光电转换元件及图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光电转换元件，其是将光转换为电能的光电转换元件，其中，在第一电极与第二电极之间存在至少一层有机层，在上述有机层中含有通式(1)表示的化合物，R1～R4为烷基、环烷基、烷氧基或芳基醚基，各自可以相同也可以不同；R5及R6为卤素、氢或烷基，各自可以相同也可以不同；R7为芳基、杂芳基或链烯基；M表示m价的金属，选自硼、铍、镁、铝、铬、铁、镍、铜、锌及铂中的至少一种；L选自卤素、氢、烷基、芳基及杂芳基；m为1～6，m‑1为2以上时，各L彼此可以相同也可以不同。通过本发明专利技术，可提供具有高光电转换效率且具有高颜色选择性的光电转换元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能将光转换为电能的光电转换元件。更详细而言，涉及可在太阳能电池、图像传感器等领域中利用的光电转换元件。
技术介绍
能将光转换为电能的光电转换元件可以利用于太阳能电池、图像传感器等。尤其是，利用CCD、CMOS电路读取光电转换元件中由入射光产生的电流的图像传感器已被广泛使用。以往，在使用光电转换元件的图像传感器中，利用了无机物作为构成光电转换膜的材料。但是，由于无机物的颜色选择性低，所以无法仅吸收特定波长的光。因此，需要在光电转换膜的前面设置滤色器(color filter)、选择性地仅使入射光中特定的颜色(例如红、绿及蓝)透过。但是，若使用滤色器，则在拍摄精细的对象物时，对象物的间距(pitch)与摄像元件的间距发生干涉，产生与本来的图像不同的图像(莫尔条纹缺陷)。若为了抑制该缺陷而进一步使用光学透镜等，则有光利用效率及开口率变低的问题。另一方面，近年来，对图像传感器的高分辨率的要求不断增高，正在进行像素的微细化。因此，像素的尺寸有进一步减小的倾向。由于像素的尺寸变小，所以到达各像素的光电转换元件的光量减少，因此，灵敏度的降低成为问题。为了解决上述问题，正在进行使用有机化合物的光电转换元件的研究。有机化合物根据其分子结构而能够选择性地吸收入射的光中的特定波长区域的光，因此，使用有机化合物的光电转换元件不需要滤色器。此外，由于吸收系数高，所以能够提高光利用效率。作为使用有机化合物的光电转换元件，具体而言，向夹在阳极和阴极之间的光电转换膜中导入pn结结构、本体异质结(bulk heterojunction)结构而得到的元件构成是已知的(例如，参见专利文献1～3)。此外，还已知为了降低暗电流而插入有电荷阻止层(charge blocking layer)的元件构成(例如，参见专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-290190号公报专利文献2：日本特开2011-077198号公报专利文献3：日本特开2002-076391号公报专利文献4：日本特开平5-129576号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，对于将使用了有机化合物的光电转换元件用于图像传感器的方案而言，虽然在原理上确认了优越性，但面向实用化的技术性课题较多。尤其是颜色选择性的提高已成为一个很大的课题。因此，本专利技术的目的在于，解决现有技术中的问题，提供具有高光电转换效率且颜色选择性高的光电转换元件。用于解决课题的手段本专利技术为一种光电转换元件，其是将光转换为电能的光电转换元件，其中，在第一电极与第二电极之间存在至少一层有机层，在上述有机层中含有通式(1)表示的化合物，[化学式1]R1～R4为烷基、环烷基、烷氧基或芳基醚基，各自可以相同也可以不同；R5及R6为卤素、氢或烷基，各自可以相同也可以不同；R7为芳基、杂芳基或链烯基；M表示m价的金属，为选自硼、铍、镁、铝、铬、铁、镍、铜、锌及铂中的至少一种；L选自卤素、氢、烷基、芳基及杂芳基；m为1～6，m-1为2以上时，各L彼此可以相同也可以不同。专利技术的效果通过本专利技术，可提供具有高光电转换效率且具有高颜色选择性的光电转换元件。附图说明[图1]表示本专利技术的光电转换元件的一例的示意截面图。[图2]表示本专利技术的光电转换元件的一例的示意截面图。[图3]表示本专利技术的光电转换元件的一例的示意截面图。[图4]表示本专利技术的光电转换元件的一例的示意截面图。[图5]实施例1的光电转换层中使用的化合物的吸收光谱。[图6]比较例1的光电转换层中使用的化合物的吸收光谱。[图7]表示本专利技术的图像传感器的光电转换元件的层合结构的一例的示意截面图。[图8]表示本专利技术的图像传感器的光电转换元件的层合结构的另一例的示意截面图。[图9]实施例1的光电转换元件的光谱灵敏度特性。[图10]比较例1的光电转换元件的光谱灵敏度特性。具体实施方式<光电转换元件>本专利技术的光电转换元件是将光转换为电能的光电转换元件，其中，在第一电极与第二电极之间至少存在一层有机层，在所述有机层中含有后述的通式(1)表示的化合物。此处，有机层包含至少一层将光转换为电能的光电转换层。图1～图4示出本专利技术的光电转换元件的例子。图1为在第一电极10与第二电极20之间具有光电转换层15的光电转换元件的例子。除了图1那样的、有机层仅包含1层光电转换层的构成之外，也可以为如图2～4那样在阳极与阴极之间插入有电荷阻止层的构成。所谓电荷阻止层，是具有阻挡电子或空穴的功能的层。被插入在阳极与光电转换层之间的情况下，称为电子阻止层13；被插入在阴极与光电转换层之间的情况下，称为空穴阻止层17。有机层可以仅包含上述层中的任一种，也可以包含两者。以下，将第一电极10为阳极、第二电极20为阴极的情况作为例子进行说明。(阳极及阴极)光电转换元件中，阳极和阴极具有下述作用：使元件中制作的电子及空穴流过，充分地流通电流。为了使光入射至光电转换层，优选阳极和阴极中的至少一方为透明或半透明。通常，优选使形成于基板上的阳极为透明电极。阳极优选由下述材料形成，所述材料能够效率良好地从光电转换层提取空穴并且是透明的。作为材料，优选为氧化锡、氧化铟、氧化锡铟(ITO)等导电性金属氧化物；金、银、铬等金属；碘化铜、硫化铜等无机导电性物质；聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电性聚合物等，特别优选使用在玻璃基板上形成透明导电膜而得到的ITO玻璃、奈塞玻璃(NESA glass)。透明电极只要可使元件中制作的电流充分流过即可，从元件的光电转换效率的观点考虑，优选为低电阻。例如，特别优选电阻值为300Ω/□以下的ITO基板。使用ITO基板时，ITO的厚度可基于电阻值任意选择，但通常多使用50～300nm之间。此外，对于玻璃基板的材质而言，从玻璃中溶出的离子越少越好，因此，优选无碱玻璃、或施加了SiO2等的隔离涂层的钠钙玻璃(soda-lime glass)。从机械强度的观点考虑，玻璃基板的厚度优选为0.5mm以上。此外，只要阳极稳定地发挥功能，则基板并不必须为玻璃，例如也可以在塑料基板上形成ITO膜而作为阳极。ITO膜的形成方法有电子束法、溅射法、化学反应法等，没有特别限制。作为阴极的材料，优选为能够效率良好地从光电转换层提取电子的物质。作为材料，可举出铂、金、银、铜、铁、锡、锌、铝、铟、铬、锂、钠、钾、钙、镁、铯、锶等。为了提高电子提取效率从而提高元件特性，选自锂、钠、钾、钙、镁及铯中的低功函数金属或包含这些低功函数金属的合金是有效的。但是，这些低功函数金属通常在大气中不稳定的情况较多。因此，例如，可举出使用掺杂了微量的锂、镁、铯(以真空蒸镀的膜厚计表示为1nm以下)从而稳定性高的电极的方法作为优选例。此外，也可使用氟化锂之类的无机盐。进而，为了保护电极，优选层合铂、金、银、铜、铁、锡、铝、铟等金属、或使用了这些金属的合金、以及二氧化硅、二氧化钛、氮化硅等无机物、聚乙烯醇、氯乙烯、烃系高分子等。作为这些电极的制作方法，可优选采用电阻加热、电子束、溅射、离子镀、涂布等方法。(光电转换层)光电转换层可以由单独的光电转换元件材料构成，但为了获得高的光电转换效率，优选由2种以上的光电转换元件材料构成，更优选由供电子性的光电转换元件材料和电子接受性的光电转换元件材料构成。光电转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其是将光转换为电能的光电转换元件，其中，在第一电极与第二电极之间存在至少一层有机层，在所述有机层中含有通式(1)表示的化合物，化学式1R1～R4为烷基、环烷基、烷氧基或芳基醚基，各自可以相同也可以不同；R5及R6为卤素、氢或烷基，各自可以相同也可以不同；R7为芳基、杂芳基或链烯基；M表示m价的金属，为选自硼、铍、镁、铝、铬、铁、镍、铜、锌及铂中的至少一种；L选自卤素、氢、烷基、芳基及杂芳基；m为1～6，m－1为2以上时，各L彼此可以相同也可以不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.05 JP 2014-0201391.一种光电转换元件，其是将光转换为电能的光电转换元件，其中，在第一电极与第二电极之间存在至少一层有机层，在所述有机层中含有通式(1)表示的化合物，化学式1R1～R4为烷基、环烷基、烷氧基或芳基醚基，各自可以相同也可以不同；R5及R6为卤素、氢或烷基，各自可以相同也可以不同；R7为芳基、杂芳基或链烯基；M表示m价的金属，为选自硼、铍、镁、铝、铬、铁、镍、铜、锌及铂中的至少一种；L选自卤素、氢、烷基、芳基及杂芳基；m为1～6，m－1为2以上时，各L彼此可以相同也可以不同。2.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，通式(1)中的R1～R4为甲基，R5及R6为氢。3.如权利要求1或2所述的光电转换元件，其中，通式(1)中的M为硼，L为氟或含氟芳基，m－1为2。4.如权利要求1～3中任一项所述的光电转换元件，其中，通式(1)中的R7为芳基或杂芳基。5.如权利要求4所述的光电转换元件，其中，通式(1)中的R7由下述通式(2)表示，化学式2R8为芳基或杂芳基；l为1～3的整数；l为2以上时，R8各自可以相同也可以不同。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：梅原正明，富永刚，权晋友，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP