摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料。
【專利說明】摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 幾年來已知曉有機半導(dǎo)體通過摻雜可以嚴重影響它們的電導(dǎo)率方面?？梢杂删?有良好的電子供體性質(zhì)的化合物或由具有良好的電子受體性質(zhì)的化合物建立此類有機半 導(dǎo)電性基質(zhì)材料。例如在US2004062949或在US2005121667中所記載的，強電子受體如 2, 3, 5, 6-四氟-四氰基-1，4-苯醌二甲烷（F4TCNQ)用于電子供體材料的摻雜已變?yōu)橐阎?受體分子通過在類電子供體基礎(chǔ)材料（空穴輸送材料）中的電子轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生所謂的空 穴，并且基礎(chǔ)材料的電導(dǎo)率根據(jù)空穴的數(shù)量和迀移率或多或少顯著改變。例如，N，N'-全 芳基化（perarylated)聯(lián)苯胺如TH)或N,N'，N"-全芳基化星型化合物（perarylated starburstcompound)如TDATA物質(zhì)，或者，不管怎樣，還有特定的金屬酞菁如特別地鋅酞 菁ZnPc作為具有空穴輸送性質(zhì)的基質(zhì)材料而已知。
[0003] 然而，前述化合物具有對于在摻雜的半導(dǎo)電有機層的生產(chǎn)或?qū)?yīng)的帶有此類摻雜 層的電子組件的生產(chǎn)中的技術(shù)使用的劣勢，因為在大規(guī)模的生產(chǎn)工廠中的制造過程或工業(yè) 規(guī)模上的制造過程不可能總是充分的精確，這導(dǎo)致在用于實現(xiàn)期望的產(chǎn)品質(zhì)量的過程內(nèi) 或在產(chǎn)品的不期望的容限中的高的控制和調(diào)節(jié)花費。此外，在關(guān)于電子組件如發(fā)光二極 管（0LED)、場效應(yīng)晶體管（FET)或太陽能電池自身方面使用前述已知的有機受體時存在劣 勢，因為在摻雜試劑的操作中的列出的生產(chǎn)困難可能造成電子組件的不期望的凹凸或者電 子組件的不期望的老化效果。然而，與此同時應(yīng)該認為要使用的摻雜試劑具有極高的電子 親和性（還原電位）和其他適合于應(yīng)用情況的性質(zhì)，因為例如，摻雜試劑也共同確定有機半 導(dǎo)電層在給定的條件下的電導(dǎo)率或其他電性質(zhì)?；|(zhì)材料的HOMO(最高占據(jù)分子軌道）和 摻雜試劑的LUM0 (最低未占分子軌道）的能級位置對于摻雜效果是決定性的。
[0004] 盡管已知幾種不同類的P-型摻雜劑，但仍然需要發(fā)現(xiàn)摻雜劑和基質(zhì)材料對于各 應(yīng)用的最好的組合。器件，如0LED和有機太陽能電池，使用具有非常深HOMO的空穴輸送材 料，這要求更強的摻雜劑。
[0005] 〃深HOMO"或〃低HOMO"的意義是指HOMO采用真空電壓作為參考時是非常負的。 典型地，深HOMO空穴輸送材料具有比-5.OeV更負的、更優(yōu)選比-5. 2eV更負的HOMO。
[0006] 關(guān)于摻雜的空穴輸送層的文獻涉及到摻雜劑的性質(zhì)或空穴輸送材料的性質(zhì)。各自 的其他組成參考現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)以通常的方式來描述。事實上，與具有非摻雜層的相同器 件相比更好的器件性能總是在摻雜層的情況下實現(xiàn)。在該限制的觀點下，洞悉空穴輸送材 料和摻雜劑的有針對性的關(guān)聯(lián)調(diào)節(jié)對于器件的完全優(yōu)化是必須的。還必須認為摻雜層的最 適合的空穴輸送材料不必須為對非摻雜層提供最好的性能的材料。
[0007] 非摻雜層中空穴輸送材料的主要參數(shù)是空穴的電荷載流子迀移率。迀移率決定經(jīng) 過該層對于預(yù)定的電流密度失去多少電壓。在理想情況下，迀移率如此高以致于鑒于經(jīng)過 整個器件的電壓下降，可以忽略經(jīng)過單一層的電壓下降。在該條件下，該層不限制電流流動 并且可以認為優(yōu)化了電荷載流子迀移率。
[0008] 然而，在實際狀況下達不到該優(yōu)化水平。要求相當(dāng)高的電壓以驅(qū)動空穴輸送層，尤 其是具有無色、透明、空穴輸送材料的層。當(dāng)在器件中要求較厚的輸送層（>50nm)時這情況 甚至加重。在那些情況下，空穴輸送材料的選擇主要集中于最大的電荷載流子迀移率。將描 述材料的其他參數(shù)移到為【背景技術(shù)】，例如：材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)、加工性、生產(chǎn)的復(fù) 雜性和成本（合成和純化）。為此原因，高迀移率材料a-NPD(N，N' -雙（萘-1-基）-N，N' -雙 (苯基）-聯(lián)苯胺）是優(yōu)選的空穴輸送材料，即使其Tg僅為96°C。
[0009] 該狀況對于摻雜有3-軸稀化合物（radialenecompound)的空穴輸送層（包括空 穴輸送材料）是不同的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)空穴輸送材料可以實現(xiàn)最低的電壓下 降。由于3-軸烯化合物的摻雜效果而使輸送層導(dǎo)電。摻雜層的電導(dǎo)率超過1(T5S/Cm的閾 值。對于這樣的電導(dǎo)率，在100mA/cm2的相對高的電流密度時經(jīng)過100nm厚的層的電壓下 降僅為0.IV。尤其是對于具有超過3V的操作電壓的0LED，該值不是大的（substantial)。 在本文中，重要的是認識到在那些有用的摻雜的輸送材料中有因為被認為是不適合的而不 用于非摻雜器件的具有足夠性能的材料。此外，重要的是認識到，環(huán)境能夠使得對于用于摻 雜的空穴輸送層的空穴輸送材料的選擇有新的自由度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 考慮那些在常規(guī)分析中會被丟棄的材料，本發(fā)明的目的是找到在摻雜的空穴輸送 層中實現(xiàn)更好的導(dǎo)電性的材料。
[0011] 本發(fā)明具有克服現(xiàn)有技術(shù)狀況的劣勢，特別地制作新的可用的摻雜的有機半導(dǎo)電 性基質(zhì)材料的目的，所述摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料尤其是當(dāng)制備有機半導(dǎo)體時在生產(chǎn) 過程中可以更容易操作并且導(dǎo)致其有機半導(dǎo)電材料可以可再生產(chǎn)地制造的電子組件。摻雜 劑和基質(zhì)材料將滿足大量的要求，包括恰當(dāng)?shù)哪芰克?、合理的空氣中的穩(wěn)定性、高純度、 半導(dǎo)電層中的熱穩(wěn)定性和高加工性等等。而且，基質(zhì)和摻雜劑的組合將造成摻雜的半導(dǎo)體 材料，其在低的摻雜濃度下具有高的電導(dǎo)率、高的整體熱穩(wěn)定性，等等。

【具體實施方式】
[0012] 該目的通過本申請的獨立權(quán)利要求的技術(shù)方案來解決。從屬權(quán)利要求中公開優(yōu)選 的實施方案。
[0013] 該目的通過摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料來實現(xiàn)，所述摻雜的有機半導(dǎo)電性基 質(zhì)材料的特征在于：摻雜劑為具有下式的有機內(nèi)消旋軸稀化合物（organicmesomeric radialenecompound)：

【權(quán)利要求】
1. 一種摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料，其特征在于，摻雜劑為具有下式的有機內(nèi)消旋 軸烯化合物：
其中各R1獨立地選自芳基和雜芳基，所述芳基和雜芳基至少部分地、優(yōu)選完全地用電 子受體基團取代； 其中所述有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料具有化學(xué)結(jié)構(gòu)（1):
其中八巧至Ar4可以相同或不同，表示芳族烴基，優(yōu)選未取代的芳族烴基；A表示由下述 結(jié)構(gòu)式（C)或（D)表示的二價基團或單鍵；
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基質(zhì)材料，其中所述基質(zhì)材料具有在所述結(jié)構(gòu)（1)中存在至 少一個氘的化學(xué)結(jié)構(gòu)（1)。
3. -種電子器件、光電器件或電致發(fā)光器件，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述 的摻雜的有機半導(dǎo)電性基質(zhì)材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子器件、光電器件或電致發(fā)光器件，其中所述器件為有機 發(fā)光器件或有機太陽能電池。
【文檔編號】H05B33/18GK104508081SQ201380036938
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】安思哥·溫納爾, 長岡誠, 草野重 申請人:保土谷化學(xué)工業(yè)株式會社