[发明专利]有机半导体材料和有机部件

说明书

技术领域

本发明涉及包含至少一种基质材料和至少一种掺杂剂的有机半导体材料，以及含有该有机半导体材料的有机部件。

背景技术

几年来，已知可以通过掺杂(电掺杂)在电导率方面对有机半导体进行大规模改性。这种类型的有机半导体基质材料可以从具有相对好的电子供体性质的化合物或具有相对好的电子受体性质的化合物来构建。已知强电子受体例如四氰基对醌二甲烷(TCNQ)或2，3，5，6-四氟-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)在电子供体材料(HT)的掺杂中有效(US7074500)。通过电子转移过程，这些物质在电子供体类型的基材(空穴传输材料)中产生“空穴”，并且所述基材电导率改变程度的高低取决于这些空穴的数量和迁移率。具有空穴传输性质的基质材料的已知实例包括N，N’-全芳基化联苯胺(TPD)或N，N’，N”-全芳基化星型化合物(starburst compound)例如物质TDATA，或者某些金属酞菁，例如特别是酞菁锌ZnPc。

然而，对于在掺杂半导体有机层或具有这种掺杂层的相应电子部件的生产中的技术应用来说，以前描述的化合物有缺点，这是因为在大规模生产工厂中或在工业规模上的制造过程并不总是能够以足够的精密度来控制，导致在所述工艺中为了获得所希望的产品质量需要的控制和管理费用高昂，或者产生不希望的产品公差。此外，目前已知的有机受体在电子部件例如发光二极管(OLED)、场效应晶体管(FET)或太阳能电池方面的应用存在缺点，这是因为所描述的掺杂剂操控方面的生产困难可能引起在电子部件中不希望的不均匀性或不希望的电子部件老化效应。然而，同时应该指出，所使用的掺杂剂具有极高的电子亲和势(还原电位)和适合于应用情况的其它性质，这是因为例如所述掺杂剂也共同决定了所述有机半导体层在给定条件下的电导率或其它电学性质。所述基质材料的HOMO和所述掺杂剂的LUMO的能量位置对于掺杂效果来说是决定性的。

具有掺杂层的电子部件包括尤其是OLED和太阳能电池。OLED可以从例如US7355197或US2009/0051271中了解。太阳能电池可以从例如US2007/0090371和US2009/0235971中了解。

发明内容

本发明的目标是克服现有技术的缺点。

该目标通过本申请的独立权利要求1和8来解决。优选的实施方式公开在子权利要求项中。

本发明的优选可选方案提供了在部件中存在下列层顺序：(i)阳极/掺杂剂/HTM；(ii)阳极/掺杂剂：HTM；(iii)阳极/掺杂剂/掺杂剂：HTM。下列层顺序也是优选的：(iv)掺杂剂/HTM/EML或(v)掺杂剂/HTM/OAS；(vi)p掺杂的HTM/EML或(vii)掺杂剂：HTM/OAS。p掺杂的HTM掺杂有本发明的掺杂剂。HTM是空穴传输材料；EML是OLED的“发光层”；OAS表示“太阳能电池的光吸收层”(通常为供体-受体(D-A)异质转变(heterotransition))。“/”是指所述材料出现在层堆叠物的分离的层中，“：”是指所述材料共同存在于同一层中，所述混合物可以是均质或非均质的。

此外，优选层顺序(i)-(vii)是终端层顺序。

关于掺杂的空穴传输层或用于产生这些传输层的材料的有记录的研究，倾向于集中在掺杂剂的性质或空穴传输材料的性质。在各种情况中，描述了具有普遍接受的相关技术参考的另一种部件。事实上，对于具有掺杂的空穴传输层的部件来说，一般能够获得比具有相同结构但是在空穴传输层中不含掺杂剂的部件更好的结果。但是使用这种狭窄的看问题观点，人们忽略了下述事实，即为了对部件的总体性质进行彻底优化，还需要空穴传输材料与掺杂剂相对于彼此适应的另外的步骤。具体来说，必须牢记，对于掺杂层来说，最适合的空穴传输材料不一定是作为未掺杂的空穴传输材料功能最佳的材料。掺杂剂和基质宁可组合形成必须被当作整体的系统。

在未掺杂层中，空穴传输材料的关键参数是空穴的“电荷载流子迁移率”。这决定了当给定电流密度流过层时，跨过该层的电压降有多少。理想情况下，电荷载流子迁移率足够高以确保跨过单个层的电压降与跨过整个部件的电压降相比可以忽略。在这种情况中，层不再代表对电流流动的限制，并且可以认为电荷载流子迁移率已被充分优化。