專利名稱：有機半導體材料和有機部件的制作方法
技術領域：
本發(fā) 明涉及包含至少一種基質(zhì)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(guī)模改性。這種類型的有機半導體基質(zhì)材料可以從具有相對好的電子供體性質(zhì)的化合物或具有相對好的電子受體性質(zhì)的化合物來構(gòu)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(zhuǎn)移過程，這些物質(zhì)在電子供體類型的基材(空穴傳輸材料)中產(chǎn)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(shù)量和遷移率。具有空穴傳輸性質(zhì)的基質(zhì)材料的已知實例包括N，N’ -全芳基化聯(lián)苯胺(TPD)或N，N’，N”-全芳基化星型化合物(starburst compound)例如物質(zhì)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(chǎn)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(guī)模生產(chǎn)工廠中或在工業(yè)規(guī)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(chǎn)品質(zhì)量需要的控制和管理費用高昂，或者產(chǎn)生不希望的產(chǎn)品公差。此外，目前已知的有機受體在電子部件例如發(fā)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(chǎn)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(zhì)，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(zhì)。所述基質(zhì)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是克服現(xiàn)有技術的缺點。該目標通過本申請的獨立權利要求I和8來解決。優(yōu)選的實施方式公開在子權利要求項中。本發(fā)明的優(yōu)選可選方案提供了在部件中存在下列層順序⑴陽極/摻雜劑/HTM ；
(ii)陽極/摻雜劑HTM 陽極/摻雜劑/摻雜劑HTM。下列層順序也是優(yōu)選的(iv)摻雜劑/HTM/EML或(V)摻雜劑/HTM/0AS ； (vi)p摻雜的HTM/EML或(vii)摻雜劑HTM/0AS。P摻雜的HTM摻雜有本發(fā)明的摻雜劑。HTM是空穴傳輸材料；EML是OLED的“發(fā)光層” ;0AS表示“太陽能電池的光吸收層”(通常為供體-受體(D-A)異質(zhì)轉(zhuǎn)變(heterotransition))。“/”是指所述材料出現(xiàn)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(zhì)或非均質(zhì)的。此外，優(yōu)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(chǎn)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(zhì)或空穴傳輸材料的性質(zhì)。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(jié)構(gòu)但是在空穴傳輸層中不含摻雜劑的部件更好的結(jié)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(zhì)進行徹底優(yōu)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(zhì)寧可組合形成必須被當作整體的系統(tǒng)。在未摻雜層中，空穴傳輸材料的關鍵參數(shù)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?？邕^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(yōu)化。在實踐中，尚未達到這種水平。特別是對于在可見光譜中沒有吸收的無色空穴傳輸材料來說，為了驅(qū)動電流流過空穴傳輸層需要顯著的電壓。當該層的厚度不能僅為最小，而是由于例如加工工程的原因或者出于滿足部件穩(wěn)定性的考慮必須具有一定的最小層厚度(>50nm)時，情況尤為如此。在這種情況下，用于該層的良好空穴傳輸材料的選擇，首先并且最重要地必須基于空穴載流子的最大遷移率，以限制所述部件性能參數(shù)的負面結(jié)果。描述所述材料的其它參數(shù)例如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、加工性質(zhì)、材料的制造成本重要性較低。因此，具有非常高的穴載流子遷移率的a-NPD (N，N' -二(萘-I-基)-N，N' -二(苯基)-聯(lián)苯胺)被認為是最好的空穴傳輸材料之一，盡管其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對低，僅為96°C。因此，a -NPD也用于OLED產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)中，盡管其低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是這種解決方案必須被簡單地考慮在內(nèi)的公認缺點。對于摻雜的空穴傳輸層來說，情況有所不同。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于相對大量的空穴傳輸材料來說，有可能獲得跨過摻雜的空穴傳輸層的最小電壓降。通常根據(jù)摻雜劑的LUMO與HTM基質(zhì)的HOMO之間的能量差來描述摻雜。因為可加工的非常強的受體的選擇范圍多少有些小，某些具有非常低(負的)H0M0的HTM不是用于摻雜的良好候選者?；?-軸烯化合物的LUMO位置，不可能認為具有低HOMO的基質(zhì)材料將使其自身良好地進行摻雜。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，某些具有低HOMO的基質(zhì)材料，當摻雜有3-軸烯化合物時具有低電導率。對于相對大量的空穴傳輸材料來說，電導率高于10_5S/cm的閾值。使用這種量級的電導率并使用100mA/cm2的相對高的電流密度，電壓跨過IOOnm的相對大的層厚度時僅下降0. IV。特別是對于典型操作電壓為至少3V的OLED部件來說，該值相當小。在本發(fā)明的上下文中，重要的是注意到，能夠在摻雜的空穴傳輸層中起作用的空穴傳輸材料包括在未摻雜的空穴傳輸層中表現(xiàn)出不良適合性并因而以前從未被用于制造部件的一些空穴傳輸材料。此外，重要的是注意到，這種現(xiàn)象在為摻雜的空穴傳輸層選擇空穴傳輸材料中打開了新的自由度。因此，本發(fā)明人為自己設置的目標是發(fā)現(xiàn)在摻雜的空穴傳輸層中表現(xiàn)出最佳的可能電導率的空穴傳輸材料，并且將按照常規(guī)方法被忽略的材料也考慮在內(nèi)。作為本研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)空穴傳輸材料與摻雜劑的最佳組合不是摻雜劑與最佳空穴傳輸材料的組合。其證明提供在示例性實施方式中。某質(zhì)材料的詵擇本發(fā)明描述了適用于有機半導體材料例如空穴傳輸材料(HT)并且通常用于OLED或有機太陽能電池中的摻雜劑。優(yōu)選所述半導體材料本質(zhì)上是空穴傳導性的。發(fā)現(xiàn)下述材料是適合的基質(zhì)材料，并可以用3-軸烯化合物摻雜。使用的基質(zhì)材料選自具有下式(I)的化合物
權利要求
1.一種有機半導體材料，其包含至少一種基質(zhì)材料和至少一種摻雜材料，其特征在于所述基質(zhì)材料選自具有式(I)的化合物 式⑴， 其中n = I或2。
2.根據(jù)權利要求I所述的有機半導體材料，其特征在于所述摻雜材料在MeCN對Fe/Fe+中，具有等于或高于0. 0V、優(yōu)選高于0. 24V的LUMO。
3.根據(jù)權利要求I所述的有機半導體材料，其特征在于所述摻雜材料選自具有式(2)的化合物
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的有機半導體材料，其特征在于所述摻雜材料被包埋在所述基質(zhì)材料中。
5.根據(jù)前述權利要求1-3中任一項所述的有機半導體材料，其特征在于所述摻雜材料和所述基質(zhì)材料形成了彼此物理接觸的兩個層。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的有機半導體材料，其特征在于所述基質(zhì)材料存在于第一和第二層中，其中第一或第二層摻雜有所述摻雜材料，并且其中所述第一和第二層優(yōu)選彼此相鄰排列。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的有機半導體材料，其特征在于所述摻雜材料選自 2,2' , 2 "-(環(huán)丙_1，2, 3- 二亞基)二(2-(全氣苯基)-乙臆)； 2,2' , 2 "-(環(huán)丙_1，2, 3_ 二亞基)二(2_ (全氣卩比唳~4~基)-乙臆)； 2,2' , 2 "-(環(huán)丙_1，2, 3_ 二亞基)二(2_ (4_氛基全氣苯基)_乙臆); 2,2' ,2"-(環(huán)丙 _1，2, 3_二亞基)二(2_(2, 3, 5,6_ 四氣 _4_( 二氣甲基)苯基)-乙臆);和 (環(huán)丙_1，2, 3_ 二亞基)二(2_ (2,6- 二氣-3, 5- 二氣-4- ( 二氣甲基)苯基)~乙臆)。
8.一種有機部件，其包含根據(jù)前述權利要求中任一項所述的有機半導體材料。
9.根據(jù)權利要求8所述的有機部件，其特征在于其為發(fā)光部件。
10.根據(jù)權利要求8所述的有機部件，其特征在于其為有機太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機半導體材料和有機部件。具體地，本發(fā)明涉及包含至少一種基質(zhì)材料和至少一種摻雜材料的有機半導體材料，其中所述摻雜材料選自有機化合物并且其中所述基質(zhì)材料選自二胺化合物，本發(fā)明還涉及有機部件以及用于生產(chǎn)摻雜半導體層的混合物。
文檔編號H01L51/54GK102655218SQ20121005210
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者卡斯滕·羅特, 安德烈亞斯·哈爾迪, 安斯加爾·維爾納, 沃爾克·利舍夫斯基, 米爾科·曲納耶夫, 薩沙·多羅克, 邁克爾·菲利斯特 申請人:森西特圖像技術有限公司, 諾瓦萊德公開股份有限公司