载流子传递材料以及电子元件的制作方法
【专利摘要】一种载流子传递材料以及一种电子元件。所述载流子传递材料包括共轭型高分子电解质以及功能性有机分子。所述共轭型高分子电解质包括具有共轭结构的主链以及至少一个烷基侧链，其中烷基侧链的末端具有第一离子性基团。所述功能性有机分子包括功能性主链以及位于功能性有机分子的末端的第二离子性基团。该共轭型高分子电解质的第一离子性基团与功能性有机分子的第二离子性基团之间产生静电吸引，以使载流子传递材料呈现电中性状态。
【专利说明】载流子传递材料以及电子元件
【【技术领域】】
[0001 ] 本发明涉及一种载流子传递材料以及电子元件。
【【背景技术】】
[0002]以目前技术而言，为求高效率，多数电子元件均仍是采用低功函数(workfunction)的Ca电极作为电极并于Ca电极的表面形成Al作为保护层。然而，Ca电极的形成必须仰赖真空蒸镀，而且Ca的活性易导致元件寿命不佳。因此，现有技术可藉由在电极与有源层之间加入介层(interlayer)来修饰界面性质以改良电极与有源层间的载流子传递效率。
[0003]近年来,具有离子特性的电解质(electrolyte)因本身具有偶极(dipole)特性，于半导体界面上将有利于诱导电子朝向单一方向进行，增加电子传递能力，为新型介层的候选材料之一。小分子电解质多以自组装(self-assembly)式成膜,其均勻性与覆盖率有待商榷；而高分子类材料，如聚环氧乙烧(poly (ethylene oxide), PE0)与聚苯乙烯磺酸盐(poly (sytrene sulfonate), PSS),为水溶性材料,故无成膜后与有源层互溶的问题，同时高分子类材料具有较佳的成膜性，可采用涂布制程，较符合有机元件的制程设计概念。然而，由于PEO与PSS均不具导电性，因此使用此类材料均需控制于极薄的膜厚(数个nm)，方能达到界面修饰却又不造成巨大电阻的作用。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明提出一种载流子传递材料，其包括共轭型高分子电解质以及功能性有机分子。该共轭型高分子电解质包括具有共轭结构的主链以及至少一个烷基侧链，其中烷基侧链的末端具有第一离子性基团。该功能性有机分子包括功能性主链以及位于功能性有机分子的末端的第二离子性基团。共轭型高分子电解质的第一离子性基团与功能性有机分子的第二离子性基团之间产生静电吸引，以使载流子传递材料呈现电中性状态。
[0005]本发明提出一种电子元件，其包括第一电极、第二电极、有源层以及第一电子传递层。第一电极以及第二电极彼此相对向设置。有源层位于第一电极以及第二电极之间。第一电子传递层位于有源层与第一电极之间，其中第一电子传递层包括前述的载流子传递材料。
[0006]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0007]图1A是根据本发明一实施例的电子元件的剖面示意图。
[0008]图1B是根据本发明另一实施例的电子元件的剖面示意图。
[0009]图2是PTMAHT的阳离子性基团与DBSA的阴离子性基团产生静电吸引的反应示意图。[0010]图3为PTMAHT: DBSA的核磁共振光谱(1H-NMR)。
[0011]图4为PTMAHT:DBSA与PTMAHT的液态以及固态的可见光吸收光谱图。
[0012]图5为实例I与比较例I-3的太阳能元件的电流密度与电压(1-V)图。
[0013]图6为实例I与比较例2、4的太阳能元件的开路电压(V。。)与时间图。
[0014]图7为实例I与比较例2、4的太阳能元件的短路电流密度(Jj与时间图。
[0015]图8为实例I与比较例2、4的太阳能元件的填充因子(FF)与时间图。
[0016]图9为实例I与比较例2、4的太阳能元件的光电转换效率(PCE)与时间图。
[0017]图10为实例2与比较例5、6的太阳能元件的电流密度与电压(1-V)图。
[0018]图11为实例3与比较例2的太阳能元件的电流密度与电压(1-V)图。
[0019]图12为实例7与比较例10的太阳能元件的电流密度与电压(1-V)图。
[0020]【主要附图标记说明】
[0021]100a、IOOb:电子元件
[0022]102:第一电极
[0023]104:第二电极
[0024]106:有 源层
[0025]108:第一电子传递层
[0026]110:第二电子传递层
[0027]112:空穴传递层
【【具体实施方式】】
[0028]图1A是根据本发明一实施例的电子元件的剖面示意图。请参照图1A,电子元件IOOa包括第一电极102、第二电极104、有源层106以及第一电子传递层108。第一电极102以及第二电极104彼此相对向设置。有源层106位于第一电极102以及第二电极104之间。第一电子传递层108位于有源层106与第一电极102之间。
[0029]第一电极102与第二电极104可分别例如为金属、透明导电材料或其他适合的导电材料。
[0030]有源层106例如为薄膜电晶体的有源层、太阳能电池的有源层或有机发光二极体的发光材料层。具体而言，当电子元件IOOa为薄膜电晶体时，有源层106例如为薄膜电晶体的有源层。当电子元件IOOa为太阳能电池时，有源层106例如为太阳能电池的有源层。当电子元件IOOa为有机发光二极体时，有源层106例如为发光材料层。然而，本发明不限于此。
[0031]根据本实施例，第一电子传递层108为有源层106与第一电极102之间的介层。第一电子传递层108包括载流子传递材料，因此其具有界面修饰以及促进电子传递的功效。
[0032]另外，本发明的电子元件IOOa可以进一步包括第二电子传递层110。第一电子传递层Iio位于有源层106与第一电极102之间，其中第二电子传递层110位于第一电子传递层108与该第一电极102之间。第二电子传递层110的材料包括无机氧化物，其中无机氧化物包括氧化锌(ZnO)、氧化钛(TiOx)或铟锡氧化物(ITO)。然而,本发明不限定第一电子传递层108与第二电子传递层110在有源层106与第一电极102之间的位置。在其他实施例中，电子元件IOOb的第二电子传递层110也可以位于有源层106与第一电子传递层108之间，如图1B所示。
[0033]请再参照图1A，为了进一步提升空穴的传递效率，电子元件IOOa也可以包括空穴传递层112。空穴传递层112位于有源层106与该第二电极104之间，其有助于提升有源层106与第二电极之间的空穴传递效率。
[0034]以下将针对载流子传递材料作进一步的说明。
[0035]载流子传递材料包括共轭型高分子电解质以及功能性有机分子，其中共轭型高分子电解质与功能性有机分子之间产生静电吸引，以使载流子传递材料呈现电中性状态。
[0036]根据本实施例，共轭型高分子电解质包括具有共轭结构的主链以及至少一个烷基侧链，其中烷基侧链的末端具有第一离子性基团。功能性有机分子包括功能性主链以及位于功能性有机分子的末端的第二离子性基团。共轭型高分子电解质的第一离子性基团与功能性有机分子的第二离子性基团之间产生静电吸引以形成稳定的络合物，以使载流子传递材料呈现电中性状态。值得一提的是，共轭型高分子电解质与功能性有机分子之间并未形成化学键结，因此共轭型高分子电解质以及功能性有机分子的功效可以同时发挥。
[0037]具体而言，共轭型高分子电解质具有共轭结构而且具有离子性基团，因此其可在第一电极102与有源层106之间产生强烈的偶极作用以降低电位障碍，并诱导载流子注入有源层，以降低驱动电压。换言之，共轭型高分子电极质 可以增进载流子传递材料的载流子传递效率。
[0038]就共轭型高分子电解质而言，其具有共轭结构的主链例如为苯(benzene)、噻吩(thiophene)、苯胺(aniline)、呋喃(furan)、对苯乙烯(phenyl vinylene)、荷(fluorene)、卩引哚((Indole))、苯基硫((phenylene sulfide)、乙块(acetylene)、对苯乙炔(phenyl vinylene, PV)、并五苯(pentacene)、荛(fluorine)或上述化合物任意组合的共聚物主链。再者，第一离子性基团例如为含氮的阳离子基团。
[0039]此外，由于共轭型高分子电解质通常是水溶性的材质，因此当具有共轭型高分子电解质的载流子传递材料欲涂布于表面为疏水性的基材或是膜层上时，可能会发生载流子传递材料溶液对疏水性表面的润湿性不佳的现象，导致非连续性膜层的产生。值得一提的是，本实施例通过添加功能性有机分子于载流子传递材料中来改善其涂布特性。
[0040]举例而言，功能性有机分子的功能性主链例如是具有疏水性或是具有可交联性的化合物，因此，当本实施例的载流子传递材料在涂布于基材或是膜层表面时，其可具有良好的涂布性质，而形成连续性的膜层。此外，含有功能性有机分子的载流子传递材料涂布于基材或是构件的表面后，还可以进一步改变基材或是构件的表面特性。上述的表面特性例如是水的接触角大小。
[0041]根据本实施例，功能性有机分子的功能性主链例如为具有烷链的芳香族、具有含氟基团的芳香族、具有可交联基团的芳香族、具有烷链的脂肪族、具有含氟基团的脂肪族或具有可交联基团的脂肪族。上述具有可交联基团的芳香族例如为末端带有双键结构的芳香族，而上述具有可交联基团的脂肪族例如为末端带有双键结构的脂肪族。再者，第二离子性基团例如为阴离子性基团。
[0042]另外，共轭型高分子电解质具有第一离子性基团，而离子性基团通常具有良好的亲水性，因此，空气中的水气容易与离子性基团吸附，而造成电子元件IOOa的稳定性不佳。本实施例通过添加功能性有机分子来改善此现象。[0043]举例而言，本实施例的载流子传递材料的功能性有机分子中的第二离子性基团可与共轭型高分子电解质的第一离子性基团产生静电吸引现象，因此，空气中的水气不易吸附在载流子传递材料上，以使电子元件IOOa不易受到水气的影响而具有良好的稳定性，并进一步提升电子元件IOOa的可靠度。
[0044]具体而言，本实施例的共轭型高分子电解质例如为如式1、式2或式3所示的结
构:
【权利要求】
1.一种载流子传递材料，包括: 共轭型高分子电解质，其包括具有共轭结构的主链以及至少一个烷基侧链，其中该烷基侧链的末端具有第一离子性基团；以及 功能性有机分子，其包括功能性主链以及位于该功能性有机分子的末端的第二离子性基团， 其中该共轭型高分子电解质的该第一离子性基团与该功能性有机分子的该第二离子性基团之间产生静电吸引，以使该载流子传递材料呈现电中性状态。
2.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该具有共轭结构的主链包括苯、噻吩、苯胺、呋喃、对苯乙烯、芴、吲哚、苯基硫、乙炔、对苯乙炔、并五苯、弗或上述化合物任意组合的共聚物。
3.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该第一离子性基团包括含氮的阳离子基团。
4.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该功能性主链包括具有烷链的芳香族、具有含氟基团的芳香族、具有可交联基团的芳香族、具有烷链的脂肪族、具有含氟基团的脂肪族或具有可交联基团的脂肪族。
5.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该第二离子性基团包括阴离子性基团。
6.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该共轭型高分子电解质包括如式1、式2或式3所示的结构:
7.如权利要求6所述的载流子传递材料，其中Rj+包括N.(CH3) 3、N.(C2H5) (CH3) 2、
8.如权利要求6所述的载流子传递材料，其中τ为F_、Cl'Br_或I-，M+为Li+、Na+、K+或 Rb+。
9.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该共轭型高分子电解质包括:
10.如权利要求1所述的载流子传递材料，其中该功能性有机分子包括:
11.一种电子元件,包括: 第一电极以及第二电极，彼此相对向设置； 有源层，位于该第一电极以及该第二电极之间；以及 第一电子传递层，位于该有源层与该第一电极之间，其中该第一电子传递层包括如权利要求I所述的载流子传递材料。
12.如权利要求11所述的电子元件，还包括第二电子传递层，位于该有源层与该第一电极之间，其中该第二电子传递层位于该第一电子传递层与该第一电极之间或是该第二电子传递层位于该有源层与该第一电子传递层之间。
13.如权利要求12所述的电子元件，其中该第二电子传递层的材料包括无机氧化物。
14.如权利要求13所述的电子元件，其中该无机氧化物包括氧化锌、氧化钛或铟锡氧化物。
15.如权利要求11所述的电子元件，还包括空穴传递层，位于该有源层与该第二电极之间。
16.如权利要求11所述的电子元件，其中该有源层包括薄膜电晶体的有源层、太阳能电池的有源层或有机发光二极体的发光材料层。
【文档编号】C08K5/42GK103450640SQ201210285421
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】张怡鸣, 朱瑞 申请人:财团法人工业技术研究院