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JP6905247B2 - Organic n-type semiconductor film and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、有機発光素子(有機EL)、有機太陽電池、有機トランジスタといった有機半導体デバイスに用いられる有機n型半導体膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an organic n-type semiconductor film used in an organic semiconductor device such as an organic light emitting device (organic EL), an organic solar cell, and an organic transistor, and a method for producing the same.

有機発光素子、有機太陽電池、有機トランジスタといった有機半導体デバイスの導電膜は、ノンドープで作製されることが一般的である。このようなノンドープでは、導電率が低いため、極めて薄い薄膜を形成する必要があるが、製造プロセス上高度な技術が必要であり、コスト高となる。また、電子注入には、仕事関数の小さな電極を用いる必要があり、素子安定性が低いという問題がある。 Conductive conductors of organic semiconductor devices such as organic light emitting devices, organic solar cells, and organic transistors are generally manufactured without doping. In such a non-doped, since the conductivity is low, it is necessary to form an extremely thin thin film, but a high level of technology is required in the manufacturing process, and the cost is high. Further, it is necessary to use an electrode having a small work function for electron injection, and there is a problem that the device stability is low.

特に、湿式法による作製では、安定的なドーピングは困難であり、その中でも、安定的なn型ドープは極めて困難であり、実用化の妨げとなっていた。これまでn型ドープが困難であった要因は、安定なn型ドーパントが有機溶剤にほとんど溶解しなかったことにある。 In particular, in the production by the wet method, stable doping is difficult, and among them, stable n-type doping is extremely difficult, which hinders practical use. The reason why n-type doping has been difficult so far is that stable n-type dopants are hardly dissolved in organic solvents.

一方、本発明者らは、ppmオーダーの超希薄溶液からポリマーの成膜が可能なEvaporated Spray Deposition using Ultra dilute Solution(ESDUS)法を開発した(特許文献1参照)。 On the other hand, the present inventors have developed an Evaporated Spray Deposition using Ultra dilute Solution (ESDUS) method capable of forming a polymer from an ultra-dilute solution on the order of ppm (see Patent Document 1).

特許354194号公報Japanese Patent No. 354194

本発明の課題は、ドーピング効率向上により導電性の向上した有機n型半導体膜、及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an organic n-type semiconductor film having improved conductivity by improving doping efficiency, and a method for producing the same.

本発明者らは、本発明者らの開発したESDUS法を用いることにより、従来困難であったホスト有機半導体へのn型ドーピングを安定的に行うことを実現した。本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、ホスト有機半導体及びn型ドーパントと共に、電荷分離を促進する特定の補助剤を添加することにより、ドーピング効率(増加キャリア密度/添加ドーパント濃度)が向上し、有機n型半導体膜の導電性を向上させることができることを見いだした。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。 By using the ESDUS method developed by the present inventors, the present inventors have realized that n-type doping of a host organic semiconductor, which has been difficult in the past, can be stably performed. As a result of further diligent research, the present inventors improved the doping efficiency (increased carrier density / added dopant concentration) by adding a specific auxiliary agent that promotes charge separation together with the host organic semiconductor and the n-type dopant. , It has been found that the conductivity of an organic n-type semiconductor film can be improved. The present invention has been completed based on these findings.

すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
[1]ホスト有機半導体と、n型ドーパントと、補助剤とを含有する有機n型半導体膜であって、前記補助剤のLUMOエネルギー準位が、ホスト有機半導体のLUMOエネルギー準位とn型ドーパントのエネルギー準位の間にあることを特徴とする有機n型半導体膜。
[2]補助剤の表面自由エネルギーが、ホスト有機半導体の表面自由エネルギーとn型ドーパントの表面自由エネルギーの間にあることを特徴とする[1]記載の有機n型半導体膜。
[3]補助剤が、ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤の合計量に対して、0.01〜20wt%含まれていることを特徴とする[1]又は[2]記載の有機n型半導体膜。
[4]補助剤が、分子量が1000以下の低分子化合物であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか記載の有機n型半導体膜。
[5]補助剤が、バソフェナントロリンであることを特徴とする[4]記載の有機n型半導体膜。
[6]ホスト有機半導体が、共役系ポリマーであることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか記載の有機n型半導体膜。
[7]ホスト有機半導体が、ポリフェニレンビニレン又はポリフルオレン共重合体であることを特徴とする[6]記載の有機n型半導体膜。
[8]n型ドーパントが、アルカリ金属炭酸塩であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれか記載の有機n型半導体膜。
[9]n型ドーパントが、炭酸セシウム(Cs2CO3)であることを特徴とする[8]記載の有機n型半導体膜。
That is, the present invention is as follows.
[1] An organic n-type semiconductor film containing a host organic semiconductor, an n-type dopant, and an auxiliary agent, wherein the LUMO energy level of the auxiliary agent is the LUMO energy level of the host organic semiconductor and the n-type dopant. the organic n-type semiconductor film, which lies between the energy levels.
[2] The organic n-type semiconductor film according to [1], wherein the surface free energy of the auxiliary agent is between the surface free energy of the host organic semiconductor and the surface free energy of the n-type dopant.
[3] The organic n according to [1] or [2], wherein the auxiliary agent is contained in an amount of 0.01 to 20 wt% with respect to the total amount of the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent. Type semiconductor film.
[4] The organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [3], wherein the auxiliary agent is a low molecular weight compound having a molecular weight of 1000 or less.
[5] The organic n-type semiconductor film according to [4], wherein the auxiliary agent is basophenanthroline.
[6] The organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [5], wherein the host organic semiconductor is a conjugated polymer.
[7] The organic n-type semiconductor film according to [6], wherein the host organic semiconductor is a polyphenylene vinylene or a polyfluorene copolymer.
[8] The organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [7], wherein the n-type dopant is an alkali metal carbonate.
[9] The organic n-type semiconductor film according to [8], wherein the n-type dopant is cesium carbonate (Cs 2 CO 3).

[10][1]〜[9]のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機発光素子。
[11][1]〜[9]のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機太陽電池。
[12][1]〜[9]のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機トランジスタ。
[10] An organic light emitting device comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [9].
[11] An organic solar cell comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [9].
[12] An organic transistor comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [9].

[13]ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤が溶媒中に溶解又は分散している原料液をエアロゾル化し、該エアロゾル中の溶媒を気化させることにより生成するホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤を含有する微粒子を基材上に付着させて基材上に薄膜を形成することを特徴とする[1]〜[9]のいずれか記載の有機n型半導体膜を製造する方法。 [13] The host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent produced by aerosolizing the raw material liquid in which the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent are dissolved or dispersed in the solvent and vaporizing the solvent in the aerosol. The method for producing an organic n-type semiconductor film according to any one of [1] to [9], which comprises adhering fine particles containing an agent onto a base material to form a thin film on the base material.

本発明のホスト有機半導体n型半導体膜は、補助剤添加によるドーピング効率向上により、高い導電性を実現することができる。 The host organic semiconductor n-type semiconductor film of the present invention can realize high conductivity by improving the doping efficiency by adding an auxiliary agent.

本発明の実施例に係る有機n型半導体膜に用いるホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤のエネルギー準位の関係を示す図である。Host organic semiconductor used in the organic n-type semiconductor film according to an embodiment of the present invention, is a diagram showing a relationship between n-type dopant and energy levels of adjuvants. 本発明の実施例に係る有機n型半導体膜に用いるホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤の予想される分子配置を示す図である。It is a figure which shows the expected molecular arrangement of the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent used for the organic n-type semiconductor film which concerns on Example of this invention. 作製したエレクトロンオンリー素子のエネルギー準位を示す図である。It is a figure which shows the energy level of the manufactured electron-only element. 作製した素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0〜5wt%)/Al)のJ-V特性を示す図である。It is a figure which shows the JV characteristic of the manufactured element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0-5wt%) / Al). 作製した素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(2.0wt%):Bphen(0〜10wt%)/Al)素子のJ-V特性を示す図である。It is a figure which shows the JV characteristic of the manufactured element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (0-10wt%) / Al) element. 本発明の実施例として作製した素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0.2wt%)/Al)素子のC-V特性を示す図である。It is a figure which shows the CV characteristic of the element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0.2wt%) / Al) element manufactured as the Example of this invention. 本発明の実施例として作製した素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0.2wt%)/Al)素子のモットショットキープロットの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the motto Schottky plot of the element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0.2wt%) / Al) element manufactured as the Example of this invention. 作製したMEH-PPV:Cs2CO3 (2.0wt%):Bphen(0,0.2wt%)薄膜のTEM画像であり、左図がCs2CO3 (2.0wt%):Bphen(0wt%)を示し、右図がCs2CO3 (2.0wt%):Bphen(0.2wt%)を示す。The prepared MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (0, 0.2wt%) thin film TEM image, and the left figure shows Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (0wt%). The figure on the right shows Cs 2 CO 3 (2.0 wt%): Bphen (0.2 wt%). 作製したMEH-PPV:Cs2CO3 (2.0wt%):Bphen(2.0,10.0wt%)薄膜のTEM画像であり、左図がCs2CO3 (2.0wt%):Bphen(2.0wt%)を示し、右図がCs2CO3 (2.0wt%):Bphen(10.0wt%)を示す。The prepared MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (2.0, 10.0wt%) thin film TEM image, the left figure is Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (2.0wt%) The figure on the right shows Cs 2 CO 3 (2.0 wt%): Bphen (10.0 wt%). 作製した素子(Al/F8BT:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0,0.02wt%)/Al)のJ-V特性を示す図である。It is a figure which shows the JV characteristic of the manufactured element (Al / F8BT: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0, 0.02wt%) / Al).

[有機n型半導体膜]
本発明の有機n型半導体膜は、ホスト有機半導体と、n型ドーパントと、補助剤とを含有する膜であり、補助剤を含有することを特徴とする。本発明の有機n型半導体膜は、有機発光素子、有機太陽電池、有機トランジスタ等における導電膜として好適に用いることができる。例えば、有機発光素子においては、発光層や電子輸送層等として用いることができる。有機太陽電池においては、pn接合部のn型有機半導体層等として用いることができる。有機トランジスタにおいては、半導体活性層等として用いることができる。
[Organic n-type semiconductor film]
The organic n-type semiconductor film of the present invention is a film containing a host organic semiconductor, an n-type dopant, and an auxiliary agent, and is characterized by containing an auxiliary agent. The organic n-type semiconductor film of the present invention can be suitably used as a conductive film in an organic light emitting element, an organic solar cell, an organic transistor and the like. For example, in an organic light emitting device, it can be used as a light emitting layer, an electron transport layer, or the like. In an organic solar cell, it can be used as an n-type organic semiconductor layer or the like at a pn junction. In an organic transistor, it can be used as a semiconductor active layer or the like.

(補助剤)
本発明の有機n型半導体膜における補助剤は、LUMOエネルギー準位が、ホスト有機半導体のLUMOエネルギー準位とn型ドーパントのエネルギー準位の間にあることを特徴とする(図1参照)。エネルギー準位が、n型ドーパント、補助剤、ホスト有機半導体の順になるよう材料を選択することにより、n型ドーパントからの電子移動が、補助剤、ホスト有機半導体へと引き続いて起こり、ドーピング効率が向上するものと考えられる。
(Auxiliary agent)
Auxiliaries in the organic n-type semiconductor film of the present invention, the LUMO energy level, characterized in that between the energy level of the LUMO energy level and the n-type dopant in a host organic semiconductor (see FIG. 1) .. Energy level is, n-type dopant, adjuvant, by selecting a material to be in the order of the host organic semiconductor, electrons move from the n-type dopant, occurs adjuvant, subsequent to the host organic semiconductor, doping efficiency Is expected to improve.

また、補助剤は、その表面自由エネルギーが、ホスト有機半導体の表面自由エネルギーとn型ドーパントの表面自由エネルギーの間にあることが好ましい。すなわち、補助剤の親水性が、ホスト有機半導体とn型ドーパントの間にあることが好ましい。表面自由エネルギーの相違により、膜内で補助剤がn型ドーパントの周囲に局在し、補助剤の周囲をホスト有機半導体が取り囲む配置となることが予想される(図2参照)。したがって、n型ドーパントと補助剤の間で酸化還元反応が生じて電荷移動が起こり、さらにホスト有機半導体に電子が移動することで、電荷分離が促進されると考えられる。
なお、表面自由エネルギーの大小の判定に際しては、表面自由エネルギーの値自体を必ずしも求める必要はなく、水に対する接触角を比較すればよい。水に対する接触角が小さいものは、表面自由エネルギーが大きいと判断できる。
Further, it is preferable that the surface free energy of the auxiliary agent is between the surface free energy of the host organic semiconductor and the surface free energy of the n-type dopant. That is, it is preferable that the hydrophilicity of the auxiliary agent is between the host organic semiconductor and the n-type dopant. Due to the difference in surface free energy, it is expected that the auxiliary agent will be localized around the n-type dopant in the film, and the host organic semiconductor will surround the auxiliary agent (see FIG. 2). Therefore, it is considered that a redox reaction occurs between the n-type dopant and the auxiliary agent to cause charge transfer, and further electron transfer to the host organic semiconductor promotes charge separation.
When determining the magnitude of the surface free energy, it is not always necessary to obtain the surface free energy value itself, and the contact angles with water may be compared. If the contact angle with water is small, it can be judged that the surface free energy is large.

補助剤は、ホスト有機半導体及びn型ドーパントのエネルギー準位や表面自由エネルギーを考慮して、適宜選択することができる。 Auxiliary agents may be taking into account the energy level and the surface free energy of the host organic semiconductor and n-type dopants are selected appropriately.

補助剤としては、高分子化合物であってもよいが、分子量が1000以下の低分子化合物であることが好ましい。具体的に、補助剤としては、バソフェナントロリン(Bphen)、2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP)、2,2',2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)(TPBi)、2-(4-Biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole、2,2'-(1,3-Phenylene)bis[5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole]、8-Hydroxyquinolinolato-lithium、1,3,5-Tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene、1,3,5-Tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene等を挙げることができる。 The auxiliary agent may be a high molecular weight compound, but is preferably a low molecular weight compound having a molecular weight of 1000 or less. Specifically, as an adjunct, vasofenanthroline (Bphen), 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 2,2', 2 "-(1,3,5) -Benzinetriyl)-tris (1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi), 2- (4-Biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole, 2,2' -(1,3-Phenylene) bis [5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole], 8-Hydroxyquinolinolato-lithium, 1,3,5-Tri (p-pyrid-3-yl) -phenyl) benzene, 1,3,5-Tri (p-pyrid-3-yl-phenyl) benzene and the like can be mentioned.

また、補助剤は、ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤の合計量に対して、0.01〜20.0wt%含まれることが好ましく、0.1〜15.0wt%含まれることがより好ましく、0.2〜10wt%含まれていることが好ましい。なお、本発明の有機n型半導体膜は、通常、ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤からなることから、上記割合は、膜中における補助剤の含有割合となる。 Further, the auxiliary agent is preferably contained in an amount of 0.01 to 20.0 wt%, more preferably 0.1 to 15.0 wt%, based on the total amount of the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent. It is preferably contained in an amount of 0.2 to 10 wt%. Since the organic n-type semiconductor film of the present invention is usually composed of a host organic semiconductor, an n-type dopant, and an auxiliary agent, the above ratio is the content ratio of the auxiliary agent in the film.

また、補助剤は、n型ドーパントと同程度の量含まれることが特に好ましい。これにより、膜中でのn型ドーパントの凝集が抑制され分散性が向上し、膜の導電性をより向上させることができる。例えば、補助剤は、n型ドーパントの50〜500wt%であることが好ましい。 Further, it is particularly preferable that the auxiliary agent is contained in the same amount as the n-type dopant. As a result, the aggregation of the n-type dopant in the film is suppressed, the dispersibility is improved, and the conductivity of the film can be further improved. For example, the auxiliary agent is preferably 50 to 500 wt% of the n-type dopant.

(ホスト有機半導体)
本発明の有機n型半導体膜におけるホスト有機半導体は、電子輸送性を有する有機半導体であればよく、電子輸送性を有するポリマーであることが好ましく、共役系ポリマーであることが好ましく、分子量が1万以上程度の高分子化合物であることが好ましい。具体的に、ホスト有機半導体としては、メトキシ−エチルヘキソキシ−ポリフェニレンビニレン(MEH-PPV)等のポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン共重合体、ポリオキシジアゾール、ポリベンゾビスイミダゾベンゾフェナントロリン、ポリ[(1,4-ジビニレンフェニレン)(フェニルボラン)]等の高分子半導体の他、フラーレン、ペンタセン、フルオロペンタセン、ペリレンテトラカルボン酸ジイミドなどの低分子半導体等を挙げることができる。
(Host organic semiconductor)
The host organic semiconductor in the organic n-type semiconductor film of the present invention may be any organic semiconductor having electron transportability, preferably a polymer having electron transportability, preferably a conjugated polymer, and has a molecular weight of 1. It is preferably a polymer compound of about 10,000 or more. Specifically, as the host organic semiconductor, polyphenylene vinylene such as methoxy-ethylhexoxy-polyphenylene vinylene (MEH-PPV), polyfluorene copolymer, polyoxydiazole, polybenzobisimidazole benzophenanthrolin, poly [(1,4) -Dibinylene phenylene) (phenylborane)] and other high molecular weight semiconductors, as well as low molecular weight semiconductors such as fullerene, pentacene, fluoropentacene, and perylene tetracarboxylic acid diimide.

ポリフルオレン共重合体としては、下記一般式(1)で表される構成単位を有するポリマーを例示することができる。

Figure 0006905247
As the polyfluorene copolymer, a polymer having a structural unit represented by the following general formula (1) can be exemplified.
Figure 0006905247

一般式(1)において、RおよびRは、各々独立に炭素数1〜10のアルキル基を示し、オクチル基が特に好ましい。Gは、上記したような様々な共重合ユニットを示し、ベンゾチアジアゾール基が特に好ましい。 In the general formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an octyl group is particularly preferable. G represents various copolymerization units as described above, and a benzothiadiazole group is particularly preferable.

(n型ドーパント)
本発明のn型ドーパントは、ホスト有機半導体と電荷移動錯体を形成するものであればよく、例えば、アルカリ金属塩が好ましく、アルカリ金属炭酸塩であることがより好ましい。具体的には、炭酸セシウム(Cs2CO3)、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸ラジウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸フランシウム等の炭酸塩の他、酸化バリウム、酸化カルシウム酸化セシウム、酸化ナトリウム等の酸化物を挙げることができ、空気中での安定性が高いことから、炭酸セシウム(Cs2CO3)が好ましい。
(N-type dopant)
The n-type dopant of the present invention may be any as long as it forms a charge transfer complex with the host organic semiconductor. For example, an alkali metal salt is preferable, and an alkali metal carbonate is more preferable. Specifically, in addition to carbonates such as cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), barium carbonate, calcium carbonate, strontium carbonate, radium carbonate, sodium carbonate, lithium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, franchium carbonate, barium oxide, Oxides such as calcium oxide and sodium oxide can be mentioned, and cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) is preferable because of its high stability in air.

ホスト有機半導体に対するn型ドーパントの添加量としては、0.001〜50wt%であることが好ましく、0.01〜10wt%であることがより好ましい。 The amount of the n-type dopant added to the host organic semiconductor is preferably 0.001 to 50 wt%, more preferably 0.01 to 10 wt%.

[有機n型半導体膜の製造方法]
本発明の有機n型半導体膜は、例えば、本発明の開発したEvaporated Spray Deposition using Ultra dilute Solution(ESDUS)法を用いて製造することができる。具体的な手法については、特許354194号公報に開示されている。
[Manufacturing method of organic n-type semiconductor film]
The organic n-type semiconductor film of the present invention can be produced, for example, by using the Evaporated Spray Deposition using Ultra dilute Solution (ESDUS) method developed by the present invention. A specific method is disclosed in Japanese Patent No. 354194.

すなわち、本発明の有機n型半導体膜は、上記説明したホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤が溶媒中に溶解又は分散している原料液をエアロゾル化し、該エアロゾル中の溶媒を気化させることにより生成するホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤を含有する微粒子を基材上に付着させて基材上に薄膜を形成することにより製造することができる。 That is, in the organic n-type semiconductor film of the present invention, the raw material liquid in which the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent described above are dissolved or dispersed in the solvent is aerosolized, and the solvent in the aerosol is vaporized. It can be produced by adhering fine particles containing a host organic semiconductor, an n-type dopant and an auxiliary agent, which are produced in the above, onto a base material to form a thin film on the base material.

この方法においては、まず、原料となるホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤が溶媒中に溶解または分散している原料液を予めエアロゾル化する。すなわち、該原料液が液体粒子(通常、1〜100μm程度の大きさの粒子)として搬送ガス中に浮遊したエアロゾルを形成させる。そして、このエアロゾルを構成する液体粒子から溶媒を気化させ除去することにより、さらに粒径の小さな実質的にホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤のみからなる微粒子(通常、10〜1000nm程度の大きさの粒子)が生成し、この微粒子を基板表面に吹き付け(噴射し)付着させることにより基板上に薄膜が形成される。 In this method, first, a raw material liquid in which a host organic semiconductor, an n-type dopant, and an auxiliary agent as raw materials are dissolved or dispersed in a solvent is previously aerosolized. That is, the raw material liquid forms an aerosol suspended in the transport gas as liquid particles (usually particles having a size of about 1 to 100 μm). Then, by vaporizing and removing the solvent from the liquid particles constituting the aerosol, the particles (usually, having a size of about 10 to 1000 nm), which are substantially composed of only the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent, have a smaller particle size. Particles) are generated, and the fine particles are sprayed (sprayed) onto the surface of the substrate to adhere them, thereby forming a thin film on the substrate.

ESDUS法に用いる溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、1,4ジオキサン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロホルム、塩化メチレン、アセトン、メチルエチルケトン、N,Nジメチルホルムアミド、Nメチルモルホリン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、水等を挙げることができる。ESDUS法においては、有機溶媒に、原料が0.001%以上程度の濃度で溶解または分散することが好ましいことから、このような濃度となるように原料及び有機溶媒を選択することが好ましい。 Examples of the solvent used in the ESDUS method include tetrahydrofuran (THF), 1,4 dioxane, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, chloroform, methylene chloride, acetone, methyl ethyl ketone, N, N dimethylformamide, N methylmorpholine and ethyl acetate. , Butyl acetate, methanol, ethanol, isopropanol, water and the like. In the ESDUS method, it is preferable that the raw material is dissolved or dispersed in the organic solvent at a concentration of about 0.001% or more. Therefore, it is preferable to select the raw material and the organic solvent so as to have such a concentration.

なお、本発明の有機n型半導体膜の製造においては、上記ESDUS法の他、スピンコート法や、インクジェット法等の従来公知の膜形成方法を用いてもよい。 In the production of the organic n-type semiconductor film of the present invention, a conventionally known film forming method such as a spin coating method or an inkjet method may be used in addition to the ESDUS method.

以下に本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。 Examples of the present invention are shown below, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[実施例1]
1.実験の概要
有機n型半導体への補助剤の添加効果を検証すべく、電子のみがキャリアとして移動するエレクトロンオンリー素子を作製しその特性を評価した。
[Example 1]
1. 1. Outline of the experiment In order to verify the effect of adding an auxiliary agent to an organic n-type semiconductor, an electron-only element in which only electrons move as carriers was prepared and its characteristics were evaluated.

ホスト有機半導体(ホストポリマー)として、Poly [2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1, 4-phenylenevinylene](MEH-PPV、アルドリッチ社製、HOMO:5.2eV, LUMO:3.1eV)を用いた。n型ドーパントとして、炭酸セシウム(Cs2CO3、日本高純度化学社製、仕事関数2.96eV)を用いた。また、補助剤(低分子電子輸送性添加物)として、バソフェナントロリン(Bphen、アルドリッチ社製、HOMO:6.4eV, LUMO:3.0eV)を用いた。MEH-PPVは、バイポーラ輸送性材料であり、Cs2CO3のn型ドーピングによって電流密度およびドーピング効率が向上することが確認されている。 Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1, 4-phenylenevinylene] (MEH-PPV, manufactured by Aldrich, HOMO: 5.2eV, LUMO: 3.1eV) is used as the host organic semiconductor (host polymer). board. As the n-type dopant, cesium carbonate (Cs 2 CO 3 , manufactured by Japan High Purity Chemical Company, work function 2.96 eV) was used. In addition, basophenanthroline (Bphen, manufactured by Aldrich, HOMO: 6.4eV, LUMO: 3.0eV) was used as an auxiliary agent (low molecular weight electron transporting additive). MEH-PPV is a bipolar transport material, and it has been confirmed that n-type doping of Cs 2 CO 3 improves current density and doping efficiency.

ここで、図1に示すように、ホスト有機半導体であるMEH-PPVのLUMOエネルギー準位は、3.1eVであり、n型ドーパントであるCs2CO3 のエネルギー準位は、2.96eVであり、補助剤であるBphenのLUMOエネルギー準位は3.0eVである。すなわち、補助剤のLUMOエネルギー準位が、ホスト有機半導体のLUMOエネルギー準位とn型ドーパントのエネルギー準位の間にある。 Here, as shown in FIG. 1, LUMO energy level of the MEH-PPV is a host organic semiconductor is 3.1 eV, energy levels of Cs 2 CO 3 is an n-type dopant, 2.96EV The LUMO energy level of the auxiliary agent Bphen is 3.0 eV. That, LUMO energy level of the auxiliary agent is between energy level of LUMO energy level and the n-type dopant in a host organic semiconductor.

また、ホスト有機半導体であるMEH-PPV、及び補助剤であるBphenの水に対する接触角を測定したところ、MEH-PPVが約93°であり、Bphenが約42°であった。n型ドーパントであるCs2CO3は、水への溶解性が高いものであることから、これらの表面自由エネルギーの関係は、「Cs2CO3 > Bphen > MEH-PPV」となり、補助剤(Bphen)の表面自由エネルギーが、ホスト有機半導体の表面自由エネルギーとn型ドーパントの表面自由エネルギーの間にある。表面自由エネルギーが、このような関係にあることにより、作製された膜では、各分子が、図2に示すような配置をとると予想される。 Moreover, when the contact angles of MEH-PPV, which is a host organic semiconductor, and Bphen, which is an auxiliary agent, with respect to water were measured, MEH-PPV was about 93 ° and Bphen was about 42 °. Since Cs 2 CO 3 which is an n-type dopant has high solubility in water, the relationship between these surface free energies is "Cs 2 CO 3 >Bphen>MEH-PPV", and the auxiliary agent ( The surface free energy of Bphen) is between the surface free energy of the host organic semiconductor and the surface free energy of the n-type dopant. Due to this relationship between the surface free energies, it is expected that each molecule will have the arrangement shown in FIG. 2 in the produced film.

2.ESDUS法によるエレクトロンオンリー素子の作製
本発明の実施例として作製した素子の構成は、「Al(50nm)/MEH-PPV:Cs2CO3: Bphen (110nm)/Al (50nm)」である。また、比較例として作製した素子の構成は、「Al(50nm)/MEH-PPV:Cs2CO3(110nm)/Al(50nm)」である。図3に、作製したエレクトロンオンリー素子のエネルギー準位図を示す。
2. Fabrication of Electron-Only Device by ESDUS Method The configuration of the device manufactured as an example of the present invention is "Al (50 nm) / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 : Bphen (110 nm) / Al (50 nm)". The configuration of the device manufactured as a comparative example is "Al (50 nm) / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (110 nm) / Al (50 nm)". FIG. 3 shows an energy level diagram of the manufactured electron-only element.

(溶液の調製)
MEH-PPV 29.4mgをテトラヒドロフラン(以下、THF)50mL中に添加し、50℃ 500rpmで一晩攪拌した。これをTHF 3L中に添加し混合した。このとき、THFに対するMEH-PPVの濃度は11ppmである。さらに、MEH-PPVに対する重量比が0.2、2.0wt%となるようにしたCs2CO3(純度99.999%)と、0.2、2.0、10.0wt%となるようにしたBphenとを、それぞれ脱水エタノール1mLに添加し、50℃ 500rpmで一晩攪拌した。潮解性を有するため、Cs2CO3の取り扱いは全てグローブボックス内で行った。このCs2CO3とBphenそれぞれ溶解したエタノール溶液1mLをMEH-PPV溶液に添加し攪拌した。表1に、溶液調整の条件を示す。
(Preparation of solution)
29.4 mg of MEH-PPV was added to 50 mL of tetrahydrofuran (hereinafter, THF), and the mixture was stirred at 50 ° C. and 500 rpm overnight. This was added to THF 3L and mixed. At this time, the concentration of MEH-PPV with respect to THF is 11 ppm. Furthermore, Cs 2 CO 3 (purity 99.999%) with a weight ratio of 0.2 and 2.0 wt% to MEH-PPV and Bphen with a weight ratio of 0.2, 2.0 and 10.0 wt% were added to 1 mL of dehydrated ethanol, respectively. And stirred at 50 ° C. and 500 rpm overnight. Due to its deliquescent property, all Cs 2 CO 3 was handled in the glove box. 1 mL of this ethanol solution in which Cs 2 CO 3 and B phen were dissolved was added to the MEH-PPV solution and stirred. Table 1 shows the conditions for solution adjustment.

Figure 0006905247
Figure 0006905247

以下、MEH-PPVに対するCs2CO3又はBphenの重量比をドーピング濃度と呼ぶ。したがって、Cs2CO3のドーピング濃度は0.2, 2.0wt%、Bphenのドーピング濃度は0.2, 2.0, 5.0, 10.0wt%である。 Hereinafter, the weight ratio of Cs 2 CO 3 or Bphen to MEH-PPV is referred to as a doping concentration. Therefore, the doping concentration of Cs 2 CO 3 is 0.2, 2.0 wt%, and the doping concentration of Bphen is 0.2, 2.0, 5.0, 10.0 wt%.

(素子の作製)
ガラス基板上に、下部電極としてマスクを通してパターン化したAl電極(50nm)を蒸着した。さらに、ESDUS法を用いてMEH-PPV:Cs2CO3層もしくはMEH-PPV:Cs2CO3:Bphen層を110nm製膜した。ESDUS法による成膜はスリット型のノズルを用いて行った。表2に、ESDUS法の製膜条件を示す。最後に、マスクを通してクロスポイントが4mm2となるよう上部電極のAl電極を50nm蒸着した。下部電極の蒸着から測定までを一貫して蒸着装置EO-6(エイコーエンジニアリング製)内で真空状態を維持して行った。
(Manufacturing of element)
An Al electrode (50 nm) patterned through a mask as a lower electrode was deposited on a glass substrate. Furthermore, the MEH-PPV: Cs 2 CO 3 layer or the MEH-PPV: Cs 2 CO 3 : Bphen layer was formed into a 110 nm film using the ESDUS method. The film formation by the ESDUS method was performed using a slit type nozzle. Table 2 shows the film forming conditions of the ESDUS method. Finally, the Al electrode of the upper electrode was deposited by 50 nm through the mask so that the cross point was 4 mm 2. From the vapor deposition of the lower electrode to the measurement, the vacuum state was maintained in the vapor deposition apparatus EO-6 (manufactured by Eiko Engineering).

Figure 0006905247
Figure 0006905247

3.補助剤の効果の確認
(1)電流密度−電圧特性
図4に、作製した素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0~5wt%)/Al)のJ-V特性を示し、図5に、作製した素子(Al/MEH-PPV: Cs2CO3(2.0wt%):Bphen(0~10wt%)/Al)のJ-V特性を示す。J-V特性は、Keithley 238 source meter を用いて評価した。
3. 3. Confirmation of the effect of the auxiliary agent (1) Current density-voltage characteristics JV of the manufactured element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0 to 5wt%) / Al) shown in Fig. 4. The characteristics are shown, and FIG. 5 shows the JV characteristics of the manufactured element (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (2.0 wt%): Bphen (0 to 10 wt%) / Al). JV characteristics were evaluated using a Keithley 238 source meter.

図4は、Cs2CO3を濃度0.2wt%でドーピングした場合の図であるが、補助剤であるBphenを添加しない場合(ノンドープ)に比較して、Bphenを添加した場合は、いずれの場合も電子密度が大きくなっていた。特に、Bphenを0.2wt%ドープした場合の電流密度が最も大きくなり、Bphenを添加しない場合と比べて約1桁上昇した。 FIG. 4 is a diagram when Cs 2 CO 3 is doped at a concentration of 0.2 wt%. In any case, when Bphen is added, compared with the case where Bphen, which is an auxiliary agent, is not added (non-doping). The electron density was also high. In particular, the current density when Bphen was doped in 0.2 wt% was the highest, which was about an order of magnitude higher than that when Bphen was not added.

図5は、Cs2CO3を濃度2.0wt%でドーピングした場合の図であるが、補助剤であるBphenを添加しない場合(ノンドープ)に比較して、Bphenを添加した場合は、いずれの場合も電子密度が大きくなっていた。特に、Bphenを2.0wt%ドープした場合の電流密度が最も大きくなり、Bphenを添加しない場合と比べて約1桁上昇した。 FIG. 5 is a diagram when Cs 2 CO 3 is doped at a concentration of 2.0 wt%. In any case, when Bphen is added, compared with the case where Bphen, which is an auxiliary agent, is not added (non-doping). The electron density was also high. In particular, the current density when Bphen was doped at 2.0 wt% was the highest, which was about an order of magnitude higher than that when Bphen was not added.

(2)C−V測定によるドーピング効率の計算
Solartron SI 1260 Impedance/ gain-phase analyzerとSolartron dielectric interface 1296を用いて、実施例の素子(Al/MEH-PPV:Cs2CO3(0.2wt%):Bphen(0.2wt%)/Al)のC-V特性を測定し、下記式(1)を用いてモットショットキープロットによりキャリア密度を算出した。
図6に、C−V特性を示し、図7に、モットショットキープロットの結果を示す。
(2) Calculation of doping efficiency by CV measurement
CV of the element of the example (Al / MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (0.2wt%): Bphen (0.2wt%) / Al) using Solartron SI 1260 Impedance / gain-phase analyzer and Solartron dielectric interface 1296 The characteristics were measured, and the carrier density was calculated by the Mott Schottky plot using the following formula (1).
FIG. 6 shows the CV characteristics, and FIG. 7 shows the results of the Mott Schottky plot.

Figure 0006905247
Figure 0006905247

ここで、Vbiはビルトインポテンシャル、V は印加電圧、qは電気素量、ε0は真空の誘電率、εr はMEH-PPV薄膜の比誘電率、NDは電子密度である。 Here, V bi is the built-in potential, V is the applied voltage, q is the elementary charge, ε 0 is the permittivity of the vacuum, ε r is the relative permittivity of the MEH-PPV thin film, and N D is the electron density.

モットショットキープロットから算出した電子密度は1.0×1024 [m-3]となり、Cs2CO3のみを0.2wt%ドープした素子の電子密度6.2×1023[m-3]と比べると約2倍の値となり、電子密度の向上が電流密度の向上をもたらしたことが明らかとなった。 The electron density calculated from the Mottshot key plot is 1.0 × 10 24 [m -3 ], which is about 2 compared to the electron density 6.2 × 10 23 [m -3 ] of an element doped with only Cs 2 CO 3 by 0.2 wt%. The value was doubled, and it became clear that the improvement in electron density brought about the improvement in current density.

また、これらの値からドーピング効率を計算した結果、Cs2CO3のみを0.2wt%ドープした比較例の素子では16.5%、Cs2CO3 0.2wt%に加えてBphenを0.2wt%ドーピングした実施例の素子では27%となり、ドーピング効率の向上が明らかとなった。 In addition, as a result of calculating the doping efficiency from these values, in the device of the comparative example in which only Cs 2 CO 3 was doped by 0.2 wt%, 16.5% was doped, and in addition to Cs 2 CO 3 0.2 wt%, Bphen was doped by 0.2 wt%. In the example device, it was 27%, demonstrating an improvement in doping efficiency.

(3)TEM測定
ドーパントの凝集状態を調べるために、透過型電子顕微鏡JEM-2100XS(日本電子株式会社)を用いて、作製したMEH-PPV:Cs2CO3 (2.0wt%):Bphen(0,0.2,2.0,10.0wt%)薄膜のTEM画像を撮影した。撮影したTEM画像を図8(Bphen0,0.2wt%)及び図9(Bphen2.0,10.0wt%)に示す。
(3) TEM measurement MEH-PPV: Cs 2 CO 3 (2.0wt%): Bphen (0) produced using a transmission electron microscope JEM-2100XS (JEOL Ltd.) to investigate the aggregation state of dopants. , 0.2, 2.0, 10.0wt%) A TEM image of the thin film was taken. The captured TEM images are shown in FIG. 8 (Bphen 0, 0.2 wt%) and FIG. 9 (Bphen 2.0, 10.0 wt%).

Cs2CO32.0wt%に対し、Bphenをドープしていない薄膜、0.2wt%ドープした薄膜ではどちらも同程度の凝集が見られた。しかし、電流密度が最も上昇したBphenを2.0wt%ドープした薄膜では凝集が抑えられており、Bphenを10wt%ドープした薄膜では再び凝集が生じていた。 In contrast to Cs 2 CO 3 2.0 wt%, the same degree of aggregation was observed in both the Bphen-undoped thin film and the 0.2 wt% -doped thin film. However, aggregation was suppressed in the thin film doped with 2.0 wt% of Bphen, which had the highest current density, and aggregation occurred again in the thin film doped with 10 wt% of Bphen.

[実施例2]
1.実験の概要
ホスト有機半導体(ホストポリマー)としてPoly(9,9’-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT, Lumitec社製, HOMO:5.9eV, LUMO:3.5eV)を用い、実施例1と同様に、n型ドーパントとして、炭酸セシウム(Cs2CO3、日本高純度化学社製、仕事関数2.96eV)を用い、補助剤(低分子電子輸送性添加物)として、バソフェナントロリン(Bphen、アルドリッチ社製、HOMO:6.4eV, LUMO:3.0eV)を用いて、有機n型半導体への補助剤の添加効果を検証した。F8BTは電子輸送性材料であることが確認されている。
[Example 2]
1. 1. Outline of the experiment Poly (9,9'-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT, manufactured by Lumitec, HOMO: 5.9eV, LUMO: 3.5eV) was used as the host organic semiconductor (host polymer) in the same manner as in Example 1. , Cesium carbonate (Cs 2 CO 3 , manufactured by Nippon High Purity Chemical Co., Ltd., work function 2.96 eV) is used as an n-type dopant, and vasophenantroline (Bphen, manufactured by Aldrich) as an auxiliary agent (small electron transporting additive). , HOMO: 6.4eV, LUMO: 3.0eV) was used to verify the effect of adding an auxiliary agent to organic n-type semiconductors. F8BT has been confirmed to be an electron transporting material.

ここで、ホスト有機半導体であるF8BTのLUMOエネルギー準位は、3.5eVである。実施例1で示したように、n型ドーパントであるCs2CO3 のエネルギー準位は、2.96eVであり、補助剤であるBphenのLUMOエネルギー準位は3.0eVであることから、補助剤(Bphen)のLUMOエネルギー準位が、ホスト有機半導体のLUMOエネルギー準位とn型ドーパントのエネルギー準位の間にある。
Here, the LUMO energy level of F8BT, which is a host organic semiconductor, is 3.5 eV. Since as shown in Example 1, energy levels of Cs 2 CO 3 is an n-type dopant is 2.96EV, LUMO energy level of Bphen an auxiliary agent is 3.0 eV, LUMO energy level of the auxiliary agent (Bphen) is between energy level of LUMO energy level and the n-type dopant in a host organic semiconductor.

また、F8BTの水に対する接触角は約95°であり、表面自由エネルギーは、「Cs2CO3 > Bphen > F8BT」の順となり、補助剤(Bphen)の表面自由エネルギーが、ホスト有機半導体の表面自由エネルギーとn型ドーパントの表面自由エネルギーの間にある。 The contact angle of F8BT with water is about 95 °, the surface free energy is in the order of "Cs 2 CO 3 >Bphen>F8BT", and the surface free energy of the auxiliary agent (Bphen) is the surface of the host organic semiconductor. It is between the free energy and the surface free energy of the n-type dopant.

2.ESDUS法によるエレクトロンオンリー素子の作製
本発明の実施例として作製した素子の構成は、「Al(50nm)/F8BT:Cs2CO3:Bphen(110nm)/Al(50nm)」である。また、比較例として作製した素子の構成は、「Al(50nm)/F8BT:Cs2CO3(110nm)/Al(50nm)」及び「Al(50nm)/F8BT (110nm)/Al(50nm)」である。
2. Fabrication of Electron-Only Device by ESDUS Method The configuration of the device manufactured as an example of the present invention is "Al (50 nm) / F8BT: Cs 2 CO 3 : Bphen (110 nm) / Al (50 nm)". The configurations of the devices manufactured as comparative examples are "Al (50nm) / F8BT: Cs 2 CO 3 (110nm) / Al (50nm)" and "Al (50nm) / F8BT (110nm) / Al (50nm)". Is.

(溶液の調製)
F8BT 29.4mgをクロロベンゼン 4mL中に添加し、50℃ 500rpmで一晩攪拌した。これを1時間超音波洗浄機で撹拌し、THF 3リットル中に添加し混合した。このときTHFに対するF8BTの濃度は約11ppmである。さらに、F8BTに対する重量比が0.02wt%となるようにしたCs2CO3(純度99.999%)、0.02wt%となるようにしたBphenをそれぞれ脱水エタノール1mLに添加し、50℃ 500rpmで一晩攪拌した。潮解性を有するためCs2CO3の取り扱いは全てグローブボックス内で行った。このCs2CO3とBphenをそれぞれ溶解したエタノール溶液1mLをF8BT溶液に添加し攪拌した。以下、F8BTに対するCs2CO3とBphenの重量比をドーピング濃度と呼ぶ。したがって、Cs2CO3のドーピング濃度は0.02wt%、Bphenのドーピング濃度は0.02wt%である。
(Preparation of solution)
29.4 mg of F8BT was added to 4 mL of chlorobenzene and stirred at 50 ° C. and 500 rpm overnight. This was stirred with an ultrasonic cleaner for 1 hour, added to 3 liters of THF and mixed. At this time, the concentration of F8BT with respect to THF is about 11 ppm. Furthermore, Cs 2 CO 3 (purity 99.999%) adjusted to a weight ratio of 0.02 wt% to F8BT and Bphen adjusted to 0.02 wt% were added to 1 mL of dehydrated ethanol, respectively, and stirred overnight at 50 ° C. and 500 rpm. did. Due to its deliquescent property, all Cs 2 CO 3 was handled in the glove box. 1 mL of an ethanol solution in which Cs 2 CO 3 and B phen were dissolved was added to the F8BT solution and stirred. Hereinafter, the weight ratio of Cs 2 CO 3 to Bphen to F8BT is referred to as a doping concentration. Therefore, the doping concentration of Cs 2 CO 3 is 0.02 wt%, and the doping concentration of Bphen is 0.02 wt%.

(素子の作製)
ガラス基板上に、下部電極としてマスクを通してパターン化したAl電極(50nm)を蒸着した。さらに、ESDUS法を用いてF8BT層, F8BT: Cs2CO3層, F8BT: Cs2CO3: Bphen層をそれぞれ80nm製膜した。ESDUS法による成膜は、スリット型のノズルを用いて行った。ESDUS法の製膜条件を表3に示す。最後に、マスクを通してクロスポイントが4mm2となるよう上部電極のAl電極を50nm蒸着した。下部電極の蒸着から測定までを一貫してエイコーエンジニアリング製蒸着装置EO-6内で真空状態を維持して行った。
(Manufacturing of element)
An Al electrode (50 nm) patterned through a mask as a lower electrode was deposited on a glass substrate. Furthermore, F8BT layer with ESDUS method, F8BT: Cs 2 CO 3 layer, F8BT: Cs 2 CO 3: Bphen layer was 80nm film formation, respectively. The film formation by the ESDUS method was performed using a slit type nozzle. Table 3 shows the film forming conditions of the ESDUS method. Finally, the Al electrode of the upper electrode was deposited by 50 nm through the mask so that the cross point was 4 mm 2. From the vapor deposition of the lower electrode to the measurement, the vacuum state was maintained in the Eiko Engineering vapor deposition apparatus EO-6.

Figure 0006905247
Figure 0006905247

3.補助剤の効果の確認
(1)電流密度−電圧特性
図10に、作製した素子Al/F8BT: Cs2CO3(0、0.02wt%):Bphen(0、0.02wt%)/AlのJ-V特性を示す。J-V特性はKeithley 238 source meter を用いて評価した。
3. 3. Confirmation of the effect of the auxiliary agent (1) Current density-voltage characteristics The JV characteristics of the manufactured element Al / F8BT: Cs 2 CO 3 (0, 0.02wt%): Bphen (0, 0.02wt%) / Al are shown in Fig. 10. Is shown. JV characteristics were evaluated using a Keithley 238 source meter.

図10に示すように、Cs2CO3のドーピング濃度0.02wt%に対してBphenを0.02wt%ドープした素子の電流密度が最も大きくなり、F8BTのみの素子(F8BT only)と比べて約2桁上昇し、Bphenを添加していないCs2CO3 0.02wt%のみの素子(Cs2CO3 0.02wt% only)と比べて約1桁上昇した。 As shown in FIG. 10, the current density of the device obtained by doping 0.02 wt% of Bphen with respect to the doping concentration of 0.02 wt% of Cs 2 CO 3 is the largest, which is about two orders of magnitude higher than that of the device containing only F8BT (F8BT only). It increased by about an order of magnitude compared to the device containing only Cs 2 CO 3 0.02 wt% without adding Bphen (Cs 2 CO 3 0.02 wt% only).

本発明の有機n型半導体膜は、有機発光素子、有機太陽電池、有機トランジスタ等の導電膜として好適に用いることができることから、産業上有用である。

The organic n-type semiconductor film of the present invention is industrially useful because it can be suitably used as a conductive film for organic light emitting devices, organic solar cells, organic transistors, and the like.

Claims (13)

電子輸送性を有するポリマーであるホスト有機半導体と、n型ドーパントと、補助剤とを含有する有機n型半導体膜であって、
前記補助剤のLUMOエネルギー準位が、ホスト有機半導体のLUMOエネルギー準位とn型ドーパントのエネルギー準位の間にあることを特徴とする有機n型半導体膜。
An organic n-type semiconductor film containing a host organic semiconductor, which is a polymer having electron transportability, an n-type dopant, and an auxiliary agent.
The LUMO energy level of the auxiliary agent, an organic n-type semiconductor film, which is between the energy level of the LUMO energy level and the n-type dopant in a host organic semiconductor.
補助剤の表面自由エネルギーが、ホスト有機半導体の表面自由エネルギーとn型ドーパントの表面自由エネルギーの間にあることを特徴とする請求項1記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to claim 1, wherein the surface free energy of the auxiliary agent is between the surface free energy of the host organic semiconductor and the surface free energy of the n-type dopant. 補助剤が、ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤の合計量に対して、0.01〜20wt%含まれていることを特徴とする請求項1又は2記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary agent is contained in an amount of 0.01 to 20 wt% with respect to the total amount of the host organic semiconductor, the n-type dopant and the auxiliary agent. 補助剤が、分子量が1000以下の低分子化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 3, wherein the auxiliary agent is a low molecular weight compound having a molecular weight of 1000 or less. 補助剤が、バソフェナントロリンであることを特徴とする請求項4記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to claim 4, wherein the auxiliary agent is basophenanthroline. ホスト有機半導体が、共役系ポリマーであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 5, wherein the host organic semiconductor is a conjugated polymer. ホスト有機半導体が、ポリフェニレンビニレン又はポリフルオレン共重合体であることを特徴とする請求項6記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to claim 6, wherein the host organic semiconductor is a polyphenylene vinylene or a polyfluorene copolymer. n型ドーパントが、アルカリ金属炭酸塩であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 7, wherein the n-type dopant is an alkali metal carbonate. n型ドーパントが、炭酸セシウム(Cs2CO3)であることを特徴とする請求項8記載の有機n型半導体膜。 The organic n-type semiconductor film according to claim 8, wherein the n-type dopant is cesium carbonate (Cs 2 CO 3). 請求項1〜9のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機発光素子。 An organic light emitting device comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 9. 請求項1〜9のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機太陽電池。 An organic solar cell comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 9. 請求項1〜9のいずれか記載の有機n型半導体膜を備えたことを特徴とする有機トランジスタ。 An organic transistor comprising the organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 9. ホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤が溶媒中に溶解又は分散している原料液をエアロゾル化し、該エアロゾル中の溶媒を気化させることにより生成するホスト有機半導体、n型ドーパント及び補助剤を含有する微粒子を基材上に付着させて基材上に薄膜を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか記載の有機n型半導体膜を製造する方法。 Contains the host organic semiconductor, n-type dopant and auxiliary agent produced by aerosolizing the raw material liquid in which the host organic semiconductor, n-type dopant and auxiliary agent are dissolved or dispersed in the solvent and vaporizing the solvent in the aerosol. The method for producing an organic n-type semiconductor film according to any one of claims 1 to 9, wherein a thin film is formed on the base material by adhering the fine particles to the base material.
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