[發明專利]光電變換元件

有效

• 申請號: 201680056446.3
• 申請日: 2016-09-27
• 公開（公告）號: CN108028321B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 阿波賀邦夫;西蒙·達格利什;路易莎·賴西格;湯山佳菜子
• 申請（專利權）人: 國立大學法人名古屋大學;日清紡控股株式會社
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張天舒

提供與當前相比能夠提高電流強度和響應速度這兩者的光電變換元件以及光電變換裝置。光電變換元件(10)具有：一對電極，其由第1電極(11)和第2電極(15)構成；以及有機半導體(13)，其接收光而產生電動勢，具有：第1絕緣體(12)，其具有第1靜電容量(C1)且設置為與第1電極(11)接觸；以及第2絕緣體(14)，其具有小于第1絕緣體(12)的第2靜電容量(C2)、且設置為與第2電極(15)接觸，有機半導體(13)介于第1絕緣體(12)與第2絕緣體(14)之間且與它們接觸。根據該結構，第1絕緣體(12)具有較大的第1靜電容量(C1)，因此能夠激起有機半導體層的極化、并增大極化電流。第2絕緣體(14)具有較小的第2靜電容量(C2)，響應性得到提高。因而，與當前相比能夠提高電流強度和響應速度這兩者。

技術領域

本發明涉及將光能變換為電能的光電變換元件。

背景技術

當前，公開了與以光電變換效率良好且光響應性優異為目的的光電變換元件相關的技術的一個例子(例如參照專利文獻1)。該光電變換元件的光電變換層具有電荷分離層以及極化層。電荷分離層含有電子遷移率以及空穴遷移率不同的半導體材料、以及具有電子傳導性的摻雜物。極化層由離子液體形成，該離子液體的主成分由陽離子和陰離子的組合構成。

專利文獻1：日本特開2013-218924號公報

非專利文獻1：Ji Yu,Chong-Xin Shan,Qian Qiao,Xiu-Hua Xie,Shuang-PengWang,Zhen-Zhong Zhang and De-Zhen Shen,Enhanced Responsivity ofPhotodetectors Realized via Impact Ionization,Sensors,12,1280-1287(2012)

非專利文獻2：Ghusoon M Ali and P Chakrabarti,ZnO-based interdigitatedMSM and MISIM ultraviolet photodetectors,JOURNAL OF PHYSICS(2010)

非專利文獻3：W J Wang,C X Shan,H Zhu,F Y Ma,D Z Shen,X W Fan and K LChoy,Metal-insulator-semiconductor-insulator-metal structured titaniumdioxide ultraviolet photodetector,JOURNAL OF PHYSICS(2009)

發明內容

然而，即使應用專利文獻1、非專利文獻1～3所記載的技術，也存在下面的問題。第1，為了增大在系統中流動的電流，只要增大極化層的靜電容量即可，但時間常數也增大，因此高速響應變得困難。第2，為了應對高速響應，只要減小極化層的靜電容量即可，但隨著靜電容量的減小，在系統中流動的電流也減小。即，電流強度和響應速度呈相反關系。

本發明就是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供與當前相比能夠提高電流強度和響應速度這兩者的光電變換元件。

為了解決上述問題而提出的第1發明是一種光電變換元件，其具備：一對電極，其由第1電極和第2電極構成；以及有機半導體，其接收光而產生電動勢，所述光電變換元件的特征在于，具有：第1絕緣體，其具有第1靜電容量，且設置為與所述第1電極接觸；以及第2絕緣體，其具有小于所述第1絕緣體的第2靜電容量，且設置為與所述第2電極接觸，所述有機半導體介于所述第1絕緣體與所述第2絕緣體之間且與它們接觸。

根據該結構，第1絕緣體具有較大的靜電容量(即第1靜電容量)，因此，因有機半導體層的光激勵產生的電荷分離和極化而引起第1絕緣體也大幅極化。該第1絕緣體的極化在有機半導體層形成較大的電場，因此進一步促進了有機半導體層的電荷分離。通過該疊加效應而能夠增大電路整體的極化電流。第2絕緣體具有較小的靜電容量(即第2靜電容量)，因此響應速度加快。因此，與當前相比能夠提高電流強度和響應速度這兩者。