有機/無機三明治結構之光電元件及其製作方法

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

098140465

專利證號

I 407609

專利獲證名稱

有機/無機三明治結構之光電元件及其製作方法

專利所屬機關 (申請機關)

國立臺灣大學

獲證日期

2013/09/01

技術說明

一般來說，有機材料本身容易受空氣中的水氧而劣化，導致元件壽命不長，封裝成本也高。雖然有機材料的成本在大多數的薄膜型光電元件中算是相當低的，但是最終產品的價格卻是決定於製程與封裝的成本上。因此，提升元件的效率與壽命同時又能降低元件成本是目前國內外許多研究團隊努力的方向。以有機高分子太陽能電池為例，要進一步提高元件效率，有機材料與電極界面處的電荷傳輸仍是一項極需解決的課題，同樣地，在有機發光二極體中電荷在電極界面處的注入也相當程度影響著發光效率與亮度。在電極與有機材料的界面處插入一緩衝層是較佳的解決辦法，例如在鋁電極與有機層界面插入超薄的鈣或氟化鋰，在透明導電氧化物電極與有機層界面插入聚二氧乙基塞吩(PEDOT)，都被證實可改善光電元件的效率。然而，鋁電極、鈣或氟化鋰非常容易在空氣中氧化，使元件電阻上升；若要避免氧化發生則製程須在氮氣環境下進行，製作好的元件也需良好的封裝技術避免有機層暴露於大氣下(封裝成本上升)。PEDOT層本身具有酸性，會侵蝕透明導電氧化物，這是屬於元件內部自發性的衰變，即便封裝技術再好也無法減緩衰變的行為。為改善此問題，有人提出將電池極性反轉，就是以高工函數的金屬取代鋁電極成為陽極，並在其與有機層界面處插入一較穩定的過渡金屬氧化物如氧化釩或氧化鎢可有效地傳導或注入電洞，進而提升元件效率。另一面，過渡金屬氧化物如氧化鋅等對透明導電氧化物不具侵蝕性，可取代PEDOT成為傳導或注入電子的緩衝層。然而，在文獻記載中這一類的過渡金屬氧化物薄膜，尤其是傳輸或注入電洞的過渡金屬氧化物，大多以真空蒸鍍設備製作，這不利於製作大面積的元件，且製程成本高。少部分的過渡金屬氧化物薄膜可以用溶膠-凝膠法製作，此法適合製作大面積的元件，但是溶膠-凝膠法需要在高溫下退火，此溫度遠高於有機材料的玻璃轉換溫度，對有機材料的破壞甚鉅。有鑑於此，我們發明一種溶液製程法來製備過渡金屬氧化物緩衝層以提升有機光電元件的效率，既不需要昂貴的真空蒸鍍設備也不需要高溫退火製程，又可兼顧製作大面積且低成本元件的需求，也可提供多種不同種類過渡金屬氧化物混合之靈活性，更可將不同種類之過渡金屬氧化物做截長補短的組合，突破以往以真空蒸鍍法製作時不易配置成任意比例之過渡金屬氧化物緩衝層。

備註

連絡單位 (專責單位/部門名稱)

產學合作總中心

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33669945

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