專利名稱：P型材料及有機(jī)電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于有機(jī)化合物、衍生自此類化合物的P型半導(dǎo)體材料以及包含此P型半導(dǎo)體材料的器件。
背景技術(shù)：
基于有機(jī)分子的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)場效晶體管(OFET)、有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)以及有機(jī)太陽能電池(亦稱為有機(jī)光伏電池或者0PV)已經(jīng)得到廣泛研究。此類器件由于其低成本的加工、相對簡單的封裝以及與柔性基板的兼容性而變得越來越受歡迎。更特別地，OPV帶來以比傳統(tǒng)硅基太陽能電池低得多的成本使陽光有效轉(zhuǎn)換成直接可用電能之希望。OPV通?？梢院袃煞N或更多種有機(jī)材料的混合物能作為電子給體(P型)的至少一種材料以及能作為電子受體(N型)的至少一種材料。近來已經(jīng)發(fā)展了許多新材料和新方法，用于0PV。研究最多的聚合物太陽能電池用區(qū)域規(guī)則性的聚(3-己基噻吩)(P3HT)作為給體(P型)材料制成，其可以達(dá)到超過5%的效率。然而，此聚合物的主要缺點(diǎn)為其光子吸光度與太陽光譜的匹配不良。P3HT的帶隙為大約I. 9eV,限制陽光的吸收在波長650nm以下。已經(jīng)計算出對于高至650nm的吸收限制，僅能夠獲取陽光光子總量的22. 4%。既然低帶隙的聚合物可以增加從太陽光譜獲取的光子的總量，所以它們對于聚合物太陽能電池潛在地更有效。低帶隙可通過在聚合物主鏈中采用基于交替的給體-受體的結(jié)構(gòu)獲得。已經(jīng)報導(dǎo)許多低帶隙的聚合物用于OPV應(yīng)用。然而，使聚合物帶隙變窄可導(dǎo)致開路電壓的減小，其可最后導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率的減小。當(dāng)?shù)蛶兜慕o體聚合物與最普遍使用的受體材料[6，6]_苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)配對時，對于較高的功率轉(zhuǎn)換效率，計算出的給體聚合物的最佳帶隙為I. 3至I. 9eV。OPV的PCE的減小可以至少部分地歸因于以下事實(shí)當(dāng)吸收帶移位至更長的波長時，短波長范圍內(nèi)的吸收通常可以變?nèi)?。這種位移至更長的波長可以不顯著地促成在器件內(nèi)全面產(chǎn)生激子。有機(jī)半導(dǎo)體也是在有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)中用作溝道材料的重要組分。與硅基TFT比較，0TFT、尤其是聚合物基OTFT可以使用溶液沉積技術(shù)更加成本有效地制造，溶液沉積技術(shù)例如噴墨打印、網(wǎng)板印刷、凹版印刷、流延以及旋轉(zhuǎn)涂布。OTFT亦可以提供其它有吸引力的特征，例如柔韌性、堅固性以及輕質(zhì)。OTFT可以用作許多可能應(yīng)用的組件，其包括顯示器、電子紙(e-paper)、射頻識別標(biāo)簽(RFID)、生物傳感器以及化學(xué)傳感器。然而，現(xiàn)在可得的聚合物半導(dǎo)體受到O. lcm2/V. s以下的低遷移率之苦，其限制了 OTFT的應(yīng)用。
因此，對于生產(chǎn)可用于生產(chǎn)包括OPV和OTFT在內(nèi)的有效電子器件的替代性P型有機(jī)材料存在需求。發(fā)明概述本發(fā)明關(guān)于低帶隙的P型有機(jī)化合物，其包括二酮吡咯并吡咯、二硫酮吡咯并吡咯(dithioketopyrrolopyrrole)或二硒基酮卩比咯并卩比咯基團(tuán)(每一個在本文稱為DPP基團(tuán))，其可以展現(xiàn)出寬吸收光譜。將 剛性的稠合富電子芳族構(gòu)造單元合并至P型化合物主鏈中促進(jìn)了分子堆積(molecular packing),其可以允許高的電荷遷移率,這在OPV和OTFT應(yīng)用中是有益的。因而，本發(fā)明的P型化合物并入了兩種或更多種不同的共聚單體，其中至少一個單體為缺電子的DPP單體以及至少一個單體包含富電子的、剛性稠合芳族或雜芳族基團(tuán)。此類化合物因而含有給體基團(tuán)和受體基團(tuán)二者，因而使化合物的帶隙降低。本發(fā)明的P型化合物可以有低帶隙(< I. 9eV)且可以具有寬吸收帶，以及因而可以展現(xiàn)出比OPV所普遍使用的P型材料例如P3HT更高的光吸收效率。本發(fā)明的P型化合物亦可以具有> 0. lcm2/V. s.的高空穴遷移率，尤其可用于0TFT。本發(fā)明的P型化合物可以用作太陽能電池、光檢測器、薄膜晶體管中的活性材料。此類P型化合物可以通過與適當(dāng)?shù)腘型受體材料——包括例如[6，6]_苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM))——摻合，用作OPV的活性層，以形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)?？蛇x地，本發(fā)明的P型化合物可以與適當(dāng)?shù)腘型材料配對，以形成雙層器件結(jié)構(gòu)，不論在單個電池或串聯(lián)的電池中。此類P型化合物亦可以用作OTFT內(nèi)的溝道材料。本發(fā)明的P型化合物可以是容易溶液處理的，以及因而可以經(jīng)由各種類型的溶液處理而應(yīng)用于0PV、0TFT或者其它電子器件。在一方面，本發(fā)明提供了式I的化合物
權(quán)利要求
1.式I的化合物
2.如權(quán)利要求I所述的化合物，其具有式Ia
3.如權(quán)利要求2所述的化合物，其為下列Ia-I至la-46之一
4.如權(quán)利要求3所述的化合物，其中所述化合物為Ia-I
5.薄膜，其包含如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的化合物。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜，其中所述薄膜進(jìn)一步包含電子受體材料。
7.如權(quán)利要求5所述的薄膜，其中所述電子受體材料包含PCMB。
8.器件，其包含如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的化合物。
9.器件，其包含如權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的薄膜。
10.器件，其包含陽極、陰極以及電子給體材料，所述電子給體材料包含如權(quán)利要求I 至4任一項(xiàng)所述的化合物，所述電子給體材料布置在所述陽極與所述陰極之間。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中所述電子給體材料在光活性層內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述光活性層進(jìn)一步包含電子受體材料。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，其中所述電子受體材料包含PCMB。
14.如權(quán)利要求10至13任一項(xiàng)所述的器件，其進(jìn)一步包含額外層，所述額外層布置在所述光活性層與所述陽極之間，或者在所述光活性層與所述陰極之間。
15.薄膜晶體管，其包含柵極，所述柵極通過柵介電質(zhì)與源極和漏極分開，以及與所述柵介電質(zhì)接觸的半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料包含如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的化合物。
16.如權(quán)利要求15所述的薄膜晶體管，其中所述半導(dǎo)體材料包含如權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的薄膜。
全文摘要
現(xiàn)在提供式(I)的化合物，其可用作P型半導(dǎo)體材料以及用在包含此P型半導(dǎo)體材料的器件內(nèi)。
文檔編號H01L51/00GK102640316SQ201080044620
公開日2012年8月15日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者B·王, P·桑奈爾, S·P·森格, 李俊, 李玉寧, 林秀麗, 王國豪, 陳志寬, 黃勁銘 申請人:新加坡科技研究局