[發明專利]有機脒分子n型摻雜劑及其在半導體光電器件中的應用

有效

• 申請號: 201710678994.6
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107501269B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 周印華;胡林;蔣友宇;劉鐵峰;覃飛;熊思醒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: C07D487/04
• 分類號: C07D487/04;C07D233/56;C07C259/14;C07C257/12;C07C257/14;C07C257/18;H01L51/30;H01L51/46;H01L51/54
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種有機脒分子n型摻雜劑及其在半導體光電器件中的應用，其中，n型摻雜劑為有機脒分子，n型摻雜劑與受體材料混合或者直接將受體材料暴露在n型摻雜劑的蒸汽氣氛中，實現對受體材料的n摻雜。本發明將n型摻雜劑加入到有機n型半導體中，可調節有機半導體電導率、功函數以及電子遷移率等性質；n型摻雜劑對受體材料進行n摻雜后，應用于鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池、有機發光二極管和有機場效應晶體管。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，更具體地，涉及一種有機脒分子n型摻雜劑及其在半導體光電器件中的應用。

背景技術

有機半導體是一類新興的材料，目前已經被廣泛的應用于有機發光二極管、有機場效應晶體管、有機太陽能電池以及鈣鈦礦太陽能電池等半導體光伏器件中。在這些器件中，尤其在有機半導體和電極之間往往會涉及電荷的注入和提取。因此，電荷轉移的效率會極大地影響器件的性能。而有機半導體材料本身的導電性能以及材料的費米能級與相鄰電極功函數的匹配程度是影響電荷轉移的至關重要的因素。

對有機半導體材料進行有效的摻雜不僅可以提高材料的導電性和載流子濃度，還可以調控其費米能級以及填補材料本征的一些電荷缺陷，是一種非常有效的提高上述半導體器件性能的手段。而通常n型的摻雜劑往往具有很低的離子化電勢，這樣才使得它們具有摻雜其他受主半導體的能力。目前，只有很少的幾種能夠溶液制備的n型摻雜劑在文獻中有報道。所以開發低成本且能夠溶液制備又非常有效的n摻雜劑對實現高性能半導體光伏器件的溶液制備大有裨益。

然而，現有技術存在開發成本高、難以溶液制備和效果差的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種有機脒分子n型摻雜劑及其在半導體光電器件中的應用，由此解決現有技術存在開發成本高、難以溶液制備和效果差的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種有機脒分子n型摻雜劑，所述n型摻雜劑為有機脒分子，所述有機脒分子具有如式(一)所示的結構：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄各自獨立的選自H、OH、C₁-C₁₀的烷基、C₁-C₁₀的烷氧基、C₁-C₁₀的酯基、C₁-C₁₀的羧基、C₁-C₁₀的醇羥基以及被上述任一基團取代的芳基或者雜芳基；R₁和R₄通過C₂-C₁₀的烷基或烷氧基連接成環；R₂和R₃通過C₂-C₁₀的烷基或烷氧基連接成環。

進一步的，n型摻雜劑優選為具有如式(二)所示的結構：

進一步的，n型摻雜劑為DBU。

按照本發明的另一方面，提供了一種有機脒分子n型摻雜劑在半導體光電器件中的應用，所述n型摻雜劑與受體材料混合或者直接將受體材料暴露在n型摻雜劑的蒸汽氣氛中，實現對受體材料的n摻雜后，應用于鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池、有機發光二極管和有機場效應晶體管。

進一步的，受體材料為PC₆₁BM、N2200或者ITIC。

進一步的，鈣鈦礦太陽能電池的器件結構為：ITO導電玻璃作為電池負極，NiO_x作為電池空穴傳輸層，MAPbI₃為鈣鈦礦吸光層，n型摻雜劑對受體材料進行n摻雜后作為電池電子傳輸層，金屬Ag作為電池正極。