[发明专利]有序的有机-有机多层生长

说明书

政府权利

本发明是借助美国政府支持、依据美国能源部授予的基金号码DE-FG36-08GO18022做出的。政府在本发明中具有一定权利。

技术领域

本公开涉及用于有机电子器件的有机膜。

背景技术

在利用有机薄膜制成的有机电子器件中，有机膜的形态(例如晶体结构)在决定该器件的电子和/或光学性质中起作用。在许多情况下，膜内的有机分子表现出明显的各向异性，并且膜内的有机分子的取向能够影响电荷载流子迁移率。例如，在有机发光器件的有机膜内产生晶态有序可减小串联电阻，并由此增加发光效率。在有机光敏器件例如有机光伏(OPV)器件中，在光敏器件的有机膜内生成晶态有序可增加短路电流J_sc和开路电压V_oc。例如，控制施主层的分子晶体取向例如可导致前沿能级、吸收系数、形态和激子扩散长度方面的有利变化，从而导致光伏电池的功率转换效率η_p的增加。此外，因为晶体结构在形态上比非晶态结构更稳定，所得器件将具有更大长期操作可靠性的潜力。虽然有机膜内的有机分子的晶体结构显然可以是器件的重要特性，但是难以实现期望的膜晶体结构。特别地，先前未实现如下多层晶体有机薄膜结构的产生：其中跨晶体有机膜层的多个层保持准外延关系，类似于无机半导体量子阱。因此，需要改进的方法用于生长具有用于光电器件的期望晶体结构的晶体有机膜的多个层。

概述

根据本公开的一个方面，公开了一种制造有序多层晶体有机薄膜结构的方法。该方法包括：相继沉积薄膜晶体有机材料(例如NTCDA和DB-TCNQ的对)的至少两个层，形成多层晶体有机薄膜结构。晶体有机材料的所述至少两个薄膜层具有在其彼此±50％内的表面能，由此多层晶体有机薄膜结构内的薄膜晶体有机材料的至少两个层均表现出与相邻的晶体有机薄膜层的准外延关系。该方法可进一步包括提供基体衬底以及在基体衬底上沉积薄膜晶体有机材料的至少两个层。该方法可进一步包括将有序多层晶体有机薄膜结构从基体衬底转移到作为有机电子器件的前体层的另一个衬底上，其中所述多层晶体有机薄膜结构形成该电子器件的有源区。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种有机光敏器件，该有机光敏器件包括：第一电极、第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间的光活性区域。该器件的光活性区域包含至少两个薄膜层，所述至少两个薄膜层包含至少两种晶体有机材料(例如NTCDA和DB-TCNQ)形成多层晶体有机薄膜结构。所述至少两种晶体有机材料中的一者是空穴传导材料，并且所述至少两种晶体有机材料中的另一者是电子传导材料，从而在多层晶体有机薄膜结构内的空穴传导材料和电子传导材料之间形成整流结。所述至少两个薄膜层的表面能在彼此的±50％内，由此所述多层晶体有机薄膜结构内的晶体有机薄膜层均表现出准外延关系。

根据另一实施方案，公开了一种有机发光器件(OLED)，该有机发光器件包括：第一电极、第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间的有机发光区域。该有机发光区域包含至少两个薄膜层，所述至少两个薄膜层包含至少两种晶体有机材料(例如NTCDA和DB-TCNQ的对)形成多层结构。所述至少两种晶体有机材料中的一者是非发射性(传输/势垒)材料，并且所述至少两种晶体有机材料中的另一者是发射性材料，其中所述至少两个薄膜层的表面能在彼此的±50％内，由此多层结构内的晶体有机薄膜层均表现出准外延关系。传输/势垒层可传输空穴和电子两者，并且还能提供能量势垒以限制器件的发光区域中的激子。

在上文所述的方法和器件实施中，所述至少两种晶体有机材料可以是多晶材料或单晶材料。在优选的实施方案中，所述至少两种晶体有机材料是单晶有机材料。此外，所述至少两个薄膜层的表面能优选被匹配在彼此的±30％内，进一步优选在±15％内，±10％内并且更优选在彼此的±5％内。

根据本发明的另一个方面，这里公开的方法和器件可包括至少两种晶体有机材料的多于两个的薄膜层，其中所述至少两个薄膜层的表面能在彼此的±50％内，由此所述晶体有机材料的多于两个的薄膜层均表现出与相邻晶体有机薄膜层的准外延关系。优选地，使所述至少两个薄膜层的表面能匹配从而在彼此的±30％内，并且进一步优选在±15％内，且更优选在彼此的±10％内或±5％内。

术语“准外延”在本文中用来指如下的膜生长：其中不存在如外延中那样严格的晶格匹配，但是仍然在沉积层和其下层之间具有强烈的择优排列(alignment)。本文所用的术语“整流”尤其指界面具有非对称的导电特性，即，该界面支持电子电荷优选在一个方向上传输。