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公開番号2024150700
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-23
出願番号2024120427,2019205424
出願日2024-07-25,2019-11-13
発明の名称光電変換素子と有機センサ及び電子装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H10K 30/60 20230101AFI20241016BHJP()
要約【課題】電荷抽出効率を改善させた光電変換素子と有機センサ及び電子装置を提供する。
【解決手段】本発明の光電変換素子は、互いに対向する第1電極及び第2電極と、第1電極と前記第2電極との間に位置し、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換する光電変換層と、第1電極と前記光電変換層との間に位置し、光電変換層の電荷移動度よりも高い電荷移動度を有する有機補助層と、を備え、光電変換層は、第1有機物を含み、有機補助層は、第1有機物とは異なる第2有機物を含み、第2有機物は、縮合多環芳香族化合物、縮合多環ヘテロ芳香族化合物、又はこれらの組み合わせであり、縮合多環芳香族化合物又は縮合多環ヘテロ芳香族化合物は、4つ以上の環が縮合している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
互いに対向する第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換する光電変換層と、
前記第１電極と前記光電変換層との間に位置し、前記光電変換層の電荷移動度よりも高い電荷移動度を有する有機補助層と、を備え、
前記光電変換層は、第１有機物を含み、
前記有機補助層は、前記第１有機物とは異なる第２有機物を含み、
前記第２有機物は、縮合多環芳香族化合物、縮合多環ヘテロ芳香族化合物、又はこれらの組み合わせであり、
前記縮合多環芳香族化合物又は前記縮合多環ヘテロ芳香族化合物は、４つ以上の環が縮合していることを特徴とする光電変換素子。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記有機補助層の電荷移動度は、前記光電変換層の電荷移動度よりも１００倍以上高いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第２有機物の電荷移動度は、前記第１有機物の電荷移動度よりも１００倍以上高いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記第２有機物の電荷移動度は、１．０×１０
－３
ｃｍ
２
／Ｖｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記縮合多環ヘテロ芳香族化合物は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記光電変換層は、前記第１有機物とｐｎ接合を形成するｐ型半導体又はｎ型半導体を更に含み、
前記有機補助層は、前記ｐ型半導体又は前記ｎ型半導体を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記ｐ型半導体又は前記ｎ型半導体は、フラーレン又はフラーレン誘導体を含むことを特徴とする請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記有機補助層の厚さは、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記第１電極と前記光電変換層との間に位置する無機ナノ層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
前記無機ナノ層は、ランタン族元素、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はこれらの合金を含むことを特徴とする請求項９に記載の光電変換素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子と有機センサ及び電子装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
光電変換素子は、光を受けて電気信号に変換する素子であって、光ダイオード及び光トランジスターなどを含み、有機センサ、光検出器、又は太陽電池などに適用される。
【０００３】
有機センサは、日増しに高い解像度が求められており、それに伴って画素の大きさが小さくなっている。現在主に使用されるシリコン光ダイオードの場合、画素の大きさが小さくなりながら吸収面積が減るため、感度低下が発生することがある。これによって、シリコンを代替することができる有機物質が研究されている。
【０００４】
有機物質は、吸光係数が大きく、分子構造に応じて特定の波長領域の光を選択的に吸収することができることから、光ダイオード及び色フィルタを同時に代替することができるため、高集積に有利である。
【０００５】
しかし、有機物質は、高い結合エネルギー（ｂｉｎｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙ）及び再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）挙動によりシリコンと異なる特性を示すことがあり、有機物質の特性を正確に予測しにくく、光電変換素子で要求される物性を容易に制御しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１７－０１１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電荷抽出効率を改善させた光電変換素子、光電変換素子を含む有機センサ、及び光電変換素子又は前記有機センサを含む電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による光電変換素子は、互いに対向する第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換する光電変換層と、前記第１電極と前記光電変換層との間に位置し、前記光電変換層の電荷移動度よりも高い電荷移動度を有する有機補助層と、を備え、前記光電変換層は、第１有機物を含み、前記有機補助層は、前記第１有機物とは異なる第２有機物を含み、前記第２有機物は、縮合多環芳香族化合物、縮合多環ヘテロ芳香族化合物、又はこれらの組み合わせであり、前記縮合多環芳香族化合物又は前記縮合多環ヘテロ芳香族化合物は、４つ以上の環が縮合している。
【０００９】
前記有機補助層の電荷移動度は、前記光電変換層の電荷移動度よりも１００倍以上高くあり得る。
前記第２有機物の電荷移動度は、前記第１有機物の電荷移動度よりも約１００倍以上高くあり得る。
前記第２有機物の電荷移動度は、１．０×１０
－３
ｃｍ
２
／Ｖｓ以上であり得る。
前記縮合多環ヘテロ芳香族化合物は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、又はこれらの組み合わせを含み得る。
前記光電変換層は、前記第１有機物とｐｎ接合を形成するｐ型半導体又はｎ型半導体を更に含み、前記有機補助層は、前記ｐ型半導体又は前記ｎ型半導体を更に含み得る。
前記ｐ型半導体又は前記ｎ型半導体は、フラーレン又はフラーレン誘導体を含み得る。
前記有機補助層の厚さは、約５ｎｍ以下であり得る。
前記光電変換素子は、前記第１電極と前記光電変換層との間に位置する無機ナノ層を更に含み得る。
前記無機ナノ層は、ランタン族元素、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はこれらの合金を含み得る。
前記ランタン族元素は、イッテルビウム（Ｙｂ）を含み得る。
前記無機ナノ層の厚さは、約５ｎｍ以下であり得る。
前記有機補助層は、前記光電変換層に当接し、前記無機ナノ層は、前記第１電極に当接し得る。
前記第１電極は、カソードであり、前記第２電極は、アノードであり得る。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による有機センサは、前記光電変換素子を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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