저저항 박막 유기 태양 전지 전극 document_id A220623063616

광전자 장치는, 전자기 방사를 전자적으로 생성시키거나 또는 검출하기 위해, 또는 주변의 전자기 방사로부터 전기를 발생시키기 위해, 물질의 광학적 및 전자적 성질에 의존한다. 감광성 광전자 장치는 전자기 방사를 전기적 신호나 전기로 전환한다. 광전지("PV") 장치로도 불리우는 태양 전지는, 전력을 발생시키는데 특히 사용되는 감광성 광전자 장치의 한 유형이다. 광전도체 전지는 장치의 저항을 모니터링하여 흡수된 빛에 따른 변화를 검출하는 신호 검출 회로와 함께 결합되어 사용되는 감광성 광전자 장치의 한 유형이다. 인가 바이어스 전압을 수용할 수 있는 광검출기는 전자기 방사에 노출시 발생되는 전류를 측정하는 전류 검출 회로와 함께 결합되어 사용되는 감광성 광전자 장치의 한 유형이다. 이들 3개 부류의 감광성 광전자 장치는 하기 정의한 바와 같은 정류 접합이 존재하는지 여부 및 장치가 바이어스 또는 바이어스 전압으로도 또한 공지되어 있는 외부 인가 전압으로 작동되는지 여부에 따라 구별될 수 있다. 광전도체 전지는 정류 접합을 갖지 않으며, 통상적으로는 바이어스로 작동한다. PV 장치는 적어도 하나의 정류 접합을 가지며, 바이어스 없이 작동한다. 광검출기는 하나 이상의 정류 접합을 가지며, 일반적으로는 바이어스로 작동하지만 항상 바이어스로 작동하는 것은 아니다. 본원에서 사용된 용어 "정류"는 특히 계면이 비대칭 전도 특성을 갖는 경우, 즉, 계면이 바람직하게는 한 방향으로 전자 전하 수송을 지원하는 경우를 의미한다. 용어 "반도체"는, 전하 캐리어가 열적 또는 전자기적 여기에 의해 유도될 때 전기를 전도할 수 있는 물질을 가리킨다. 용어 "광전도성"은 통상적으로는, 전자기적 방사 에너지가 흡수되어, 캐리어가 물질 내의 전기 전하를 전도(즉, 수송)할 수 있도록 하는 전기 전하 캐리어의 여기 에너지로 전환되는 과정에 관련된 것이다. 용어 "광전도성 물질"은 전자기 방사를 흡수하여 전기 전하 캐리어를 발생시키는 성질이 이용되는 반도체 물질을 지칭한다. 본원에서 사용된 용어 "상부"는 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 부분을 의미하며, "바닥부"는 기판과 가장 가까운 부분을 의미한다. 제1 층이 제2 층과 "물리적으로 접촉"되어 있다고 명시하지 않는 한, 간섭층이 존재할 수 있다. 적절한 에너지의 전자기 방사가 유기 반도체 물질에 입사하는 경우, 광자가 흡수되어 여기 분자 상태가 발생될 수 있다. 유기 광전도성 물질 내에서, 발생된 분자 상태는 일반적으로 "여기자", 즉, 준입자로 수송되는 결합 상태의 전자-정공 쌍으로 여겨진다. 여기자는 초기 전자와 정공이 서로 재결합되는 것(다른 쌍 유래의 정공 또는 전자와의 재결합에 대비됨)을 의미하는 제짝 재결합("켄칭") 이전에 분명한 수명을 가질 수 있다. 광전류를 생성하기 위해, 여기자를 형성하는 전자-정공은 전형적으로 정류 접합에서 분리된다. 감광성 장치의 경우, 정류 접합은 광전지 이종접합으로도 언급된다. 유기 광전지 이종접합 유형에는 도너 물질과 어셉터 물질의 계면에서 형성된 도너-어셉터 이종접합 및 광전도성 물질과 금속의 계면에서 형성된 쇼트키-장벽(Schottky-barrier) 이종접합이 포함된다. 도 1은 도너-어셉터 이종접합의 예를 보여주는 에너지-수준의 도식이다. 유기 물질에 있어서, 용어 "도너" 및 "어셉터"는 2개의 접촉하지만 서로 상이한 유기 물질의 최고 점유 분자 궤도(Highest Occupied Molecular Orbital, "HOMO") 및 최저 비점유 분자 궤도(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, "LUMO") 에너지 준위의 상대적인 위치를 나타낸다. 다른 물질과 접촉하고 있는 하나의 물질의 LUMO 에너지가 더 낮다면, 그 물질이 어셉터이다. 다른 것은 도너이다. 외부 바이어스의 부존재하에, 도너-어셉터 접합에서 전자가 어셉터 물질로 이동하는 것이 에너지적으로 바람직하다. 본원에서, 제1 에너지 준위가 진공 에너지 준위(10)과 근접한 경우 제1 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위는 제2 HOMO 또는 LUMO 에너지 준위보다 "더 높거나" 또는 "더 큰" 것이다. 더 높은 HOMO 에너지 준위는 진공 수준에 대해 더 작은 절대 에너지를 갖는 이온화 포텐셜("IP")에 대응된다. 유사하게, 더 높은 LUMO 에너지 준위는 진공 수준에 대해 더 작은 절대 에너지를 갖는 전자 친화도("EA")에 대응된다. 상부에 진공 수준을 갖는 종래의 에너지 준위 도식에서, 물질의 LUMO 에너지 준위는 동일한 물질의 HOMO 에너지 준위보다 더 높다. 도너(152) 또는 어셉터(154) 내 광자(6)의 흡수가 여기자(8)를 생성한 이후, 여기자(8)는 정류 계면에서 해리된다. 도너(152)는 정공을 이송하고(흰색 원), 어셉터(154)는 전자를 이송한다(검은색 원). 유기 반도체에서 중요한 성질은 캐리어 이동성이다. 이동성은, 전하 캐리어가 전기장에 응하여 전도 물질을 통해 이동할 수 있는 용이성으로 측정한다. 유기 간광성 장치에 있어서, 높은 전자 이동성으로 인해 전자에 의해 우선적으로 전도되는 물질을 전자 수송 물질이라고 언급할 수 있다. 높은 정공 이동성에 의해 정공에 의해 우선적으로 전도되는 물질은 정공 수송 물질로 언급할 수 있다. 장치 내 이동성 및/또는 위치로 인해 전자에 의해 우선적으로 전도되는 층을 전자 수송층("ETL")으로 언급할 수 있다. 장치 내 이동성 및/또는 위치로 인해 정공에 의해 우선적으로 전도되는 층을 정공 수송층("HTL")으로 언급할 수 있다. 필수적인 것은 아니지만 바람직하게, 어셉터 물질은 전자 수송 물질이며, 도너 물질은 정공 수송 물질이다. 캐리어 이동성 및 상대적인 HOMO 및 LUMO 수준에 기초하여 어떻게 2개의 유기 광전도성 물질이 쌍을 이루어 광전지 이종접합 내에서 도너와 어셉터로 제공되는지에 대해서는 본 기술분야에 잘 공지되어 있으므로, 여기서 언급하지는 않는다. 본원에서 사용된 용어 "유기"는 유기 광전자 장치를 제작하는데 사용될 수 있는 소분자 유기 물질은 물론 폴리머 물질을 포함하는 것이다. "소분자"는 폴리머가 아닌 임의의 유기 물질을 나타내며, "소분자"는 실제로 꽤 클 수도 있다. 소분자는 어떤 경우에는 반복 단위를 포함한다. 예를 들어, 치환기로 장쇄 알킬기를 사용한다고하여 "소분자" 분류에서 제거되는 분자는 아니다. 소분자는 또한 예를 들어, 폴리머 백본 상에 펜던트기로 또는 백본의 일부로서 폴리머에 결합될 수도 있다. 소분자는 또한 코어 모이어티 상에 형성된 일련의 화학 쉘로 구성된 덴드리머의 코어 모이어티로 제공될 수도 있다. 덴드리머의 코어 모이어티는 형광 또는 인광 소분자 방사체일 수 있다. 덴드리머는 "소분자"일 수 있다. 일반적으로, 소분자는 분자마다 동일한 분자량을 갖는 정의된 화학식을 갖는 반면, 폴리머는 분자마다 상이할 수 있는 분자량을 갖는 정의된 화학식을 갖는다. 본원에서 사용된 "유기"는 히드로카르빌 및 헤테로원자-치환된 히드로카르빌 리간드의 금속 착물을 포함한다. 일반적인 구성, 특성, 물질 및 특징을 비롯한 유기 감광성 장치에 대한 본 기술분야의 현황에 대한 추가적인 배경 설명 및 기술을 위해서, 미국특허 제6,657,378호(Forrest 등), 미국특허 제6,580,027호(Forrest 등), 및 미국특허 제6,352,777호(Bulovic 등)가 본원에 참고문헌으로 포함되어 있다.