載流子傳遞材料以及電子元件的制作方法
【專利摘要】一種載流子傳遞材料以及一種電子元件。所述載流子傳遞材料包括共軛型高分子電解質(zhì)以及功能性有機分子。所述共軛型高分子電解質(zhì)包括具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈以及至少一個烷基側(cè)鏈，其中烷基側(cè)鏈的末端具有第一離子性基團。所述功能性有機分子包括功能性主鏈以及位于功能性有機分子的末端的第二離子性基團。該共軛型高分子電解質(zhì)的第一離子性基團與功能性有機分子的第二離子性基團之間產(chǎn)生靜電吸引，以使載流子傳遞材料呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。
【專利說明】載流子傳遞材料以及電子元件
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種載流子傳遞材料以及電子元件。
【【背景技術(shù)】】
[0002]以目前技術(shù)而言，為求高效率，多數(shù)電子元件均仍是采用低功函數(shù)(workfunction)的Ca電極作為電極并于Ca電極的表面形成Al作為保護層。然而，Ca電極的形成必須仰賴真空蒸鍍，而且Ca的活性易導(dǎo)致元件壽命不佳。因此，現(xiàn)有技術(shù)可藉由在電極與有源層之間加入介層(interlayer)來修飾界面性質(zhì)以改良電極與有源層間的載流子傳遞效率。
[0003]近年來,具有離子特性的電解質(zhì)(electrolyte)因本身具有偶極(dipole)特性，于半導(dǎo)體界面上將有利于誘導(dǎo)電子朝向單一方向進行，增加電子傳遞能力，為新型介層的候選材料之一。小分子電解質(zhì)多以自組裝(self-assembly)式成膜,其均勻性與覆蓋率有待商榷；而高分子類材料，如聚環(huán)氧乙燒(poly (ethylene oxide), PE0)與聚苯乙烯磺酸鹽(poly (sytrene sulfonate), PSS),為水溶性材料,故無成膜后與有源層互溶的問題，同時高分子類材料具有較佳的成膜性，可采用涂布制程，較符合有機元件的制程設(shè)計概念。然而，由于PEO與PSS均不具導(dǎo)電性，因此使用此類材料均需控制于極薄的膜厚(數(shù)個nm)，方能達到界面修飾卻又不造成巨大電阻的作用。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明提出一種載流子傳遞材料，其包括共軛型高分子電解質(zhì)以及功能性有機分子。該共軛型高分子電解質(zhì)包括具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈以及至少一個烷基側(cè)鏈，其中烷基側(cè)鏈的末端具有第一離子性基團。該功能性有機分子包括功能性主鏈以及位于功能性有機分子的末端的第二離子性基團。共軛型高分子電解質(zhì)的第一離子性基團與功能性有機分子的第二離子性基團之間產(chǎn)生靜電吸引，以使載流子傳遞材料呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。
[0005]本發(fā)明提出一種電子元件，其包括第一電極、第二電極、有源層以及第一電子傳遞層。第一電極以及第二電極彼此相對向設(shè)置。有源層位于第一電極以及第二電極之間。第一電子傳遞層位于有源層與第一電極之間，其中第一電子傳遞層包括前述的載流子傳遞材料。
[0006]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0007]圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電子元件的剖面示意圖。
[0008]圖1B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電子元件的剖面示意圖。
[0009]圖2是PTMAHT的陽離子性基團與DBSA的陰離子性基團產(chǎn)生靜電吸引的反應(yīng)示意圖。[0010]圖3為PTMAHT: DBSA的核磁共振光譜(1H-NMR)。
[0011]圖4為PTMAHT:DBSA與PTMAHT的液態(tài)以及固態(tài)的可見光吸收光譜圖。
[0012]圖5為實例I與比較例I-3的太陽能元件的電流密度與電壓(1-V)圖。
[0013]圖6為實例I與比較例2、4的太陽能元件的開路電壓(V。。)與時間圖。
[0014]圖7為實例I與比較例2、4的太陽能元件的短路電流密度(Jj與時間圖。
[0015]圖8為實例I與比較例2、4的太陽能元件的填充因子(FF)與時間圖。
[0016]圖9為實例I與比較例2、4的太陽能元件的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)與時間圖。
[0017]圖10為實例2與比較例5、6的太陽能元件的電流密度與電壓(1-V)圖。
[0018]圖11為實例3與比較例2的太陽能元件的電流密度與電壓(1-V)圖。
[0019]圖12為實例7與比較例10的太陽能元件的電流密度與電壓(1-V)圖。
[0020]【主要附圖標(biāo)記說明】
[0021]100a、IOOb:電子元件
[0022]102:第一電極
[0023]104:第二電極
[0024]106:有 源層
[0025]108:第一電子傳遞層
[0026]110:第二電子傳遞層
[0027]112:空穴傳遞層
【【具體實施方式】】
[0028]圖1A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電子元件的剖面示意圖。請參照圖1A,電子元件IOOa包括第一電極102、第二電極104、有源層106以及第一電子傳遞層108。第一電極102以及第二電極104彼此相對向設(shè)置。有源層106位于第一電極102以及第二電極104之間。第一電子傳遞層108位于有源層106與第一電極102之間。
[0029]第一電極102與第二電極104可分別例如為金屬、透明導(dǎo)電材料或其他適合的導(dǎo)電材料。
[0030]有源層106例如為薄膜電晶體的有源層、太陽能電池的有源層或有機發(fā)光二極體的發(fā)光材料層。具體而言，當(dāng)電子元件IOOa為薄膜電晶體時，有源層106例如為薄膜電晶體的有源層。當(dāng)電子元件IOOa為太陽能電池時，有源層106例如為太陽能電池的有源層。當(dāng)電子元件IOOa為有機發(fā)光二極體時，有源層106例如為發(fā)光材料層。然而，本發(fā)明不限于此。
[0031]根據(jù)本實施例，第一電子傳遞層108為有源層106與第一電極102之間的介層。第一電子傳遞層108包括載流子傳遞材料，因此其具有界面修飾以及促進電子傳遞的功效。
[0032]另外，本發(fā)明的電子元件IOOa可以進一步包括第二電子傳遞層110。第一電子傳遞層Iio位于有源層106與第一電極102之間，其中第二電子傳遞層110位于第一電子傳遞層108與該第一電極102之間。第二電子傳遞層110的材料包括無機氧化物，其中無機氧化物包括氧化鋅(ZnO)、氧化鈦(TiOx)或銦錫氧化物(ITO)。然而,本發(fā)明不限定第一電子傳遞層108與第二電子傳遞層110在有源層106與第一電極102之間的位置。在其他實施例中，電子元件IOOb的第二電子傳遞層110也可以位于有源層106與第一電子傳遞層108之間，如圖1B所示。
[0033]請再參照圖1A，為了進一步提升空穴的傳遞效率，電子元件IOOa也可以包括空穴傳遞層112?？昭▊鬟f層112位于有源層106與該第二電極104之間，其有助于提升有源層106與第二電極之間的空穴傳遞效率。
[0034]以下將針對載流子傳遞材料作進一步的說明。
[0035]載流子傳遞材料包括共軛型高分子電解質(zhì)以及功能性有機分子，其中共軛型高分子電解質(zhì)與功能性有機分子之間產(chǎn)生靜電吸引，以使載流子傳遞材料呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。
[0036]根據(jù)本實施例，共軛型高分子電解質(zhì)包括具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈以及至少一個烷基側(cè)鏈，其中烷基側(cè)鏈的末端具有第一離子性基團。功能性有機分子包括功能性主鏈以及位于功能性有機分子的末端的第二離子性基團。共軛型高分子電解質(zhì)的第一離子性基團與功能性有機分子的第二離子性基團之間產(chǎn)生靜電吸引以形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，以使載流子傳遞材料呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。值得一提的是，共軛型高分子電解質(zhì)與功能性有機分子之間并未形成化學(xué)鍵結(jié)，因此共軛型高分子電解質(zhì)以及功能性有機分子的功效可以同時發(fā)揮。
[0037]具體而言，共軛型高分子電解質(zhì)具有共軛結(jié)構(gòu)而且具有離子性基團，因此其可在第一電極102與有源層106之間產(chǎn)生強烈的偶極作用以降低電位障礙，并誘導(dǎo)載流子注入有源層，以降低驅(qū)動電壓。換言之，共軛型高分子電極質(zhì) 可以增進載流子傳遞材料的載流子傳遞效率。
[0038]就共軛型高分子電解質(zhì)而言，其具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈例如為苯(benzene)、噻吩(thiophene)、苯胺(aniline)、呋喃(furan)、對苯乙烯(phenyl vinylene)、荷(fluorene)、卩引哚((Indole))、苯基硫((phenylene sulfide)、乙塊(acetylene)、對苯乙炔(phenyl vinylene, PV)、并五苯(pentacene)、蕘(fluorine)或上述化合物任意組合的共聚物主鏈。再者，第一離子性基團例如為含氮的陽離子基團。
[0039]此外，由于共軛型高分子電解質(zhì)通常是水溶性的材質(zhì)，因此當(dāng)具有共軛型高分子電解質(zhì)的載流子傳遞材料欲涂布于表面為疏水性的基材或是膜層上時，可能會發(fā)生載流子傳遞材料溶液對疏水性表面的潤濕性不佳的現(xiàn)象，導(dǎo)致非連續(xù)性膜層的產(chǎn)生。值得一提的是，本實施例通過添加功能性有機分子于載流子傳遞材料中來改善其涂布特性。
[0040]舉例而言，功能性有機分子的功能性主鏈例如是具有疏水性或是具有可交聯(lián)性的化合物，因此，當(dāng)本實施例的載流子傳遞材料在涂布于基材或是膜層表面時，其可具有良好的涂布性質(zhì)，而形成連續(xù)性的膜層。此外，含有功能性有機分子的載流子傳遞材料涂布于基材或是構(gòu)件的表面后，還可以進一步改變基材或是構(gòu)件的表面特性。上述的表面特性例如是水的接觸角大小。
[0041]根據(jù)本實施例，功能性有機分子的功能性主鏈例如為具有烷鏈的芳香族、具有含氟基團的芳香族、具有可交聯(lián)基團的芳香族、具有烷鏈的脂肪族、具有含氟基團的脂肪族或具有可交聯(lián)基團的脂肪族。上述具有可交聯(lián)基團的芳香族例如為末端帶有雙鍵結(jié)構(gòu)的芳香族，而上述具有可交聯(lián)基團的脂肪族例如為末端帶有雙鍵結(jié)構(gòu)的脂肪族。再者，第二離子性基團例如為陰離子性基團。
[0042]另外，共軛型高分子電解質(zhì)具有第一離子性基團，而離子性基團通常具有良好的親水性，因此，空氣中的水氣容易與離子性基團吸附，而造成電子元件IOOa的穩(wěn)定性不佳。本實施例通過添加功能性有機分子來改善此現(xiàn)象。[0043]舉例而言，本實施例的載流子傳遞材料的功能性有機分子中的第二離子性基團可與共軛型高分子電解質(zhì)的第一離子性基團產(chǎn)生靜電吸引現(xiàn)象，因此，空氣中的水氣不易吸附在載流子傳遞材料上，以使電子元件IOOa不易受到水氣的影響而具有良好的穩(wěn)定性，并進一步提升電子元件IOOa的可靠度。
[0044]具體而言，本實施例的共軛型高分子電解質(zhì)例如為如式1、式2或式3所示的結(jié)
構(gòu):
【權(quán)利要求】
1.一種載流子傳遞材料，包括: 共軛型高分子電解質(zhì)，其包括具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈以及至少一個烷基側(cè)鏈，其中該烷基側(cè)鏈的末端具有第一離子性基團；以及 功能性有機分子，其包括功能性主鏈以及位于該功能性有機分子的末端的第二離子性基團， 其中該共軛型高分子電解質(zhì)的該第一離子性基團與該功能性有機分子的該第二離子性基團之間產(chǎn)生靜電吸引，以使該載流子傳遞材料呈現(xiàn)電中性狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該具有共軛結(jié)構(gòu)的主鏈包括苯、噻吩、苯胺、呋喃、對苯乙烯、芴、吲哚、苯基硫、乙炔、對苯乙炔、并五苯、弗或上述化合物任意組合的共聚物。
3.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該第一離子性基團包括含氮的陽離子基團。
4.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該功能性主鏈包括具有烷鏈的芳香族、具有含氟基團的芳香族、具有可交聯(lián)基團的芳香族、具有烷鏈的脂肪族、具有含氟基團的脂肪族或具有可交聯(lián)基團的脂肪族。
5.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該第二離子性基團包括陰離子性基團。
6.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該共軛型高分子電解質(zhì)包括如式1、式2或式3所示的結(jié)構(gòu):
7.如權(quán)利要求6所述的載流子傳遞材料，其中Rj+包括N.(CH3) 3、N.(C2H5) (CH3) 2、
8.如權(quán)利要求6所述的載流子傳遞材料，其中τ為F_、Cl'Br_或I-，M+為Li+、Na+、K+或 Rb+。
9.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該共軛型高分子電解質(zhì)包括:
10.如權(quán)利要求1所述的載流子傳遞材料，其中該功能性有機分子包括:
11.一種電子元件,包括: 第一電極以及第二電極，彼此相對向設(shè)置； 有源層，位于該第一電極以及該第二電極之間；以及 第一電子傳遞層，位于該有源層與該第一電極之間，其中該第一電子傳遞層包括如權(quán)利要求I所述的載流子傳遞材料。
12.如權(quán)利要求11所述的電子元件，還包括第二電子傳遞層，位于該有源層與該第一電極之間，其中該第二電子傳遞層位于該第一電子傳遞層與該第一電極之間或是該第二電子傳遞層位于該有源層與該第一電子傳遞層之間。
13.如權(quán)利要求12所述的電子元件，其中該第二電子傳遞層的材料包括無機氧化物。
14.如權(quán)利要求13所述的電子元件，其中該無機氧化物包括氧化鋅、氧化鈦或銦錫氧化物。
15.如權(quán)利要求11所述的電子元件，還包括空穴傳遞層，位于該有源層與該第二電極之間。
16.如權(quán)利要求11所述的電子元件，其中該有源層包括薄膜電晶體的有源層、太陽能電池的有源層或有機發(fā)光二極體的發(fā)光材料層。
【文檔編號】C08K5/42GK103450640SQ201210285421
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】張怡鳴, 朱瑞 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院