专利名称：光电子元件的电极及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括球状同素异性(形)体，特别是硅-和/或碳-纳米管电极及其在有机半导体技术中的应用。
从DE10126859.9中已知PANI、PEDOTPSS(聚苯乙烯磺酸)等为基础的有机导体可用作光电子元件的电极。
经衍生的纳米管和球状同素异性(形)体用作(光)电子元件从DE1015316.0中是已知的。
这类电极的导电性、透光性、电子学的工作功能和/或表面特性还可以进行优化。
所以在有机物基础上，存在创制新型的和更好的电极的需求用于所谓的“聚合物电子学”，即由传统的如硅、锗等材料实现的半导体技术的电子学的一个分支。
因而本发明的任务是为有机半导体元件和光电子元件提供一种新型的并在其(光)电子性能上有所改善的电极。
本发明的对象包括用于光电子的-和/或有机-半导体元件的电极，包括同素异性体。
本发明也将同素异性体例如与有机导体或半导体(典型的是共轭聚合物)组合成一半透明或不透明的电极。
电极可以包括或者是作为金属导电形式的或者是作为半导电形式的同素异性体。金属导电的同素异性体的实例从文献(Z.F.Ren，Z.P.Huang，J.W.Xu，D.Z.Wang，J.H.Wang，L.Calvet，J.Chen，J.F.Klemic and M.A.Reed，“Large Arrays of Well-Aligned CarbonNanotubes Proceedings of 13thInternational Winter School on ElectronicProperties of Nove Materials，P.263-267(1999))中已知。
纳米管具有很多独特的电子学的、光学的和力学的性能。单壁纳米管的拉伸强度高、根据其直径和空间螺旋特性成为金属性的、半导电的或绝缘性的。为了在纳米技术应用中利用这些特性对纳米管施以化学衍生改性是有意义的。因为它可影响其溶解性和加工性，特别是经衍生的和/或溶解的纳米管，可用作微电子技术的有机功能聚合物中的部分相混合物。
球形的同素异性体如纳米管例如在Nature1991.vol.354，P56-58中描述了硅和碳-纳米管。
同素异性体可以或者加入到可导电的有机材料中和/或在基质上牵引。电极可以用纯金属的同素异性体或者通过含金属的同素异性体的和/或含半导电同素异性体的复合材料来实现。
通过事先在基质上如玻璃、金属(钼)、半导体(硅)或在薄膜(PET)上附着一种适当的催化剂，所生成的同素异性体适宜用于正/负电极，至少选择以下类别的两种成分的组合物也适宜用于正/负电极-可导电的基质(可导电的氧化物(ITO))，-经掺杂的半导体(硅、锗…)，-金属类如铝、银…或-在非导电的基质(玻璃、薄膜…)上涂敷同素异性体，它或是以纯态的或者是以含导电或非导电的粘合材料(高聚物…)混合物的形式存在。
此处“有机材料”或“功能高聚物”的概念包括有机的、金属有机的和/或有机-无机的(杂配物)塑料的所有种类，尤其是在英文中用“plastic”所表达的那些物质。这里涉及除形成常规二极管的半导体(硅、锗)和典型金属导体以外的所有物质类别。因此不是预定局限在教条意义上的作为含碳材料的那些有机材料。而更要考虑广泛使用的例如聚硅氧烷。另外该技术不限制考虑分子的大小，特别是受高聚物和/或齐聚物材料所从属，也完全可以应用“小分子”。在功能高聚物中“高聚物”的字义成分有其历史的局限性。因而就这点而言，不存在实际聚合的化合物的含义。作为功能高聚物可以认为是半导电的，导电的和/或绝缘性的物质。
在基质上成长的(生成的)金属同素异性体或纳米管提供了特有的三维结构的导电性电极，例如在其上立有大表面纳米管的二维阵列，表面增大，即敷有同素异性体的基质表面与可利用电极的表面(有效表面)的比，可通过栽种的密度，即成长的同素异性体的密度和/或通过其长度进一步提高。
用于电极的复合材料可以例如通过在由导电的功能高聚物组成的基体中嵌入金属同素异性体制备。在这种同素异性体与有机功能高聚物的混合物中可以对同素异性体的数量、其在基体中的浓度、电极的导电性和/或透明性进行优化。用该复合材料例如可以作为溶液印制成一电极。
作为异质结应用的正电极(电子受主)，也可以特别是采用半导电性的同素异性体。前不久表明，含共轭聚合物的由纳米管组成的复合物显示出强光电效应(S.B.Lee，T.Karayama，H.Aralo AndK.Yoshino，Synth.Met.121(2001)1591-1592)用于光电子的元件，例如有机发光二极管(OLEDS)，也包括有机太阳能电池和光电探测器的电极的光性能，可通过改变同素异性体的长度使之相适应。适宜长度的同素异性体或纳米管，犹如λ/4天线的作用，它能吸收电磁射线。为了用同素异性体实现吸收可见光的波长范围(400-800nm)，则采用具有100-200nm长度的同素异性体。
下面借助实例对本发明作进一步阐述第一个实例是在一金属纳米管电极基础上，作为有机太阳能电池或有机光电探测器的本发明的实施模式。首先将纳米管或者是沉积在一导电的基质上，或者也可以选择另一方案，将纳米管在一非导电的基质上生长，即“使其成长而形成”。为使触点相接将纳米管电极与一导电物(往往或者选用半透明的高聚物)进行层合(例如经过溶液的印制工序)。这样该电极包括的层次有-基质-可选择的导电层，例如Au、ITO、Al…-纳米管(有目的地调节其长度、排列)-可选择的导电聚合物而后，在此电极上沉积有机半导体(或由有机p-型和n-型半导体构成的混合物)，例如通过用溶液的印制工序。经过加上一个对电极(典型方法是通过一薄金属层的热汽化)而制成部件。通过纳米管长度和排列的适当选择可以提高光的吸收率。
第二个实例描述了在一半导电的纳米管的基础上的一种有机太阳能电池或一有机光电探测器。为使触点相接该纳米管或者沉积在一导电的基质上；或者也可以选择纳米管在一非导电基质上成长的方案。为使触点接通将纳米管电极与一导电物(可选半透明的高聚物)进行层合(例如用溶液的印制工序)。在此电极上(由基质/(可选的导电层，例如Au、ITO、Al…)/纳米管/(可选导电聚合物)构成)沉积有机半导体(典型的方式是溶液的印制工序)。该电极的半导体纳米管有n-型半导体的功能，这样在聚合物半导体和纳米管之间产生一光电效应，通过加上一个对电极(典型的方式是通过薄金属层的热汽化)制成部件。通过适当选择纳米管长度和纳米管的排列可以提高光的吸收率。
第三个实例描述可在一纳米管电极(纳米管电极阵列)基础上的一种有机发光二极管(或一有机显示器)，为使触点相接该纳米管或者沉积在一导电的基质上；或者也可以选择纳米管在一非导电基质上成长的方案。为使触点接通将纳米管电极与一导电物(可选半透明的高聚物)进行层合(例如经过用溶液的印制工序)。在此电极上(由基质/(可选的导电层，例如Au、ITO、Al…)/纳米管/(可选导电聚合物)构成)沉积有机半导体，优选是p-型半导体(典型的方式是溶液的印制工序)。通过加上一个对电极(典型的方式是通过薄金属层的热汽化)制成部件。
最后还要将有机太阳能电池，有机发光二极管或有机探测器与碳纳米管电极压紧，使其触点接通。此时的半导体元件组成如下第一步底面的制备基质/电极1(金属)/有机半导体第二步将长成的纳米管电极紧压在有机半导体中，通过压紧使碳纳米管渗入到有机半导体中可完成触点接通。此项技术要麽用于电极1，要麽用于半透明纳米管电极的设计。
本发明涉及包括球形的同素异性体，特别是硅-和/或碳-纳米管电极及其在有机半导体技术中的应用。该电极可以只包括同素异性体，也可以和/或将同素异性体嵌入到一有机功能高聚物中。
权利要求
1.用于光电子的和/或有机-半导体元件的电极，包括同素异性体。
2.在按权利要求1的电极同素异性体以金属形式存在或为半导体的。
3.在按权利要求1或2之一的电极中，同素异性体作为复合材料存在。
4.按上述权利要求之一的电极是半透明或透明的。
5.在按上述权利要求之一的电极中，同素异性体是一纳米管，特别是碳-纳米管。
6.在按上述权利要求之一的电极中，通过对所用同素异性体长度的调节，可有目的地调控电极的光学性能。
7.按权利要求1到6之一的电极，在至少包括一种有机功能高聚物的光电子-和/或电子-元件中获得应用。
全文摘要
本发明涉及包括球状同素异性体，特别是硅－和/或碳－纳米管电极及其在有机半导体技术中的应用。该电极可以只包括同素异性体，也可以和/或将同素异性体嵌入到一有机功能高聚物中。
文档编号H01L51/40GK1659721SQ03813787
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月10日 优先权日2002年6月13日
发明者克利斯托弗·布拉贝克, 延斯·豪赫 申请人:孔纳尔技术公司