(57)【要約】      （修正有）【課題】青色光の波長領域の光を選択的に吸収して電流を発生させる有機光電変換膜およびそれを備える光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換素子は、所定の間隔で互いに離れて設けられるアノード１１０およびカソード１２０と、アノードとカソードとの間に形成される有機光電変換膜１３０と、を備える。有機光電変換膜は、ルブレンを含むｐ型物質層１３１と、ｐ型物質層上に形成され、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層１３２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルブレンを含むｐ型物質層と、
前記ｐ型物質層上に形成され、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層と、
を備えることを特徴とする、有機光電変換膜。
【請求項２】
前記ｐ型物質層と前記ｎ型物質層との間に、共蒸着層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の有機光電変換膜。
【請求項３】
前記フラーレンはＣ６０フラーレンであることを特徴とする、請求項１または２に記載の有機光電変換膜。
【請求項４】
前記ｐ型物質層および前記ｎ型物質層は、それぞれ５〜３００ｎｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機光電変換膜。
【請求項５】
前記有機光電変換膜は、青色光の波長領域の光を吸収して電流を発生させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機光電変換膜。
【請求項６】
互いに離れて設けられるアノードおよびカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に形成される有機光電変換膜と、
を備え、
前記有機光電変換膜は、
前記アノード上に形成され、ルブレンを含むｐ型物質層と、
前記ｐ型物質層上に形成され、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層と、
を備えることを特徴とする光電変換素子。
【請求項７】
前記有機光電変換膜は、前記ｐ型物質層と前記ｎ型物質層との間に形成される共蒸着層をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記フラーレンはＣ６０フラーレンであることを特徴とする請求項６または７に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記ｐ型物質層および前記ｎ型物質層は、それぞれ５〜３００ｎｍの厚さを有することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
前記有機光電変換膜は、青色光の波長領域の光を吸収して電流を発生させることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
前記カソードと前記ｎ型物質層との間に形成される正孔阻止層をさらに備えることを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１２】
前記正孔阻止層は、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物から形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光電変換素子。
【請求項１３】
前記正孔阻止層は、１０〜１０００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光電変換素子。
【請求項１４】
前記アノードと前記ｐ型物質層との間に形成される電子阻止層をさらに備えることを特徴とする、請求項６〜１３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１５】
前記アノードは、透明導電性物質から形成されることを特徴とする、請求項６〜１４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１６】
前記カソードは、透明導電性物質または金属から形成されることを特徴とする、請求項６〜１５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機光電変換膜およびそれを備える光電変換素子に関し、さらに詳細には、青色光の波長領域の光を選択的に吸収して電流を発生させる有機光電変換膜およびそれを備える光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光電変換素子は、光電効果を利用して光を電気信号に変換する素子をいう。かかる光電変換素子は、自動車用センサや家庭用センサなどの各種の光センサ、太陽電池などに広く活用されており、特にＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ用に多く利用されている。
【０００３】
従来、光電変換素子には、無機物質から形成される光電変換膜が主に用いられている。しかし、無機物質から形成される光電変換膜は、光の波長による選択性が低下するため、かかる無機光電変換膜を利用したＣＭＯＳイメージセンサは、入射光をそれぞれ赤色光、緑色光および青色光に分解するカラーフィルタを必要とする。しかし、カラーフィルタの使用は、モアレ欠陥を誘発し、それを解決するために使われる光学フィルタは、解像力低下の原因となりうる。したがって、最近、有機物質を利用した光電変換膜を製造するための研究が進められている。
【０００４】
一方、従来のＣＭＯＳイメージセンサ用光電変換素子には、カラーフィルタ、マイクロレンズおよびフォトダイオードが用いられていた。しかし、カラーフィルタは、モアレを誘発し、マイクロレンズは、フォトダイオードに達する光を減少させるという問題があった。したがって、かかる問題を解決するために、カラーフィルタ、マイクロレンズ、フォトダイオードなどを使用しない新たな構造を有するＣＭＯＳイメージセンサなどに用いられる光電変換素子の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６１１７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、青色光の波長領域の光を選択的に吸収して電流を発生させる有機光電変換膜およびそれを備える光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、ルブレンを含むｐ型物質層と、前記ｐ型物質層上に形成され、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層と、を備える有機光電変換膜を提供する。
【０００８】
また、本発明は、互いに離れて設けられるアノードおよびカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に形成される有機光電変換膜と、を備え、前記有機光電変換膜は、ルブレンを含むｐ型物質層と、前記ｐ型物質層上に形成され、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層と、を備える光電変換素子を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機光電変換膜は、青色光の波長領域の光を選択的に吸収して電流を発生させる。したがって、前述したような有機光電変換膜を有する本発明の光電変換素子は、従来のＣＭＯＳイメージセンサなどに必要であったカラーフィルタ、マイクロレンズ、フォトダイオードなどの役割を有機光電変換膜に代替させることができ、より高画質のＣＭＯＳイメージセンサなどが簡単な工程で製作されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による光電変換素子の断面概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態による光電変換素子の断面概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による光電変換素子に含まれる有機光電変換膜の紫外可視吸収スペクトルである。
【図４】本発明の一実施形態による光電変換素子において、バイアス電圧がそれぞれ０Ｖおよび１Ｖである場合の、光の波長による光電流密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図面で同じ符号は同じ構成要素を指し、各構成要素の大きさや厚さは、説明を明瞭にするために誇張されうる。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による光電変換素子の断面概略図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施形態による光電変換素子は、所定の間隔で互いに離れて設けられるアノード１１０およびカソード１２０と、前記アノード１１０と前記カソード１２０との間に形成される有機光電変換膜１３０と、を備える。
【００１４】
前記アノード１１０は、例えば、ガラスまたはプラスチックからなる透明基板（図示せず）の上部に形成される。前記アノード１１０は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性物質から形成される。そして、前記カソード１２０は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）などの金属から形成される他、ＩＴＯなどの透明導電性物質から形成されてもよい。しかし、これらに限定されるものではない。
【００１５】
前記有機光電変換膜１３０は、光電効果を利用して光を電気的な信号に変換させる役割を果たす。前記有機光電変換膜１３０は、前記アノード１１０上に形成されるｐ型物質層１３１と、前記ｐ型物質層１３１上に形成されるｎ型物質層１３２と、を備える。本実施形態では、前記ｐ型物質としてルブレン（下記化学式（１）参照）が用いられ、前記ｎ型物質としてフラーレンまたは高次フラーレンが用いられる。ここで、前記フラーレンの例としては、例えば、Ｃ６０フラーレン（下記化学式（２）参照）が挙げられる。前記高次フラーレンの例としては、例えば、Ｃ７０フラーレン、Ｃ７６フラーレン、Ｃ７８フラーレン、Ｃ８０フラーレンなどが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
【化２】
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【００１８】
かかる有機光電変換膜１３０は、ｐ型物質であるルブレン、およびｎ型物質であるフラーレンまたは高次フラーレンを順次に蒸着することによって形成される。前記ｐ型物質層１３１およびｎ型物質層１３２は、好ましくは５〜３００ｎｍ、より好ましくは、５〜１００ｎｍの厚さに形成される。このように、本実施形態において、前記有機光電変換膜１３０は、ルブレンを含むｐ型物質層１３１と、フラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層１３２とのｐｎ接合構造で形成される。
【００１９】
カソード１２０とｎ型物質層１３２との間には、正孔阻止層１４１が形成されることが好ましい。かかる正孔阻止層１４１は、正孔の移動を阻止すると共に、電気的な短絡を防止するための保護膜の役割を果たす。前記正孔阻止層１４１は、例えば、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ、下記化学式（３）参照）から形成される。しかし、これに限定されるものではない。前記正孔阻止層１４１は、好ましくは１０〜１０００ｎｍの厚さに形成される。
【００２０】
【化３】
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【００２１】
一方、図示していないが、アノード１１０とｐ型物質層１３１との間に、電子の移動を阻止する電子阻止層がさらに形成されることが好ましい。そして、前記ｐ型物質層１３１と前記電子阻止層との間には、正孔の輸送を容易にするための正孔輸送層（図示せず）がさらに形成されることが好ましく、前記ｎ型物質層１３２と前記正孔阻止層１４１との間には、電子の輸送を容易にするための電子輸送層（図示せず）がさらに形成されることが好ましい。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態による光電変換素子に含まれる有機光電変換膜の紫外可視吸収スペクトルである。ここで、前記光電変換素子は、図１に示すように、アノード１１０とカソード１２０との間に、ｐ型物質層（ルブレン）１３１、ｎ型物質層（Ｃ６０フラーレン）１３２および正孔阻止層（ＮＴＣＤＡ）１４１が順次に積層された構造を有している。図３を参照すれば、本発明の一実施形態による光電変換素子では、有機光電変換膜１３０が青色光の波長領域の光を吸収する特性を有するということが分かる。
【００２３】
図４は、本発明の一実施形態による光電変換素子において、バイアス電圧がそれぞれ０Ｖおよび１Ｖである場合の、光の波長による光電流密度を示すグラフである。図４を参照すれば、本発明の一実施形態による光電変換素子は、太陽光中で青色光の波長領域（約３５０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の光を選択的に吸収して電流を発生させるということが分かる。そして、光電流密度は、印加されるバイアス電圧が増加するほど増加するということが分かる。
【００２４】
このように、本発明の一実施形態による光電変換素子は、有機光電変換膜１３０を、ルブレンを含むｐ型物質層１３１およびフラーレンまたは高次フラーレンを含むｎ型物質層１３２で構成することによって、太陽光の中の青色光の波長領域の光のみを選択的に吸収して電流を発生させる。
【００２５】
したがって、前述したような本発明の一実施形態による光電変換素子を利用してＣＭＯＳイメージセンサを製作すれば、従来のＣＭＯＳイメージセンサに必要であったカラーフィルタ、マイクロレンズ、フォトダイオードなどの役割を有機光電変換膜に代替させることができる。したがって、より高画質のＣＭＯＳイメージセンサが簡単な工程で製作される。
【００２６】
なお、上述の電子阻止層、正孔輸送層、電子輸送層、および正孔阻止層は、従来公知の方法により形成され得る。また、上述の電子阻止層、正孔輸送層、および電子輸送層の形成物質は、従来公知の物質が適宜用いられうる。
【００２７】
図２は、本発明の他の実施形態による光電変換素子の断面概略図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００２８】
図２に示すように、本発明の他の実施形態による光電変換素子は、所定の間隔で互いに離れて設けられるアノード１１０およびカソード１２０と、前記アノード１１０とカソード１２０との間に形成される有機光電変換膜１３０’と、を備える。
【００２９】
本実施形態において、前記有機光電変換膜１３０’は、前記アノード１１０上に形成されるｐ型物質層１３１と、前記ｐ型物質層１３１上に形成される共蒸着層１３３と、前記共蒸着層１３３上に形成されるｎ型物質層１３２と、を備える。ここで、前述の図１に示す実施形態のように、ｐ型物質層１３１の形成物質としてはルブレンが用いられ、前記ｎ型物質層１３２の形成物質としては、フラーレンまたは高次フラーレンが用いられる。そして、本実施形態において、前記共蒸着層１３３は、フラーレン（または高次フラーレン）およびルブレンから形成される。かかる共蒸着層１３３は、ルブレンから形成されるｐ型物質層１３１上にフラーレン（または高次フラーレン）とルブレンとを共蒸着することによって形成される。前述したように、前記フラーレンとしては、Ｃ６０フラーレンが用いられる。そして、前記高次フラーレンとしては、例えば、Ｃ７０フラーレン、Ｃ７６フラーレン、Ｃ７８フラーレン、Ｃ８０フラーレンなどが用いられる。このように、本実施形態では、有機光電変換膜１３０’がｐ−ｉ−ｎ接合構造を有する。以上のような構造の有機光電変換膜１３０’も、前述の実施形態の有機光電変換膜１３０と同様に、青色光の波長領域の光を選択的に吸収して電流を発生させる。
【００３０】
一方、前記カソード１２０とｎ型物質層１３２との間には、正孔阻止層１４１が形成され、かかる正孔阻止層１４１は、例えば、ＮＴＣＤＡから形成される。
【００３１】
以上、本発明による好ましい実施形態を説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これらから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により定義されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、光電変換素子関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１１０    アノード、
１２０    カソード、
１３０，１３０’    有機光電変換膜、
１３１    ｐ型物質層、
１３２    ｎ型物質層、
１３３    共蒸着層、
１４１    正孔阻止層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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