 29 I26575^i4Pif.d〇c 例6 有機電致發光元件，陽搞 盘化合物層 、，玻璃基板以和例2相同的方式受到清洗之後即製心 當二厚度大約100A之鋁在真空中沈積在玻璃基板上。= 是半透明的且工作函數大約是4.2eV。有機化合物 名 極形成在玻璃基板上，玻璃基板上以和例4相同的^ 口陰 成鋁導電層。 巧形 φ 例7 發光元件，陽極具右 HAT η·型有機化厶#i ~ 玻璃基板以和例3相同的方式受到清洗之後即製備妥 當。厚度大約100A之銀在真空中沈積在玻璃基板上。= 是半透明的且工作函數大約是4.2eV。有機化合物層和^ 極形成在玻璃基板上，玻璃基板上以和例4相同的方式^ 成銀導電層。 / φ 圖13顯示例4至例7之有機電致發光元件之電流-電 壓特性。例4至例7之有機電致發光元件之導電層所具有 的工作函數分別是5.2eV，4.8eV, 4.2eV和4.2eV。雖然例 4至例7之元件具有不同的工作函數，但其電流_電壓特性 相似。因此，這些元件之電流-電壓特性與工作函數的值無 關。 表1顯示例4至例7之元件之亮度對電流密度和電壓 的關係。例6和例7之元件(其分別具有鋁_和銀導電層）之 12657 5l3> 14pif.doc 可見光的透過率分別小於30%和50%，其較具有IT〇導電 層之元件之透過率（大於8〇%)還小。因此，具有鋁-或銀導 電層之元件之亮度在考慮可見光的透過率時等於具有ΙΤΟ 導電層之元件之亮度。 表1 電流密度 50mA/cm 100mA/cm2 電壓 亮度 電壓 亮度 例4 5.12 V 1616cd/m2 5.85 V 3326 cd/m2 例5 4.82 V 1628 cd/m2 5.57 V 3323 cd/m2 例6 4.93 V 1035 cd/m2 5.67 V 2138 cd/m2 例7 4.87 V 1170 cd/m2 5.67 V 2443 cd/m2 如表1所示，電洞容易藉由η_型有機化合物層之 LUMO能量而傳送至電洞傳送層。當型有機化合物層之 LUMO能量大約是5.54eV至6.02eV且η-型有機化合物層 之LUMO能量與導電層之工作函數之間的能量差大約是 2eV或更小時，則有機電致發光元件的電流_電壓特性是與 導電層之工作函數之值無關。在例4至例7之元件中η-型 有機化合物層之LUMO能量與導電層之工作函數之間的 能量差大約分別是〇.24eV至0.82eV，0.64eV至1.22eV， 1.24eV 至 h82eV 和 1.24eV 至 1.82eV。 例8 息括鋁導電層和HAT η-型有機化合物層之有機雷玆 發光元件 玻璃基板以和例3相同的方式受到清洗。厚度大約 100Α之鋁在真空中沈積在玻璃基板上。鋁是半透明的且工 作函數大約是4.2eV。 厚度大約500A且HOMO能量大約9.78eV之HAT被 31 12657SSl4pif.doc 加熱且在真空中沈積在玻璃基板上，玻璃基板上形成鋁導 電層以形成陽極，其具有鋁導電層和ηατ η-型有機化合物 層。 然後，厚度大約600Α且HOMO能量大約5.46eV之 4H[N-(1-萘基)-N_苯胺]聯苯(NPB)在真空中沈積以形 成P-型電洞傳送層。厚度大約300A且HOMO能量大約 5.62eV之Alq3在真空中沈積在電洞傳送層上以形成電子 傳送層和發射層。厚度大約12A之LiF以及厚度大約2500人 之I呂依序在真空中沈積在電子傳送層和發射層上以形成陰 極0 有機化合物，UF和鋁之真空沈積速率大約分別是0.4 至0·7 A/sec，0.3 A/sec和1至2 A/sec。真空沈積時之真空 程度大約是2χ1(Γ7至5χ10·8托(torr)。 比較例3
玻璃基板以和例3相同的方式而備妥。厚度大約1〇0人 之鋁在真空中沈積在玻璃基板上以形成鋁導電層。鋁是半 _ 透明的且工作函數大約是4.2eV。厚度大約150A且HOMO 能量大約5.20eV之銅花青(CuPC)被加熱且在真空中沈積 在玻璃基板上，玻璃基板上形成銘導電層，以形成一種電 洞注入層。 然後，厚度大約600A且HOMO能量大約5.46eV之 4,4 4[Ν-(1·萘基)-N_苯胺]聯苯(NPB)在真空中沈積以形 成P-型電洞傳送層。厚度大約300A且HOMO能量大約 5.62eV之Alq3在真空中沈積在電洞傳送層上以形成電子 32 I26575il4pif.doc 傳送層和發射層。厚度大約12A之LiF镇睹 广— 測A之銘依序在真空中沈積在電 形成陰極。 彳&射層上以 t 技_率相分別是〇 4 至0.7 A/sec，0.3 Α/sec和i至2 A/sec。真空沈積時之直空 程度大約是2χ1(Γ7至5χ10·8托(t〇rr)。 、 八 比較例4
有機電致發光元件除了未形成CuPc電洞注入層之外 其它都以和比較例3相同的方式而製成。例8之導^材料 之工作函數和比較例3，4之陽極之工作函數相同，即，大 約是4.2eV。 例8之元件使用HAT ’其所具有的電子親和力是與陽 極的η-型有機化合物層者相同，但比較例3，4之元件在 陽極中未具有η-型有機化合物層。圖Η是例8和比較例 3，4之電流-電壓特性。 參閱圖14，例8之元件在大約5V時顯示出電流密度 增加，但比較例3，4的元件在大約5V時電流密度未增加。 表2顯示例8和比較例3，4之元件之亮度對Alq3之綠色· 電致發光之關係。 表2 電流密度 50mA/cmz 100mA/cm2 電壓 亮度 電壓 免度 例8 4.8 V 642.0 cd/m2 5.6 V 1316.0 cd/m2 比較例3 17.7 V 15.4 cd/m2 18.3 V 31.9 cd/m2 比較例4 19.9 V 21.9 cd/m2 20.5 V 47.1 cd/m2 33 12657 5备 14pif.doc 如表2所示，例8之元件(其中陽極包含銘導電層和 HAT η-型有機化合物層)在低壓時顯示較高的亮度，但比較 例3，4之元件(其中陽極只包含鋁導電層)在相同電壓時顯 示低很多的亮度。這是因為鋁導電層和CuPc電洞注入層 之間的能量位障太大以致不能使電洞注入至比較例3，4 之元件中。 例9 息·括陽極4直機電致發光元件，陽^^有IT〇導電 , 星和F4TCNQn_型有機化合物層 玻璃基板以和例2相同的方式備妥。工作函數大約是 4.8eV之ITO在真空中沈積在玻璃基板上。LUM〇能量大 約5.24eV且厚度大約360人之F4TCNQ在真空中沈積在玻 璃基板上，玻璃基板上形成IT0導電層。因此形成一種陽 極0 然後’厚度大約400A且HOMO能量大約5.46eV之 4,4’-雙[N-(l-萘基)苯胺]聯苯(NPB)在真空中沈積以形 φ 成p-型電洞傳送層。厚度大約500Λ且HOMO能量大約 5.62eV之Alq3在真空中沈積在電洞傳送層上以形成電子 傳送層和發射層。厚度大約12人之LiF薄膜以及厚度大約 2500A之鋁依序在真空中沈積在電子傳送層和發射層上以 形成陰極。 有機化合物，UF和鋁之真空沈積速率大約分別是0.4 至0.7 A/sec ’ 0.3 A/sec和1至2 A/sec。真空沈積時之真空 程度大約是2xl〇·7至5χι〇-8托(torr)。當大約8V之前向電 34 14pif.doc 場施加至例9之元件之陽極和陰極之間的部份時，該元件 的電流密度大約是198 mA/cm2。Alq3之綠色_電致發光可 經由陽極而被看到，該陽極具有ITO導電層和F4TCNQ 1 型有機化合物層。 例10 息括陽極之有機電致發光元件，陽極具有銘導電曼也 F4TCNO n-别有機化合物層 玻璃基板以和例3相同的方式備妥。工作函數大約 ® 4.2eV及厚度大約ΙΟΟΑ之紹在真空中沈積在玻璃基板上以 形成陽極的導電層。鋁是半透明的。F4TCNQ以和例9相 同的方式形成在鋁導電層上以形成陽極，陽極具有鋁導電 層和F4TCNQ η-型有機化合物層。然後，依序形成電洞傳 送層’電子傳送層和發射層，如例9所述。 當大約8V之前向電場施加至例1〇之元件之陽極和陰 極之間的部份時，該元件的電流密度大約是19()mA/cm2。 Alq3之綠色-電致發光可經由陽極而被看到，該陽極具有 • 鋁導電層和F4TCNQ…型有機化合物層。雖然例1〇之導 電層之工作函數不同於例9者，但綠色_電致發光亦可在例 10之元件中看到。 有機電致發光元件除了形成一種具有IT〇/Alq3之陽 極(其未具備1T〇/F4TCNQ)之外其它都以和例9相同的方 式而製成。即，厚度大約500人且LUM〇能量大約2 85ev 之A1q3形成在IT0導電層上。 35 I26575l^l4pif.doc 當大約8V之前向電場施加至比較例5之元件之陽極 和陰極之間的介面時，元件的電流密度大約是10 -2mA/cm2。此時未看到Alq3之綠色-電致發光。 電子和電洞未形成在Alq3和NPB電洞傳送層之間之 介面，此乃因Alq3之LUMO能量(大約2.85eV)和NPB電 洞傳送層之HOMO能量(大約5.46eV)之間的能量差(大約 2.61eV)太大。反之，例9,10之元件(其中陽極包含F4TCNQ η-型有機化合物層和ITO或鋁導電層）顯示出高的亮度。在 例9，10之元件中，ΙΤΟ導電層之費米能量(大約4.8eV) 或鋁導電層之工作函數(大約4.2eV)和F4TCNQ η-型有機 化合物層之LUMO能量(大約5.24eV)之間的能量差大約是 0.44eV至1.04eV，且NPB電洞傳送層之HOMO能量和 F4TCNQn-型有機化合物層之LUMO能量（大約5.24eV)之 間的能量差大約是0.22eV。 例11 有機太陽電池 以ITO來塗佈之具有厚度大約ιοοοΑ之玻璃基板在蒸 餾水中以超音波清洗30分鐘，一種清潔劑溶解於蒸餾水 中。使用康寧(Corning)7059玻璃作為玻璃基板，且以Fisher Co·公司所製造的產品15_333_55作為清潔劑。玻璃基板進 而在蒸顧水中以超音波清洗5分鐘且重複二次。 /月洗之後，玻璃基板依序在異丙醇溶劑，丙酮溶劑和 曱醇溶劑中以超音波清洗且然後進行乾燥。然後，已以IT〇 塗佈之玻璃基板在電漿清潔器中以電漿處理5分鐘，此時 36 126575l3^14pif.doc 使用大釣14毫托(mtorr)壓力的氮電漿以及大約50瓦的功 率來進行。結果，ITO之工作函數大約是4.8eV。 大約100 A之HAT在真空中以熱學方式沈積在ITO 透明電極上以形成一種具有ITO導電層和hat η-型有機 化合物層之陽極。然後，厚度大約400Α且HOMO能量大 約5.20eV之CuPc在真空中沈積以形成p-型電子施體層。 厚度大約400 A，HOMO能量大約6.20eV且LUMO 能量大約4.50eV之fullerene(C60)在真空中沈積在p-型電子 藝 施體層上以形成電子受體層。厚度大約1〇〇 A，HOMO能 量大約7.00eV且LUMO能量大約3.50eV之2,9-雙曱基 -4,7-聯苯-l，10_phenanthroline (BCP)在真空中沈積在電子 受體層上以形成一種激子阻止層。激子阻止層可使有機太 陽電池之有效性獲得改良。 厚度大約5A之LiF以及厚度大約2500A之鋁依序在 真空中沈積在激子阻止層上以形成陰極。有機化合物，UF 和铭之真空沈積速率分別大約是0.4至0.7 A/sec，〇 3 Α/_ φ 和2A/sec。真空沈積時之真空程度大約是2xl(T7至5xl〇_8 托(torr) 〇 太陽電池之Ι-V曲線是以由氙燈所發出的光照射至太 陽電池時來測得，太陽電池效率之計算是將電流和電壓相 乘之最大值除以所射出之光的能量值而得。例n之太陽電 池之效率大約是0.36%。 例12 有機太陽電池 37 I26575iSi4Pif.d〇c 本例之有機太陽電池除了須沈積厚度大約是400A之 HAT η-型有機化合物層之外其餘都以與例u相同的方式 製成。例12之太陽電池之效率大約是ο·#%。 比較例6 有機太陽電池除了未具備HAT η-型有機化合物層之 外其餘都以與例11相同的方式製成。比較例6之太陽電池 之效率大約是0.04%。例11，12之有機太陽電池(其中陽 極包含ΙΤΟ導電層和ΗΑΤ 型有機化合物層）顯示高的效 _ 率’但比較例6之有機太陽電池(其中陽極只包含ιτο導電 層）之效率低。 本發明之實施例之電子元件除了導電層作為電極以使 電洞注入或將電洞引出之外另包含一種η_型有機化合物 層。須選取η-型有機化合物層，使η_型有機化合物層之 LUMO能量和導電層（其與&型有機化合物層之一側相接 觸)之費米能量之間的能量差大約是2eV或更小，且…型 有機化合物層之LUMO能量和p_型有機化合物層（其與仏 φ ，有機化合物層之另一側相接觸)之HOMO能量之間的能 里差大約是leV或更小。由於〜型有機化合物層使電洞注 入或電洞引出所需的能量位障下降，且〜型有機化合物層 和P-型有機化合物層之間形成一種Np接面，則該電子元 件可使用各種不同之材料作為電極，因此可使製程簡化且 使效率改良。 本發明已以所列舉的實施例來說明，但熟悉此技藝者 均知可作各種變化且各元件可由等效物件來取代而不脫離 38 pif.doc 本發明的範圍。又，可作多種修改㈣合本發明技術上之 特殊情況或材料而未脫離本發明的基本範圍。因此，本發 明所揭示的内谷不限於進行本發明時被視為最佳模式時的 特殊實施例。反之，本發明包含所有處於下述各項申請專 利範圍所述範圍中的全部之實施例。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ^ 【圖式簡單說明】 圖1(a)和1(b)係分別表示一種依據本發明之一實施例 在施加η-型有機化合物層至第一電極之前和之後在電子元 件中注入電洞或引出電洞所用的第一電極之能階圖。 圖2係依據本發明之一實施例在電洞注入或電洞引出 用的第一電極之η-型有機化合物層和一電子元件中之 型有機化合物層之間所形成的ΝΡ接面。 圖3係本發明之一實施例之有機電致發光元件之切面 圖。 圖4係有機電致發光元件之理想的能階圖。 圖5係本發明之一實施例之有機電致發光元件之能階 圖。 圖6係本發明之一實施例之有機太陽電池之切面圖。 圖7係本發明之一實施例之有機電晶體之切面圖。 圖8、9係分別表示本發明之一實施例之堆疊式有機電 39 1265V 5l^ 14pif.doc 致發光元件之切面圖。 圖10係金層之ups資料和配置在金層上的hat層之 ups資料之圖解。 圖11係例2和對比用的例1之電流-電壓特性的圖解。 圖12係例3和對比用的例2之電流-電壓特性的圖解。 圖13係例4至例7之電流-電壓特性的圖解。 圖14係例8和對比用的例3，4之電流-電壓特性的圖 解。 【主要元件符號說明】 31 .基板 32 陽極 32a 導電層 32b η-型有機化合物層 33 電洞注入層 34 電洞傳送層 35 ,發射層 36 電子傳送層 37 陰極 41 基板 42 陽極 42a 導電層 42b η-型有機化合物層 43 電子施體層 44 電子受體層 pif.doc 45 陰極 61 基板 62 閘極 63 絕緣層 64 p-型有機化合物層 65 源極 66 没極 67 η-型有機化合物層 41

Claims (1)

126575l^l4pif.doc 十、申請專利範圍： 1·一種有機電子元件，包括： 第一包極，其用來注入電洞或引出電洞且包含一導電 層和配置在此導電層上的L型有機化合物層； 第二電極，其用來注入電子或引出電子； P-型有機化合物層，其配置在第一電極之導電層和第 二電極之間，p_型有機化合物層和第—電極之〜型有機化 合物層之間形成一種NP-接面， 第一電極之η-型有機化合物層之最低未佔用分子執道 (LUMO)月匕里和第一電極之導電層之費米能量之間的能量 差是2eV或更小；以及 第一電極之η-型有機化合物層之lUM〇能量和^型 有機化合物層之最高佔用分子執道(H〇M〇)能量之間的能 里差疋leV或更小。 2.如申請專利範圍第1項所述之有機電子元件，其中 P-型有機化合物層包含電洞注入層，電洞傳送層或發射層。 3·如申請專利範圍第1項所述之有機電子元件，其中 更包含至少一配置在p-型有機化合物層和第二電極之間的 有機化合物層，以及 該至少一有機化合物層包含電洞傳送層，發射層或電 子傳送層。 4·如申請專利範圍第1項所述之有機電子元件，其中 第一電極之η-型有機化合物層包含2，3，5，卜四氟_7，7， 8，8-四氰醌二曱烷(F4TCNQ)(其所具有的lum〇能量大約 42 I265753l4pif.doc 是5.24eV)，就·取代之3，4，9，10·戊二烯四叛酸二酐 (PTCDA)，氰基-取代之PTCDA，萘-四羧酸_二酐 (NTCDA)，氟_取代之NTCDA或氰基_取代之NTCDA。 5·如申請專利範圍第1項所述之有機電子元件，其中 第一電極的導電層包含金屬，金屬氧化物或導電聚合物。 6·如申請專利範圍第1項所述之有機電子元件，其中 第一電極的導電層和第二電極以相同材料形成。 7· —種有機電致發光元件，包括··
陽極，其包含一導電層和一配置在該導電層上的}型 有機化合物層； 陰極；以及 Ρ-型有機化合物層，其配置在陽極之導電層和陰極之 間，ρ-型有機化合物層和陽極之η_型有機化合物層之間形 成一種ΝΡ-接面， 陽極之η-型有機化合物層之最低未佔用分子軌道
(LUMO)旎1和陽極之導電層之費米能量之間的能量差是 2eV或更小；以及 陽極之n_型有機化合物層之LUMO能量和p-型有機 之最高佔用分子轨道(H〇M〇)能量之間的能量差 是leV或更小。 月專利範圍第7項所述之有機電致發光元件， 其中=機化合物層包含_^ 入展電致發光元件更包含至少-配置在ρ•型電洞注 入層和陰極之間之有機化合物層。 43 1265V 14pif.doc 9·如申請專利範圍第8項所述之有機電致發光元件， 其中至少一有機化合物層包含：電洞傳送層，其配置在Ρ-型電洞注入層上；以及發射層，其配置在電洞傳送層上； 或電子傳送層，其配置在發射層上。 10·如申請專利範圍第9項所述之有機電致發光元 件，其中發射層包含η-型發射層或ρ_型發射層。 11·如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光元 件’其中ρ-型有機化合物層包含ρ-型電洞傳送層； 鲁 該有機電致發光元件更包含至少一配置在ρ_型電洞傳 送層和陰極之間的有機化合物層。 12·如申請專利範圍第11項所述之有機電致發光元 件，其中至少一有機化合物層包含一配置在ρ_型電洞傳送 層上的發射層或一配置在發射層上的電子傳送層。 13·如申請專利範圍第12項所述之有機電致發光元 件，其中發射層包含η-型發射層或ρ_型發射層。 14·如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光元 φ 件，其中Ρ-型有機化合物層包含ρ-型發射層；以及 該有機電致發光元件更包含一配置在卜型發射層和陰 極之間的有機化合物層，其包含電子傳送層。 15·如申請專利範圍第7項所述之有^機電致發光元 件，其中陽極之導電層和陰極中至少其一包含一透明之材 料。 16.如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光元 、件，其中陽極之導電層和陰極由相同材料所形成。 I26575^14pi£doc 17·如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光元 件，其中η-型有機化合物層所具有的LUM〇能量是4至7 eV 且電子移動率是 i〇-8cm2/Vs 至 lcm2/Vs 或 1〇-6cm2/Vs 至 l(T2cm2/Vs 〇 18·如申請專利範圍第7項所述之有機電致發光元 件’其中n_型有機化合物層包含2，3，5，6-四氟_7，7， 8，8-四氰醌二甲烷(F4TCNQ)，氟-取代之3，4，9，10-戊二烯四羧酸二酐(PTCDA)，氰基-取代之PTCDA ,萘-四 羧酸·二酐(NTCDA)，I-取代之NTCDA，氰基-取代之 NTCDA，或 HAT。 19·一種堆疊式有機電致發光元件，包括·· 多個重複單元，每個都具有申請專利範圍第7項所述 之陽極，p-型有機化合物層和陰極，以及 重複單元之陰極串連至相鄰之重複單元之陽極。 20·—種有機太陽電池，包括： 陽極，其包含一導電層和一配置在該導電層上的型 有機化合物層； 陰極；以及 電子施體層，其配置在陽極的導電層和陰極之間且包 含一種ρ-型有機化合物層，此Ρ-型有機化合物層和陽極之 〜型有機化合物層之間形成一種ΝΡ接面， 陽極之η-型有機化合物層之LUMO能量和陽極之導 電層之費米能量之間的能量差是2eV或更小；以及 陽極之η-型有機化合物層之LUMO能量和p-型有機 45 c 126575i^i4Pif.d〇 化合物層之最高侧分子執道(H0M0)能量之間的能 是leV或更小。 21·如申請專利範圍帛20項所述之有機太陽電池，复 中更包含-配置在陰極和電子施體層之間的電子受體層了 22. 如申請專利顧第2G項所述之有機太陽電池:复 中陽極之導電層和陰極由相同材料所形成。 23. 如申請專利範圍第2〇項所述之有機太陽電池，其 中陽極之η-型有機化合物層包含2，3，5，6_四氟_7，/，、 8 ’ 8-四氰醌二甲烷(F4TCNQ)，氟_取代之3，4，9，忉 戊二烯四羧酸二酐(PTCDA)，氰基-取代之pTCDA，萘-四 羧酸-: — (NTCDA)，氟-取代之NTCDA，氰基m ntcda，或 HAT。 24· —種有機電晶體，包括·· 源極； 汲極； 閘極； 絕緣層，其配置在閘極上； p-型有機化合物層，其配置在絕緣層上；以及 η""型有機化合物層，其配置在源極或汲極和P_型有機 化合物層之間，此p-型有機化合物層和η-型有機化合物層 之間形成一種ΝΡ接面， η-型有機化合物層之LUMO能量和源極或沒極之費米 成量之間的能量差是2eV或更小；以及 〜型有機化合物層之LUMO能量和p-型有機化合物層 46 14pif.doc 之最高佔用分子執道(HOMO)能量夕阳 更小。 間的能量差是leV或 25·如申請專利範圍第24項所述之女 有機電晶體，其中 η-型有機化合物層包含2，3，5，6_四氟_7，7，8，8_四氰 酉昆二甲烧(F4TCNQ)，氟_取代之3，4，9，ίο—戊二烯四缓 酸二酐(PTCDA)，氰基-取代之PTCDA，萘-四羧酸-二酐 (NTCDA)，氟-取代之NTCDA，氰基-取代2NTCDA，或 HAT 〇 47
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