[發明專利]有機半導體材料和有機部件

在審

• 申請號: 201210052104.8
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102655218A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 安斯加爾·維爾納;薩沙·多羅克;卡斯滕·羅特;安德烈亞斯·哈爾迪;邁克爾·菲利斯特;沃爾克·利舍夫斯基;米爾科·曲納耶夫
• 申請（專利權）人: 諾瓦萊德公開股份有限公司;森西特圖像技術有限公司
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郇春艷;樊衛民

技術領域

本發明涉及包含至少一種基質材料和至少一種摻雜劑的有機半導體材料，以及含有該有機半導體材料的有機部件。

背景技術

幾年來，已知可以通過摻雜(電摻雜)在電導率方面對有機半導體進行大規模改性。這種類型的有機半導體基質材料可以從具有相對好的電子供體性質的化合物或具有相對好的電子受體性質的化合物來構建。已知強電子受體例如四氰基對醌二甲烷(TCNQ)或2，3，5，6-四氟-四氰二甲基對苯醌(F4TCNQ)在電子供體材料(HT)的摻雜中有效(US7074500)。通過電子轉移過程，這些物質在電子供體類型的基材(空穴傳輸材料)中產生“空穴”，并且所述基材電導率改變程度的高低取決于這些空穴的數量和遷移率。具有空穴傳輸性質的基質材料的已知實例包括N，N’-全芳基化聯苯胺(TPD)或N，N’，N”-全芳基化星型化合物(starburst?compound)例如物質TDATA，或者某些金屬酞菁，例如特別是酞菁鋅ZnPc。

然而，對于在摻雜半導體有機層或具有這種摻雜層的相應電子部件的生產中的技術應用來說，以前描述的化合物有缺點，這是因為在大規模生產工廠中或在工業規模上的制造過程并不總是能夠以足夠的精密度來控制，導致在所述工藝中為了獲得所希望的產品質量需要的控制和管理費用高昂，或者產生不希望的產品公差。此外，目前已知的有機受體在電子部件例如發光二極管(OLED)、場效應晶體管(FET)或太陽能電池方面的應用存在缺點，這是因為所描述的摻雜劑操控方面的生產困難可能引起在電子部件中不希望的不均勻性或不希望的電子部件老化效應。然而，同時應該指出，所使用的摻雜劑具有極高的電子親和勢(還原電位)和適合于應用情況的其它性質，這是因為例如所述摻雜劑也共同決定了所述有機半導體層在給定條件下的電導率或其它電學性質。所述基質材料的HOMO和所述摻雜劑的LUMO的能量位置對于摻雜效果來說是決定性的。

具有摻雜層的電子部件包括尤其是OLED和太陽能電池。OLED可以從例如US7355197或US2009/0051271中了解。太陽能電池可以從例如US2007/0090371和US2009/0235971中了解。

發明內容

本發明的目標是克服現有技術的缺點。

該目標通過本申請的獨立權利要求1和8來解決。優選的實施方式公開在子權利要求項中。

本發明的優選可選方案提供了在部件中存在下列層順序：(i)陽極/摻雜劑/HTM；(ii)陽極/摻雜劑：HTM；(iii)陽極/摻雜劑/摻雜劑：HTM。下列層順序也是優選的：(iv)摻雜劑/HTM/EML或(v)摻雜劑/HTM/OAS；(vi)p摻雜的HTM/EML或(vii)摻雜劑：HTM/OAS。p摻雜的HTM摻雜有本發明的摻雜劑。HTM是空穴傳輸材料；EML是OLED的“發光層”；OAS表示“太陽能電池的光吸收層”(通常為供體-受體(D-A)異質轉變(heterotransition))。“/”是指所述材料出現在層堆疊物的分離的層中，“：”是指所述材料共同存在于同一層中，所述混合物可以是均質或非均質的。

此外，優選層順序(i)-(vii)是終端層順序。

關于摻雜的空穴傳輸層或用于產生這些傳輸層的材料的有記錄的研究，傾向于集中在摻雜劑的性質或空穴傳輸材料的性質。在各種情況中，描述了具有普遍接受的相關技術參考的另一種部件。事實上，對于具有摻雜的空穴傳輸層的部件來說，一般能夠獲得比具有相同結構但是在空穴傳輸層中不含摻雜劑的部件更好的結果。但是使用這種狹窄的看問題觀點，人們忽略了下述事實，即為了對部件的總體性質進行徹底優化，還需要空穴傳輸材料與摻雜劑相對于彼此適應的另外的步驟。具體來說，必須牢記，對于摻雜層來說，最適合的空穴傳輸材料不一定是作為未摻雜的空穴傳輸材料功能最佳的材料。摻雜劑和基質寧可組合形成必須被當作整體的系統。

在未摻雜層中，空穴傳輸材料的關鍵參數是空穴的“電荷載流子遷移率”。這決定了當給定電流密度流過層時，跨過該層的電壓降有多少。理想情況下，電荷載流子遷移率足夠高以確保跨過單個層的電壓降與跨過整個部件的電壓降相比可以忽略。在這種情況中，層不再代表對電流流動的限制，并且可以認為電荷載流子遷移率已被充分優化。