有機光電子器件和透明的無機半導體在載流子對生成層序列中的應用的制作方法
【專利摘要】光電子器件(300，400，500)的不同的實施方式具有層結構(100)以分離第一載流子類型的載流子和第二載流子類型的載流子。層結構(100)具有空穴導電的透明的無機半導體。
【專利說明】有機光電子器件和透明的無機半導體在載流子對生成層序 列中的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機光電子器件，尤其地，本發(fā)明涉及一種具有載流子對生成層 的有機光電子器件，以及一種透明的無機半導體在有機光電子器件的載流子對生成層序列 中的應用。

【背景技術】
[0002] 光電子器件設計成用于將電能轉換成電磁輻射、例如轉換成可見光或者用于相反 的過程。能夠分別提及發(fā)射設備或者探測設備。只要功能層為了能量轉換包含有機材料，例 如有機的半導體材料、有機的摻雜材料或有機的載流子傳輸材料，那么為有機光電子器件。
[0003] 對于光電子器件作為發(fā)射設備的一個實例是發(fā)光設備，特別是發(fā)光二極管（LED)。 所述設備典型地包括電極，在所述電極之間設置有源區(qū)。能夠經(jīng)由所述電極將電流輸送給 發(fā)光設備，所述電流在有源區(qū)中被轉換成光能、即被轉換成電磁輻射。光能經(jīng)由輻射耦合輸 出面從發(fā)光設備中耦合輸出。
[0004] -種特別的發(fā)光設備是有機發(fā)光設備（OLED)。OLED在有源層中具有有機電致發(fā) 光層或層序列，以便將電能轉換成電磁輻射。在OLED經(jīng)由電極與電流源接觸時，不同的載 流子類型被注入到有機層中。正載流子、也稱作為空穴從陽極穿過有機層朝向陰極的方向 迀移，而電子從陰極朝向陽極的方向穿過有機層。在此，電子和空穴能夠復合并且在有機層 中形成電子-空穴對的形式的激發(fā)態(tài)，即所謂的激子。激子在發(fā)射電磁輻射的情況下分解。
[0005] 光電子器件的另一個實例是探測設備，在所述探測設備中，光輻射轉換成電信號 或電能。這樣的光電子器件例如是光電探測器或太陽能電池。探測設備也具有設置在電極 之間的有源層。探測設備具有輻射入射側，經(jīng)由所述輻射入射側，電磁輻射、例如光、紅外或 紫外輻射射入到探測設備中并且被引向有源層。在有源層中，在輻射的作用下激發(fā)激子，所 述激子在電場中分為電子和空穴。因此，產(chǎn)生電信號或電荷并且將其提供給電極。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在所有情況下，將電能轉換成電磁輻射或相反過程的高的效率是值得期望的。本 發(fā)明的基于下述問題：提出具有改進的固有特性和功率特征的有機光電子器件，例如具有 器件中的電流密度的較高的均勻性或具有OLED中的較高的光密度。
[0007] 所述問題通過根據(jù)權利要求1所述的有機光電子器件并且通過透明的無機半導 體的根據(jù)權利要求10和11所述的應用來實現(xiàn)。
[0008] 有機光電子器件的改進方案和有利的設計方案在從屬權利要求中給出。
[0009] 示例性的實施方式
[0010] 只要能類似地應用，下文所描述的實施方式的不同的設計方案以相同的方式適用 于有機光電子器件和透明的無機半導體的應用。
[0011] 有機光電子器件的實施方式具有層結構。在此，層結構設為用于分離第一載流子 類型的載流子和第二載流子類型的載流子。例如，第一載流子類型的載流子是空穴，并且第 二載流子類型的載流子是電子。這樣的層結構的實例是載流子對生成層序列或"電荷生成 層，chargegeneratinglayer"（CGL)。層結構的主要的功能是當外部電場作用時分離載 流子對（例如電子-空穴對），使得第一載流子類型的載流子（例如電子）在層結構的第一 區(qū)域中提供并且第二載流子類型的載流子（例如空穴）在層結構的第二區(qū)域中提供。
[0012] 這樣的載流子對生成層序列例如具有電勢躍迀或內(nèi)建電壓（也稱作為built-in voltage)。所述電勢躍迀有利地設計成，使得層的HOMO能級或價帶在能量方面與鄰接的層 的LUM0能級或導帶接近或重疊。電勢躍迀或內(nèi)建電壓能夠通過層的不同的特性來影響。其 中包括所使用的材料的摻雜或逸出功。同樣，通過在層邊界面上構成邊界面偶極子，影響電 勢躍迀或內(nèi)建電壓。通過電勢躍迀或內(nèi)建電壓能夠引起產(chǎn)生電子-空穴對和分離載流子。
[0013] 層結構具有透明的無機半導體。透明的無機半導體是下述半導體，所述半導體在 可見光的范圍中、即在大約380nm至780nm的波長譜中具有大于50%、尤其大于80 %的透 射系數(shù)。對此，透明的無機半導體通常在價帶和導帶之間具有大于3eV的帶隙。因為許 多在可見光的范圍中透明的無機半導體是氧化物，所以其通常也稱作為透明導電氧化物 (transparentconductiveoxides或TC0)。在此處示出的公開內(nèi)容中，應當將術語"透明 的無機半導體"普遍地理解成下述無機半導體：所述無機半導體在電磁福射的波長譜的下 述范圍中基本上是透明的，在所述范圍中，光電子器件的一個或多個有源層在功能上是活 躍的。例如這對于有機發(fā)光設備而言涉及可見光譜。在有機光電子器件設計為IR傳感器 的另一個實例中，透明的無機半導體在780nm至1mm的波長范圍中基本上是透明的。在所 述設計方案中，透明的無機半導體的帶隙能夠小于3eV。
[0014] 這樣的載流子對生成層序列在不同的實施方式中具有由n型區(qū)域和p型區(qū)域構成 的層序列。將電荷傳輸主要通過能自由運動的電子來進行的區(qū)域稱作為n型區(qū)域。將電荷 傳輸主要通過能自由運動的空穴來進行的區(qū)域稱作為P型區(qū)域。n型區(qū)域和p型區(qū)域分別 具有透明的無機半導體或由所述透明的無機半導體構成。通過將無機半導體用于載流子對 生成層序列中的電子導電的和空穴導電的區(qū)域，能夠實現(xiàn)有效的載流子分離。附加地，通過 使用無機半導體，能夠實現(xiàn)將載流子盡可能無損耗地從載流子對生成層序列中運出。
[0015] 透明的無機半導體在載流子對生成層序列中的應用與許多優(yōu)點結合。在下文中示 例性地列舉這些優(yōu)點中的一些優(yōu)點。
[0016] 應用無機半導體與應用有機半導體相比在載流子對生成層序列中允許更高的可 達到的載流子密度。附加地，載流子在無機半導體中與在有機半導體中相比通常具有更高 的迀移率。由此，例如與在載流子對生成層序列中應用有機半導體材料相比，實現(xiàn)載流子對 生成層序列上的更小的阻力。此外，通過應用透明的無機半導體，能夠產(chǎn)生高的電勢躍迀和 邊界面偶極子，這造成用于載流子分離的有利的帶匹配。由于載流子對生成層序列用于載 流子分離的高的能力，載流子對生成層序列上的壓降減小。
[0017] 此外，在無機半導體中，邊界面上的化學反應的概率減少。因此，與應用有機半導 體相比，實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性。
[0018] 因為無機半導體與有機半導體相比具有更高的熔點和更高的機械硬度，所以具有 透明的無機半導體的載流子對生成層序列與具有有機半導體的載流子對生成層序列相比 例如在接通光電子器件時對于電壓峰值、或者對于電流過高是更穩(wěn)定的。
[0019] 附加地，無機半導體與有機半導體相比具有更高的耐壓強度。由此，具有透明的無 機半導體的載流子對生成層序列在邊界面電壓或內(nèi)建電壓高的情況下也是穩(wěn)定的。
[0020] 在一些實施例中，在n型區(qū)域和p型區(qū)域之間設置有中間層。所述中間層例如能 夠是薄的、同樣透明的絕緣層，以便有利地影響在n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的電勢躍迀或繼 續(xù)提高CGL的穩(wěn)定性。中間層也能夠具有下述目的：產(chǎn)生在透明的半導體的帶隙中的狀態(tài) 進而使載流子對生成層中的電荷分離更加容易。
[0021] 在一些實施方式中，n型區(qū)域具有至少一種下述材料或其化學計量的變型形式或 者由其構成以〇03、1〇0 3、1^03、六111102或11151102。
[0022] 所述材料由于其自身的逸出功特別適合于應用在載流子對生成層序列的n型區(qū) 域中。例如，所述材料具有下述逸出功：
[0023]

【權利要求】
1. 一種有機光電子器件（300,400, 500)， 所述有機光電子器件具有層結構（1〇〇,402)以用于產(chǎn)生并且分離第一載流子類型的 載流子和第二載流子類型的載流子，其中所述層結構（100,402)具有空穴導電的透明的無 機半導體。
2. 根據(jù)權利要求1所述的有機光電子器件（300,400, 500)， 其中所述層結構（1〇〇,402)是載流子對生成層序列。
3. 根據(jù)上述權利要求中任一項所述的有機光電子器件（300,400,500)，其中所述層結 構（100,402)具有由電子導電的n型區(qū)域（102)和空穴導電的p型區(qū)域（104)構成的層序 列。
4. 根據(jù)權利要求3所述的有機光電子器件（300,400,500)，其中在所述11型區(qū)域（102) 和所述P型區(qū)域（104)之間設置有中間層（110)。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的有機光電子器件（300,400, 500)，其中所述n型區(qū)域 (102)具有下述材料中的至少一種：Mo03、W03、Re0 3、AlIn02、11^11〇2或這些化合物的化學計 量的變型形式。
6. 根據(jù)權利要求3至5中任一項所述的有機光電子器件（300,400, 500)，其中所述p型 區(qū)域（104)具有下述材料中的至少一種：BaCuSF、BaCuSeF、BaCuTeF、Ni0、CuA102、CuGa02、 Culn02、Cu20、ZnCo204、ZnRh204、Znlr204、SrCu202、LaCuOS、LaCuOSe、LaCuOTe 或這些化合 物的化學計量的變型形式。
7. 根據(jù)上述權利要求中任一項所述的有機光電子器件（300,400,500)，所述有機光電 子器件具有鄰接于所述層結構（100,402)的有源層，尤其是有機有源層（310, 312,404)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的光電子器件（300,400, 500)，其中所述有源層（310, 312,404) 具有電致發(fā)光材料。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的光電子器件（300,400, 500)，其中所述層結構（100,402) 設置在第一有源層（310)和第二有源層（312)之間。
10. -種空穴導電的透明的無機半導體在有機光電子器件的層結構（100,402)中的應 用，其中所述層結構（1〇〇,402)設計成用于產(chǎn)生并且分離第一載流子類型的載流子和第二 載流子類型的載流子。
11. 一種空穴導電的透明的無機半導體在有機發(fā)光設備的載流子對生成層中的應用。
【文檔編號】H01L51/52GK104508851SQ201380037907
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年5月6日 優(yōu)先權日:2012年5月16日
【發(fā)明者】卡羅拉·迭斯, 蒂洛·羅伊施 申請人:歐司朗Oled股份有限公司