EP4646907A1 - Elektronisches bauelement mit einer chemischen verbindung der allgemeinen formel i, ii und/oder iii - Google Patents

Elektronisches bauelement mit einer chemischen verbindung der allgemeinen formel i, ii und/oder iii

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Publication number
EP4646907A1
EP4646907A1 EP23840888.4A EP23840888A EP4646907A1 EP 4646907 A1 EP4646907 A1 EP 4646907A1 EP 23840888 A EP23840888 A EP 23840888A EP 4646907 A1 EP4646907 A1 EP 4646907A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alkyl
aryl
group
heteroaryl
electronic component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23840888.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gunter Mattersteig
Martin PFEIFFER-JACOB
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heliatek GmbH filed Critical Heliatek GmbH
Publication of EP4646907A1 publication Critical patent/EP4646907A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/636—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising heteroaromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/84—Layers having high charge carrier mobility
    • H10K30/85—Layers having high electron mobility, e.g. electron-transporting layers or hole-blocking layers

Definitions

  • the present invention relates to an electronic component with an electrode, a counter electrode and a layer system between the electrode and the counter electrode, wherein at least one layer of the layer system comprises a chemical compound of the general formula I, II and/or I II, and to a use of such a chemical compound of the general formula I, II and/or III in an electronic component.
  • Optoelectronic components enable the conversion of electromagnetic radiation into electrical current, or emit electromagnetic radiation when electrical current flows through them.
  • Organic solar cells for converting electromagnetic radiation into electrical current comprise at least two electrodes, one electrode being applied to a substrate and the other acting 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, which are preferably vapor-deposited in a vacuum or processed from solution.
  • a prior art structure of an organic solar cell 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).
  • a pin solar cell consists of a substrate with an adjoining, usually transparent, ground contact, p-layer(s), i-layer(s), n-layer(s), and a cover contact.
  • a nip solar cell consists of a substrate with an adjoining, usually transparent, ground contact, n-layer(s), i-layer(s), p-layer(s), and a cover contact.
  • photoactive compounds so-called absorbers
  • absorbers are used in a donor/acceptor system, a heterojunction, where at least the donor and/or the acceptor absorbs electromagnetic radiation.
  • the donor/acceptor system can be designed as a planar heterojunction or as a bulk heterojunction.
  • the photoactive layers can be made of polymers or small molecules.
  • the absorbers absorb electromagnetic radiation of a specific wavelength, converting photons into excitons that contribute to a photocurrent.
  • the connections in the donor/acceptor system must have a high mobility of the charge carriers in order to minimize a 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. In order to minimize the recombination of the charge carriers, the layers must have a high conductivity.
  • the efficiency of optoelectronic elements is determined, among other things, by the ability of the layers to transport charge carriers.
  • the transport layers must have a certain conductivity, but the conductivity should not be too high. Furthermore, for commercial application, the conductivity must be maintained over a long service life of the electronic component.
  • the materials must therefore be electrochemically stable and should show as little diffusion as possible within the transport layer.
  • HTL hole transport layers
  • ETL electron transport layers
  • n-dopant a suitable donor material
  • dopants in organic electronic Components, in particular in organic solar cells and organic light-emitting diodes, are known.
  • Various materials are proposed as dopants, for example aryl- and/or heteroaryl-substituted main group element halides (DE102007018456B4), metal complexes (W02005086251A2, EP1721347A1), transition metal complexes (DE102008051737), bora-tetraazapentalenes (W02007115540A1), and organic phosphoranes (EP2724388B1).
  • Inorganic dopants such as alkali metals (e.g. cesium) or Lewis acids ( e.g.
  • FeC13 ; SbC15 are usually disadvantageous in organic matrix materials due to their high diffusion coefficients, as the function and stability of the electronic components are impaired ( 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 ).
  • dopants disclosed in the prior art are indeed suitable for doping transport layers in electronic components, but alternative dopants are required that are freely accessible and enable sufficient conductivity of layers doped with them. Furthermore, the evaporation of many known dopants leads to thermal decomposition, so that neither perfect cleaning by sublimation nor vapor deposition from evaporator sources relevant for production without the formation of decomposition products is possible.
  • the present invention is therefore based on the object of providing new dopants for doping organic layers in electronic components, which have sufficiently high redox potentials, do not have a disruptive effect on the matrix material, and provide an effective increase in the conductivity and/or the charge carrier density in the matrix material. Furthermore, the dopants should be vaporizable for processing in a vacuum.
  • the object is achieved in particular by providing an electronic component with an electrode, a counter electrode and a Layer system is provided between the electrode and the counter electrode.
  • At least one layer of the layer system has at least one chemical compound of the general formula I (a quinoline derivative), II (an isoquinoline derivative), and/or III (a quinazoline derivative): wherein no further ring is fused to the basic structure of formula I, II and III, with at least one RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or at least one RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III independently of one another an amino group NR8R9, wherein R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of H, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, wherein the aryl or heteroaryl can be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit
  • a substitution is understood in particular to mean the replacement of H by a substituent.
  • a substituent is understood in particular to mean 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 amino group, an O-alkyl group, an S-alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group.
  • a halogen is understood in particular to mean F, CI or Br, preferably F.
  • the alkyl groups are preferably C1-C4 alkyl groups.
  • the aryl or heteroaryl groups are preferably 5-membered or 6-membered rings.
  • two RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I are independently an amino group NR8R9.
  • one of the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I is selected from the group consisting of H, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S or N, where H atoms can each be substituted, where the substituent is in each case selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S or N.
  • an RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I is an amino group NR8R9, where R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of H, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S or N, where the aryl or heteroaryl can be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit, and where H atoms can each be substituted, where the substituent is each selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S or N, and one of the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I is selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-
  • the chemical compounds are so-called small molecules.
  • Small molecules are understood to be non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g/mol, which exist in the solid phase under normal pressure (air pressure of the atmosphere surrounding us) and at room temperature.
  • the small molecules are photoactive, whereby photoactive is understood to mean that the molecules change their charge state and/or their polarization state when exposed to light.
  • the photoactive molecules in particular absorb electromagnetic radiation in a certain wavelength range, whereby absorbed electromagnetic radiation, i.e. photons, are converted into excitons.
  • the electronic component with the chemical compound has advantages compared to the prior art.
  • new alternative dopants are provided.
  • the chemical compounds are suitable for doping a matrix material, preferably for doping transport materials, in particular electron transport materials, in particular the chemical compounds have sufficiently high redox potentials for this purpose.
  • the chemical compounds contribute to an increase in the charge carrier density in a matrix material.
  • the compounds have no disruptive influence on the matrix material, in particular on fullerenes.
  • the chemical compounds contribute to an increase in the charge carrier density of the doped matrix material and/or lead to an increased effective charge carrier mobility.
  • the dopants increase the conductivity of charge transport layers and/or the transfer of charge carriers between adjacent layers, in particular an electrode layer and an organic layer, or between two organic layers, is improved.
  • a conductivity achieved at higher temperatures of a layer doped with a chemical compound according to the invention remains at least largely
  • the chemical compounds advantageously have a low oxidation potential, are thus air-stable and can be used under atmospheric conditions.
  • the chemical compounds are advantageously sufficiently thermally stable and can be evaporated in a vacuum, for example by vacuum thermal evaporation (VTE) or organic vapor phase deposition (OVPD); in particular, the chemical compounds do not decompose when evaporated in a vacuum.
  • VTE vacuum thermal evaporation
  • OVPD organic vapor phase deposition
  • the chemical compounds are advantageously colorless, which at least largely does not lead to a reduction in the efficiency of photovoltaic elements due to parasitic absorption.
  • R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of H, alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, where the aryl or heteroaryl can be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit, and where H atoms can each be substituted, where the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N.
  • R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of alkyl, preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, aryl, preferably phenyl or naphthyl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, preferably furanyl or thiophenyl, where the aryl or heteroaryl can be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit, and where H atoms can each be substituted, where the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, preferably at least one substituent is an amino group NR10R11, with R10 and R11 independently selected from the group consisting of H, alkyl and aryl, or form RIO and Rll together form a heterocyclic aliphatic or aromatic ring .
  • At least R8 or R9, preferably R8 and R9, the amino group NR8R9 is an aryl or a heteroaryl.
  • At least R8 or R9, preferably R8 and R9, of the amino group NR8R9 are each independently an aryl or heteroaryl having a heteroatom selected from O, S or N, where H atoms can each be substituted, where the substituent is in each case selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, heteroaryl having a heteroatom selected from O, S or N, where preferably at least one substituent is a homocyclic or heterocyclic aliphatic 5-membered ring or 6-membered ring, an aryl or heteroaryl, where the heterocyclic aliphatic ring or the heteroaryl has a heteroatom selected from O, S or N.
  • At least R8 or R9 of the amino group NR8R9 is an aryl or a heteroaryl, preferably at least R8 or R9 is an aryl with at least one amino group NR10R11, or R8 and R9 of the amino group NR8R9 are an aryl or a heteroaryl, preferably R8 and R9 are an aryl with in each case at least one amino group NR10R11.
  • At least two RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or at least two RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are independently an amino group NR8R9.
  • R8 and R9 form a homocyclic or a heterocyclic aromatic or aliphatic ring.
  • the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are independently selected from the group consisting of H and alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, where H atoms can each be substituted, where the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N.
  • the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are independently selected from the group consisting of H and alkyl, preferably H and Cl-C6-alkyl, particularly preferably H, methyl, ethyl, propyl and isopropyl, and/or the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are the same.
  • At least one of the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III is not H.
  • the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are H.
  • R1 or R2, and R3 or R4, and R5 or R? in formula I are each independently a non-substituted or substituted aryl or a non-substituted or substituted heteroaryl having a heteroatom selected from O, S and N, wherein the substituent is in each case selected from the group consisting of halogen, amino, alkyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, and heteroaryl having a heteroatom selected from O, S or N.
  • At least R8 or R9, preferably R8 and R9, of the amino group NR8R9 is an aryl, preferably phenyl, where H atoms of the aryl can be substituted, preferably at least one H atom is substituted with an electron-donating substituent.
  • R8 and R9 are each equal to an amino group NR8R9.
  • R8 and R9 are independently an aryl or heteroaryl, preferably selected from the group consisting of
  • R12 to R18 independently selected from the group consisting of H, halogen, CN, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, where H atoms can each be substituted, where the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl,
  • the chemical compound is a compound of the general formula I, wherein preferably at least R2 , at least R3, or at least R6
  • Amino group NR8R9 particularly preferred are at least RI and
  • R6, at least R3 and R6, at least R3 and R7, at least R2 and R7, or at least R2 and R6 are an amino group NR8R9.
  • the chemical compound is a compound of the general formula IV, V or VI wherein preferably RIO and Rll are independently selected from the group consisting of H and alkyl, or RIO and Rl l together form a heterocyclic aliphatic or aromatic ring, wherein H atoms of the basic structure may be substituted, preferably at least one H atom is substituted with a further amino group NR8R9.
  • the chemical compound is selected from the group consisting of:
  • the electronic component has at least one photoactive layer, preferably two photoactive layers, or preferably three photoactive layers in the layer system.
  • Photoactive is understood in particular to mean that molecules change their charge state and/or their polarization state when exposed to light. Accordingly, a photoactive layer is understood in particular to mean a layer of an electronic component which has photoactive molecules which contribute to the absorption of radiation and/or the emission of radiation. A photoactive layer is understood accordingly to mean a light-absorbing layer or a light-emitting layer. In a preferred embodiment of the invention, at least one photoactive layer is a light-absorbing layer.
  • the electronic component has two photoactive layers, i.e. is a so-called tandem cell, or three photoactive layers, i.e. is a so-called triple cell.
  • the chemical compound of the general formula I, II, and/or II I is in a matrix material, wherein the matrix material has a LUMO energy level of -3.5 eV to -5.0 eV, preferably of -3.0 eV to -4.5 eV, preferably the matrix material is a fullerene, a fullerene derivative, phthalocyanine zinc or CN-HAT, particularly preferably the matrix material is selected from the group consisting of C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 and C94.
  • the chemical compound of the general formula I, II, and/or I II is homogeneously distributed in the matrix material or forms a gradient in the matrix material.
  • the matrix material is the matrix material of an electron transport layer or an electron injection layer.
  • the chemical compound of the general formula I, II and/or I II has a Oxidation potential E (1/2) ox against Fe/Fe+ (ferrocene/ferrocenium) of -0.09 V, preferably -0.6 V.
  • the matrix material has a reduction potential of -0.3 V compared to Fe/Fe+ (ferrocene/ferrocenium), preferably -0.5 V, or preferably -0.8 V.
  • Fe/Fe+ refers to the redox couple ferrocene/ferrocenium, which is used as a reference in the determination of the electrochemical potential by cyclic voltammetry.
  • the oxidation potential towards ferrocene/ferrocenium can be determined by cyclic voltammetry according to IUPAC recommendation (Gritzner, G.; Kuta, J. Pure Appl. Chem. 1984, 56, 461-466).
  • 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 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 an electron injection layer, or is in direct contact with such a layer, or is a layer of a pn junction (connection unit).
  • the electron injection layer is preferably arranged between an electrode and an electron transport layer.
  • the chemical compound of the general formula I, II, and/or III is an n-dopant for doping an electron transport layer, an electron injection layer, or a layer of a connecting unit (pn-junction) of the layer system.
  • the electron transport layer can be a layer of a connecting unit (pn-junction) or alternatively be arranged between an electrode and a photoactive layer.
  • the pn- j unction is in particular a connecting unit between two photoactive layers.
  • the n-dopant is present in the matrix material in a proportion of 0.1 to 30%, preferably from 1 to 30%, preferably from 5 to 20%, based on the molar proportion in the matrix material.
  • the doped electron transport layer has a layer thickness of 1 to 100 nm, preferably from 2 to 50 nm, preferably from 2 to 20 nm, preferably from 5 to 100 nm, preferably from 5 to 50 nm, preferably from 5 to 30 nm, preferably from 10 to 100 nm, preferably from 10 to 50 nm, preferably from 10 to 20 nm, or preferably from 10 to 40 nm.
  • the doped electron in ection layer has a layer thickness of 0.1 to 50 nm, preferably from 0.1 to 30 nm, preferably from 0.1 to 20 nm, preferably from 0.5 to 50 nm, preferably from 0.5 to 30 nm, preferably from 0.5 to 20 nm, preferably from 1 to 40 nm, or preferably from 1 to 20 nm.
  • the electronic component is an organic electronic component, preferably an organic optoelectronic component, wherein the layer system has at least one photoactive layer, preferably the organic electronic component is an organic light-emitting diode (OLED), an organic photovoltaic element (OPV), a battery, an organic field effect transistor (OFET), or an organic photodetector, or a thermal sensor.
  • OLED organic light-emitting diode
  • OPFET organic field effect transistor
  • 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 by utilizing the photoelectric effect.
  • the organic electronic components can be produced 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, by means of CVD, PVD or OVPD.
  • the electronic component is designed 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 which contain at least one i-layer.
  • An i-layer is understood in particular to be an intrinsic undoped layer.
  • One or more i-layers can consist of one material (planar heterojunction, PHJ) or of a mixture of two or more materials (bulk heterojunction, BHJ).
  • 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 C9H7BN2F2 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 understood in particular to be 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 bound to a donor unit (D).
  • 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 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 a combination of these materials.
  • the layer doped with the at least one chemical compound is a layer of a connection unit (pn-junction) which connects a photoactive layer to another photoactive layer in a tandem solar cell or in a multiple solar cell.
  • the connection unit (pn-junction) comprises at least one n-type layer and one p-type layer, wherein an interlayer in the form of a further n-type layer is preferably arranged between the n-type layer and the p-type layer, which has the chemical compound as an n-dopant.
  • the layer n-doped with the at least one chemical compound is in direct contact with an electrode, preferably a cathode, wherein the electrode is preferably formed from oxide conductors such as ITO, ZnO or ZnO:Al (AZO) or metals such as Al, Au or Ag, wherein an ohmic contact behavior is ensured.
  • an electrode preferably a cathode
  • oxide conductors such as ITO, ZnO or ZnO:Al (AZO) or metals such as Al, Au or Ag
  • the layer n-doped with the at least one chemical compound is in direct contact with an adjacent p-doped layer, preferably a p-doped hole transport layer (HTL) in a connection unit, in order to form a charge carrier generation layer (CGL) for an OLED and/or a recombination layer for an OPV.
  • an adjacent p-doped layer preferably a p-doped hole transport layer (HTL) in a connection unit, in order to form a charge carrier generation layer (CGL) for an OLED and/or a recombination layer for an OPV.
  • HTL hole transport layer
  • the layer with the chemical compound is arranged directly on an electron transport layer.
  • the layer n-doped with the at least one chemical compound is in direct contact with another n-doped layer with a deeper LUMO in order to form an ohmic contact behavior between the two n-doped layers.
  • the layer n-doped with the at least one chemical compound is in direct contact with an undoped photoactive layer which has a donor-acceptor junction formed as a planar heterojunction (PHJ) or bulk heterojunction (BHJ), or an undoped, electron-conducting intermediate layer, in particular made of fullerene C60, which is between the n-doped layer and the photoactive layer.
  • PHJ planar heterojunction
  • BHJ bulk heterojunction
  • an undoped, electron-conducting intermediate layer in particular made of fullerene C60, which is between the n-doped layer and the photoactive layer.
  • the object of the present invention is also achieved by providing a use of a chemical compound of the general formula I, II and/or III as a dopant in an electronic component, preferably as an n-dopant, for doping at least one layer in a layer system of the electronic component, in particular according to one of the previously described embodiments.
  • a chemical compound of the general formula I, II and/or III as a dopant in an electronic component, preferably as an n-dopant, for doping at least one layer in a layer system of the electronic component, in particular according to one of the previously described embodiments.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electronic component with a layer system between an electrode and a counter electrode in cross section in one embodiment
  • Fig. 2 shows in one embodiment the electrical conductivity of a layer of C60 with different proportions of doping with compound (01);
  • Fig. 3 shows in one embodiment the electrical conductivity of a layer of C60 with different proportions of doping with compound (02).
  • Fig. 1 shows, in one embodiment, a schematic representation of an electronic component 1 with a layer system 8 between an electrode 3 and a counter electrode 8 in cross section.
  • the electronic component 1 is an organic photovoltaic element.
  • the electronic component 1 has an electrode 3, a counter electrode 7 and a layer system 8 between the electrode 3 and the counter electrode 7.
  • the layer system 8 comprises a photoactive layer 5 and the transport layers 4,6.
  • At least one layer of the layer system 8 comprises at least one chemical compound of the general formula I, II, and/or III: wherein no further ring is fused to the basic structure of formula I, II and III, with at least one RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or at least one RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III independently of one another an amino group NR8R9, wherein R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of H, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, wherein the aryl or heteroaryl can be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit, and wherein H atoms can each be substituted, wherein the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, O-alkyl, S-alkyl,
  • R8 and R9 are each independently selected from the group consisting of H, alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from 0, S and N, wherein the aryl or heteroaryl may be bridged to the N atom of the amino group via a CH2 or C2H4 unit, and wherein H atoms may each be substituted, wherein the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N.
  • At least two RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or at least two RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are independently an amino group NR8R9.
  • At least R8 or R9 of the amino group NR8R9 is an aryl or a heteroaryl, preferably at least R8 or R9 is an aryl with at least one amino group NR10R11, or R8 and R9 of the amino group NR8R9 are an aryl or a heteroaryl, preferably R8 and R9 are an aryl with at least one amino group NR10R11.
  • the remaining RI, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 in formula I or formula II, or the remaining RI, R2, R3, R4, R5 and R6 in formula III are independently selected from the group consisting of H and alkyl, aryl, heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N, where H atoms can each be substituted, where the substituent is selected from the group consisting of amino, alkyl, alkenyl, aryl, and heteroaryl with a heteroatom selected from O, S and N.
  • the chemical compound is selected from the group consisting of:
  • the chemical compound of the general formula I, II, and/or III is present in a matrix material, wherein 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, preferably the matrix material is a fullerene, a fullerene derivative, or CN-HAT, particularly preferably the matrix material is selected from the group consisting of C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 and C94.
  • the matrix material is an electron transport material (ETM).
  • the chemical compound of the general formula I, II, and/or III is an n-dopant for doping an electron transport layer, an electron injection layer, or a layer of a pn junction of the layer system 8.
  • the n-dopant is present in the matrix material in a proportion of 0.1 to 30%, preferably from 1 to 30%, preferably from 5 to 20%, based on the molar proportion in the matrix material.
  • the electronic component 1 is an organic electronic component 1, preferably an organic optoelectronic component, wherein the layer system 8 has at least one photoactive layer 5, preferably the organic electronic component 1 is an organic light-emitting diode (OLED), an organic photovoltaic element (OPV), an organic field effect transistor (OFET), or an organic photodetector, or a thermal sensor, or a battery.
  • OLED organic light-emitting diode
  • OPFET organic field effect transistor
  • the optoelectronic component 1 has in particular at least one light-absorbing photoactive layer 5.
  • the electronic component 1 has a substrate 2 made of glass; the substrate 2 can alternatively be a transparent film.
  • An electrode 3 is arranged on the substrate 2 and is made, for example, from metal, a conductive oxide, in particular ITO (indium tin oxide), ZnO:Al or another transparent, conductive oxide or polymer, such as PEDOT:PSS or PANI.
  • a layer system 8 is arranged on the electrode 3, comprising a transport layer 4, designed as an n-doped electron transport layer 4 (ETL).
  • a photoactive layer 5 is arranged on the transport layer 4 and comprises at least one donor and one acceptor material, in particular with a p-conducting donor material and an n-conducting acceptor material, e.g.
  • C60 fullerene which together form a donor-acceptor system, either as a flat heterojunction (PHJ) or as a bulk heterojunction (BHJ).
  • a transport layer 6 in particular a p-doped hole transport layer 6 (HTL), and the counter electrode 7 made of aluminum.
  • the electron transport layer 4 is n-doped with a compound according to the invention.
  • the photoactive layer 5 in this exemplary embodiment is designed as a bulk heterojunction (BHJ), with a donor and fullerene C60 as the acceptor.
  • the electron transport layer 4 has at least one chemical compound of the general formula I.
  • the chemical compounds are thermally stable and allow evaporation in high vacuum with a process window between 100°C and 400°C, for example by means of vacuum thermal evaporation (VTE) or organic vapor phase deposition (OVPD).
  • VTE vacuum thermal evaporation
  • OVPD organic vapor phase deposition
  • Fig. 2 shows, in one embodiment, the electrical conductivity of a layer of C60 with different proportions of doping with compound (01). Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the previous description.
  • the conductivity of a layer of fullerene C60 as matrix material doped with compound (01) as n-dopant was determined.
  • the matrix material was co-evaporated with compound (01) and the conductivity of the layer doped in this way was investigated.
  • the layer contains the chemical compound (01) in proportion to the matrix material C60 in a doping concentration of
  • the conductivity of the layer with C60 as matrix material increases when doped with the compound (01) compared to a non-doped layer of C60 and is 8.5 -IO -6 S/cm when doped at a proportion of 8.8 wt.% and
  • the conductivity of a non-doped layer of C60 is 10 ⁇ 8 S/cm or lower.
  • the conductivity of C60 can be significantly increased.
  • the increased electrical conductivity by doping with the compound (01) as an n-dopant is at least largely irreversible, so that even at a reduced temperature, an increase in the conductivity of layers once heated is largely maintained.
  • Fig. 3 shows in one embodiment the electrical conductivity of a layer of C60 with different proportions of doping with compound (02).
  • the conductivity of a layer of fullerene C60 as matrix material doped with compound (02) as n-dopant was determined.
  • the doped layer was prepared as shown in Fig. 2 and the conductivity was measured accordingly.
  • the conductivity of the layer with C60 as matrix material increases when doped with the compound (02) compared to an undoped layer of C60 and is 6.4 -10 -4 S/cm at a doping level of 10.8 wt.% and 4.9 -10 ⁇ 3 S/cm at a doping level of 16.1 wt.%.
  • the conductivity of an undoped layer of C60 is 10 ⁇ 8 S/cm or lower.
  • the embodiments show that doping a matrix material with a chemical compound according to the invention leads to increased conductivity compared to an undoped matrix material.
  • the conductivity of the matrix material C60 can be increased with the compounds (01) and (02) according to the invention compared to a layer of undoped fullerene C60.
  • the conductivity of the layers doped with the chemical compounds (01) and (02) is at least largely maintained or even increased at higher temperatures.
  • the compound (02) was used to dope a layer in a layer system 8 of an electronic component 1. Identical and functionally identical elements are are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the previous description.
  • the electronic component 1 is an organic photovoltaic element which has a photoactive layer 5.
  • the materials are printed, glued, coated, vaporized or applied in some other way onto the substrate 2 in the form of thin films or small volumes.
  • the substrate 2 can be glass or a film, for example. All methods that are also used for electronics on glass, ceramic or semiconducting carriers can be used to produce the thin layers.
  • vacuum evaporation of the individual layers of the layer system 8 with the electrodes 3, 7 was used in the present exemplary embodiments.
  • the materials were applied by evaporating the corresponding material in a vacuum.
  • the chemical compound can be co-evaporated at the same time as the matrix material, so that a certain doping ratio is obtained.
  • the layers can also be deposited by means of gas phase deposition or solvent processing.
  • the compound (02) was used as an n-dopant for doping an electron transport layer 4 between an electrode 3 and a photoactive layer 5 of the layer system.
  • C60 was used as the acceptor and Absorber014 as the donor as the donor/acceptor heterojunction.
  • the layer structure of the layer system 8 is summarized in Table 1 .
  • ITO Indium Tin Oxide
  • NHT49 commercial hole conductor from Novaled GmbH
  • NDP9 commercial p-dopant from Novaled AG
  • NDN45 commercial n-dopant from Novaled AG
  • the layers were deposited on a PET film as substrate with ITO base contact in a high vacuum (2xlCh 6 mbar).
  • the evaporation rates were chosen for all layers so that the total rate of co-evaporated materials was between 0.03 and 0.06 nm/s.
  • Mixed evaporation ratios and doping densities refer to mass fractions.
  • the substrate temperature during deposition was 30+/-5°C.
  • 100 nm of aluminum (Al) was evaporated through a shadow mask as a cover contact.
  • Type A fullerene C60 doped with 10 wt.% NDN45 (reference)
  • type B fullerene C60 doped with 10 wt.% compound (02) .
  • the compound (02) was used to dope a layer in a layer system 8 of an electronic component 1.
  • the electronic component 1 is an organic photovoltaic element which is designed as a tandem cell with two photoactive layers 5. The production of the organic photovoltaic element corresponds to that in the previous embodiment.
  • the compound (02) was used as an n-dopant for doping an n-type layer of a connection unit (pn-junction) between two photoactive layers of the layer system.
  • C60 was used as the acceptor and Absorber014 as the donor as the donor/acceptor heterojunction.
  • the layer structure of the layer system 8 is summarized in Table 2 .
  • Type C fullerene C60 doped with 20 wt.% NDN45 (reference)
  • type D fullerene C60 doped with 10 wt.% compound (02)
  • type E fullerene C60 doped with 20 wt.% compound (02).
  • the current-voltage characteristics of the organic photovoltaic element were measured according to the previous embodiment and the parameters fill factor FF, open circuit voltage Voc, and short circuit current Jsc with the compound (02) were determined.
  • the high fill factor FF shows that the n-doping of C60 with compound (02) works efficiently and a quasi-ohmic contact behavior is obtained at the interface between the ETL on one side and the doped p-HTL on the other side.
  • an s- shaped characteristic with a greatly reduced fill factor since the pn junction would form a counter diode.
  • the chemical compounds according to the invention are suitable as n-dopants for doping a layer in a layer system 8 of an electronic component 1. It was also shown that the compound (02) is advantageous as a weak dopant for the performance of an organic photovoltaic element.

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Abstract

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, II, und/oder III aufweist, und eine Verwendung einer solchen chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I, II und/oder III in einem elektronischen Bauelement.

Description

Elektronisches Bauelement mit einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I , II und/oder III
Die vorliegende Erfindung betrifft ein 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 , II , und/oder I II aufweist , und eine Verwendung einer solchen chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I , II und/oder II I in einem elektronischen Bauelement .
Optoelektronische Bauelemente ermöglichen die Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom, oder emittieren elektromagnetische Strahlung, wenn sie von elektrischem Strom durchflossen werden .
Organische Solarzellen zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom 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 Löcher-Transportschichten, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus Lösung prozessiert werden . 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 . In den photoaktiven Schichten organischer Solarzellen werden photoaktive Verbindungen, sogenannte Absorber , 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-Heteroj unction ausgebildet sein . Die photoaktiven Schichten können dabei aus Polymeren oder kleinen Molekülen auf gebaut sein . Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle verdampfbar . 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 .
Die Effizienz von optoelektronischen Elementen wird unter anderem von der Fähigkeit der Schichten zum Transport von Ladungsträgern bestimmt . Die Transportschichten müssen eine gewisse Leitfähigkeit aufweisen, die Leitfähigkeit sollte dennoch nicht zu hoch sein . Des Weiteren muss für die kommerzielle Anwendung die Leitfähigkeit über eine lange Lebensdauer des elektronischen Bauelements erhalten bleiben . Die Materialien müssen deshalb elektrochemisch stabil sein und sollen möglichst wenig Diffusion innerhalb der Transportschicht zeigen .
Durch eine Dotierung von Löchertransportschichten ( HTL ) mit einem geeigneten Akzeptormaterial (p-Dotand ) und/oder von Elektronen- Transportschichten ( ETL ) mit einem geeigneten Donormaterial ( n- Dotand ) kann die Ladungsträgerdichte in Schichten und die Leitfähigkeit erhöht werden, wodurch auch ein verbesserter Übergang von Ladungsträgern zwischen angrenzenden Schichten erfolgen kann .
Die Verwendung von Dotanden in organischen elektronischen Bauelementen, insbesondere in organischen Solarzellen und organischen Leuchtdioden , ist bekannt . Dabei werden verschiedene Materialien als Dotanden vorgeschlagen, beispielsweise Aryl- und/oder Heteroaryl-substituierte Hauptgruppenelementhalogenide ( DE102007018456B4 ) , Metallkomplexe (W02005086251A2 , EP1721347A1 ) , 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 Dif fusions koeffizienten 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 ) .
Die im Stand der Technik offenbarten Dotanden sind zwar zur Dotierung von Transportschichten in elektronischen Bauelementen geeignet , allerdings bedarf es alternativer Dotanden, die frei zugänglich sind und eine ausreichende Leitfähigkeit damit dotierter Schichten ermöglichen . Des Weiteren kommt es bei der Verdampfung von vielen bekannten Dotanden zu einer thermischen Zersetzung, so dass weder eine einwandfreie Reinigung durch Sublimation, noch ein Aufdampfen aus für die Produktion relevanten Verdampferquellen ohne Bildung von Zersetzungsprodukten möglich ist .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , neue Dotanden zur Dotierung von organischen Schichten in elektronischen Bauelementen bereitzustellen, die ausreichend hohe Redoxpotentiale aufweisen, ohne störenden Einfluss auf das Matrixmaterial sind, und eine wirksame Erhöhung der Leitfähigkeit und/oder der Ladungsträgerdichte im Matrixmaterial bereitstellen . Des Weiteren sollen die Dotanden zur Prozessierung im Vakuum verdampfbar sein .
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst , indem elektronisches Bauelement mit einer Elektrode , einer Gegenelektrode und einem Schichtsystem zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode bereitgestellt wird. Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtsystems mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I (ein Chinolin-Derivat) , II (ein Isochinolin-Derivat) , und/oder III (ein Chinazolin-Derivat) auf: wobei kein weiterer Ring an das Grundgerüst der Formel I, II und III anelliert ist, mit mindestens einem RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens einem RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit mit dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, mit den übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder den übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, CN, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H- Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N. Es wird vermutet, dass sich die verwendete basische Form, insbesondere bei einer Verdampfung, unter Anlagerung eines zusätzlichen Wasserstoff Atoms und Abgabe eines Elektrons an die Matrix in ein stabiles Kation verwandelt. Unter einer Substitution wird insbesondere der Austausch von H durch einen Substituenten 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 Amino-Gruppe , eine O-Alkyl-Gruppe, eine S- Alkyl-Gruppe , eine Aryl-Gruppe, oder eine Heteroaryl-Gruppe. Unter einem Halogen wird insbesondere F, CI oder Br verstanden, bevorzugt F. Die Alkyl-Gruppen sind bevorzugt C1-C4 Alkyl-Gruppen. Die Aryloder Heteroaryl-Gruppen sind bevorzugt 5-Ringe oder 6-Ringe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei RI, R2, R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I unabhängig voneinander eine Amino- Gruppe NR8R9.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eines der übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein RI, R2, R3, R4 , R5, R6 und R7 in Formel I eine Amino-Gruppe NR8R9, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit mit dem N-Atom der Amino- Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S- Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, und einem der übrigen RI, R2, R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , O-Alkyl , S-Alkyl , Aryl , Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S oder N .
Die chemischen Verbindungen betreffen sogenannte kleine Moleküle . Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck ( Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre ) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen . Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungs zustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern . Die photoaktiven Moleküle zeigen insbesondere eine Absorption elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich, wobei absorbierte elektromagnetische Strahlung, also Photonen, in Exzitonen umgewandelt werden .
Das elektronische Bauelement mit der chemischen Verbindung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf . Vorteilhafterweise werden neue alternative Dotanden bereitgestellt . Vorteilhafterweise sind die chemischen Verbindungen zur Dotierung eines Matrixmaterials geeignet , bevorzugt zur Dotierung von Transportmaterialien, insbesondere von Elektronen-Transportmaterialien, insbesondere weisen die chemischen Verbindungen dafür ausreichend hohe Redoxpotentiale auf . Vorteilhafterweise tragen die chemischen Verbindungen zu einer Erhöhung der Ladungsträgerdichte in einem Matrixmaterial bei . Vorteilhafterweise sind die Verbindungen ohne störenden Einfluss auf das Matrixmaterial , insbesondere auf Fullerene . Vorteilhafterweise tragen die chemischen Verbindungen zu einer Erhöhung der Ladungsträgerdichte des dotierten Matrixmaterials bei und/oder führen zu einer erhöhten effektiven Ladungsträgerbeweglichkeit . Vorteilhafterweise erhöhen die Dotanden die Leitfähigkeit von Ladungstransportschichten und/oder wird der Übergang von Ladungsträgern zwischen angrenzenden Schichten, insbesondere einer Elektrodenschicht und einer organischen Schicht , oder zwischen zwei organischen Schichten, verbessert . Vorteilhafterweise bleibt eine bei höheren Temperaturen erzielte Leitfähigkeit von mit einer erfindungsgemäßen chemischen Verbindung dotierten Schicht auch nach dem Abkühlen zumindest weitgehend erhalten . Vorteilhafterweise weisen die chemischen Verbindungen ein niedriges Oxidationspotential auf , sind damit 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 R8 und R9 j eweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl , Aryl , Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit zu dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome j eweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino , Alkyl , Alkenyl , Alkinyl , Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass R8 und R9 j eweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkyl , bevorzugt Methyl , Ethyl , Propyl , iso-Propyl , Aryl , bevorzugt Phenyl oder Naphthyl , Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0 , S und N, bevorzugt Furanyl oder Thiophenyl , wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4- Einheit zu dem N-Atom der Amino-Grippe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome j eweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino , Alkyl , Aryl , und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, bevorzugt ist mindestens ein Substituent eine Amino-Gruppe NR10R11 , mit RI O und Rl l unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H , Alkyl und Aryl , oder bilden RIO und Rll zusammen einen heterocyclischen aliphatischen oder aromatischen Ring .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens R8 oder R9, bevorzugt R8 und R9, der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens R8 oder R9, bevorzugt R8 und R9, der Amino-Gruppe NR8R9 jeweils unabhängig voneinander ein Aryl oder Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N, wobei bevorzugt mindestens ein Substituent ein homocyclischer oder heterocyclischer aliphatischer 5-Ring oder 6-Ring, ein Aryl oder Heteroaryl ist, wobei der heterocyclische aliphatische Ring oder das Heteroaryl ein Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils mindestens R8 oder R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl ist, bevorzugt ist mindestens R8 oder R9 ein Aryl mit mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11, oder sind R8 und R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl, bevorzugt sind R8 und R9 ein Aryl mit jeweils mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei RI, R2 , R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens zwei RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9 sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden R8 und R9, einen homocyclischen oder einen heterocyclischen aromatischen oder aliphatischen Ring.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die übrigen RI, R2 , R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die übrigen RI, R2, R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, bevorzugt H und Cl-C6-Alkyl, insbesondere bevorzugt H, Methyl, Ethyl, Propyl und iso-Propyl, und/oder sind die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III gleich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eins der übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder der übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III kein H. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die übrigen RI, R2, R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III H.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Ri oder R2, und R3 oder R4, und R5 oder R? in Formel I jeweils unabhängig voneinander ein nicht-substituiertes oder substituiertes Aryl oder ein nicht-substituiertes oder substituiertes Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei der Substituent jeweils ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Amino, Alkyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S oder N.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens R8 oder R9, bevorzugt R8 und R9, der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl, bevorzugt Phenyl, wobei H-Atome des Aryls substituiert sein können, bevorzugt ist mindestens ein H-Atom mit einem Elektronen-schiebenden Substituenten substituiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind R8 und R9 jeweils einer Amino-Gruppe NR8R9 gleich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass R8 und R9 unabhängig voneinander ein Aryl oder Heteroaryl sind, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
wobei * die Verknüpfung an N der Amino-Gruppe darstellt, mit R12 bis R18 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, CN, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H- Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl,
Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel I ist , wobei bevorzugt zumindest R2 , zumindest R3, oder zumindest R6
Amino-Gruppe NR8R9 ist, insbesondere bevorzugt sind zumindest RI und
R6, zumindest R3 und R6, zumindest R3 und R7, zumindest R2 und R7, oder zumindest R2 und R6 eine Amino-Gruppe NR8R9.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel IV, V oder VI ist wobei bevorzugt RIO und Rll unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl , oder RIO und Rl l zusammen einen heterocyclischen aliphatischen oder aromatischen Ring bilden, wobei H-Atome des Grundgerüsts substituiert sein können, bevorzugt ist mindestens ein H-Atom mit einer weiteren Amino-Gruppe NR8R9 substituiert .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus : In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das elektronische Bauelement mindestens eine photoaktive Schicht , bevorzugt zwei photoaktive Schichten, oder bevorzugt drei photoaktive Schichten in dem Schichtsystem auf .
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, welche photoaktive Moleküle aufweist , die einen Beitrag zur Absorption von Strahlung und/oder zur Emission von Strahlung liefert . Unter einer photoaktiven Schicht wird entsprechend eine lichtabsorbierende Schicht oder eine lichtemittierende Schicht verstanden . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine photoaktive Schicht eine lichtabsorbierende Schicht .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das elektronische Bauelement zwei photoaktive Schichten auf , ist also eine sogenannte Tandem-Zelle , oder drei photoaktive Schichten auf , ist also eine sogenannte Triple-Zelle .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I , I I , und/oder II I in einem Matrixmaterial , wobei das Matrixmaterial ein LUMO- Energieniveau von -3 , 5 eV bis -5 , 0 eV aufweist , bevorzugt von -3 , 0 eV bis -4 , 5 eV, bevorzugt ist das Matrixmaterial ein Fulleren, ein Fulleren-Derivat , Phthalocyanin-Zink oder CN-HAT , insbesondere bevorzugt ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C60 , C70 , C76 , C80 , C82 , C84 , C86 , C90 und C94 . Dabei ist die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I , II , und/oder I II in dem Matrixmaterial homogen verteilt oder bildet in dem Matrixmaterial einen Gradienten . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Matrixmaterial das Matrixmaterial einer Elektronen-Transportschicht oder einer Elektronen-In j ektionsschicht .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I , I I und/oder I II ein Oxidationspotential E (1/2) ox gegenüber Fe/Fe+ ( Ferrocen/Ferrocenium) von -0,09 V auf, bevorzugt -0,6 V.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Matrixmaterial ein Reduktionspotential von -0,3 V gegenüber Fe/Fe+ (Ferrocen/Ferrocenium) auf, bevorzugt von -0,5 V, oder bevorzugt von -0,8 V. Das Reduktionspotential von Fulleren C60 liegt bei Ered=- 0,98V gegenüber Fc/Fc+.
Fe/Fe+ bezieht sich auf das Redoxpaar Ferrocen/Ferrocenium, welches als Referenz bei der Bestimmung des elektrochemischen Potentials mittels Cyclovoltammetrie verwendet wird. Das Oxidationspotential gegenüber Ferrocen/Ferrocenium kann mittels Cyclovoltammetrie gemäß IUPAC Empfehlung (Gritzner, G.; Kuta, J. Pure Appl. Chem. 1984, 56, 461-466) bestimmt werden.
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 ist die mindestens eine Schicht mit der mindestens einen chemischen Verbindung in direktem Kontakt mit einer Elektrode, ist eine Elektronen-Transportschicht, und/oder eine Elektronen- Inj ektionsschicht, oder ist in direktem Kontakt mit einer solchen Schicht, oder ist eine Schicht einer pn-junction (Verbindungseinheit) . Die Elektronen-Inj ektionsschicht ist bevorzugt zwischen einer Elektrode und einer Elektronen-Transportschicht angeordnet .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III ein n-Dotand zur Dotierung einer Elektronen-Transportschicht, einer Elektronen-Injektionsschicht, oder einer Schicht einer Verbindungseinheit (pn-junction) des Schichtsystems ist. Die Elektronen-Transportschicht kann eine Schicht einer Verbindungseinheit (pn-junction) sein oder alternativ zwischen einer Elektrode und einer photoaktiven Schicht angeordnet sein. Die pn- j unction ist insbesondere eine Verbindungseinheit zwischen zwei photoaktiven Schichten .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der n- Dotand in einem Anteil von 0 , 1 bis 30% in dem Matrixmaterial vor, bevorzugt von 1 bis 30% , bevorzugt von 5 bis 20% bezogen auf den molaren Anteil im Matrixmaterial .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die dotierte Elektronen-Transportschicht eine Schichtdicke von 1 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 30 nm, bevorzugt von 10 bis 100 nm, bevorzugt von 10 bis 50 nm, bevorzugt von 10 bis 20 nm, oder bevorzugt von 10 bis 40 nm .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die dotierte Elektronen-In ektionsschicht eine Schichtdicke von 0 , 1 bis 50 nm auf , bevorzugt von 0 , 1 bis 30 nm, bevorzugt von 0 , 1 bis 20 nm, bevorzugt von 0 , 5 bis 50 nm, bevorzugt von 0 , 5 bis 30 nm, bevorzugt von 0 , 5 bis 20 nm, bevorzugt von 1 bis 40 nm, oder bevorzugt von 1 bis 20 nm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektronische Bauelement ein organisches elektronisches Bauelement ist , bevorzugt ein organisches optoelektronisches Bauelement , wobei das Schichtsystem mindestens eine photoaktive Schicht aufweist , bevorzugt ist das organische elektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organisches photovoltaisches Element (OPV) , eine Batterie , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET ) , oder ein organischer Fotodetektor , oder ein Thermosensor .
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 . 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, aufgetragen werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das 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 unction, PHJ) als auch aus einer Mischung zweier oder mehrerer Materialien (bulk hetero unction, BHJ) bestehen .
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 C9H7BN2F2 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 .
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 besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der mindestens einen chemischen Verbindung n-dotierte Schicht eine Schicht einer Verbindungseinheit (pn-j unction) , die eine photoaktive Schicht mit einer anderen photoaktiven Schicht in einer Tandem-Solarzelle oder in einer Mehrfach-Solarzelle verbindet . Die Verbindungseinheit (pn- j unction ) umfasst zumindest eine n-Typ Schicht und eine p-Typ Schicht , wobei bevorzugt zwischen der n-Typ Schicht und der p-Typ Schicht eine Interlayer in Form einer weiteren n-Typ Schicht angeordnet ist , welche die chemische Verbindung als n- Dotand aufweist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der mindestens einen chemischen Verbindung n-dotierte Schicht in direktem Kontakt mit einer Elektrode , bevorzugt einer Kathode , wobei die Elektrode bevorzugt aus Oxidhaltleitern wie ITO , ZnO oder ZnO : Al (AZO ) oder Metallen wie Al , Au oder Ag gebildet ist , wobei ein ohmsches Kontaktverhalten sichergestellt ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der mindestens einen chemischen Verbindung n-dotierte Schicht in direktem Kontakt zu einer angrenzenden p-dotierten Schicht , bevorzugt eine p-dotierte Löcher-Transportschicht ( HTL ) in einer Verbindungseinheit , um eine Ladungsträgergenerationsschicht ( CGL ) für eine OLED und/oder eine Rekombinationsschicht für eine OPV zu bilden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht mit der chemischen Verbindung direkt an einer Elektronen- Transportschicht angeordnet . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der mindestens einen chemischen Verbindung n-dotierte Schicht in direktem Kontakt zu einer weiteren n-dotierten Schicht mit tiefer liegendem LUMO , um ein ohmsches Kontaktverhalten zwischen den beiden n-dotierten Schichten zu bilden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der mindestens einen chemischen Verbindung n-dotierte Schicht in direktem Kontakt zu einer undotierten photoaktiven Schicht , welche einen Donor-Akzeptor-Übergang ausgebildet als Planar Hetero unction ( PHJ) oder Bulk Heteroj unction ( BHJ) aufweist , oder einer undotierten, elektronenleitenden Zwischenschicht , insbesondere aus Fulleren C60 , die zwischen der n-dotierten Schicht und der photoaktiven Schicht angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem eine Verwendung einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I, II und/oder III als Dotand in einem elektronischen Bauelement, bevorzugt als n-Dotand, zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem des elektronischen Bauelements bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für die Verwendung der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I, II und/oder III in einem elektronische Bauelement insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem elektronischen Bauelement erläutert wurden .
Die Synthese erfindungsgemäßer Verbindungen der allgemeinen Formel I, II und III ist dem Fachmann bekannt. Im Folgenden ist ein Schema zur Synthese von chemischen Verbindungen der allgemeinen Formel I dargestellt. Die Synthese wird am Beispiel der chemischen Verbindung (01) (Schema A) und am Beispiel der chemischen Verbindung (02) (Schema B) aufgezeigt.
Synthese von Verbindung (01)
Synthese von Verbindung (02)
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert . Es konnte insbesondere gezeigt werden, dass eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I , II oder II I zur n- Dotierung einer Schicht eines elektronischen Bauelements , insbesondere einer Elektronen-Transportschicht mit dem Matrixmaterial C60 geeignet ist , wobei die Leitfähigkeit des Schichtsystems erhöht wird . Dabei zeigen :
Fig . 1 in einem Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauelements mit einem Schichtsystem zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode im Querschnitt ;
Fig . 2 in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Schicht aus C60 mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit Verbindung ( 01 ) ; und
Fig . 3 in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Schicht aus C60 mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit Verbindung ( 02 ) .
Ausführungsbeispiele
Fig . 1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauelements 1 mit einem Schichtsystem 8 zwischen einer Elektrode 3 und einer Gegenelektrode 8 im Querschnitt . In diesem Ausführungsbeispiel ist das elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element .
Das elektronisches Bauelement 1 weist eine Elektrode 3 , eine Gegenelektrode 7 und ein Schichtsystem 8 zwischen der Elektrode 3 und der Gegenelektrode 7 auf. Das Schichtsystem 8 umfasst eine photoaktive Schicht 5 und die Transportschichten 4,6.
Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtsystems 8 mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III auf : wobei kein weiterer Ring an das Grundgerüst der Formel I, II und III anelliert ist, mit mindestens einem RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens einem RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit mit dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S- Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, mit den übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder den übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, CN, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H- Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit zu dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens zwei RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils mindestens R8 oder R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl ist, bevorzugt ist mindestens R8 oder R9 ein Aryl mit mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11, oder sind R8 und R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl, bevorzugt sind R8 und R9 ein Aryl mit jeweils mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III in einem Matrixmaterial vor, wobei das Matrixmaterial ein LUMO-Energieniveau von -3,5 eV bis -5,0 eV aufweist, bevorzugt von -3,0 eV bis -4,5 eV, bevorzugt ist das Matrixmaterial ein Fulleren, ein Fulleren-Derivat , oder CN-HAT, 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 ist das Matrixmaterial ein Elektronentransportmaterial (ETM) .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III ein n-Dotand zur Dotierung einer Elektronen-Transportschicht, einer Elektronen- In j ektionsschicht , oder einer Schicht einer pn-junction des Schichtsystems 8. Der n-Dotand liegt in einem Anteil von 0,1 bis 30% in dem Matrixmaterial vor, bevorzugt von 1 bis 30%, bevorzugt von 5 bis 20% bezogen auf den molaren Anteil im Matrixmaterial. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das elektronische Bauelement 1 ein organisches elektronisches Bauelement 1 , bevorzugt ein organisches optoelektronisches Bauelement , wobei das Schichtsystem 8 mindestens eine photoaktive Schicht 5 aufweist , bevorzugt ist das organische elektronische Bauelement 1 eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organisches photovoltaisches Element (OPV) , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET ) , oder ein organischer Fotodetektor , oder ein Thermosensor , oder eine Batterie . Das optoelektronische Bauelement 1 weist insbesondere mindestens eine lichtabsorbierende photoaktive Schicht 5 auf .
In diesem Ausführungsbeispiel weist das elektronische Bauelement 1 ein Substrat 2 aus Glas auf , das Substrat 2 kann alternativ eine transparente Folie sein . Auf dem Substrat 2 ist eine Elektrode 3 angeordnet , welche beispielsweise aus Metall , einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO ( Indiumzinnoxid ) , ZnO : Al oder einem anderen transparenten, leitfähigen Oxid oder Polymer , wie etwa PEDOT : PSS oder PANI ausgebildet ist . Auf der Elektrode 3 ist ein Schichtsystem 8 angeordnet umfassend eine Transportschicht 4 , ausgebildet als n- dotierte Elektronen-Transportschicht 4 ( ETL ) . Auf der Transportschicht 4 ist eine photoaktive Schicht 5 angeordnet , welche zumindest ein Donor- und ein Akzeptormaterial umfasst , insbesondere mit einem p-leitenden Donor-Material und einem n-leitenden Akzeptor- Material , z . B . C60 Fulleren, welche zusammen ein Donor-Akzeptor- System ausbilden, entweder als flacher Heteroübergang ( PHJ) oder als Volumenheteroübergang ( BHJ) . Darüber angeordnet befindet sich eine Transportschicht 6 , insbesondere eine p-dotierte Löcher- Transportschicht 6 ( HTL ) , und die Gegenelektrode 7 aus Aluminium . In diesem Ausführungsbeispiel ist die Elektronen-Transportschicht 4 ( ETL ) mit einer erfindungsgemäßen Verbindung n-dotiert . Die photoaktive Schicht 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Volumenheteroübergang (bulk heteroj unction - BHJ) ausgebildet , mit einem Donor und Fulleren C60 als Akzeptor . In diesem Ausführungsbeispiel weist die Elektronen-Transportschicht 4 mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I auf .
Die chemischen Verbindungen sind thermisch stabil , und ermöglichen eine Verdampfung im Hochvakuum bei einem Prozessfenster zwischen 100°C und 400°C, beispielsweise mittels vacuum thermal evaporation (VTE) oder organic vapor phase deposition (OVPD) .
Fig. 2 zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Schicht aus C60 mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit Verbindung (01) . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Die Leitfähigkeit einer mit der Verbindung (01) als n-Dotanden dotierten Schicht aus Fulleren C60 als Matrixmaterial wurde bestimmt. Zur Dotierung der Schicht wurde das Matrixmaterial mit der Verbindung (01) coverdampft und die Leitfähigkeit der so dotierten Schicht untersucht. Die Schicht enthält anteilig zum Matrixmaterial C60 die chemische Verbindung (01) in einer Dotierkonzentration von
8.8 Gew.-% und 15,8 Gew.-%. Die elektrische Leitfähigkeit einer solchen dotierten Schicht ist in Fig. 2 dargestellt.
Zur Bestimmung der spezifischen Leitfähigkeit sigma wurden jeweils im Hochvakuum (2 x 10~6 mbar) mittels Coverdampfung von Fulleren C60 und der jeweiligen Verbindung als Dotanden Schichten von 20 nm Dicke auf eine Glassubstrat abgeschieden, auf dem sich strukturierte ITO- Elektroden befanden. Die ITO-Elektroden haben dabei einen Abstand a von 1,3 mm auf einer Breite b von 7, 6 mm. Nach dem Abscheiden der dotierten Schichten werden diese über einen Zeitraum von 20 min auf 100°C erwärmt und wieder abgekühlt. Durch das thermische Annealing wird die Leitfähigkeit dieser dotierten Schichten erhöht. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit wurde eine Spannung U von 10 V angelegt und der Strom I durch die organische Schicht zwischen zwei ITO- Elektroden gemessen. Die spezifische Leitfähigkeit sigma einer solchen Schicht wurde unter Vernachlässigung von Kontaktwiderständen einer Schicht der Dicke d bestimmt: sigma = I/U a/ (b*d)
Die Leitfähigkeit der Schicht mit C60 als Matrixmaterial nimmt bei Dotierung mit der Verbindung (01) im Vergleich zu einer nicht dotierten Schicht aus C60 zu und liegt bei einer Dotierung in einem Anteil von 8,8 Gew.-% bei 8,5 -IO-6 S/cm und in einem Anteil von
15.8 Gew.-% bei 1,2 -IO-5 S/cm. Im Gegensatz dazu liegt die Leitfähigkeit einer nicht dotierten Schicht aus C60 bei 10~8 S/cm oder niedriger.
Durch die Dotierung mit der Verbindung (01) kann die Leitfähigkeit von C60 signifikant erhöht werden. Die erhöhte elektrische Leitfähigkeit durch Dotierung mit der Verbindung (01) als n-Dotand ist zumindest weitgehend irreversibel, sodass auch bei einer abgesenkten Temperatur eine Erhöhung der Leitfähigkeit einmal erwärmter Schichten weitgehend erhalten bleibt.
Fig. 3 zeigt in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Leitfähigkeit einer Schicht aus C60 mit unterschiedlichem Anteil einer Dotierung mit Verbindung (02) .
Die Leitfähigkeit einer mit der Verbindung (02) als n-Dotanden dotierten Schicht aus Fulleren C60 als Matrixmaterial wurde bestimmt. Die dotierte Schicht wurden gemäß der aus Fig. 2 hergestellt und die Leitfähigkeit entsprechend gemessen.
Die Leitfähigkeit der Schicht mit C60 als Matrixmaterial nimmt bei Dotierung mit der Verbindung (02) im Vergleich zu einer nicht dotierten Schicht aus C60 zu und liegt bei einer Dotierung von einem Anteil von 10,8 Gew.-% bei 6,4 -IO-4 S/cm und von einem Anteil von 16,1 Gew.-% bei 4, 9 -10~3 S/cm. Im Gegensatz dazu liegt die Leitfähigkeit einer nicht dotierten Schicht aus C60 bei 10~8 S/cm oder niedriger.
Die Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Dotierung eines Matrixmaterials mit einer erfindungsgemäßen chemischen Verbindung zu einer erhöhten Leitfähigkeit führt im Vergleich zu einem undotierten Matrixmaterial. Es konnte insbesondere gezeigt werden, dass mit den erfindungsgemäßen Verbindungen (01) und (02) die Leitfähigkeit des Matrixmaterials C60 erhöht werden kann im Vergleich zu einer Schicht aus undotiertem Fulleren C60. Die Leitfähigkeit der mit den chemischen Verbindungen (01) und (02) dotierten Schichten bleibt bei höheren Temperaturen zumindest weitgehend erhalten oder wird sogar erhöht .
In einem Ausführungsbeispiel wurde die Verbindung (02) zur Dotierung einer Schicht in einem Schichtsystem 8 eines elektronischen Bauelements 1 eingesetzt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird . In diesem Ausführungsbeispiel ist das elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element , welches eine photoaktive Schicht 5 aufweist .
Die Materialien werden dabei in Form dünner Filme oder kleiner Volumen auf das Substrat 2 aufgedruckt , aufgeklebt , gecoated, auf gedampft oder anderweitig aufgebracht . Das Substrat 2 kann beispielsweise Glas oder eine Folie sein . Für die Herstellung der dünnen Schichten kommen alle Verfahren in Betracht , die auch für Elektronik auf Glas , keramischen oder halbleitenden Trägern verwendet werden . Zur Herstellung des Schichtsystems 8 kam in den vorliegenden Ausführungsbeispielen Vakuumverdampfung der einzelnen Schichten des Schichtsystems 8 mit den Elektroden 3 , 7 zum Einsatz . Die Materialien wurden dabei durch Verdampfen des entsprechenden Materials im Vakuum auf getragen . Zur Bildung der mit der chemischen Verbindung dotierten Schicht kann die chemische Verbindung gleichzeitig mit dem Matrixmaterial coverdampft werden, sodass ein bestimmtes Dotierungsverhältnis erhalten wird . Alternativ können die Schichten auch mittels Gasphasenabscheidung oder Lösungsmittel- Prozessierung abgeschieden werden .
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Verbindung ( 02 ) als n-Dotand zur Dotierung einer Elektronen-Transportschicht 4 zwischen einer Elektrode 3 und einer photoaktiven Schicht 5 des Schichtsystems eingesetzt . In der photoaktiven Schicht 5 wurden als Donor/Akzeptor- Hetero j unction C60 als Akzeptor und Absorber014 als Donor eingesetzt .
Der Schichtaufbau des Schichtsystems 8 ist in Tabelle 1 zusammengefasst .
Tabelle 2
ITO: Indium-Zinn-Oxid
NHT49: kommerzieller Lochleiter der Novaled GmbH
NDP9: kommerzieller p-Dotand der Novaled AG
NDN45: kommerzieller n-Dotand der Novaled AG
Absorber014 :
Die Schichten wurden auf eine PET-Folie als Substrat mit ITO- Grundkontakt im Hochvakuum (2xlCh6 mbar) abgeschieden. Die Auf dampf raten wurden für alle Schichten so gewählt, dass die Gesamtrate coverdampfter Materialien zwischen 0,03 und 0,06 nm/ s lag. Mischverdampfungsverhältnisse bzw. Dotierungsdichten beziehen sich auf Masseanteile. Für alle Schichten ohne explizite Temperaturangabe lag die Substrattemperatur während der Abscheidung bei 30+/-5°C. Als Deckkontakt wurde durch eine Schattenmaske 100 nm Aluminium (Al) auf gedampft.
Es wurden dotierte n-ETL Schichten (4) mit C60 als Matrixmaterial eingesetzt: Typ A: Fulleren C60 dotiert mit 10 Gew.-% NDN45 (Referenz) , und Typ B: Fulleren C60 dotiert mit 10 Gew.-% Verbindung (02) .
Die Strom- Spannungskennlinien des organischen photovoltaischen
Elements wurde gemessen und die Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung Voc, und Kurzschlussstrom Jsc mit der Verbindung ( 02 ) wurden bestimmt . Die Parameter des organischen photovoltaischen Elements wurden unter simulierter AMI . 5 Beleuchtung gemessen (AM = Air Mass ; AM = 1 , 5 bei diesem Spektrum beträgt die globale Strahlungsleistung 1000 W/m2 ; AM = 1 , 5 als Standardwert für die Vermessung von Solarmodulen) .
Im Rahmen der Messgenauigkeit wurden für Typ A und Typ B die gleichen photovoltaischen Parameter Jsc = 9 , 8 mA/ cm 2 , Voc = 0 , 85 V und FF = 69 , 7% gemessen, was einer Effizienz von 5 . 8% entspricht .
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde die Verbindung ( 02 ) zur Dotierung einer Schicht in einem Schichtsystem 8 eines elektronischen Bauelements 1 eingesetzt . In diesem Ausführungsbeispiel ist das elektronische Bauelement 1 ein organisches photovoltaisches Element , welches als Tandemzelle mit zwei photoaktiven Schichten 5 ausgebildet ist . Die Herstellung des organischen photovoltaischen Elements entspricht der im vorangegangenen Ausführungsbeispiel .
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Verbindung ( 02 ) als n-Dotand zur Dotierung einer n-Typ Schicht einer Verbindungseinheit (pn- j unction) zwischen zwei photoaktiven Schichten des Schichtsystems eingesetzt . In den photoaktiven Schichten wurden als Donor/Akzeptor- Hetero j unction C60 als Akzeptor und Absorber014 als Donor eingesetzt .
Der Schichtaufbau des Schichtsystems 8 ist in Tabelle 2 zusammengefasst .
Tabelle 2
Es wurden verschiedene dotierte n-ETL Schichten der pn-junction mit C60 als Matrixmaterial eingesetzt: Typ C: Fulleren C60 dotiert mit 20 Gew.-% NDN45 (Referenz) , Typ D: Fulleren C60 dotiert mit 10 Gew.-% Verbindung (02) , und Typ E: Fulleren C60 dotiert mit 20 Gew.-% Verbindung (02) .
Die Strom- Spannungskennlinien des organischen photovoltaischen Elements wurde entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemessen und die Parameter Füllfaktor FF, Leerlauf Spannung Voc, und Kurzschlussstrom Jsc mit der Verbindung (02) wurden bestimmt.
Im Rahmen der Messgenauigkeit wurden für Typ C, Typ D, und Typ E die gleichen photovoltaischen Parameter Jsc = 6,7 mA/ cm2 , Voc = 1,73 V und FF = 71% gemessen, was einer Effizienz von 8.2% entspricht. Insbesondere der hohe Füllfaktor FF zeigt, dass die n-Dotierung von C60 mit Verbindung (02) effizient funktioniert und an der Grenzfläche zwischen auf der einen Seite folgender ETL und auf der anderen Seite folgender dotierter p-HTL ein quasi-ohmsches Kontaktverhalten erhalten wird. Im Gegensatz dazu würde man bei ineffizienter Dotierung oder zu geringen Dotierungsdichten eine s- förmige Kennlinie mit einem stark verringerten Füllfaktor beobachten, da der pn-Übergang eine Gegendiode bilden würde .
Die erfindungsgemäßen chemischen Verbindungen sind als n-Dotand zur Dotierung einer Schicht in einem Schichtsystem 8 eines elektronischen Bauelements 1 geeignet . Es konnte zudem gezeigt werden, dass die Verbindung ( 02 ) als schwacher Dotand vorteilhaft für die Performance eines organischen photovoltaischen Elements ist .

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches Bauelement mit einer Elektrode, einer Gegenelektrode und einem Schichtsystem zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des Schichtsystems mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III aufweist: wobei kein weiterer Ring an das Grundgerüst der Formel I, II und III anelliert ist, mit mindestens einem RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens einem RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit mit dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, mit den übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder den übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, CN, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H- Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4-Einheit zu dem N-Atom der Amino-Gruppe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei R8 und R9 jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Aryl, bevorzugt Phenyl oder Naphthyl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, bevorzugt Furanyl oder Thiophenyl, wobei das Aryl oder Heteroaryl über eine CH2- oder C2H4- Einheit zu dem N-Atom der Amino-Grippe verbrückt sein kann, und wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, bevorzugt ist mindestens ein Substituent eine Amino-Gruppe NR10R11, mit RIO und Rll unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl und Aryl, oder bilden RIO und Rll zusammen einen heterocyclischen aliphatischen oder aromatischen Ring .
4. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils mindestens R8 oder R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl ist, bevorzugt ist mindestens R8 oder R9 ein Aryl mit mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11, oder sind R8 und R9 der Amino-Gruppe NR8R9 ein Aryl oder ein Heteroaryl, bevorzugt sind R8 und R9 ein Aryl mit jeweils mindestens einer Amino-Gruppe NR10R11.
5. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei RI, R2 , R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder mindestens zwei RI, R2, R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander eine Amino-Gruppe NR8R9 sind .
6. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die übrigen RI, R2 , R3, R4, R5, R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Aryl, und Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
7. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 und R6 in Formel III unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl, bevorzugt H und Cl-C6-Alkyl, insbesondere bevorzugt H, Methyl, Ethyl, Propyl und iso-Propyl, und/oder sind die übrigen RI, R2 , R3, R4 , R5 , R6 und R7 in Formel I oder Formel II, oder die übrigen RI, R2, R3, R4, R5 und R6 in Formel III gleich, bevorzugt jeweils H.
8 . Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden
Ansprüche , wobei R8 und R9 unabhängig voneinander ein Aryl oder
Heteroaryl sind, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wobei * die Verknüpfung an N der Amino-Gruppe darstellt , mit R12 bis R18 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Halogen, CN, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S- Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N, wobei H-Atome jeweils substituiert sein können, wobei der Substituent ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Amino, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, O-Alkyl, S-Alkyl, Aryl, Heteroaryl mit einem Heteroatom ausgewählt aus 0, S und N.
9. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel I ist, wobei bevorzugt zumindest R2 , zumindest R3, oder zumindest R6 eine Amino-Gruppe NR8R9 ist, insbesondere bevorzugt sind zumindest RI und R6, zumindest R3 und R6, zumindest R3 und R7, zumindest R2 und R7, oder zumindest R2 und R6 eine Amino-Gruppe NR8R9.
10. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel IV, V oder VI ist
wobei bevorzugt RIO und Rll unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H und Alkyl , oder RIO und Rl l zusammen einen heterocyclischen aliphatischen oder aromatischen Ring bilden, wobei H-Atome des Grundgerüsts substituiert sein können, bevorzugt ist mindestens ein H-Atom mit einer weiteren Amino-Gruppe NR8R9 substituiert .
11 . Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die chemische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus :
12. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III in einem Matrixmaterial, bevorzugt einem Elektronentransportmaterial vorliegt, wobei das Matrixmaterial ein LUMO-Energieniveau von -3,5 eV bis -5,0 eV aufweist, bevorzugt von -3,0 eV bis -4,5 eV, bevorzugt ist das Matrixmaterial ein Fulleren, ein Fulleren-Derivat , oder CN-HAT, insbesondere bevorzugt ist das Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C60, C70, C76, C80, C82, C84, C86, C90 und C94.
13. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I, II, und/oder III ein n-Dotand zur Dotierung einer Elektronen- Transportschicht, einer Elektronen-Inj ektionsschicht , oder einer Schicht einer pn-junction des Schichtsystems ist, wobei bevorzugt der n-Dotand in einem Anteil von 0,1 bis 30% in dem Matrixmaterial vorliegt, bevorzugt von 1 bis 30%, oder bevorzugt von 5 bis 20% bezogen auf den molaren Anteil im Matrixmaterial.
14 . Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei das elektronische Bauelement ein organisches elektronisches Bauelement ist , bevorzugt ein organisches optoelektronisches Bauelement , wobei das Schichtsystem mindestens eine photoaktive Schicht aufweist , bevorzugt ist das organische elektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode ( OLED ) , ein organisches photovoltaisches Element ( OPV) , eine Batterie , ein organischer Feldeffekttransistor (OFET ) , oder ein organischer Fotodetektor , oder ein Thermosensor .
15 . Verwendung einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel I , II und/oder I I I nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Dotand in einem elektronischen Bauelement , bevorzugt als n-Dotand, zur Dotierung von mindestens einer Schicht in einem Schichtsystem des elektronischen Bauelements .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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
DE112007000789B4 (de) 2006-03-30 2012-03-15 Novaled Ag Verwendung von Bora-tetraazepentalenen
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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
KR101075215B1 (ko) * 2008-12-23 2011-10-19 덕산하이메탈(주) 퀴놀린 유도체를 함유하는 방향족 아민계 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자
DK2398056T3 (en) 2010-06-21 2016-05-30 Heliatek Gmbh Organic solar cell with multiple transportlagsystemer
KR101251455B1 (ko) * 2010-09-13 2013-04-05 덕산하이메탈(주) 퀴놀린유도체를 포함하는 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 단말
EP2724388B2 (de) 2011-06-22 2025-09-24 Novaled GmbH Elektronische vorrichtung
TW201427967A (zh) 2013-01-08 2014-07-16 Ind Tech Res Inst 含喹啉及咔唑之雙極性化合物及其有機發光二極體
JP6430709B2 (ja) 2013-03-15 2018-11-28 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 電子フィルムおよびデバイス用のキナゾリン誘導化合物
KR101658111B1 (ko) * 2013-05-13 2016-09-20 제일모직 주식회사 유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치
CN110105337B (zh) 2019-05-31 2022-12-23 湖南大学 一种喹啉类三芳基胺及其制备方法
CN112876412B (zh) 2021-01-21 2022-05-24 温州大学 掺杂发光材料及其制备方法和应用

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