EP4548729A1 - Organisches elektronisches bauelement mit einer chemischen verbindung der allgemeinen formel i, sowie verwendung einer solchen chemischen verbindung als n-dotand in einem organischen elektronischen bauelement - Google Patents

Organisches elektronisches bauelement mit einer chemischen verbindung der allgemeinen formel i, sowie verwendung einer solchen chemischen verbindung als n-dotand in einem organischen elektronischen bauelement

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Publication number
EP4548729A1
EP4548729A1 EP23739102.4A EP23739102A EP4548729A1 EP 4548729 A1 EP4548729 A1 EP 4548729A1 EP 23739102 A EP23739102 A EP 23739102A EP 4548729 A1 EP4548729 A1 EP 4548729A1
Authority
EP
European Patent Office
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chemical compound
layer
alkyl
aryl
group
Prior art date
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Pending
Application number
EP23739102.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Weiss
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Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
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Publication date
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Definitions

  • Organic electronic component with a chemical compound of the general formula I and use of such a chemical compound as an n-dopant in an organic electronic component
  • the present invention relates to an organic electronic component with an electrode, a counterelectrode and a layer system between the electrode and the counterelectrode, at least one layer of the layer system having a chemical compound of the general formula I, a use of a chemical compound of the general formula I as n -Dopant for doping at least one layer in a layer system of an organic electronic component, as well as a chemical compound of the general formula II.
  • Organic electronic components can convert electromagnetic radiation into electrical current using the photoelectric effect. For such a conversion of electromagnetic radiation, absorber materials are required that exhibit good absorption properties for light. Other organic electronic components are light-emitting components that emit light when an electrical current flows through them.
  • Organic electronic components include at least two electrodes, one electrode being applied to a substrate and the other functioning as a counter electrode. Between the electrodes there is at least one photoactive layer and transport layers for charge carriers, in particular electron transport layers and hole transport layers.
  • photoactive compounds are typically used in a donor/acceptor system, a heterojunction, with at least the donor and/or the acceptor absorbing electromagnetic radiation.
  • the donor/acceptor system can be designed as a planar hetero union or as a bulk hetero union.
  • the absorbers absorb electromagnetic radiation of a specific wavelength, where photons are converted into excitons that contribute to a photocurrent.
  • the compounds in the donor/acceptor system must have high charge carrier mobility in order to minimize loss of photocurrent due to recombination of the excitons within the donor/acceptor system.
  • the excitons must be separated into charge carriers at an interface and the charge carriers must leave the photoactive layer before recombination.
  • the layers In order to minimize the recombination of charge carriers, the layers must have high conductivity.
  • the transport layers are doped with dopants.
  • a structure of an organic solar cell known from the prior art consists of a pin or nip diode (Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999, and W02011/ 161108A1 ). Substrate with an adjoining mostly transparent base contact, n-layer(s), i-layer(s), p-layer(s) and a cover contact.
  • doped organic layers or layer systems in organic components, in particular in organic solar cells and organic light-emitting diodes, is known.
  • Various materials have been proposed as dopants, such as aryl- and/or heteroaryl-substituted main group element halides (DE102007018456B4), metal complexes (02005086251A2), transition metal complexes (DE102008051737), boratetetraazapentalenes (W02007115540A1), and organic ones Phosphoranes (EP2724388B1).
  • dopants such as alkali metals (e.g.
  • the n-doping of an electron transport layer made of the matrix material PCBM with the n-dopant trimethyltriazine is known from the prior art (Li et al., N-doping of fullerene using 1, 3, 5-trimethylhexahydro-1, 3, 5-triazine as an electron transport layer for nonfullerene organic solar cells", Sustainable Energy Fuels, 2020, 4, 1984).
  • the conductivity described here is moderate and decreases significantly at higher temperatures, which significantly limits its technical usability.
  • dopants disclosed in the prior art are suitable for transport layers in electronic components, there is a need to improve the conductivity of transport layers obtained through doping. Furthermore, dopants are required that lead to increased conductivity at higher temperatures.
  • the present invention is therefore based on the object of providing dopants for doping organic layers of organic electronic components, the disadvantages mentioned being overcome, and in particular the dopants having sufficiently high redox potentials, without a disruptive influence on the matrix material, and an effective increase the number of charge carriers in the matrix material to increase the conductivity.
  • the loss due to recombination of charge carriers in particular should be minimized.
  • an organic electronic component with an electrode, a counterelectrode and a layer system between the electrode and the counterelectrode, the layer system has at least one photoactive layer.
  • At least one layer of the layer system has at least one chemical compound of the general formula I, with Xi, X2, X3, X4, X5 and Heteroatom selected from 0, S or N, the substituent being selected in each case from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, heteroaryl, and an alkyl group la wherein R41, R42, and R43 are each independently selected from the group consisting of H, unsubstituted or substituted alkyl, unsubstituted or substituted aryl, and unsubstituted or substituted heteroaryl having a heteroatom selected from 0, S or N, preferably H and alkyl, where the substituent is each selected from the group consisting of
  • a substituent is in particular the exchange of H understood by another group.
  • a substituent is understood to mean in particular all atoms and atom groups other than H, preferably a halogen, an alkyl group, the alkyl group can be linear or branched, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an Thioalkoxy group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • a halogen is understood to mean in particular F, CI or Br, preferably F.
  • At least one transport layer, preferably an electron transport layer, of the layer system has the at least one chemical compound as a dopant, preferably as an n-dopant.
  • the electrodes are made of a metal, preferably Al, Ag, Au or a combination thereof, a conductive oxide, preferably ITO, ZnO:Al or another TCO (Transparent Conductive Oxide), a conductive polymer, preferably PEDOT /PSS Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) or PANI (polyaniline), or formed from a combination of these materials.
  • a metal preferably Al, Ag, Au or a combination thereof
  • a conductive oxide preferably ITO, ZnO:Al or another TCO (Transparent Conductive Oxide)
  • a conductive polymer preferably PEDOT /PSS Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) or PANI (polyaniline), or formed from a combination of these materials.
  • the at least one chemical compound is present in a matrix material.
  • the organic electronic component with the chemical compound according to the invention has advantages compared to the prior art.
  • the chemical compounds are advantageously suitable for doping a matrix material, preferably for doping transport materials, in particular electron transport materials.
  • the chemical compounds are advantageously suitable for doping organic transport layers in electronic components; in particular, the chemical compounds have sufficiently high redox potentials for this.
  • the chemical compounds advantageously contribute to an increase in the number of charge carriers in a matrix material. High conductivities can be achieved, especially in a range from ICh 2 to I Ch 6 S/cm at a doping concentration of 2% to 25% [w/w], while this is often the case for undoped matrix materials below I CH 8 S/cm or even below ICb 10 S/cm.
  • the conductivity of matrix material doped with a chemical compound according to the invention increases significantly at higher temperatures.
  • the conductivity achieved at higher temperatures of a layer doped with a chemical compound according to the invention is at least largely retained even after cooling.
  • the chemical compounds have no disruptive influence on the matrix material, in particular on fullerenes.
  • the dopants are easily accessible due to their relatively simple synthesis and can therefore be produced inexpensively.
  • the chemical compounds are air-stable and can be used under atmospheric conditions.
  • the chemical compounds are sufficiently thermally stable and can be evaporated in a vacuum, for example with vacuum thermal evaporation (VTE) or organic vapor phase deposition (OVPD); in particular, the chemical compounds do not decompose when evaporating in a vacuum.
  • VTE vacuum thermal evaporation
  • OVPD organic vapor phase deposition
  • the chemical compounds do not decompose when evaporating in a vacuum.
  • the chemical compounds are colorless, which at least largely does not lead to a reduction in the efficiency of photovoltaic elements due to parasitic absorption.
  • the chemical compound has the general formula II with Xi, X2, alkyl, and unsubstituted or substituted aryl, the substituent in each case being selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where Ri and R2, R3 and R4, and / or R5 and Re can each form a homocyclic or a heterocyclic aromatic or aliphatic ring.
  • Ri or R2, and R3 or R4, and R5 or Re are each independently an unsubstituted or substituted aryl or an unsubstituted or substituted heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where the Each substituent is selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • Ri and R2, R3 and R4, and/or R5 and Re each form a homocyclic or a heterocyclic aromatic or aliphatic ring.
  • Ri and R2, R3 and R4, and/or R5 and Re each independently form a homocyclic or a heterocyclic aliphatic ring, preferably a homocyclic or a heterocyclic aromatic 5 ring or a homocyclic or a heterocyclic aromatic 6-ring, with a heteroatom selected from 0, S or N, preferably H atoms in the ring are independently substituted with a substituent selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl , and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • Ri, R3, and Rs are each an unsubstituted or substituted cyclic alkyl, preferably cyclopentanyl or cyclohexanyl.
  • Ri and R2, R3 and R4, and R5 and Re are the same, particularly preferably Ri, R2, R3, R4, Rs, and Re are the same.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xe are H.
  • the chemical compound has the general formula III with Xi, X2, X3, X4, X5 and preferably F, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, preferably phenyl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where H can each be further substituted, preferably with a substituent selected from the group consisting from halogen, amino, alkyl, alkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • Rn to Rn, R21 to R25, and R31 to R35 are each H, or are each at least one Rn to Rn, R21 to R25, or R31 to R35 an Arnino group each with at least one alkyl, aryl or heteroaryl, preferably with two alkyl, aryl or heteroaryl.
  • At least one Rn to R, R21 to R25, or R31 to R35 is an arnino group each with at least one alkyl or aryl, preferably with two alkyl or aryl.
  • Rn to Rn, R21 to R25, and R31 to R35 are each independently selected from the group consisting of H, halogen, preferably F, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, preferred phenyl, and Heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where H can each be further substituted, with the proviso that at least one Rn to Rn, R21 to R25, and R31 to R35 is not H, preferably the substituent is selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • Rn to Rn, R21 to R25, and R31 to R35 are each independently selected from the group consisting of halogen, preferably F, amino, alkyl, alkoxy, aryl, preferably phenyl, and heteroaryl with a heteroatom from 0, S or N, where H can each be independently substituted with a substituent selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • two of Rn to R15, R21 to R25, and R31 to R35 each form a homocyclic or a heterocyclic aromatic or aliphatic ring.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xg are H.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xe are independently selected from H and CH3, and/or Xi, X3 X4, X5 and Heteroaryl can be substituted with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • Y2 and Y3 for the alkyl group la at least one R41, R42 or R43 is an H.
  • Yi, Y2 and Y3 are the same. According to a development of the invention, it is provided that at least one R41, R42, or R43 is an unsubstituted or substituted aryl, or an unsubstituted or substituted heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N.
  • R41, R42, and R43 are each independently selected from the group consisting of H, unsubstituted or substituted alkyl, unsubstituted or substituted aryl, and unsubstituted or substituted heteroaryl with a heteroatom selected from 0 , S or N, where the substituent is in each case selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkoxy, aryl, with the proviso that at least one of R41, R42 and R43 is not H, are preferred at least two of R41, R42 , or R43 no H .
  • one of R41, R42, and R43 is H.
  • At least one R41, R42, or R43 is an unsubstituted or substituted aryl, or unsubstituted or substituted heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where the substituent is selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, preferably with a substituent selected from the group consist of F and Cl-C4-alkyl.
  • At least one R41, R42, or R43 is a fused unsubstituted or substituted aryl.
  • R41, R42, and R43 are selected from the group consisting of naphthalene, anthracene, phenanthrene, phenalene, tetracene, chrysene, pyrene, pentacene, perylene, benzopyrene, or pentaphene.
  • the chemical compound is selected from the group consisting of:
  • the chemical compound is an n-dopant in an electron transport layer or an electron injection layer of the layer system, in particular in an electron transport layer.
  • the electron transport layer can be a layer of a pn junction or alternatively can be arranged between an electrode and a photoactive layer.
  • the at least one electron transport layer and/or the electron injection layer is in direct contact with the at least one photoactive layer.
  • the chemical compound is present in a matrix material, the molar doping ratio of the chemical compound to the matrix material being from 1:1 to 1:10,000, preferably from 1:2 to 1:1000, particularly preferably from 1:5 to 1:100. This increases the conductivity of the matrix material in particular.
  • the matrix material has a LUMO energy level of -3.5 eV to -5.0 eV, preferably from -3.0 eV to -4.5 eV, or preferably from -3.5 eV to -4.5 eV.
  • the matrix material has a reduction potential of less than -0.3 V vs. Fc/Fc+, preferably less than -0.5 V vs . Fc/Fc+, or preferably less than -0.8 V vs . Fc/Fc+, where Fc/Fc+ refers to the redox couple ferrocene/ferrocenium, which is used as a reference in determining the electrochemical potential using cyclic voltammetry.
  • the matrix material is a fullerene or fullerene derivative, particularly preferably the matrix material is selected from the group consisting of C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 and C94.
  • the at least one electron transport layer and/or the electron injection layer has the matrix material.
  • the at least one layer with the at least one chemical compound is in direct contact with an electrode, is an electron transport layer and / or electron injection layer or is in direct contact with such a layer, or is a layer of a pn junction.
  • the organic electronic component has two photoactive layers, a so-called tandem cell, with a connection unit (pn-unction) arranged between them, or three photoactive layers, a so-called triple cell, each with a connection unit arranged between them (pn-unction). pn-j union), on, where at least one of the connecting units has a chemical compound of the general formula I.
  • the organic electronic component is an organic optoelectronic component, preferably an organic light-emitting diode (OLED), an organic photovoltaic element (OPV), an organic field effect transistor (OFET), or an organic photodetector, particularly preferably a organic photovoltaic element (OPV) with at least one light-absorbing photoactive layer, or a thermal sensor.
  • OLED organic light-emitting diode
  • OFET organic field effect transistor
  • OFET organic field effect transistor
  • an organic photodetector particularly preferably a organic photovoltaic element (OPV) with at least one light-absorbing photoactive layer, or a thermal sensor.
  • An organic electronic component is understood to mean, in particular, an organic photovoltaic element with at least one organic photoactive layer.
  • An organic photovoltaic element makes it possible to convert electromagnetic radiation into electrical current using the photoelectric effect.
  • photoactive is understood as the conversion of light energy into electrical energy.
  • free charge carriers are not directly generated by the light, but rather excitons, i.e. electrically neutral excitation states (bound electron-hole pairs), are initially formed. Only in a second step are these excitons separated into free charge carriers in a photoactive donor-acceptor transition, which then contribute to the flow of electrical current.
  • Photoactive is understood in particular to mean that molecules change their charge state and/or their polarization state when light is applied. Accordingly, a photoactive layer is understood to mean, in particular, a layer of an electronic component that has at least one photoactive molecule that contributes to the absorption of radiation and/or the emission of radiation.
  • the organic electronic component is as a nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, or pipn cell or a combination of nip, ni, ip, pnip, pni , pip, nipn, nin, ipn, pnipn, or pipn- Cells that contain at least one i-layer are formed.
  • An i-layer is understood to mean, in particular, an intrinsic, undoped layer.
  • One or more i-layers can consist of one material (planar heterojunctions, PHJ) or of a mixture of two or more materials, so-called bulk heterojunctions (BHJ).
  • the organic electronic component is designed as a tandem, triple or multiple cells.
  • the transport layer with the at least one chemical compound of the general formula I is part of a pn junction (pn-junction), which has a first photoactive layer with a further photoactive layer in a tandem solar cell or in a Multiple solar cell connects, and/or connects an electrode with a photoactive layer.
  • pn-junction pn-junction
  • the photoactive layer has a donor/acceptor system.
  • the at least one donor is an ADA oligomer and/or a BODIPY
  • the at least one acceptor is an ADA oligomer and/or a fullerene and/or fullerene derivative.
  • a BODIPY compound is understood to mean, in particular, a compound of the general formula C9H7BN2 F2 as the basic structure, i.e. a compound with a boron difluoride group with a dipyrromethene group, in particular a compound 4, 4 -Dif luoro-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene.
  • An ADA oligomer is in particular a conjugated acceptor-donor-acceptor oligomer (A-D-A' oligomer) with an acceptor unit (A) and a further acceptor unit (A'), each of which is connected to a donor unit (D) bound are understood.
  • the organic electronic components can be manufactured in various ways.
  • the layers of the layer system can be applied in liquid form as a solution or dispersion by printing or coating, or by vapor deposition in a vacuum, for example using CVD, PVD or OVPD.
  • the chemical compound and/or a layer with the at least one chemical compound is deposited by means of vacuum processing, vapor deposition or solvent processing, particularly preferably by means of vacuum processing.
  • all organic layers and the electrodes are applied by evaporation in a vacuum.
  • the object of the present invention is also achieved by using a chemical compound of the general formula I as an n-dopant for doping at least one layer in a layer system of an organic electronic component, in particular at least one electron transport layer and/or electron injection layer , is provided, in particular according to one of the previously described exemplary embodiments.
  • a chemical compound of the general formula I for doping at least one layer in a layer system of an organic electronic component, in particular at least one electron transport layer and/or electron injection layer , is provided, in particular according to one of the previously described exemplary embodiments.
  • the use of the chemical compound of the general formula I in an organic electronic component results in particular in the advantages that have already been explained in connection with the organic electronic component.
  • the at least one chemical compound is used as an n-dopant.
  • the object of the present invention is also achieved by providing a chemical compound of the general formula II in particular according to one of the previously described exemplary embodiments.
  • the chemical compound of the general formula II in particular has the advantages that have already been explained in connection with the organic electronic component and the use of the chemical compound of the general formula I in an organic electronic component.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xe are independent of each other selected from the group consisting of H and alkyl, Ri, R2, R3, R4, Rs and Rg independently selected from the group consisting of aryl, preferably phenyl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where H respectively may be further substituted, wherein the substituent is selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, with the proviso that in Ri, R2, R3, R4, Rs and Re each have at least one H substituted, where Ri and R2, R3 and R4, and/or R5 and Re can be bridged together.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xe are independently selected from H and CH3, and/or Xi, X2, X3, X4, X5 and Ri, R2, R3, R4, Rs and Re, and/or Ri, R2, R3, R4, Rs and Re are phenyl or naphthyl, where H is each further replaced with a substituent selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, Alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl may be substituted with a heteroatom selected from 0, S or N, and / or RI, R2, R3, R4, R5 and R6 are the same.
  • the chemical compound is a chemical compound of the general formula X with Xi, X2, X3, X4, X5 and Xe independently selected from the group consisting of H and alkyl, with R-50-R54, R55-R59, Reo-Rg4, Rgs-Rgg, R70-R74, and R75-R79 each independently selected from the group consisting of H, halogen, preferably F, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl , alkoxy, thioalkoxy, aryl, preferably phenyl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, with the proviso that in each case at least one of R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res-Reg, R7o- R74, and R75-R79 is not H, preferably at least two of R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res-Reg
  • one R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res-Reg, R70-R74, and R75-R79 is an amino group each with at least one alkyl or aryl, preferably with two alkyl or aryl.
  • 1, 1 '-Diphenylmethanamine (1) (10.0 g, 52.9 mmol) and para-formaldehyde (2) (1.84 g, 58.2 mmol) are dissolved in 253 ml of toluene in a 500 ml three-necked flask and placed under Reflux dissolved under an argon atmosphere for 1 hour.
  • the excess of para-formaldehyde, water and toluene is distilled off to a volume of 40 ml.
  • the solid begins to precipitate and the excess para- Formaldehydes, water and toluene are removed.
  • 5 ml of toluene are added under reflux.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a structure of an organic electronic component 1 in cross section.
  • the organic electronic component 1 is an organic photovoltaic element.
  • the organic electronic component 1 has an electrode 3 , a counterelectrode 7 and a layer system 8 between the electrode 3 and the counterelectrode 7 , the layer system 8 having at least one photoactive layer 5 .
  • At least one layer of the layer system 8 has at least one chemical compound of the general formula I, with Xi, X2, X3, X4, X5 and Heteroatom selected from 0, S or N, the substituent being selected in each case from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, heteroaryl, and an alkyl group la wherein R41, R42, and R43 are each independently selected from the group consisting of H, unsubstituted or substituted alkyl, unsubstituted or substituted aryl, and unsubstituted or substituted heteroaryl having a heteroatom selected from 0, S or N, preferably H and alkyl, where the substituent is each selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0,
  • the chemical compound has the general formula II with Xi, X2, X3, X4, X5 and alkyl, and unsubstituted or substituted aryl, wherein the substituent in each case is selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where Ri and R2, R3 and R4, and/or R5 and Rg can each form a homocyclic or a heterocyclic aromatic or aliphatic ring.
  • the chemical compound has the general formula III with Xi, X2, X3, X4, X5 and , amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, alkoxy, thioalkoxy, aryl, preferably phenyl, and heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S or N, where H can each be further substituted, preference is given to Rn to Rn, R21 to R25, and R31 to R35 each being H, or at least one Rn to Rn, R21 to R25 each , or R31 to R35 is an amino group each with at least one alkyl or aryl, preferably with two alkyl or aryl.
  • Xi, X2, X3, X4, X5 and Xg are independently selected from H and CH3, and/or Xi, X2, and Heteroatom selected from 0, S or N can be substituted, and/or Yi, Y2 and Y3 are the same, and/or at least one R41, R42, or R43 is an unsubstituted or substituted aryl, or an unsubstituted or substituted heteroaryl a heteroatom selected from 0, S or N.
  • the chemical compound is selected from the group consisting of:
  • the chemical compound is an n-dopant in an electron transport layer 4 or an electron injection layer of the layer system 8, in particular in an electron transport layer 4.
  • the chemical compound is present in a matrix material, the molar doping ratio of the chemical compound to the matrix material being from 1:1 to 1:10,000, preferably from 1:2 to 1:1,000, especially preferably from 1:5 to 1:100, and/or where the matrix material has a LUMO energy level of -3.0 eV to -5.0 eV, preferably the matrix material is a fullerene or fullerene derivative, particularly preferred is the matrix material selected from the group consisting of C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 and C94.
  • the organic electronic component 1 is an organic optoelectronic component, preferably an organic light-emitting diode (OLED), an organic photovoltaic element (OPV), an organic field effect transistor (OFET), or an organic photodetector, particularly preferably an organic photovoltaic Element (OPV) with at least one light-absorbing photoactive layer, or a thermal sensor.
  • OLED organic light-emitting diode
  • OFET organic field effect transistor
  • OFET organic field effect transistor
  • the at least one layer with the at least one chemical compound is in direct contact with an electrode 3, 7, an electron transport layer 4 and / or electron injection layer or is in direct contact with such a layer, or a layer of a pn junction.
  • the pn junction can be arranged between two photoactive layers 5 or alternatively can be arranged between an electrode 3,7 and a photoactive 5 layer.
  • the chemical compounds according to the invention are suitable as n-dopant for doping at least one layer in a layer system 8 of the organic electronic component 1, in particular at least one electron transport layer 4 and/or electron induction layer.
  • the chemical compounds are thermally stable and enable evaporation in a high vacuum with a process window between 100°C and 400°C.
  • the conductivity of was determined with the chemical compound (01) (Table 2A), the chemical compound (06) (Table 2B), and the chemical compound (07) (Table 2C). doped transport layers investigated. The chemical compounds were examined with regard to their effect as n-dopant in an electron transport layer 4.
  • the conductivity was determined in a layer doped with the n-dopant made of fullerene C60 as a matrix material.
  • the matrix material C60 i.e. an electron transport material (ETM)
  • ETM electron transport material
  • Table 2A shows the electrical conductivity of an electron transport layer 4 made of C60 as a matrix material with different proportions of doping with the compound (01) according to the invention.
  • the conductivity of the electron transport layer 4 increases depending on the proportion of doping with the compound (01) according to the invention and reaches a value of 2.82 -IO -4 S/cm with a proportion of 24.73% by weight of the n -Dopants at 40°C, and of 4.0 -10- 2 S/cm with a proportion of 23.38% by weight of the n-dopant at 60°C.
  • the conductivity of a layer consisting only of C60 is below the measurement range of 1 -10 ⁇ 6 S/cm.
  • the triazinanes according to the invention are good n-dopants.
  • the data show that the conductivity of layers doped with compounds according to the invention is higher Temperatures up to 60°C are at least largely maintained or even increase.
  • Table 2B shows the electrical conductivity of an electron transport layer 4 made of C60 as a matrix material with different proportions of doping with the compound (06) according to the invention.
  • Table 2C shows the electrical conductivity of an electron transport layer 4 made of C60 as a matrix material with different proportions of doping with the compound (07) according to the invention.
  • the conductivity was also determined in each case with the n-dopant compound (06) (Table 2B) and compound (07) (Table 2C) doped layer with C60 as matrix material.
  • the conductivity of the electron transport layers 4 at 22° C. was 2.15 -IO -5 S/cm with the compound (06) and 9.14 -IQ- 4 S/cm with the compound (07). It was shown that the conductivity of the matrix material C60 can also be increased with the compounds (06) and (07).
  • the conductivity of layers doped with the chemical compounds is at least largely maintained or even increased at higher temperatures.
  • the chemical compounds of the general formula I increase the conductivity of an electron transport layer 4 of a layer system of an organic electronic component 1. It is shown in particular that the doping of a matrix material of a transport layer, in particular the matrix material C60 of an electron transport layer 4, with a chemical according to the invention Connection significantly increases the conductivity of these layers.
  • the organic electronic component 1 is an organic photovoltaic element. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numbers, so that reference is made to the previous description.
  • the parameters fill factor FF, open-circuit voltage VOC, and short-circuit current Jsc of an organic photovoltaic element with connection (01) (Device No. 1 to 4), connection (06) (Device No. 6), connection (07) (Device No. 7) were determined ) and the comparison compound NDN-45 (Device No. 5) as n-dopant in the electron transport layer 4.
  • the organic photovoltaic element has a substrate 2, e.g. B. made of glass, on which an electrode 3 is arranged, e.g. made of ITO.
  • the electrode 3 can also be made of a metal, a conductive oxide, such as ZnO:Al or other transparent, conductive oxide or a polymer, such as PEDOT:PSS or PANI.
  • a layer system 8 Arranged thereon is a layer system 8 with an electron transport layer 4 (ETL) with C60 as matrix material and an n- Dopants.
  • ETL electron transport layer 4
  • a photoactive layer 5 with a donor material and an acceptor material, e.g. B. Bullerene C60, which together form a donor/acceptor system, either as a flat heterojunction (PHJ) or as a bulk heterojunction (BHJ).
  • PHJ flat heterojunction
  • BHJ bulk heterojunction
  • HTL p-doped hole transport layer 6
  • the photoactive layer 5 is designed as a bulk heterojunction (BHJ), with a donor and bullerene C60 as an acceptor.
  • the electron transport layer 4 has at least one chemical compound of the general formula I.
  • the organic photovoltaic element is designed in a nip device architecture as a BHJ cell with the following structure of the layer system:
  • the compounds (01), (06) or (07) or the comparison material NDN-45 were used as n-dopant.
  • NDN-45 commercial n-dopant from Novaled AG
  • NDP9 commercial p-dopant from Novaled AG
  • HTM-81 commercial hole transport material from Merck AG
  • the organic electronic component 1 is an organic photovoltaic element. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numbers, so that reference is made to the previous description.
  • the parameters fill factor FF, open-circuit voltage VOC, and short-circuit current Jsc of an organic photovoltaic element with connection (01) (Device No. 8 to 11), connection (06) (Device No. 13), connection (07) (Device No. 14) were determined ) and the comparison compound NDN-45 (Device No. 12) as an n-dopant in the electron Transport layer determined.
  • the organic photovoltaic element is designed in a pnip device architecture as a BHJ cell with the following structure of the layer system:
  • the compounds (01), (06) or (07) or the comparison material NDN-45 were used as n-dopant.
  • the conductivity of a layer doped with the n-dopant from the Fullerene C60 was determined as a matrix material.
  • the transport layer contains the chemical compound (01) according to the invention in a doping concentration of 20% by weight in proportion to the matrix material C60.
  • the electrical conductivity of such a transport layer at different temperatures is shown in Fig. 2.
  • the conductivity of the electron transport layer 4 increases depending on the temperature from 1.2 -IO -7 S/cm at 30 ° C and reaches a value of 1.5 S / cm at 100 ° C.
  • the conductivity of a C60 layer that is doped with 20% by weight of the compound (01) according to the invention increases to 1.5 S/cm 100° C. as the temperature of the substrate increases.
  • the increased conductivity is at least largely retained at a value of 7.0 -10 - 1 S / cm.
  • the increase in conductivity is therefore at least largely irreversible.
  • the increased electrical conductivity due to the use of the chemical compound (01) according to the invention as an n-dopant is at least partially irreversible, so that an increase in the conductivity of layers once heated is largely retained even at a reduced temperature.

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Abstract

Organisches elektronisches Bauelement mit einer Elektrode, einer Gegenelektrode und einem Schichtsystem zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode, wobei mindestens eine Schicht des Schichtsystems eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel (I) aufweist, eine Verwendung einer solchen chemischen Verbindung als n-Dotand zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem eines organischen elektronischen Bauelements, sowie eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel (II).

Description

Organisches elektronisches Bauelement mit einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I , sowie Verwendung einer solchen chemischen Verbindung als n-Dotand in einem organischen elektronischen Bauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches elektronisches Bauelement mit einer Elektrode , einer Gegenelektrode und einem Schichtsystem zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode , wobei mindestens eine Schicht des Schichtsystems eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I aufweist , eine Verwendung einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I als n-Dotand zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem eines organischen elektronischen Bauelements , sowie eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I I .
Organische elektronische Bauelemente können elektromagnetische Strahlung unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts in elektrischen Strom umwandeln . Für eine derartige Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung werden Absorbermaterialien benötigt , die gute Absorptionseigenschaften für Licht zeigen . Weitere organische elektronische Bauelemente sind Licht-emittierende Bauelemente , die Licht aussenden, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen werden . Organische elektronische Bauelemente umfassen mindestens zwei Elektroden, wobei eine Elektrode auf einem Substrat aufgebracht ist und die andere als Gegenelektrode fungiert . Zwischen den Elektroden befindet sich mindestens eine photoaktive Schicht und Transportschichten für Ladungsträger, insbesondere Elektronen- Transportschichten und Loch-Transportschichten .
In organischen Solarzellen werden photoaktive Verbindungen, sogenannte Absorber, typischerweise in einem Donor/Akzeptor-System, einem Heteroj unction, eingesetzt , wobei zumindest der Donor und/oder der Akzeptor elektromagnetische Strahlung absorbiert . Das Donor/Akzeptor-System kann dabei als planar-Hetero unction oder als bulk-Hetero unction ausgebildet sein . Die Absorber absorbieren elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge, wobei Photonen in Exzitonen umgewandelt werden, die zu einem Photostrom beitragen. Die Verbindungen in dem Donor/Akzeptor-System müssen eine hohe Beweglichkeit der Ladungsträger aufweisen, um einen Verlust des Photostroms durch Rekombination der Exzitonen innerhalb des Donor/Akzeptor-Systems zu minimieren. Die Exzitonen müssen dabei an einer Grenzfläche in Ladungsträger getrennt werden und die Ladungsträger die photoaktive Schicht vor einer Rekombination verlassen. Um die Rekombination der Ladungsträger zu minimieren, müssen die Schichten eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Dazu werden die Transportschichten mit Dotanden dotiert.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau einer organischen Solarzelle besteht in einer pin- oder nip-Diode (Martin Pfeiffer, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers : basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999, und W02011/161108A1 ) . Eine pin-Solarzelle besteht dabei aus einem Substrat mit daran anschließendem meist transparentem Grundkontakt, p-Schicht (en) , i-Schicht (en) , n-Schicht (en) und einem Deckkontakt. Eine nip-Solarzelle besteht aus einem Substrat mit daran anschließendem meist transparentem Grundkontakt, n-Schicht (en) , i- Schicht(en) , p-Schicht (en) und einem Deckkontakt.
Die Verwendung von dotierten organischen Schichten bzw. Schichtsystemen in organischen Bauelementen, insbesondere in organischen Solarzellen und organischen Leuchtdioden, ist bekannt. Dabei wurden verschiedene Materialien als Dotanden vorgeschlagen wie Aryl- und/oder Heteroaryl-substituierte Hauptgruppenelementhalogenide (DE102007018456B4 ) , Metallkomplexe ( 02005086251A2 ) , Übergangsmetallkomplexe (DE102008051737 ) , Bora- tetraazapentalenen (W02007115540A1 ) , und organische Phosphorane (EP2724388B1 ) . Anorganische Dotanden wie Alkalimetalle (z. B.
Cäsium) oder Lewis-Säuren (z. B. FeC13; SbC15 ) sind bei organischen Matrixmaterialien aufgrund ihrer hohen Diffusionskoeffizienten meist nachteilig, da die Funktion und Stabilität der elektronischen Bauelemente beeinträchtigt wird (D. Oeter, Ch. Ziegler, W. Göpel Synthetic Metals (1993) 61 147; Y. Yamamoto et al. (1965) 2015, J. Kido et al. Jpn J. Appl. Phys. 41 (2002) L358) . Außerdem sind die Reduktionspotentiale dieser Verbindungen oft zu niedrig , um technisch geeignete Lochleitermaterialien zu dotieren . Zusätzlich erschwert das äußerst aggressive Reaktionsverhalten dieser Dotanden eine technische Anwendung .
Aus dem Stand der Technik ist die n-Dotierung einer Elektronentransportschicht aus dem Matrixmaterial PCBM mit dem n- Dotanden Trimethyltriazinan bekannt ( Li et al . , N-doping of fullerene using 1 , 3 , 5-trimethylhexahydro-l , 3 , 5-triazine as an electron transport layer for nonfullerene organic solar cells" , Sustainable Energy Fuels , 2020 , 4 , 1984 ) . Die hier beschriebene Leitfähigkeit ist j edoch moderat und nimmt bei höheren Temperaturen deutlich ab, was die technische Verwendbarkeit deutlich einschränkt .
Die im Stand der Technik offenbarten Dotanden sind zwar für Transportschichten in elektronischen Bauelementen geeignet , allerdings bedarf es einer Verbesserung der durch die Dotierung erhaltenen Leitfähigkeit von Transportschichten . Des Weiteren werden Dotanden benötigt , die zu einer erhöhten Leitfähigkeit bei höheren Temperaturen führen .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , Dotanden zur Dotierung von organischen Schichten von organischen elektronischen Bauelementen bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile überwunden werden, und wobei insbesondere die Dotanden ausreichend hohe Redoxpotentiale aufweisen, ohne störenden Einfluß auf das Matrixmaterial sind, und eine wirksame Erhöhung der Ladungsträgeranzahl im Matrixmaterial zur Erhöhung der Leitfähigkeit bereitstellen . Zur Verbesserung der Effizienz eines organischen photovoltaischen Elements soll insbesondere der Verlust durch Rekombination von Ladungsträgern minimiert werden .
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst , indem ein organisches elektronisches Bauelement mit einer Elektrode , einer Gegenelektrode und einem Schichtsystem zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode bereitgestellt wird, wobei das Schichtsystem mindestens eine photoaktive Schicht aufweist . Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtsystems mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I auf , mit Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl , mit Yi, Y2 und Y3 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nichtsubstituiertem oder substituiertem Aryl , nicht-substituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , Heteroaryl , und einer Alkyl-Gruppe la wobei R41, R42 , und R43 j eweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl , nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl , und nicht-substituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N, bevorzugt H und Alkyl , wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe , dass j eweils mindestens eines aus R41, R42 , und R43 kein H ist , wobei * die Verknüpfung an ein N darstellt . Die erfindungsgemäßen chemischen Verbindungen dienen insbesondere als Dotanden zur Dotierung, bevorzugt zur n-Dotierung , eines organischen Matrixmaterials .
Unter einem Substituenten wird insbesondere der Austausch von H durch eine andere Gruppe verstanden . Unter einem Substituenten werden dabei insbesondere alle Atome und Atomgruppen außer H verstanden, bevorzugt ein Halogen, eine Alkyl-Gruppe , dabei kann die Alkyl-Gruppe linear oder verzweigt sein, eine Alkenyl-Gruppe , eine Alkinyl-Gruppe , eine Alkoxy-Gruppe , eine Thioalkoxy-Gruppe , eine Aryl-Gruppe , oder eine Heteroaryl-Gruppe . Unter einem Halogen wird insbesondere F, CI oder Br verstanden, bevorzugt F .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Transportschicht , bevorzugt eine Elektronen-Transportschicht , des Schichtsystems die mindestens eine chemische Verbindung als Dotand auf , bevorzugt als n-Dotand .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden aus einem Metall , bevorzugt Al , Ag , Au oder eine Kombination davon, einem leitfähigen Oxid, bevorzugt ITO , ZnO : Al oder einem anderen TCO ( Transparent Conductive Oxide ) , einem leitfähigen Polymer, bevorzugt PEDOT/PSS Poly ( 3 , 4 - ethylenedioxythiophene ) poly ( styrenesulf onate ) oder PANI ( Polyanilin) , oder aus einer Kombination aus diesen Materialien ausgebildet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die mindestens eine chemische Verbindung in einem Matrixmaterial vor .
Das organische elektronische Bauelement mit der erfindungsgemäßen chemischen Verbindung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen zur Dotierung eines Matrixmaterials geeignet , bevorzugt zur Dotierung von Transportmaterialien, insbesondere von Elektronen- Transportmaterialien . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen zur Dotierung von organischen Transportschichten in elektronischen Bauelementen geeignet , insbesondere weisen die chemischen Verbindungen dafür ausreichend hohe Redoxpotentiale auf . Vorteilhafterweise tragen die chemischen Verbindungen zu einer Erhöhung der Ladungsträgeranzahl in einem Matrixmaterial bei . Dabei können hohe Leitfähigkeiten erreicht werden, insbesondere in einem Bereich von ICh2 bis I Ch6 S/cm bei einer Dotierkonzentration von 2 % bis 25 % [w/w] , während diese für undotierte Matrixmaterialien oft unterhalb von I CH8 S/cm oder sogar unterhalb von ICb10 S/cm liegen . Vorteilhafterweise nimmt die Leitfähigkeit von mit einer erfindungsgemäßen chemischen Verbindung dotiertem Matrixmaterial bei höheren Temperaturen deutlich zu . Vorteilhafterweise bleibt die bei höheren Temperaturen erzielte Leitfähigkeit von mit einer erfindungsgemäßen chemischen Verbindung dotierten Schicht auch nach dem Abkühlen zumindest weitgehend erhalten . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen ohne störenden Einfluss auf das Matrixmaterial , insbesondere auf Fullerene . Vorteilhafterweise sind die Dotanden durch deren relativ einfache Synthese leicht zugänglich und damit kostengünstig herstellbar . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen luftstabil und können unter atmosphärischen Bedingungen eingesetzt werden . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen thermisch ausreichend stabil und lassen sich im Vakuum verdampfen, beispielsweise bei vacuum thermal evaporation (VTE ) oder organic vapor phase deposition ( OVPD) , insbesondere zersetzen sich die chemischen Verbindungen nicht beim Verdampfen im Vakuum. Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen farblos , was zumindest weitgehend zu keiner Minderung des Wirkungsgrads von photovoltaischen Elementen durch parasitäre Absorption führt .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung die allgemeine Formel II aufweist mit Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl , mit Ri, R2 , R3, R4 , R5 und Re unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl , und nichtsubstituiertem oder substituiertem Aryl , wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei Ri und R2 , R3 und R4 , und/oder R5 und Re j eweils einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring bilden können .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Ri oder R2 , und R3 oder R4 , und R5 oder Re j eweils unabhängig voneinander ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl oder ein nichtsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N, wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden Ri und R2 , R3 und R4 , und/oder R5 und Re j eweils einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden Ri und R2 , R3 und R4 , und/oder R5 und Re j eweils unabhängig voneinander einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aliphatischen Ring, bevorzugt einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen 5 -Ring oder einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen 6-Ring, mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N, bevorzugt sind H-Atome in dem Ring unabhängig voneinander substituiert mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Ri, R3, und Rs j eweils ein nicht-substituiertes oder substituiertes cyclisches Alkyl , bevorzugt Cyclopentanyl oder Cyclohexanyl .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind j eweils Ri und R2 , R3 und R4 , und R5 und Re gleich, insbesondere bevorzugt sind Ri, R2 , R3, R4 , Rs, und Re gleich .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe ein H . Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung die allgemeine Formel III aufweist mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, wobei Rn bis R15, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H jeweils weiter substituiert sein kann, bevorzugt mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Rn bis Rn, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils H, oder ist jeweils mindestens ein Rn bis Rn, R21 bis R25, oder R31 bis R35 eine Arnino- Gruppe mit jeweils mindestens einem Alkyl, Aryl oder Heteroaryl, bevorzugt mit zwei Alkyl, Aryl oder Heteroaryl.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeweils mindestens ein Rn bis R , R21 bis R25, oder R31 bis R35 eine Arnino- Gruppe mit jeweils mindestens einem Alkyl, oder Aryl, bevorzugt mit zwei Alkyl oder Aryl.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Rn bis Rn, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H jeweils weiter substituiert sein kann, mit der Maßgabe, dass jeweils mindestens ein Rn bis Rn, R21 bis R25, und R31 bis R35 kein H ist, bevorzugt ist der Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Rn bis Rn, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H jeweils unabhängig voneinander mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden jeweils zwei aus Rn bis R15, R21 bis R25, und R31 bis R35 einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg ein H.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dassXi, X2, X3 X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus sind aus H und CH3, und/oder Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe gleich sind, bevorzugt sind Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe H, und/oder Yi, Y2 und Y3 Phenyl oder Naphthyl, wobei H jeweils weiter mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I jeweils in Yi, Y2 und Y3 für die Alkyl-Gruppe la mindestens ein R41, R42, oder R43 ein H.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Yi, Y2 und Y3 gleich sind. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein R41, R42 , oder R43 ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl , oder ein nicht-substituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind R41, R42 , und R43 j eweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl , nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl , und nichtsubstituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkoxy, Aryl , mit der Maßgabe , dass j eweils mindestens eines aus R41, R42 , und R43 kein H ist , bevorzugt sind mindestens zwei aus R41, R42 , oder R43 kein H .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eines aus R41, R42 , und R43 ein H .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein R41, R42 , oder R43, bevorzugt sind mindestens zwei R41, R42 , oder R43, ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl , oder nicht- substituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N, bevorzugt mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus F und Cl-C4-Alkyl .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein R41, R42 , oder R43 ein anelliertes nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist R41, R42 , und R43 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Naphthalen, Anthracen, Phenanthren, Phenalen, Tetracen, Chrysen, Pyren, Pentacen, Perylen, Benzopyren, oder Pentaphen . Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus :
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung ein n-Dotand in einer Elektronen- Transportschicht oder einer Elektronen-Inj ektionsschicht des Schichtsystems ist , insbesondere in einer Elektronen- Transportschicht . Die Elektronen-Transportschicht kann dabei eine Schicht einer pn-j unction sein oder alternativ zwischen einer Elektrode und einer photoaktiven Schicht angeordnet sein .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Elektronen-Transportschicht und/oder die Elektronen- Inj ektionsschicht in direktem Kontakt mit der mindestens einen photoaktiven Schicht .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektronen-Transportschicht und/oder die Elektronen-
In ektionsschicht eine Schichtdicke von 2 bis 100 nm auf , bevorzugt von 2 bis 50 nm, bevorzugt von 2 bis 20 nm, bevorzugt von 5 bis 100 nm, bevorzugt von 5 bis 50 nm, bevorzugt von 5 bis 20 nm, bevorzugt von 10 bis 100 nm, bevorzugt von 10 bis 50 nm, bevorzugt von 10 bis 20 nm, oder bevorzugt von 20 bis 50 nm .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung in einem Matrixmaterial vorliegt , wobei das molare Dotierungsverhältnis der chemischen Verbindung zu dem Matrixmaterial von 1 : 1 bis 1 : 10000 beträgt , bevorzugt von 1 : 2 bis 1 : 1000 , besonders bevorzugt von 1 : 5 bis 1 : 100 . Dadurch wird insbesondere die Leitfähigkeit des Matrixmaterials erhöht .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil der mindestens einen chemischen Verbindung in der mindestens einen Schicht maximal 35 Gew.-%, bevorzugt maximal 30 Gew.-%, bevorzugt maximal 25 Gew.-%, bevorzugt maximal 20 Gew.-%, bevorzugt maximal 15 Gew.-%, bevorzugt maximal 10 Gew.-%, bevorzugt maximal 8 Gew.-%, oder bevorzugt maximal 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial ein LUMO-Energieniveau von -3,5 eV bis -5,0 eV aufweist, bevorzugt von -3,0 eV bis -4,5 eV, oder bevorzugt von -3,5 eV bis -4,5 eV.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Matrixmaterial ein Reduktionspotential von weniger al -0,3 V vs . Fc/Fc+ auf, bevorzugt von weniger als -0,5 V vs . Fc/Fc+, oder bevorzugt von weniger als -0,8 V vs . Fc/Fc+ auf, wobei sich Fc/Fc+ auf das Redoxpaar Ferrocen/Ferrocenium bezieht, welches als Referenz bei der Bestimmung des elektrochemischen Potentials mittels Cyclovoltametrie verwendet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial ein Fulleren oder Fulleren-Derivat ist, insbesondere bevorzugt ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mindestens eine Elektronen-Transportschicht und/oder die Elektronen- In j ektionsschicht das Matrixmaterial auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung in direktem Kontakt mit einer Elektrode ist, eine Elektronen-Transportschicht und/ oder Elektronen-Inj ektionsschicht ist oder in direktem Kontakt mit einer solchen Schicht ist, oder eine Schicht einer pn- junction ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das organische elektronische Bauelement zwei photoaktive Schichten, eine sogenannte Tandem-Zelle, mit einer dazwischen angeordneten Verbindungseinheit (pn- unction) , oder drei photoaktive Schichten, eine sogenannte Triple-Zelle, mit jeweils einer dazwischen angeordneten Verbindungseinheit (pn-j unction) , auf, wobei mindestens eine der Verbindungseinheiten eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I aufweist .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das organische elektronische Bauelement ein organisches optoelektronisches Bauelement ist , bevorzugt eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organisches photovoltaisches Element ( OPV) , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET ) , oder ein organischer Fotodetektor , insbesondere bevorzugt ein organisches photovoltaisches Element (OPV) mit mindestens einer lichtabsorbierenden photoaktiven Schicht , oder ein Thermosensor ist .
Unter einem organischen elektronischen Bauelement wird insbesondere ein organisches photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden . Ein organisches photovoltaisches Element ermöglicht es elektromagnetische Strahlung unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts in elektrischen Strom umzuwandeln . In diesem Sinne wird der Begriff "photoaktiv" als Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie verstanden . Im Gegensatz zu anorganischen Solarzellen werden bei organischen photovoltaischen Elementen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt , sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände ( gebundene Elektron-Loch- Paare ) . Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in einem photoaktiven Donor-Akzeptor Übergang freie Ladungsträger getrennt , die dann zum elektrischen Stromfluss beitragen .
Unter photoaktiv wird insbesondere verstanden, dass Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungs zustand und/oder ihren Polarisierungs zustand ändern . Entsprechend wird unter einer photoaktiven Schicht insbesondere eine Schicht eines elektronischen Bauelements verstanden, die mindestens ein photoaktives Molekül aufweist , das einen Beitrag zur Absorption von Strahlung und/oder zur Emission von Strahlung liefert .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das organische elektronische Bauelement als eine nip, ni , ip, pnip, pni , pip, nipn, nin, ipn, pnipn, oder pipn-Zelle oder eine Kombination aus nip, ni , ip, pnip, pni , pip, nipn, nin, ipn, pnipn, oder pipn- Zellen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, ausgebildet .
Unter einer i-Schicht wird insbesondere eine intrinsische undotierte Schicht verstanden . Eine oder mehrere i-Schichten können dabei aus einem Material (planar heteroj unctions , PHJ) als auch aus einer Mischung zweier oder mehrerer Materialien bestehen, sogenannten bulk hetero unctions ( BHJ) .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das organische elektronische Bauelement als Tandem- , Triple- oder Mehrfachzellen ausgebildet .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Transportschicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I Teil eines pn-Übergangs (pn-j unction) , der eine erste photoaktive Schicht mit einer weiteren photoaktiven Schicht in einer Tandem-Solarzelle oder in einer Mehrfach-Solarzelle verbindet , und/oder eine Elektrode mit einer photoaktiven Schicht verbindet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die photoaktive Schicht ein Donor/Akzeptor-System auf .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Donor ein ADA-Oligomer und/oder ein BODIPY , und der mindestens eine Akzeptor ein ADA-Oligomer und/oder ein Fulleren und/oder Fulleren-Derivat . Unter einer BODIPY -Verbindung wird insbesondere eine Verbindung der allgemeinen Formel C9H7BN2 F2 als Grundgerüst verstanden, also eine Verbindung mit einer Bor- Difluorid-Gruppe mit einer Dipyrromethen-Gruppe , insbesondere eine Verbindung 4 , 4 -Dif luoro-4-bora-3a, 4a-diaza-s-Indacene . Unter einem ADA-Oligomer wird insbesondere ein konj ugiertes Akzeptor-Donor- Akzeptor-Oligomer (A-D-A ' -Oligomer ) mit einer Akzeptor-Einheit (A) und einer weiteren Akzeptor-Einheit (A' ) , die j eweils an eine Donor- Einheit ( D ) gebunden sind verstanden .
Die organischen elektronischen Bauelemente können auf verschiedene Weise hergestellt werden . Die Schichten des Schichtsystems können in flüssiger Form als Lösung oder Dispersion durch Drucken oder coaten, oder durch Aufdampfen im Vakuum, zum Beispiel mittels CVD, PVD oder OVPD, auf getragen werden . In einer bevorzugten Ausführungsform ist die chemische Verbindung und/oder eine Schicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung mittels Vakuumprozessierung, Gasphasenabscheidung oder Lösungsmittel-Prozessierung abgeschieden, insbesondere bevorzugt mittels Vakuumprozessierung . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle organischen Schichten und die Elektroden durch Verdampfen im Vakuum auf getragen .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst , indem eine Verwendung einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I als n-Dotand zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem eines organischen elektronischen Bauelements , insbesondere mindestens einer Elektronen-Transportschicht und/oder Elektronen-Inj ektionsschicht , bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele . Dabei ergeben sich für die Verwendung der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I in einem organischen elektronische Bauelement insbesondere die Vorteile , die bereits in Zusammenhang mit dem organischen elektronischen Bauelement erläutert wurden . Die mindestens eine chemische Verbindung wird dabei als n-Dotand verwendet .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst , indem eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I I bereitgestellt wird insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele . Dabei ergeben sich für die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I I insbesondere die Vorteile , die bereits in Zusammenhang mit dem organischen elektronischen Bauelement und der Verwendung der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I in einem organischen elektronischen Bauelement erläutert wurden . In der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel II ist Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, Ri, R2, R3, R4, Rs und Rg unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H jeweils weiter substituiert sein kann, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe, dass in Ri, R2, R3, R4, Rs und Re jeweils mindestens ein H substituiert ist, wobei Ri und R2, R3 und R4, und/oder R5 und Re miteinander verbrückt sein können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus sind aus H und CH3, und/oder Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe gleich sind, und/oder Ri, R2, R3, R4, Rs und Re, und/oder Ri, R2, R3, R4, Rs und Re Phenyl oder Naphthyl sind, wobei H jeweils weiter mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann, und/oder RI, R2, R3, R4, R5 und R6 gleich sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel X ist mit Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit R-50- R54, R55- R59, Reo- Rg4, Rgs-Rgg, R70-R74, und R75-R79 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe, dass jeweils mindestens eins aus R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res-Reg, R7o-R74, und R75-R79 kein H ist, bevorzugt mindestens zwei aus R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res- Reg, R70- R74, und R75-R79 kein H sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wobei jeweils ein R50-R54, R55-R59, Reo-R64, Res-Reg, R70-R74, und R75-R79 eine Amino-Gruppe mit jeweils mindestens einem Alkyl oder Aryl ist, bevorzugt mit zwei Alkyl oder Aryl.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wobei Xu X2, X3, X4, X5 und X6 H sind.
Im Folgenden ist ein Syntheseschema zur Synthese von chemischen Verbindungen der allgemeinen Formel I dargestellt. Die Synthese wird am Beispiel der Verbindung (01) auf gezeigt.
Synthese Verbindung (01) : 1, 3, 5-Tris- (diphenylmethyl) -1, 3, 5- triazinane :
Schritt 1
1 , 1 ' -Diphenylmethanamin (1) (10,0 g, 52,9 mmol) und para-Formaldehyd (2) (1,84 g, 58,2 mmol) werden in 253 ml Toluol in einem 500ml Dreihalskolben gelöst und unter Rückfluß unter Argon-Atmosphäre über 1 Stunde gelöst. Der Überschuß an para-Formaldehyd, Wasser und Toluol wird bis zu einem Volumen von 40 ml abdestilliert. Der Feststoff beginnt auszufällen und der Überschuß an para- Formaldehyde, Wasser und Toluol werden entfernt. Zur Lösung des Feststoffs werden 5 ml Toluol unter Rückfluß hinzugegeben. Unter Rühren und Rückfluß werden 40-50 ml n-Heptan zur Reaktionsmischung hinzugegeben bis eine Trübung der Lösung einsetzt. Die Lösung wird unter ständigem Rühren über eine Stunde lang gekühlt. Bei einer Temperatur von ca. 55°C bildet sich ein weißer Feststoff. Die Reaktionsmischung wird über Nacht unter Argon-Atmosphäre stehengelassen, wobei der Feststoff vollständig ausfällt. Der Feststoff wird in einer 100ml Glasfritte (Por.3) unter Vakuumabsaugung abfiltriert und zweimal mit 30 ml n-Heptan gewaschen. Der Filterkuchen wird eine Stunde mittels Vakuumabsaugung getrocknet und bei 85 °C unter Vakuum von 10~3 mbar 2 Stunden lang getrocknet. Das Produkt 3 wird als weißes Pulver erhalten (7.42 g, 12.7 mmol, 70 % Ausbeute) .
Die Synthese erfindungsgemäßer Verbindungen ist auch aus Ma et al. (Ting Ma, Xiao Fu, Choon Wee Kee, Lili Zong, Yuanhang Pan, Kuo-Wei Huang, Choon-Hong Tan, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (9) , 2828-2831) und Giumanini et al. (Angelo G. Giumanini, Giancarlo Verardo, Ennio Zangrando, Lucia Lassiani, J. Prakt. Chem. 1987, 329(6) , 1087-1103) bekannt .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es konnte insbesondere gezeigt werden, dass mindestens eine chemische Verbindung in einer Transportschicht eines Schichtsystems eines organischen elektronischen Bauelements überraschenderweise dazu führt, dass die Leitfähigkeit des Schichtsystems erhöht wird.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiel 1
Fig. 1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines organischen elektronischen Bauelements 1 im Querschnitt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das organische elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element. Das organische elektronische Bauelement 1 weist eine Elektrode 3 , eine Gegenelektrode 7 und ein Schichtsystem 8 zwischen der Elektrode 3 und der Gegenelektrode 7 auf , wobei das Schichtsystem 8 mindestens eine photoaktive Schicht 5 aufweist . Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtsystems 8 mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I auf , mit Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl , mit Yi, Y2 und Y3 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nichtsubstituiertem oder substituiertem Aryl , nicht-substituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , Heteroaryl , und einer Alkyl-Gruppe la wobei R41, R42 , und R43 j eweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl , nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl , und nicht-substituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N, bevorzugt H und Alkyl , wobei der Substituent j eweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe , dass j eweils mindestens eines aus R41, R42 , und R43 kein H ist , wobei * die Verknüpfung an ein N darstellt .
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die chemische Verbindung die allgemeine Formel II auf mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit Ri, R2, R3, R4, R5 und Re unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl, und nichtsubstituiertem oder substituiertem Aryl, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei Ri und R2, R3 und R4, und/oder R5 und Rg jeweils einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring bilden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die chemische Verbindung die allgemeine Formel III auf mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, wobei Rn bis R15, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H j eweils weiter substituiert sein kann, bevorzugt sind Rn bis Rn, R21 bis R25, und R31 bis R35 j eweils H, oder j eweils mindestens ein Rn bis Rn, R21 bis R25, oder R31 bis R35 ist eine Amino-Gruppe mit j eweils mindestens einem Alkyl oder Aryl , bevorzugt mit zwei Alkyl oder Aryl .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xg unabhängig voneinander ausgewählt aus H und CH3, und/oder Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe gleich, bevorzugt sind Xi, X2 , X3 X4 , X5 und Xe H , und/oder Yi, Y2 und Y3 Phenyl oder Naphthyl , wobei H j eweils weiter mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann, und/oder Yi, Y2 und Y3 gleich, und/oder mindestens ein R41, R42 , oder R43 ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl , oder ein nicht-substituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus :
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die chemische Verbindung ein n-Dotand in einer Elektronen-Transportschicht 4 oder einer Elektronen-In j ektionsschicht des Schichtsystems 8, insbesondere in einer Elektronen-Transportschicht 4.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die chemische Verbindung in einem Matrixmaterial vor, wobei das molare Dotierungsverhältnis der chemischen Verbindung zu dem Matrixmaterial von 1:1 bis 1:10000 beträgt, bevorzugt von 1:2 bis 1:1000, besonders bevorzugt von 1:5 bis 1:100, und/oder wobei das Matrixmaterial ein LUMO-Energieniveau von -3,0 eV bis -5,0 eV aufweist, bevorzugt ist das Matrixmaterial ein Fulleren oder Fulleren-Derivat , insbesondere bevorzugt ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das organische elektronische Bauelement 1 ein organisches optoelektronisches Bauelement, bevorzugt eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organisches photovoltaisches Element (OPV) , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET) , oder ein organischer Fotodetektor, insbesondere bevorzugt ein organisches photovoltaisches Element (OPV) mit mindestens einer lichtabsorbierenden photoaktiven Schicht, oder ein Thermosensor.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Schicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung in direktem Kontakt mit einer Elektrode 3,7, eine Elektronen- Transportschicht 4 und/oder Elektronen-Inj ektionsschicht ist oder in direktem Kontakt mit einer solchen Schicht ist, oder eine Schicht einer pn-junction ist. Die pn- junction kann zwischen zwei photoaktiven Schichten 5 angeordnet sein oder alternativ zwischen einer Elektrode 3,7 und einer photoaktiven 5 Schicht angeordnet sein .
Die erfindungsgemäßen chemischen Verbindungen sind als n-Dotand zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem 8 des organischen elektronischen Bauelements 1 geeignet, insbesondere mindestens einer Elektronen-Transportschicht 4 und/oder Elektronen- In ektionsschicht .
Die chemischen Verbindungen sind thermisch stabil, und ermöglichen eine Verdampfung im Hochvakuum bei einem Prozessfenster zwischen 100°C und 400°C.
Ausführungsbeispiel 2
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Leitfähigkeit von mit der chemischen Verbindung (01) (Tabelle 2A) , der chemischen Verbindung (06) (Tabelle 2B) , und der chemischen Verbindung (07) (Tabelle 2C) dotierten Transportschichten untersucht . Die chemischen Verbindungen wurden hinsichtlich ihrer Wirkung als n-Dotand in einer Elektronen- Transportschicht 4 untersucht .
Die Leitfähigkeit wurde in einer mit dem n-Dotanden dotierten Schicht aus dem Fulleren C60 als Matrixmaterial bestimmt . Zur Dotierung der Transportschichten, insbesondere das einer Elektronen- Transportschicht 4 , wurde das Matrixmaterial C60 , also ein Elektronentransportmaterial ( ETM) , mit der j eweiligen chemischen Verbindung coverdampft und die Leitfähigkeit der dotierten Schicht untersucht . Die Transportschicht enthält j eweils anteilig zum Hauptanteil aus dem Matrixmaterial C60 die erfindungsgemäße chemische Verbindung .
Tabelle 2A zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Elektronen-Transportschicht 4 aus C60 als Matrixmaterial mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit der erfindungsgemäßen Verbindung ( 01 ) .
Tabelle 2A
Die Leitfähigkeit der Elektronen-Transportschicht 4 nimmt in Abhängigkeit des Anteils der Dotierung mit der erfindungsgemäßen Verbindung (01) zu und erreicht einen Wert von 2,82 -IO-4 S/cm bei einem Anteil von 24,73 Gew.-% des n-Dotanden bei 40°C, und von 4,0 -10-2 S/cm bei einem Anteil von 23,38 Gew.-% des n-Dotanden bei 60°C. Im Gegensatz dazu liegt die Leitfähigkeit einer Schicht, die nur aus C60 besteht, unterhalb des Messbereichs von 1 -10~6 S/cm.
Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen Triazinanene gute n- Dotanden. Die Daten zeigen, dass die Leitfähigkeit von mit erfindungsgemäßen Verbindungen dotierten Schichten bei höheren Temperaturen bis 60°C zumindest weitgehend erhalten bleiben oder sogar noch steigen.
Tabelle 2B zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Elektronen-Transportschicht 4 aus C60 als Matrixmaterial mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit der erfindungsgemäßen Verbindung (06) .
Tabelle 2B
Tabelle 2C zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Elektronen-Transportschicht 4 aus C60 als Matrixmaterial mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit der erfindungsgemäßen Verbindung (07) .
Tabelle 2C
Die Leitfähigkeit wurde auch jeweils entsprechend in mit dem n- Dotanden Verbindung (06) (Tabelle 2B) und Verbindung (07) (Tabelle 2C) dotierten Schicht mit C60 als Matrixmaterial bestimmt. Die Leitfähigkeit der Elektronen-Transportschichten 4 bei 22°C betrug mit der Verbindung (06) 2,15 -IO-5 S/cm und mit der Verbindung (07) 9, 14 -IQ-4 S/cm. Es konnte gezeigt werden, dass auch mit den Verbindungen (06) und (07) die Leitfähigkeit des Matrixmaterials C60 erhöht werden kann. Die Leitfähigkeit von mit den chemischen Verbindungen dotierten Schichten bleibt bei höheren Temperaturen zumindest weitgehend erhalten oder wird sogar erhöht.
Die chemischen Verbindungen der allgemeinen Formel I erhöhen die Leitfähigkeit einer Elektronen-Transportschicht 4 eines Schichtsystems eines organischen elektronischen Bauelements 1. Es wird insbesondere gezeigt, dass die Dotierung eines Matrixmaterials einer Transportschicht, insbesondere des Matrixmaterials C60 einer Elektronen-Transportschicht 4, mit einer erfindungsgemäßen chemischen Verbindung die Leitfähigkeit dieser Schichten signifikant erhöht .
Ausführungsbeispiel 3
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das organische elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Es wurden die Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung VOC, und Kurzschlussstrom Jsc eines organischen photovoltaischen Elements mit der Verbindung (01) (Device No 1 bis 4) , Verbindung (06) (Device No 6) , Verbindung (07) (Device No 7) und der Vergleichsverbindung NDN- 45 (Device No 5) als n-Dotand in der Elektronen-Transportschicht 4 bestimmt .
Das organische photovoltaische Element weist ein Substrat 2 auf, z. B. aus Glas, auf dem eine Elektrode 3 angeordnet ist, z.B. aus ITO. Die Elektrode 3 kann aber auch aus einem Metall, einem leitfähigen Oxid, wie ZnO:Al oder anderem transparentem, leitfähigem Oxid oder einem Polymer, wie etwa PEDOT:PSS oder PANI, ausgebildet sein.
Darauf angeordnet ist ein Schichtsystem 8 mit einer Elektronen- Transportschicht 4 (ETL) mit C60 als Matrixmaterial und einem n- Dotanden. Darauf befindet sich eine photoaktive Schicht 5 mit einem Donor-Material und einem Akzeptor-Material, z. B. Bulleren C60, welche zusammen ein Donor/Akzeptor-System ausbilden, entweder als flacher Heteroübergang (PHJ) oder als Volumenheteroübergang (BHJ) . Darauf befindet sich eine p-dotierte Loch-Transportschicht 6 (HTL) , und eine Gegenelektrode 7 aus Gold. Die photoaktive Schicht 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Volumenheteroübergang (bulk heterojunction - BHJ) ausgebildet, mit einem Donor und Bulleren C60 als Akzeptor. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Elektronentransportschicht 4 mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Eormel I auf.
Das organische photovoltaische Element ist in einer nip-Device Architektur als BHJ-Zelle mit dem folgenden Aufbau des Schichtsystems ausgebildet:
Glas / ITO (10nm)/ C60:n-Dotand (10nm) / C60 (lOnm) / Donor :C60 (30nm, 2:3 Gew.-%, 90°C) / HTM (lOnm) / HTM:NDP9 (45nm, 4 Gew.-%) / NDP9 (Inm)/ Au (50nm)
Als n-Dotand wurden die Verbindungen (01) , (06) oder (07) oder das Vergleichsmaterial NDN-45 eingesetzt.
Die in den organischen photovoltaischen Elementen gemessenen Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung Voc, und Kurzschlussstrom Jsc aus der erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinie sind in Tabelle 3 zusammengefasst .
Tabelle 3
NDN-45 : kommerzieller n-Dotand der Novaled AG NDP9: kommerzieller p-Dotand der Novaled AG
HTM-81: kommerzielles Lochtransportmaterial der Merck AG
BDP-1 : published in Tian-yi Li et al. , J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 18583
Ausführungsbeispiel 4
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das organische elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Es wurden die Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung VOC, und Kurzschlussstrom Jsc eines organischen photovoltaischen Elements mit der Verbindung (01) (Device No 8 bis 11) , Verbindung (06) (Device No 13) , Verbindung (07) (Device No 14) und der Vergleichsverbindung NDN-45 (Device No 12) als n-Dotand in der Elektronen- Transportschicht bestimmt.
Das organische photovoltaische Element ist in einer pnip-Device Architektur als BHJ-Zelle mit dem folgenden Aufbau des Schichtsystems ausgebildet:
Glas / ITO (10nm) / HTM:NDP9 (lOnm, 10 Gew.-%)/ C60:n-Dotand (10nm)/ C60 (10nm) / Donor:C60 (30nm, 2:3 Gew.-%, 90°C)/ HTM (10nm)/ HTM:NDP9 (45nm, 4 Gew.-%)/ NDP9 (Inm)/ Au (50nm)
Als n-Dotand wurden die Verbindungen (01) , (06) oder (07) oder das Vergleichsmaterial NDN-45 eingesetzt.
Die in den organischen photovoltaischen Elementen gemessenen Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung Voc, und Kurzschlussstrom Jsc aus der erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinie sind in Tabelle 4 zusammengefasst .
Tabelle 4
Die Bezeichnungen der Materialien entsprechen denen aus Ausführungsbeispiel 3.
Ausführungsbeispiel 5
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Leitfähigkeit von mit der chemischen Verbindung (01) dotierten Transportschichten bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Die Leitfähigkeit einer mit dem n-Dotanden dotierten Schicht aus dem Fulleren C60 als Matrixmaterial wurde bestimmt. Die Transportschicht enthält anteilig zum Matrixmaterial C60 die erfindungsgemäße chemische Verbindung (01) in einer Dotierkonzentration von 20 Gew.-%. Die elektrische Leitfähigkeit einer solchen Transportschicht bei verschiedenen Temperaturen ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Leitfähigkeit der Elektronen-Transportschicht 4 nimmt in Abhängigkeit der Temperatur von 1,2 -IO-7 S/cm bei 30°C zu und erreicht bei 100°C einen Wert von 1,5 S/cm.
Die Leitfähigkeit einer C60 Schicht, die mit 20 Gew.-% der erfindungsgemäßen Verbindung (01) dotiert ist, steigt also mit zunehmender Temperatur des Substrats auf 1,5 S/cm 100°C an. Beim Abkühlen eines vorher auf 100°C erwärmten Substrats mit einer solchen Transportschicht auf eine Temperatur von 35 °C bleibt die erhöhte Leitfähigkeit zumindest weitgehend bei einem Wert von 7,0 -10- 1 S/cm erhalten. Die Erhöhung der Leitfähigkeit somit zumindest weitgehend irreversibel.
Überraschenderweise ist die erhöhte elektrische Leitfähigkeit durch die Verwendung der erfindungsgemäßen chemischen Verbindung (01) als n-Dotand zumindest teilweise irreversibel, sodass auch bei einer abgesenkten Temperatur eine Erhöhung der Leitfähigkeit einmal erwärmter Schichten weitgehend erhalten bleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Organisches elektronisches Bauelement (1) mit einer Elektrode (3) , einer Gegenelektrode (7) und einem Schichtsystem (8) zwischen der Elektrode (3) und der Gegenelektrode (7) , wobei das Schichtsystem (8) mindestens eine photoaktive Schicht (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des Schichtsystems (8) mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I aufweist, mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit Yi, Y2 und Y3 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl, nichtsubstituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, Heteroaryl, und einer Alkyl- Gruppe la wobei R41, R42, und R43 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl, nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl, und nicht-substituiertem oder substituiertem Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, bevorzugt H und Alkyl, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe, dass jeweils mindestens eines aus R41, R42, und R43 kein H ist, wobei * die Verknüpfung an ein N darstellt.
2. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die chemische Verbindung die allgemeine Formel II aufweist mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit Ri, R2, R3, R4, Rs und Re unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, nicht-substituiertem oder substituiertem Alkyl, und nicht-substituiertem oder substituiertem Aryl, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei Ri und R2, R3 und R4, und/oder R5 und Re jeweils einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring bilden können.
3. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die chemische Verbindung die allgemeine Formel III aufweist
mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, wobei Rn bis R15, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H jeweils weiter substituiert sein kann, bevorzugt sind Rn bis R15, R21 bis R25, und R31 bis R35 jeweils H, oder jeweils mindestens ein Rn bis Rn, R21 bis R25, oder R31 bis R35 ist eine Amino-Gruppe mit jeweils mindestens einem Alkyl, Aryl oder Heteroaryl, bevorzugt mit zwei Alkyl, Aryl oder Heteroaryl.
4. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus sind aus H und CH3, und/oder Xi, X2, X3 X4, X5 und Xg gleich sind, bevorzugt sind Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe H, und/ oder
Yi, Y2 und Y3 Phenyl oder Naphthyl sind, wobei H jeweils weiter mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann, und/oder Yi, Y2 und Y3 gleich sind, und/oder mindestens ein R41, R42, oder R43 ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl, oder ein nicht-substituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N ist.
5. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
6. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung ein n- Dotand in einer Elektronen-Transportschicht (4) oder einer Elektronen-In j ektionsschicht des Schichtsystems (8) ist.
7. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung in einem Matrixmaterial vorliegt, wobei das molare Dotierungsverhältnis der chemischen Verbindung zu dem Matrixmaterial von 1:1 bis 1:10000 beträgt, bevorzugt von 1:2 bis 1:1000, besonders bevorzugt von 1:5 bis 1:100, und/oder wobei das Matrixmaterial ein LUMO-Energieniveau von -3,0 eV bis -5,0 eV aufweist, bevorzugt ist das Matrixmaterial ein Bulleren oder Fulleren-Derivat , insbesondere bevorzugt ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94.
8. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung in direktem Kontakt mit einer Elektrode (3,7) ist, eine Elektronen-Transportschicht (4) und/oder Elektronen-In j ektionsschicht ist oder in direktem Kontakt mit einer solchen Schicht ist, oder eine Schicht einer pn-junction ist.
9. Organisches elektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische elektronische Bauelement (1) ein organisches optoelektronisches Bauelement ist, bevorzugt eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organisches photovoltaisches Element (OPV) , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET) , oder ein organischer Fotodetektor, insbesondere bevorzugt ein organisches photovoltaisches Element (OPV) mit mindestens einer lichtabsorbierenden photoaktiven Schicht, oder ein Thermosensor ist.
10. Verwendung einer chemischen Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als n-Dotand zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem (8) eines organischen elektronischen Bauelements (1) , insbesondere mindestens einer Elektronen-Transportschicht (4) und/ oder Eie ktronen- In j ekt ions schicht .
11. Chemische Verbindung der allgemeinen Formel II mit Xi, X2, X3 X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit Ri, R2, R3, R4, Rs und Re unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus O, S oder N, wobei H jeweils weiter substituiert sein kann, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus O, S oder N, mit der Maßgabe, dass in Ri, R2, R3, R4, Rs und Rg jeweils mindestens ein H substituiert ist, wobei Ri und R2, R3 und R4, und/oder R5 und Re miteinander verbrückt sein können.
12. Chemische Verbindung nach Anspruch 11, wobei Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus sind aus H und CH3, und/oder Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe gleich sind, und/oder Ri, R2, R3, R4, Rs und Re, und/oder
Ri, R2, R3, R4, Rs und Re Phenyl oder Naphthyl sind, wobei H jeweils weiter mit einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N substituiert sein kann, und/oder Ri, R2, R3, R4, Rs und Rg gleich sind.
13. Chemische Verbindung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die chemische Verbindung die allgemeine Formel X aufweist mit Xi, X2, X3, X4, X5 und Xe unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, mit R50- R54, R55- R59, Reo-Re4, Re5-Re9, R?o_R74, und R75-R79 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, bevorzugt F, Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Thioalkoxy, Aryl, bevorzugt Phenyl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, mit der Maßgabe, dass jeweils mindestens eins aus Rso-Rs4, Rss-Rsg, Reo-R64, Res-Reg, R7o-R74, und R75-R79 kein H ist, bevorzugt mindestens zwei aus Rso-Rs4, Rss-Rsg, Reo-R64, Res- Reg, R70- R74, und Rgs-Rgg kein H sind.
14. Chemische Verbindung nach Anspruch 13, wobei jeweils ein Rso-Rs4, R55- R59, Reo-Re4, Res-Reg, R7o-R74, und Rgs-Rgg eine Amino-Gruppe mit jeweils mindestens einem Alkyl oder Aryl ist, bevorzugt mit zwei Alkyl oder Aryl.
15. Chemische Verbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei Xu X2, X3, X4, X5 und X6 H sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD248500A1 (de) * 1984-12-28 1987-08-12 Fahlberg List Veb Mittel zur behandlung von saat- und pflanzgut
DE102004010954A1 (de) 2004-03-03 2005-10-06 Novaled Gmbh Verwendung eines Metallkomplexes als n-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, organisches Halbleitermaterial und elektronisches Bauteil
US7884209B2 (en) 2006-03-30 2011-02-08 Novaled Ag Use of bora-tetraazapentalenes
DE102007018456B4 (de) 2007-04-19 2022-02-24 Novaled Gmbh Verwendung von Hauptgruppenelementhalogeniden und/oder -pseudohalogeniden, organisches halbleitendes Matrixmaterial, elektronische und optoelektronische Bauelemente
DE102008051737B4 (de) 2007-10-24 2022-10-06 Novaled Gmbh Quadratisch planare Übergangsmetallkomplexe, organische halbleitende Materialien sowie elektronische oder optoelektronische Bauelemente, die diese umfassen und Verwendung derselben
KR20110018376A (ko) * 2008-06-23 2011-02-23 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 이루어지는 발광 소자
JP2011105678A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Tosoh Corp アミン化合物およびその用途
DK2398056T3 (en) 2010-06-21 2016-05-30 Heliatek Gmbh Organic solar cell with multiple transportlagsystemer
US9502660B2 (en) 2011-06-22 2016-11-22 Novaled Gmbh Electronic device and compound
CN113651785B (zh) 2021-09-17 2024-01-26 长春海谱润斯科技股份有限公司 一种杂环化合物及其有机发光器件

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