[發明專利]薄膜制造的改良方法

無效

• 申請號: 200680030206.2
• 申請日: 2006-07-07
• 公開（公告）號: CN101243560A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 羅斯·安德魯·哈頓;森布提拉切萊格·拉維·希爾瓦
• 申請（專利權）人: 薩里大學
• 主分類號: H01L51/30
• 分類號: H01L51/30;C01B31/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁香蘭;謝栒

技術領域

本發明涉及采用有機半導體的電子裝置中所用薄膜制造的改良。具體而言，本發明涉及制造具有均勻分散的碳納米管的有機半導體薄膜的改良方法，以及具有該薄膜的裝置。

背景技術

請注意在本申請中，碳納米管(CNT)是指單壁碳納米管(SWCNT)、多壁碳納米管(MWCNT)或二者之混合物。此外，由于碳納米管可由若干不同方法(例如，化學氣相沉積(CVD)、電弧放電及激光燒蝕法)來合成，所以應注意本申請不限于碳納米管的任何特定制造方法。

在碳納米管制造領域中已進行了大量研究及開發。申請人先前曾提交與碳納米管制造有關的專利申請。其中一申請(PCT/GB02/003438(WO03/011755))涉及在可使碳納米管沉積于可撓性塑料上的低溫下以低成本制造碳納米管的方法。

可在室溫下使用旋涂或印刷技術來將有機半導體加工成為大面積薄膜。近年來基于有機半導體的電子裝置的開發進展已快速地前進，但仍趕不上有機發光二極管(OLED)領域的發展。雖然OLED已進入利基型應用(niche?application)的市場，但此等裝置之潛力仍未被實現，尤其在大面積顯示器領域中。

此外，在沒有顯著地改良能量轉換效率及裝置耐久性的情況下，有機太陽能電池甚至不可能開始實現其作為自太陽獲得能量的經濟可行途徑的潛力。雖然傳統的硅太陽能電池展示了高效率及裝置耐久性，但制造成本高得驚人。鑒于全球迫切地需要干凈、低成本之能量解決方案，太陽能電池為有機半導體之最重要潛在應用之一。

已對有機半導體材料及裝置進行了大量研究及開發?？筛鶕袡C半導體的分子量來將其大致分類如下：

(i)具有超過10,000原子質量單位(amu)的分子量且可使用旋涂或印刷技術從溶液中沉積的共軛聚合物。

(ii)具有不到1000amu的分子量且通常通過真空蒸發來沉積的共軛小分子(包括低聚物)。小分子有機半導體通常被描述為分子半導體。使用真空蒸發來沉積的分子半導體由于其在普通有機溶劑中的弱溶解度，通常不可以從溶液進行加工。

已知可將碳納米管與聚合物半導體結合以生成用于制造薄膜的溶液。然而，此方法具有若干缺點。舉例而言，碳納米管在聚合物半導體的溶液中通常不形成穩定的分散液。即，碳納米管無法長期保持在溶液中，而傾向于沉降下來。因此，在就要進行薄膜沉積之前，必須以超聲波來攪拌溶液，以便再分散碳納米管。在就要加工成膜之前超聲波攪拌該復合物與當前印刷技術不相容，由此會提高制造成本且從制造觀點上來看不切實際。攪拌步驟亦會損害有機半導體。已知僅有限數量的特定聚合物結構能在溶液中穩定碳納米管，因此潛在應用的范圍是有限的。此外，半導體聚合物中的溶解功能性經常妨礙密堆積的分子排列的形成，此降低了電荷載流子的遷移性。

普遍已知因分子半導體的較差溶解度所致難以將通常由真空蒸發來沉積的分子半導體放入溶液中。然而，已證實，可通過使用溶解性側基來官能化分子半導體從而制造含有分子半導體的溶液。然后可將此溶液用來沉積用于有機太陽能電池的有機半導體膜。然而，據稱該裝置的效能非常差。

亦已知使用吸附于碳納米管的外表面上的少量可溶分子半導體。此實驗涉及特定共軛芳族化合物與碳納米管的外表面的相互作用的研究，并涉及使用此方法來增強碳納米管的溶解度。通常，在對所得干燥化合物進行某些實驗之前加工及干燥該化合物。然而，該溶液及官能化碳納米管的所得干燥化合物均不適用于制造薄膜有機電子裝置所涉及的制造過程。

亦已知可通過使用有機半導體材料或一定金屬來填充碳納米管的內部空腔來使空腔官能化。填充內部空腔并未知能使碳納米管可溶于普通溶劑中。填充內部空腔是修正碳納米管的光學及/或電子特性的方法。為了達成基礎科學研究之目的，已進行了此實驗。在沒有進一步加工的情況下，所得化合物不適用于制造電子裝置所涉及的制造過程。

另外，亦已知使用薄膜有機半導體層來制造裝置，諸如有機太陽能電池(光電裝置)。若希望有機太陽能電池成為從日光獲得能量的可商用手段，則其必須高效、耐久并且低成本。