WO2022092967A1 - 화합물, 그를 포함하는 광전 변환 소자 및 이미지 센서 - Google Patents

화합물, 그를 포함하는 광전 변환 소자 및 이미지 센서 Download PDF

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Definitions

  • It relates to compounds, photoelectric conversion devices and image sensors.
  • a photodiode corresponds to a photoelectric conversion element or photodetector capable of converting light energy into current or voltage.
  • a photodiode has a pn junction structure or a PIN structure, and uses the photoelectric effect to generate free electrons and holes from light.
  • a photodiode Due to such a photoelectric conversion function or a photodetection function, a photodiode is widely used in a CMOS image sensor, a solar cell, an organic light emitting device, and the like.
  • An image sensor including a photodiode has an increasing resolution day by day, and accordingly, a pixel size is decreasing.
  • silicon photodiodes which are mainly used, when the size of a pixel decreases, an absorption area decreases and thus sensitivity may decrease, and various methods for manufacturing micro-pixels of 1 ⁇ m or less have been attempted. As one of such methods, an organic material that can replace silicon is being studied.
  • the organic material has a large extinction coefficient and can selectively absorb light in a specific wavelength region depending on the molecular structure.
  • An object of the present invention is to provide a compound that selectively absorbs light in a blue wavelength region.
  • a photoelectric conversion device that selectively detects light in a blue wavelength region.
  • an image sensor that selectively absorbs light in a blue wavelength region without a color filter is provided.
  • each R is independently hydrogen, deuterium, a substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 60 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 60 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 60 alkynyl group, substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 60 alkoxy group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 10 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 10 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 10 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 10 heterocycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 60 aryl group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 60 aryloxy group, substituted Or an unsubstituted C 6 ⁇ C 60 ary
  • the compound may selectively absorb light in a blue wavelength region.
  • the blue wavelength region may exhibit a maximum absorption wavelength ( ⁇ max ) in 350 nm to 500 nm.
  • the first electrode a second electrode provided to face the first electrode; and an active layer interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the active layer includes a compound represented by the following formula (1), a photoelectric conversion device is provided:
  • At least one of the first and second electrodes may be a light-transmitting electrode.
  • the active layer may further include a p-type semiconductor material or an n-type semiconductor material.
  • an image sensor including the above-described photoelectric conversion element is provided.
  • the image sensor may include: a semiconductor substrate including one or more first photoelectric conversion elements sensing light in a blue wavelength region; and a color filter layer disposed on the semiconductor substrate, wherein at least a portion of the first photoelectric conversion element may be the aforementioned photoelectric conversion element.
  • the image sensor includes: one or more first photoelectric conversion elements for sensing light in a blue wavelength region; one or more second photoelectric conversion elements for sensing light in a red wavelength region; and a semiconductor substrate including one or more third photoelectric conversion elements sensing light in a green wavelength region, wherein at least a portion of the first photoelectric conversion elements may be the aforementioned photoelectric conversion elements.
  • the semiconductor substrate may further include a transistor and a charge integration device.
  • the image sensor may include pixels each having a width and a length of 1 ⁇ m or less.
  • a compound that selectively absorbs light in a blue wavelength region may be provided.
  • a photoelectric conversion device for selectively sensing light in a blue wavelength region may be provided.
  • an image sensor that selectively absorbs light in a blue wavelength region without a color filter may be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present specification
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an image sensor according to another embodiment
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of an image sensor according to another embodiment
  • FIG. 6 shows the external quantum efficiency of a photoelectric conversion device according to another embodiment
  • the compound according to one aspect may be represented by Formula 1 below:
  • each R is independently hydrogen, deuterium, a substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 60 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 60 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 60 alkynyl group, substituted or unsubstituted C 1 ⁇ C 60 alkoxy group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 10 cycloalkyl group, substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 10 heterocycloalkyl group, substituted or unsubstituted C 3 ⁇ C 10 cycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C 2 ⁇ C 10 heterocycloalkenyl group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 60 aryl group, substituted or unsubstituted C 6 ⁇ C 60 aryloxy group, substituted Or an unsubstituted C 6 ⁇ C 60 ary
  • the unsubstituted functional group may be composed of carbon and hydrogen except for a structure essential for a specific functional group, and the substituted functional group indicates that at least one of carbon in the unsubstituted functional group is substituted with an atom other than carbon.
  • the substitution atom include, but are not limited to, nitrogen, sulfur, oxygen, silicon, halogen, and the like.
  • the compound may include one thiophene structure, and a pyridine-based structure and a rhodanine-based compound structure may be bonded to both sides of the thiophene structure.
  • the compound may selectively absorb light in a blue wavelength region.
  • the compound exhibits an occlusion curve of a narrow full width at half maximum (FWHM), and thus may have excellent selectivity.
  • the full width at half maximum means the width of a region having half the intensity of the maximum absorption wavelength ( ⁇ max ), and the smaller the value, the higher the wavelength selectivity.
  • the blue wavelength region is 350 nm to 500 nm, for example, 350 nm, 355 nm, 360 nm, 365 nm, 370 nm, 375 nm, 380 nm, 385 nm, 390 nm, 395 nm, 400 nm, 405 nm , 410 nm, 415 nm, 420 nm, 425 nm, 430 nm, 435 nm, 440 nm, 445 nm, 450 nm, 455 nm, 460 nm, 465 nm, 470 nm, 475 nm, 480 nm, 485 nm, 490
  • the maximum absorption wavelength may be exhibited in the range of nm, 495 nm, 500 nm, or between the two values thereof.
  • the compound has high external quantum efficiency (EQE) and may exhibit excellent photoelectric conversion efficiency.
  • a photoelectric conversion device 100 includes a first electrode 110 ; a second electrode 120 provided to face the first electrode 110; and an active layer 130 interposed between the first electrode 110 and the second electrode 120, wherein the active layer 130 may include a compound represented by the following Chemical Formula 1:
  • the photoelectric conversion device 100 may be an organic device that implements a photoelectric effect using an organic compound.
  • At least one of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be a light-transmitting electrode.
  • the first electrode 110 may be a front electrode located on the side where light is incident, and the second electrode 120 may be a rear electrode facing it.
  • One of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be an anode and the other may be a cathode.
  • the light transmitting electrode may include, for example, ITO, IZO, ZnO, SnO2, antimony-doped tin oxide (ATO), Al-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), TiO 2 , and fluorine (FTO).
  • -doped tin oxide may be made of one selected from the group consisting of, a thin single layer or a plurality of layers of Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag and one metal thin film selected from the group consisting of Cr.
  • an opaque electrode it may be made of, for example, an opaque conductor such as aluminum (Al).
  • the active layer 130 includes a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material to form a pn junction, generate excitons with light incident from the outside, and then generate holes and electrons. It may be a layer separated by
  • the active layer 130 may further include an n-type semiconductor material or a p-type semiconductor material.
  • an n-type layer including an n-type semiconductor material is formed, and the compound represented by Formula 1 is an n-type semiconductor
  • a p-type layer including a p-type semiconductor material can be formed.
  • N,N'-dimethylquinacridone N,N'-dimethylquinacridone; DMQA
  • N,N' -Dimethyl-2,9-dimethylquinacridone N,N'-dimethyl-2,9-dimethylquinacridone; DMMQA
  • DMQA N,N'-dimethylquinacridone
  • DMMQA N,N'-dimethyl-2,9-dimethylquinacridone
  • the compound when applied as a p-type semiconductor material, it may further include an n-type semiconductor such as fullerene (C 60 ), Ge, or a group 15 element bonded to Si.
  • an n-type semiconductor such as fullerene (C 60 ), Ge, or a group 15 element bonded to Si.
  • the active layer 130 may further include an intrinsic (I) layer including both a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material in addition to the p-type layer and the n-type layer.
  • the I layer may include a mixture of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material in a thickness ratio of 1-100: 100-1.
  • the active layer 130 may be a single layer or a plurality of layers. For example, it may be formed in various combinations such as I-layer, p-type layer/I-layer, I-layer/n-type layer, p-type layer/I-layer/n-type layer, p-type layer/n-type layer, and the like.
  • the active layer 130 may be formed to a thickness of 1 nm to 500 nm. When the thickness of the active layer 130 satisfies the above range, effective light absorption and separation and transfer of holes and electrons are both easy, and thus device efficiency may be excellent.
  • the photoelectric conversion device 100 may absorb a specific wavelength among them in the active layer 130 to form excitons.
  • the formed excitons are separated into holes and electrons, the holes move in the anode direction among the first electrode 110 or the second electrode 120 , and the electrons move in the cathode direction among the first electrode 110 or the second electrode 120 . and current can flow.
  • the photoelectric conversion device 100 may further include a charge auxiliary layer in addition to the active layer 130 .
  • the charge auxiliary layer facilitates the movement of holes or electrons separated from the active layer, thereby improving device efficiency.
  • the charge auxiliary layer may include, for example, a hole injection layer (HIL) that facilitates hole injection, a hole transport layer (HTL) that facilitates hole transport, and blocks the movement of electrons.
  • HIL hole injection layer
  • HTL hole transport layer
  • An electron blocking layer (EBL) that prevents the movement of holes a hole blocking layer (HBL) that prevents the movement of holes
  • ETL electron transport layer
  • the hole transport layer is, for example, poly3,4-ethylenedioxythiophene:polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS), polyarylamine, polyN-vinylcarbazole, polyaniline, polypyrrole, N,N, N′,N′-tetrakis4-methoxyphenyl-benzidine (TPD), 4-bisN-1-naphthyl-N-phenyl-aminobiphenyl ( ⁇ -NPD), m-MTDATA and 4,4′ ,4′′-trisN-carbazolyl-triphenylamine (TCTA) may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the electron blocking layer is, for example, poly3,4-ethylenedioxythiophene:polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS), polyarylamine, polyN-vinylcarbazole, polyaniline, polypyrrole, N,N ,N',N'-tetrakis4-methoxyphenyl-benzidine (TPD), 4-bisN-1-naphthyl-N-phenyl-aminobiphenyl ( ⁇ -NPD), m-MTDATA and 4,4 ',4′′-trisN-carbazolyl-triphenylamine (TCTA) may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • PEDOT:PSS poly3,4-ethylenedioxythiophene:polystyrenesulfonate
  • PDOT:PSS polyarylamine
  • polyN-vinylcarbazole polyaniline
  • polypyrrole N,N ,N',N'-
  • the electron transport layer is, for example, 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride (NTCDA), vasocuproin (BCP), LiF, Alq 3 , Gaq 3 , Inq 3 , Znq 2 , Zn(BTZ) 2 , and BeBq 2 may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • NTCDA 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride
  • BCP vasocuproin
  • LiF LiF
  • Alq 3 Alq 3
  • Gaq 3 Gaq 3
  • Inq 3 Znq 2
  • Zn(BTZ) 2 Zn(BTZ) 2
  • BeBq 2 may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the hole blocking layer (HBL) is, for example, 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride (NTCDA), vasocuproin (BCP), LiF, Alq 3 , Gaq 3 , Inq 3 , Znq 2 , Zn(BTZ) 2 , and BeBq 2 may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • NTCDA 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride
  • BCP vasocuproin
  • LiF LiF
  • Alq 3 Alq 3
  • Gaq 3 Gaq 3
  • Inq 3 Znq 2
  • Zn(BTZ) 2 Zn(BTZ) 2
  • BeBq 2 may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • the photoelectric conversion device 100 Since the photoelectric conversion device 100 has high photoelectric conversion efficiency and excellent color resolution, it may be applied to an image sensor, a solar cell, a photodetector, a light sensor, a light emitting device, and the like, but is not limited thereto.
  • An image sensor may include the above-described photoelectric conversion element. Accordingly, as described above, the image sensor may also be an organic image sensor.
  • the image sensor examples include, but are not limited to, a charge coupled device (CCD) image sensor, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, and a contact image sensor (CIS) image sensor.
  • CCD image sensor can detect light by passing the charge generated in the light receiving unit through the MOS capacitor and changing it to a voltage at the source follower. It may be to detect light by outputting it.
  • components including 'B' in the reference numerals are components included in the blue pixel, and components including 'G' in the reference numerals are components included in the green pixel, Components including 'R' in the reference numerals are components included in the red pixel, and the components including 'X' in the reference numerals each independently represent the components included in the blue, green, or red pixel. can mean
  • the image sensor may include a photoelectric conversion device that detects light and converts it into a current signal, a transistor that transmits a current signal, and a semiconductor substrate on which a charge storage is integrated.
  • the semiconductor substrate may be a silicon substrate, and the photoelectric conversion element may be a photodiode.
  • the photoelectric conversion element, transistor and/or charge storage may be integrated to form a pixel.
  • the image sensor may include: a semiconductor substrate including one or more first photoelectric conversion elements sensing light in a blue wavelength region; and a color filter layer positioned on the semiconductor substrate, wherein at least a portion of the first photoelectric conversion element may be the aforementioned photoelectric conversion element 100 .
  • FIG. 2 is an example of such an image sensor, wherein X 1 and X 4 may be R, X 2 and X 3 may be G, X 1 and X 4 may be G, and X 2 and X 3 may be R, but is not limited thereto. it is not In another example, X 1 is R, X 4 is B, X 2 and X 3 is G, X 1 is B, X 4 is R, X 2 and X 3 is G, or X 1 and X 4 are G and X 2 may be R and X 3 may be B, X 1 and X 4 may be G, X 2 may be B, and X 3 may be R, but is not limited thereto.
  • the first photoelectric conversion elements are photoelectric conversion elements 100 capable of detecting light in a blue wavelength region
  • a separate color filter layer may not be required in the case of a blue pixel, and the amount of light sensed through the transistor may be reduced. information can be conveyed.
  • the color filter layer may include a red filter positioned on the red pixel and a green filter positioned on the green pixel.
  • the photoelectric conversion element 100 can sense blue light, so it is not essential, but a blue filter may be further provided if necessary.
  • the image sensor may include: one or more first photoelectric conversion elements for sensing light in a blue wavelength region; one or more second photoelectric conversion elements for sensing light in a red wavelength region; and a semiconductor substrate including one or more third photoelectric conversion elements sensing light in a green wavelength region, wherein at least some of the first photoelectric conversion elements may be the aforementioned photoelectric conversion elements 100 .
  • the first to third photoelectric conversion elements may detect blue, red, and green light, respectively, without a separate filter. Accordingly, the image sensor can implement micro-pixels of 1 ⁇ m or less, and detect a phase difference by detecting a separate light without a filter.
  • R-G-B is an example of such an image sensor stacked in the order of R-G-B, but is not limited thereto, and may be stacked in various orders, such as R-B-G, G-R-B, G-B-R, B-R-G, B-G-R.
  • the image sensor may reduce the size of each pixel by using the above-described characteristics, and each has a width and a length of 1 ⁇ m or less, for example, 1 ⁇ m, 0.9 ⁇ m, 0.8 ⁇ m, 0.7 ⁇ m, 0.6 ⁇ m, 0.5 ⁇ m. may include, but is not limited to.
  • a first solution was prepared by dissolving K 2 CO 3 (8.223 g, 0.0595 mol) in H 2 O (30 mL) under a nitrogen atmosphere.
  • Thiophene derivative 2.000 g, 5.95 mmol
  • 5-bromopyridine-2-carbaldehyde 2.767 g, 14.875 mmol
  • Pd(PPh 3 ) 4 0.688 g, 0.595 mmol
  • the reaction was performed at 70° C. under a nitrogen atmosphere for 25 hours.
  • the reactant was separated into an aqueous NaCl solution and dichloromethane, and water was removed by adding Na 2 SO 4 .
  • Na 2 SO 4 was removed from the dichloromethane solution, and the solid obtained by evaporation to dryness was subjected to column chromatography with 20:1 dichloromethane and ethyl acetate to 5,5'-(thiophene-2,5-diyl)dip. Cholinealdehyde (Intermediate 1) was obtained.
  • the compound prepared by comparing the NMR spectrum of the DERPTWB compound with the NMR spectrum of 3-ethylrhodanine and simplified 1 used for the preparation of the DERPTWB compound includes a thiophene structure, a pyridine structure, and a rhodanine structure can confirm that
  • the UV-Vis absorption spectrum of the DERPTWB compound prepared in the above Example was measured using CHCl 3 solvent, and the results are shown in FIG. 5 .
  • the compound since the compound has a peak at 455 nm, it can be confirmed that light of a blue wavelength can be selectively absorbed.
  • a first electrode having a thickness of 100 nm was prepared by laminating ITO on a glass substrate by sputtering. Molybdenum oxide was thermally deposited on the lower electrode to a thickness of 3 nm to form a lower charge auxiliary layer (MoO 3 ). An active layer was formed by depositing 40 nm of DERPTWB and 40 nm of fullerene (C 60 ) prepared in Example on the lower charge auxiliary layer. Then, 100 nm of aluminum was deposited by a thermal evaporator to prepare a photoelectric conversion device.
  • the characteristics of the photoelectric conversion element were measured and shown in FIGS. 6 and 7 .
  • the photoelectric conversion element shows the dark current of the photoelectric conversion element according to the change in the measurement bias voltage. Referring to this, it can be seen that the photoelectric conversion element exhibits a low dark current and thus has excellent photoelectric conversion efficiency.

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Abstract

화학식 1로 표시되는 화합물, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이미지 센서가 개시된다.

Description

화합물, 그를 포함하는 광전 변환 소자 및 이미지 센서
화합물, 광전 변환 소자 및 이미지 센서에 관한 것이다.
광다이오드(photodiode)는 빛 에너지를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있는 광전 변환 소자 또는 광검출기에 해당한다. 이러한 광다이오드는 pn 접합(pn junction) 구조 또는 PIN 구조를 가지고 광전 효과를 이용하여 빛으로부터 자유 전자(free electron)와 정공(hole)을 생성한다.
이러한 광전 변환 기능 내지 광검출 기능으로 인하여 광다이오드는 CMOS 이미지 센서, 태양 전지, 유기 발광 소자 등에서 널리 사용되고 있다. 광다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 해상도가 높아지고 있으며, 이에 따라 화소 크기가 작아지고 있다. 주로 사용하는 실리콘 광다이오드의 경우 화소의 크기가 작아지면 흡수 면적이 감소하여 감도 저하가 발생할 수 있는 등의 문제가 있어 1 ㎛ 이하의 미소화소를 제조하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 그러한 방법 중 한가지로 실리콘을 대체할 수 있는 유기 물질이 연구되고 있다.
유기 물질은 흡광 계수가 크고 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으므로, 광다이오드와 색 필터를 동시에 대체할 수 있어서 고집적에 유리하다. 그러나 유기 물질은 높은 결합 에너지(binding energy)와 재결합(recombination) 거동으로 인하여 그 특성을 정확하게 예측하기 어려워서, 광전 소자에서 요구되는 물성을 용이하게 제어하기 어렵다.
특히, 청색 파장 영역을 선택적으로 검출하기 위한 유기 물질에 대한 관심이 증대되고 있다.
청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 화합물을 제공하는 것이다.
다른 일 측면에 따르면, 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 감지하는 광전 변환 소자를 제공하는 것이다.
또 다른 일 측면에 따르면, 색 필터 없이 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는, 화합물이 제공된다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000001
상기 화학식 1에서, 상기 R은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된다.
일 실시예에 있어서, 상기 화합물은 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 청색 파장 영역은 350 nm 내지 500 nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타낼 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 하기 화학식1 로 표시되는 화합물을 포함하는, 광전 변환 소자가 제공된다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000002
상기 화학식 1에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 활성층은 p형 반도체 물질 또는 n형 반도체 물질을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 따르면, 전술한 광전 변환 소자를 포함하는, 이미지 센서가 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서는, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판의 상부에 위치하는 색 필터 층을 포함하고, 상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 전술한 광전 변환 소자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서는, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자; 적색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제2 광전 변환 소자; 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제3 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판을 포함하고, 상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 전술한 광전 변환 소자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반도체 기판은 트랜지스터 및 전하집적소를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서는 폭 및 길이가 각각 1 ㎛ 이하의 화소를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 화합물을 제공할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 감지하는 광전 변환 소자를 제공할 수 있다.
또 다른 일 측면에 따르면, 색 필터 없이 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 이미지 센서를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 광전 변환 소자를 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 2는 다른 일 실시예에 의한 이미지 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고;
도 3은 또 다른 일 실시예에 의한 이미지 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고;
도 4는 일 실시예에 의한 화합물의 NMR 그래프를 나타낸 것이고;
도 5는 일 실시예에 의한 화합물UV 흡광도 그래프를 나타낸 것이고;
도 6은 다른 일 실시예에 의한 광전 변환 소자의 외부양자효율을 나타낸 것이고;
도 7은 상기 광전 변환 소자의 암전류 특성을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 명세서의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
화합물
일 측면에 따른 화합물은, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000003
상기 화학식 1에서, 상기 R은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된다.
상기 기재사항 중 비치환된 기능기는 특정 기능기가 필수로 하는 구조를 제외하면 탄소와 수소로 이루어진 것일 수 있고, 치환된 기능기는 비치환된 기능기에서 탄소 중 적어도 하나가 탄소가 아닌 원자로 치환된 것을 의미할 수 있다. 이러한 치환 원자로는 질소, 황, 산소, 규소, 할로겐 원소 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물은 하나의 티오펜 구조를 포함하고, 상기 티오펜 구조의 양 측에 피리딘계 구조와 로다닌계 화합물 구조가 결합된 것일 수 있다.
상기 화합물은 청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 화합물은 좁은 반치폭(full width at half maximum; FWHM)의 흡장 곡선을 나타내어 우수한 선택성을 가질 수 있다. 반치폭이란 최대 흡수 파장(λmax)의 절반의 강도를 갖는 영역의 폭을 의미하는 것으로, 그 값이 작을수록 파장 선택성이 높음을 의미한다.
상기 청색 파장 영역은 350 nm 내지 500 nm, 예를 들어, 350 nm, 355 nm, 360 nm, 365 nm, 370 nm, 375 nm, 380 nm, 385 nm, 390 nm, 395 nm, 400 nm, 405 nm, 410 nm, 415 nm, 420 nm, 425 nm, 430 nm, 435 nm, 440 nm, 445 nm, 450 nm, 455 nm, 460 nm, 465 nm, 470 nm, 475 nm, 480 nm, 485 nm, 490 nm, 495 nm, 500 nm 또는 이들 중 두 값의 사이 범위에서 최대 흡수 파장을 나타낼 수 있다.
상기 화합물은 높은 외부 양자 효율(external quantum efficiency; EQE)을 가져 우수한 광전 변환 효율을 나타낼 수 있다.
광전 변환 소자(100)
다른 일 측면에 따른 광전 변환 소자(100)는, 제1 전극(110); 상기 제1 전극(110)에 대향하여 구비된 제2 전극(120); 및 상기 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 개재된 활성층(130)을 포함하고, 상기 활성층(130)은 하기 화학식1 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000004
상기 화학식 1의 화합물에 대해서는 전술한 바와 같다. 이와 같이 상기 광전 변환 소자(100)는 유기 화합물을 이용하여 광전 효과를 구현하는 유기 소자일 수 있다.
상기 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 광이 입사되는 측에 위치한 전면 전극이고, 상기 제2 전극(120)은 이에 대향하는 후면 전극일 수 있다. 상기 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)일 수 있다.
상기 투광 전극은, 예를 들어, ITO, IZO, ZnO, SnO2, ATO(antimony-doped tin oxide), AZO(Al-doped zinc oxide), GZO(gallium-doped zinc oxide), TiO2 및 FTO(fluorine-doped tin oxide)으로 이루어진 군에서 선택된 하나, 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 Al, Cu, Ti, Au, Pt, Ag 및 Cr으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 하나가 불투광 전극인 경우, 예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
상기 활성층(130)은 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질을 포함하여 pn 접합(junction)을 형성하여 외부로부터 입사된 광으로 여기자(exciton)를 생성한 후 이를 정공(hole)과 전자(electron)로 분리하는 층일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 p형 반도체 또는 n형 반도체로 적용될 수 있으므로, 상기 활성층(130)은 n형 반도체 물질 또는 p형 반도체 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 p형 반도체로 사용되어 p형 층을 형성하면, n형 반도체 물질을 포함하는 n형 층이 형성되고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 n형 반도체로 사용되어 n형 층을 형성하면, p형 반도체 물질을 포함하는 p형 층이 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 화합물이 n형 반도체 물질로 적용되면, Ge 또는 Si에 13족 원소가 결합된 것, N,N'-디메틸퀴나크리돈 (N,N'-dimethylquinacridone; DMQA), N,N'-디메틸-2,9-디메틸퀴나크리돈 (N,N'-dimethyl-2,9-dimethylquinacridone; DMMQA) 등의 p형 반도체를 더 포함할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 화합물이 p형 반도체 물질로 적용되는 경우, 풀러렌(C60), Ge 또는 Si에 15족 원소가 결합된 것 등의 n형 반도체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 활성층(130)은 p형 층, n형 층 외에도 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질을 모두 포함하는 진성(intrinsic; I) 층을 더 포함할 수 있다. 상기 I층은 상기 p형 반도체 물질과 상기 n형 반도체 물질이 1~100 : 100~1의 두께 비로 혼합하여 포함될 수 있다.
상기 활성층(130)은 단일 층이거나, 복수 층일 수 있다. 예를 들어, I층, p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양한 조합으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(130)은 1 nm 내지 500 nm의 두께로 형성될 수 있다. 활성층(130)의 두께가 상기 범위를 만족하면 효과적인 광 흡수와 정공 및 전자의 분리 전달이 모두 용이하여 소자의 효율이 우수할 수 있다.
상기 광전 변환 소자(100)는 제1 전극(110) 및/또는 제2 전극(120)으로 광이 입사되면, 상기 활성층(130)에서 그 중 특정 파장을 흡수하여 여기자를 형성할 수 있다. 형성된 여기자는 정공 및 전자로 분리되고, 정공은 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120) 중 애노드 방향으로 이동하고, 전자는 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120) 중 캐소드 방향으로 이동하여 전류가 흐를 수 있다.
상기 광전 변환 소자(100)는 활성층(130) 외에도 전하보조층을 더 포함할 수 있다. 상기 전하보조층은 활성층에서 분리된 정공 또는 전자의 이동을 용이하게 하여 소자의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 전하보조층은, 예를 들어, 정공의 주입을 용이하게 하는 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공수송층(hole transport layer; HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자차단층(electron blocking layer, EBL), 정공의 이동을 저지하는 정공차단층(hole blocking layer; HBL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자수송층(electron transport layer; ETL) 전자의 주입을 용이하게 하는 전자주입층(electron injection layer; EIL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 정공수송층(HTL)은, 예를 들어, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리N-비닐카바졸, 폴리아닐린, 폴리피롤, N,N,N',N'-테트라키스4-메톡시페닐-벤지딘(TPD), 4-비스N-1-나프틸-N-페닐-아미노비페닐(α-NPD), m-MTDATA 및 4,4′,4″-트리스N-카바졸릴-트리페닐아민(TCTA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자차단층(EBL)은, 예를 들어, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리N-비닐카바졸, 폴리아닐린, 폴리피롤, N,N,N',N'-테트라키스4-메톡시페닐-벤지딘(TPD), 4-비스N-1-나프틸-N-페닐-아미노비페닐(α-NPD), m-MTDATA 및 4,4′,4″-트리스N-카바졸릴-트리페닐아민(TCTA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자수송층(ETL)은, 예를 들어, 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(NTCDA), 바소쿠프로인(BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, 및 BeBq2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공차단층(HBL)은, 예를 들어, 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(NTCDA), 바소쿠프로인(BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, 및 BeBq2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광전 변환 소자(100)는 높은 광전 변환 효율을 가지며 우수한 색분해능을 가지므로, 이미지 센서, 태양 전지, 광 검출기, 광 센서, 발광 소자 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이미지 센서
또다른 일 측면에 따른 이미지 센서는, 전술한 광전 변환 소자를 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 상기 이미지 센서 또한 유기 이미지 센서일 수 있다.
이러한 이미지 센서의 일 예로는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서, CIS(contact image sensor) 이미지 센서 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. CCD 이미지 센서는 수광부에서 발생한 전하가 MOS 캐패시터를 통과하여 소스팔로워에서 전압으로 변경되어 출력함으로써 광을 감지하는 것일 수 있고, CMOS 이미지 센서는 각각의 화소 내부에 위치한 소스팔로워에서 전하가 전압으로 변경되어 출력함으로써 광을 감지하는 것일 수 있다.
도 2 및 도 3에서 도면부호에 'B'가 포함되어 있는 구성요소는 청색 화소에 포함된 구성 요소이고, 도면부호에 'G'가 포함되어 있는 구성요소는 녹색 화소에 포함된 구성 요소이며, 도면부호에 'R'이 포함된 구성요소는 적색 화소에 포함되어 있는 구성 요소이고, 도면부호에 'X'가 포함된 구성요소는 각각 독립적으로 청색, 녹색 또는 적색 화소에 포함되어 있는 구성 요소를 의미할 수 있다.
상기 이미지 센서는 광을 감지하여 전류 신호로 변경하는 광전 변환 소자, 전류 신호를 전송하는 트랜지스터 및 전하저장소가 집적된 반도체 기판을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판은 실리콘 기판일 수 있고, 상기 광전 변환 소자는 광다이오드일 수 있다. 광전 변환 소자, 트랜지스터 및/또는 전하저장소는 집적되어 화소를 형성할 수 있다.
일 예에서, 상기 이미지 센서는, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판의 상부에 위치하는 색 필터 층을 포함하고, 상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 전술한 광전 변환 소자(100)일 수 있다.
도 2는 이러한 이미지 센서의 일 예시로, X1 및 X4가 R, X2 및 X3가 G이거나, X1 및 X4가 G, X2 및 X3가 R일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 다른 일 예시로 X1이 R, X4가 B, X2 및 X3가 G이거나, X1이 B, X4가 R, X2 및 X3가 G이거나, X1 및 X4가 G이고 X2가 R, X3가 B이거나, X1 및 X4가 G이고 X2가 B, X3가 R일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 청색 파장 영역의 광을 감지할 수 있는 광전 변환 소자(100)이므로 청색 화소의 경우 별도의 색 필터 층을 필요로 하지 않을 수 있고, 트랜지스터를 통해 감지한 광의 정보를 전달할 수 있다.
상기 색 필터 층은 적색 화소 상에 위치하는 적색 필터와 녹색 화소 상에 위치하는 녹색 필터를 포함할 수 있다. 청색 화소의 경우 상기 광전 변환 소자(100)가 청색 광을 감지할 수 있어 필수적인 것은 아니나, 필요에 따라 청색 필터가 더 구비될 수 있다.
다른 일 예에서, 상기 이미지 센서는, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자; 적색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제2 광전 변환 소자; 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제3 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판을 포함하고, 상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 전술한 광전 변환 소자(100)일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광전 변환 소자는 별도의 필터 없이 각각 청색, 적색, 녹색 광을 감지할 수 있다. 이에 따라 상기 이미지 센서는 1 ㎛ 이하의 미소화소를 구현할 수 있고, 필터 없이 별도의 광을 검지하며 위상차를 검출할 수 있다.
도 3은 R-G-B 순으로 적층된 이러한 이미지 센서의 일 예이나, 이에 한정되지 않고 R-B-G, G-R-B, G-B-R, B-R-G, B-G-R 등 다양한 순서로 적층될 수 있다.
상기 이미지 센서는 전술한 특성을 이용하여 각각의 화소 크기를 감소시킬 수 있으며, 폭 및 길이가 각각 1 ㎛ 이하, 예를 들어, 1 ㎛, 0.9 ㎛, 0.8 ㎛, 0.7 ㎛, 0.6 ㎛, 0.5 ㎛의 화소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
질소 분위기 하에서 K2CO3(8.223 g, 0.0595 mol)를 H2O(30 mL)에 용해시켜 제1 용액을 제조하였다. 티오펜 유도체(2.000 g, 5.95 mmol), 5-브로모피리딘-2-카바알데히드(2.767 g, 14.875 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.688 g, 0.595 mmol)을 1,2-디메톡시에탄(100 mL0)에 용해시켜 제2 용액을 제조하였다. 시린지로 상기 제1 용액을 상기 제2 용액에 첨가한 후, 70℃, 질소 분위기 하에서 25시간 동안 반응을 진행하였다. 반응물을 NaCl 수용액 및 디클로로메탄으로 분리하고, Na2SO4를 첨가하여 수분을 제거하였다. Na2SO4를 디클로로메탄 용액에서 제거하고, 증발건조하여 얻은 고체를 20 : 1의 디클로로메탄 및 에틸아세테이트로 컬럼 크로마토그래피를 수행하여 5,5'-(티오펜-2,5-디일)디피콜린알데히드(중간체 1)를 수득하였다.
상기 반응을 아래 반응식 1에 간략히 나타내었다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000005
질소 분위기 하에서 상기 중간체 1(0.06 g, .0204 mmol)과 3-에틸로다닌(0.329 g, 2.04 mmol)을 CHCl3(30 mL)에 용해시켰다. 피페리딘(0.3 mL)를 적가하고, 60℃에서 16시간 동안 반응을 진행하였다. 실온으로 냉각한 후 침전물을 여과하고, 에탄올로 세척하여 DERPTWB 화합물을 수득하였다.
상기 반응을 아래 반응식 2에 간략히 나타내었다.
[반응식 2]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000006
실험예 1
상기 실시예에서 수득한 화합물을 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 분석하여 하기 화학식 1-1의 구조를 가지는 것을 확인하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2021015576-appb-img-000007
도 4를 참고하면, 상기 DERPTWB 화합물의 제조에 사용된 3-에틸로다닌 및 간체 1의 NMR 스펙트럼과 DERPTWB 화합물의 NMR 스펙트럼을 비교하여 제조된 화합물이 티오펜 구조, 피리딘 구조 및 로다닌 구조를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
CHCl3 용매를 사용하여 상기 실시예에서 제조된 DERPTWB 화합물의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참고하면, 상기 화합물은 455 nm에서 피크를 가지므로, 청색 파장의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 3
유리기판 상에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 100 nm 두께의 제1 전극을 제조하였다. 상기 하부 전극 상에 몰리브덴 산화물을 3 nm 두께로 열증착하여 하부 전하보조층(MoO3)을 형성하였다. 상기 하부 전하보조층 상에 상기 실시예에서 제조된 DERPTWB 40 nm, 풀러렌(C60) 40 nm를 증착하여 활성층을 형성하였다. 이어서 알루미늄 100 nm를 열 증발기로 증착하여 광전 변환 소자를 제조하였다.
상기 광전 변환 소자의 특성을 측정하여 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6은 상기 광전 변환 소자의 외부양자효율을 나타낸 것으로, 350~550 nm의 빛을 효과적으로 전기로 변환할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 측정 바이어스 전압의 변화에 따른 상기 광전 변환 소자의 암전류를 나타낸 것으로, 이를 참고하면 상기 광전 변환 소자는 낮은 암전류를 나타내어 광전 변환 효율이 우수함을 확인할 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100: 광전 변환 소자
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130: p형 층
140: n형 층
200, 300: 이미지 센서

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는, 화합물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2021015576-appb-img-000008
    상기 화학식 1에서,
    상기 R은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된다.
  2. 제1항에 있어서,
    청색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는, 화합물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 청색 파장 영역은 350 nm 내지 500 nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 나타내는, 화합물.
  4. 제1 전극;
    상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 활성층을 포함하고,
    상기 활성층은 하기 화학식1 로 표시되는 화합물을 포함하는, 광전 변환 소자:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2021015576-appb-img-000009
    상기 화학식 1에서,
    상기 R은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C60 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3~C10 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C10 헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C60 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C60 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택된다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 투광 전극인, 광전 변환 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 활성층은 n형 반도체 물질 또는 p형 반도체 물질을 더 포함하는, 광전 변환 소자.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자를 포함하는, 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판; 및
    상기 반도체 기판의 상부에 위치하는 색 필터 층을 포함하고,
    상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자인, 이미지 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    청색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제1 광전 변환 소자;
    적색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제2 광전 변환 소자; 및
    녹색 파장 영역의 광을 감지하는 하나 이상 제3 광전 변환 소자를 포함하는 반도체 기판을 포함하고,
    상기 제1 광전 변환 소자 중 적어도 일부는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자인, 이미지 센서.
  10. 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 트랜지스터 및 전하집적소를 더 포함하는, 이미지 센서.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 폭 및 길이가 각각 1 ㎛ 이하의 화소를 포함하는, 이미지 센서.
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