《有机半导体材料和电子构件.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《有机半导体材料和电子构件.pdf(17页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102892859 A(43)申请公布日 2013.01.23CN102892859A*CN102892859A*(21)申请号 201180021516.9(22)申请日 2011.04.27102010018511.6 2010.04.27 DEC09K 11/06(2006.01)C07C 13/04(2006.01)H01L 51/00(2006.01)H05B 33/14(2006.01)(71)申请人诺瓦莱德公开股份有限公司地址德国德雷斯顿申请人森西特图像技术有限公司(72)发明人安斯加尔维尔纳 萨沙多罗克卡斯滕罗特 迈克尔菲利斯特沃尔克利舍夫斯基米尔科曲。
2、纳耶夫(74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司 11219代理人李楠 安翔(54) 发明名称有机半导体材料和电子构件(57) 摘要包括至少一种基质材料和至少一种掺杂材料的有机半导体材料,其中,选用由辐射三烯化合物制成的掺杂材料,并且其中,选用由三联苯二胺化合物制成的基质材料;以及有机构件;和用于制造经掺杂的半导体层的混合物。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.10.29(86)PCT申请的申请数据PCT/DE2011/000441 2011.04.27(87)PCT申请的公布数据WO2011/134458 DE 2011.11.03(51)Int.Cl.权利。
3、要求书3页 说明书12页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 3 页 说明书 12 页 附图 1 页1/3页21.包括至少一种基质材料和至少一种掺杂材料的有机半导体材料,其特征在于,所述掺杂材料选自式(1)的化合物式(1)其中,R1独立地选自芳基和杂芳基,其中,芳基和杂芳基以至少一种贫电子的取代基优选完全加以取代,并且,所述基质材料选自式(2)的化合物式(2)其中,R1至R18各自独立地选自H和烷基、优选为C1-C9烷基,其中,烷基能是分支链的或不分支链的。2.根据权利要求1所述的有机半导体材料,其特征在于,所述掺杂材料被置入到所述基质材料中。3.根据权。
4、利要求1所述的有机半导体材料,其特征在于,所述掺杂材料和所述基质材料形成两个处在碰触式接触中的层。4.根据权利要求1所述的有机半导体材料,其特征在于,所述掺杂材料和所述基质材料优选呈经掺杂的半导体层的形式地彼此相混合。5.根据前述权利要求之一所述的有机半导体材料,其特征在于,所述掺杂材料选自如下材料:2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(全氟苯基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(全氟吡啶-4-基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(4-氰基全氟苯基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,3。
5、,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)-乙腈);(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,6-二氯-3,5-二氟-4-(三氟甲基)苯基)-乙腈)。权 利 要 求 书CN 102892859 A2/3页36.包括根据前述权利要求之一所述的有机半导体材料的有机构件。7.根据权利要求6所述的有机构件,其特征在于,所述有机构件是发光构件。8.根据权利要求6所述的有机构件,其特征在于,所述有机构件是有机太阳能电池。9.根据权利要求8所述的有机构件,其特征在于,所述有机构件的阴极相比所述有机构件的阳极更靠近所述有机构件的基板。10.根据权利要求9所述的有机构件,其特征在于,所述阴极是透明的,并且所述基板。
6、和/或阳极是起反射作用的。11.包括至少一种基质材料和至少一种掺杂材料的、用于制造经掺杂的半导体层的混合物,其特征在于,所述掺杂材料选自式(1)的化合物式(1)其中,R1独立地选自芳基和杂芳基,其中,芳基和杂芳基以至少一种贫电子的取代基优选完全加以取代,并且,所述基质材料选自式(2)的化合物其中,R1至R18各自独立地选自H和烷基、优选C1-C9烷基,其中,烷基能是分支链的或不分支链的。12.根据权利要求11所述的混合物,其中,所述基质材料是N4,N4,N4,N4-四(1,1-联苯-4-基)-1,1:4,1-三联苯-4,4-二胺。13.根据权利要求11或12所述混合物,其中,所述掺杂材料选自如。
7、下材料:2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(全氟苯基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(全氟吡啶-4-基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(4-氰基全氟苯基)-乙腈);2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)-乙腈);(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,6-二氯-3,5-二氟-4-(三氟甲基)苯基)-乙权 利 要 求 书CN 102892859 A3/3页4腈)。权 利 要 求 书CN 102892859 A1/12页5有机半导体材料和电子构件技术领域。
8、0001 本发明涉及:包括至少一种基质材料和至少一种掺杂材料的有机半导体材料;包括这种有机半导体材料的有机构件;以及包括至少一种基质材料和至少一种掺杂材料的、用于制造经掺杂的半导体层的混合物。所述掺杂材料用于改变基质材料的电学特性。背景技术0002 近几年来公知的是:可以通过掺杂(电学掺杂)使有机的半导体在其导电能力方面受到大大影响。这种有机半导体基质材料可以要么由具有良好电子供体特性的化合物来构造,要么由具有良好电子受体特性的化合物来构造。为了对电子供体材料(HT)进行掺杂,(US7074500)已公知的是强的电子受体、如四氰醌二甲烷(TCNQ)或者2,3,5,6-四氟-四氰-1,4-对苯醌。
9、二甲烷(F4TCNQ)。这些电子受体通过电子迁移过程在电子供体类型的基础材料(空穴传输材料)中产生所谓的空穴,通过这些空穴的数目和活动性,或多或少地显著改变基础材料的传导能力。作为具有空穴传输特性的基质材料公知的是例如N,N-全芳基化联苯胺(TPD)或者N,N,N“-全芳基化星形化合物,如物质TDATA、或者还有确定的金属酞菁、如尤其酞菁锌ZnPc。0003 但是,这些迄今为止所描述的化合物对于技术上的应用而言在经掺杂的半导体有机层的生产或者具有这种经掺杂的层的相应的电子构件的生产方面是有缺点的,这是因为在大规模的生产设备中的制成工艺或者在实验规模中的该制成工艺不能总是足够精确地得到控制,这导。
10、致在工艺中很高的控制和调节花费来达到获得所希望的产品质量或者导致产品的不希望的公差。此外,在与电子构件结构(如发光二极管(OLEDs)、场效应晶体管(FET)或者太阳能电池)相关地应用迄今为止公开的有机掺杂物时存在缺点,因为在处理掺杂物时所提到的生产难点可以导致在电子构件中不希望的不均匀性或者电子构件的不希望的老化效应。但同时注意到:所应用的掺杂物具有极高的电子亲和力(还原电位)并且另外地对于应用的情况具有合适的特性,因为这些掺杂物在已给出的条件下也连带地确定了有机半导体层的传导能力或者其他电学特性。对于掺杂效应起决定作用的是,基质材料的HOMO(最高已占轨道)的能量层和掺杂物的LUMO(最低。
11、未占轨道)的能量层。0004 此外,具有经掺杂的层的电子构件是OLEDs和太阳能电池。OLEDs例如由US7355197或者由US2009051271公知。太阳能电池例如由US2007090371和US2009235971公知。发明内容0005 本发明的任务是,提供有机半导体材料,该有机半导体材料基本上克服了由现有技术的缺点。此外,应当提供经改善的有机构件和用于制造经掺杂的半导体层的、由基质材料和掺杂材料制成的混合物。这些任务通过独立权利要求1、6和11的特征来解决。从属权利要求给出特别优选的实施方式。在特别优选的实施方式中,排除使用N,N-双(菲-9-基)-N,N-双(苯基)-联苯胺来作为基。
12、质材料。说 明 书CN 102892859 A2/12页60006 本发明的优选的备选方案设置为:在有机构件中存在下列的层序列:(i)阳极/掺杂物/HTM(HTM=空穴传输材料(Hole TransportMaterial);(ii)阳极/掺杂物:HTM。此外优选:(iii)掺杂物/HTM/EML或者掺杂物/HTM/OAS;(iv)p-掺杂的HTM/EML或者掺杂物:HTM/OAS。p-掺杂的HTM利用依据本发明的掺杂物来掺杂。EML是OLED的“发射层”;OAS代表“太阳能电池的光学吸收层”(典型地为D-A异质结)。0007 还优选的是,所述层序列(i)-(iv)是决定性的层序列。0008 。
13、在针对用于构造这些传输层的经掺杂的空穴传输层或者说材料的文献中,要么合乎掺杂物的特性要么合乎空穴传输材料的特性。各其他的成分利用对现有技术的一般性获得的参考来描述。实际上,具有经掺杂的空穴传输层的构件相比于具有相同构造的没有在空穴传输层中的掺杂物的构件在各种情况下都获得更好的结果。但是在受限制的考量方式的情况下考虑的是:为了对构件的整体特性进行完全优化,作为下一步骤需要进行的是对空穴传输层和掺杂物彼此有针对性的适配。尤其地顾及的是:对于经掺杂的层而言的最佳地合适的空穴传输材料并不必需是作为未经掺杂的空穴传输材料最佳地起作用的空穴传输材料。而是掺杂物和基质形成必须在其整体性上加以考量的系统。00。
14、09 对于在未经掺杂的层中的空穴传输材料的主要参数是:对应空穴的所谓的载流子活动性。这确定的是:当确定的电流密度穿过这些层流动时,经过这些层下降了多少电压。在理想情况下,载流子活动性是如此高,即使得经过单个的层的电压降相比于经过整个构件的电压降而言可以忽略。在这种情况下,该层针对电流不再起限制作用,并且载流子活动性可以被视为是足够优化的。0010 在实践中还没有达到该水平。尤其是对于无色的、在可视频谱区域中不吸收的空穴传输材料而言,需要显著的电压来将电流驱动穿过空穴传输层。这一点当该层的厚度不仅应当被选择得最小,而且必须例如出于工艺技术上的原因或者出于构件稳定性的原因具有一定的最小层厚度(50。
15、nm)时更为适用。在该状况下,对于该层而言好的空穴传输材料的选择必须首先定向在最大载流子活动性上,以便将对于根据构件的功率参数的负面后果加以限制。其他描述材料的参数(例如玻璃转变温度(Tg)、工艺处理特性、用于制造材料的花费)变得次要。出于该原因,-NPD(N,N-双(萘-1-基)-N,N-双(苯基)-联苯胺)凭借其非常高的载流子活动性适合作为最好的空穴传输材料之一,即尽管其仅为96的比较低的玻璃转变温度。其结果也将-NPD在市面上用于制造OLED产品,即使低的玻璃转变温度被认为是该解决方案的缺点,但是必须被迁就。0011 该状况对于以辐射三烯化合物掺杂的空穴传输层而言有另外地表现。发明人已发。
16、现:经过经掺杂的空穴传输层的最小电压降对于较大数目的空穴传输材料而言是可达到的。通过对辐射三烯化合物的掺杂效应,该层变得能导通。该传导能力对于较大数目的空穴传输材料而言在10-5S/cm的阈值之上。对于这种传导能力而言,在100mA/cm2的比较高的电流密度的情况下,通过100nm的比较高的层厚度仅下降0.1V。尤其对于具有典型的至少3V的运行电压的OLED构件而言,该数值不那么显著。在本文中视为重要的是:处在于经掺杂的空穴传输层中能起作用的空穴传输材料范畴里的是一些如下的材料,这些材料在未掺杂的空穴传输层中仅示出不足够的能力并且因此针对构件的制造迄今为止未被使用。此外重要地可以看出,该情况对。
17、于选择用于经掺杂的空穴传输层的空穴传输材料而言开启了新的自由度。说 明 书CN 102892859 A3/12页70012 发明人已发现如下的空穴传输材料,它们在经掺杂的空穴传输层中具有最佳可能的效率,具体来说,是在考虑到了在常规的考量方式下未被考虑的那些材料。0013 作为该试验的结果发现:由辐射三烯化合物和空穴传输材料的最好的组合不是将辐射三烯化合物与常规的最好的空穴传输材料(那些具有高的载流子活动性的空穴传输材料)组合。这根据实施例来说明。0014 辐射三烯化合物0015 下面示出几个优选的辐射三烯,它们可以有利地针对依据本发明的目的而被使用:0016 式(1)0017 其中,各R1独立。
18、地选自芳基和杂芳基,其中,芳基和杂芳基至少部分地、优选完全地利用贫电子的基团(受体基团)取代。0018 芳基优选是苯基、联苯基、-萘基、-萘基、菲基或者蒽基。0019 杂芳基优选吡啶基,嘧啶基,三嗪基或者喹喔啉基。0020 受体基团是吸电子的基团、优选选自氟、氯、溴、CN、三氟甲基或硝基。0021 该通用的合成方案在专利申请EP1988587“Darstellung derOxokohlenstoff-,Pseudooxokohlenstoff-bzw.Radialen-Strukturen(碳氧化合物、拟碳氧化合物及辐射多烯化合物的结构概述)”中有所介绍。0022 基质材料的选择0023 在。
19、本发明中描述了针对有机半导体材料(如空穴传输材料HT)的合适的掺杂物,它们通常被应用在OLEDs中或有机太阳能电池中。半导体材料优选本征是空穴传导的。已发现,下列材料是合适的基质材料并且可以用辐射三烯化合物来掺杂。0024 优选的是,基质材料选自下列式的化合物:0025 式(2)0026 其中,R1至R18各自独立地选自H和烷基(C1-C9,分支链的和不分支链的)。0027 还优选的是,材料选自下列两个式:说 明 书CN 102892859 A4/12页80028 0029 其中,R1至R13:H和烷基(C1-C9,分支链的和不分支链的)0030 0031 其中,R1至R14:H和烷基(C1-。
20、C9,分支链的和不分支链的)0032 还优选的是,是式(3)、(4)、(5)和(6)的材料。特别优选式(3)的基质材料0033 式(3)0034 式(4)说 明 书CN 102892859 A5/12页90035 式(5)0036 式(6)0037 下列化合物是优选的:式3的HTM、式4的HTM、式5的HTM、式6的HTM,其中,式3的HTM是最好的材料。0038 还优选的是,基质材料选自式(3),其中,式(3)的至少一个H通过芳香族物质和/或杂芳族物质和/或C1-C20烷基代替。0039 还优选的是经掺杂的HTL(空穴传输层),其中,基质材料是式4的HTM材料、式5的HTM材料、式6的HTM。
21、材料,并且掺杂物是2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(对氰基四氟苯基)乙腈)。0040 还优选的是如下经掺杂的HTL,其中,基质材料是式3的HTM并且掺杂物是2,2,2“-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(对氰基四氟苯基)乙腈)。0041 本发明归结为经掺杂的HTL,该经掺杂的HTL具有较低的吸收率、更好的传导能力和/或更好的温度稳定性。总体上,获得相比于-NPD更好的整体性能。附图说明0042 附图描述:0043 图1a示出了经掺杂的空穴传输层(12)在基板(11)上的示意性图示,其中,空穴传输层(12)由两个电极(13)和(14)来电接触连接。因此,将平面式(平坦的。
22、)构造应用为电阻、导通路径等;0044 图1b示出了在基板(15)上在两个电极(16)和(17)之间的经掺杂的空穴传输层(17)的示意性图示。可以存在另外的层(18)。因此,将堆叠的层构造例如应用在OLEDs、有机太阳能电池等中;0045 图2示出了二极管特性线的图示。说 明 书CN 102892859 A6/12页10具体实施方式0046 电子构件0047 在应用依据本发明的有机化合物来制造经掺杂的有机半导体材料(所述材料尤其可以呈层或电的管路路径的形式布置)的情况下,可以制造大量的电子构件或者包含这些电子构件的器件。尤其可以将这些掺杂物(掺杂材料)应用于制造有机发光二极管(OLED)、有机。
23、太阳能电池、尤其具有如103-107、优选104-107或者105-107的高整流比的有机二极管或者有机的场效应晶体管。通过依据本发明的掺杂物,可以改善经掺杂的层的传导能力和/或改善从触点到经掺杂层中的载流子注入改善情况。尤其在OLEDs的情况下,该构件可以具有pin(p型-本征-n型夹层式)结构或者反过来的结构,但并不限制于此。但是,依据本发明的掺杂物的应用不限制在上面提到的有利的实施例。优选的是没有ITO(铟-锡-氧化物)的OLEDs。此外优选的是具有至少一种有机电极的OLEDs。优选的有机电极(n)是能传导的层,它们包含下列材料作为主要成分:PEDOT-PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩。
24、)-聚(苯乙烯磺酸))、聚苯胺、碳纳米管、石墨。0048 标准OLED的典型结构可以如下列看出:0049 1.载体、基板,例如玻璃;0050 2.电极,空穴注入式(阳极=正极),优选为透明的,例如铟-锡-氧化物(ITO)或者FTO(Braz.J.Phys.V.35no.4pp.1016-1019(2005));0051 3.空穴注入层;0052 5.空穴侧的阻挡层,用于防止从发光层中的激子扩散,并且防止从发光层中的载流子漏流;0053 6.光发射层或由多个有助于光发射的层组成的系统,例如具有发光体掺混物(例如:发磷光的三重发光体:铱-三-苯基吡啶Ir(ppy)3)的CBP(咔唑-衍生物);或与。
25、发光体分子(例如:发荧光的单发光体香豆素)相混合的Alq3(三-喹啉-铝);0054 7.电子侧的阻挡层,用以防止从发光层中的激子扩散,并且防止从发光层中的载流子漏流,例如为BCP(浴铜灵);0055 8.电子传输层(ETL),例如:邻菲罗啉(Bphen)、Alq3(三-喹啉-铝);0056 10.电极,大多是具有低逸出功的金属,电子注入式(阴极=负极),例如:铝。0057 当然,是可以舍弃层的或者一个层(或一种材料)可以承担多个特性,例如可以将层3至5、或者说层7和8整合在一起。也可以使用其他的层。也设置有以及包括经堆叠的OLEDs。0058 该构造介绍了OLED的非逆反式(阳极在基板上)的。
26、、在基板侧发光的(底发光)构造。存在用以表述从基板发光的OLEDs的不同的方案(参见参考文献DE10215210.1)。所有方案普遍为,基板侧的电极(在非逆反的情况下为阳极)是起反射作用的,并且覆盖电极实施为(半)透明的。当层的序列被逆反时(阴极在基板上),称作逆反式OLEDs(见参考DE10135513.0)。也在此情况下,在没有特殊措施的情况下估计有功率损失。0059 依据本发明的OLED的结构的优选的设计时非逆反式的构造(其中,阴极在基板上),并且其中,光穿过基板发射。此外优选的是,OLED是顶发光的。0060 有机的太阳能电池的典型的结构可以如下列看出:0061 1.载体、基板,例如玻璃;说 明 书CN 102892859 A10。