吡咯并[3,2-b]吡咯-2,5-二酮和它们作为有机半导体的用途
【专利摘要】本发明涉及基于吡咯并[3,2-b]吡咯-2,5-二酮的新型化合物，它们的制备方法和其中使用的中间体，含有它们的混合物和组合物，所述化合物、混合物和组合物在有机电子（OE）器件、特别是在有机光伏（OPV）器件中作为半导体的用途，并涉及包含这些化合物、混合物或组合物的OE和OPV器件。
【专利说明】吡咯并[3, 2-B]吡咯-2, 5-二酮和它们作为有机半导体的用途
发明领域
[0001]本发明涉及基于吡咯并[3，2-b]吡咯-2，5- 二酮的新型化合物，它们的制备方法和其中使用的中间体，含有它们的混合物和组合物，化合物、混合物和组合物在有机电子(OE)器件、特别是在有机光伏(OPV)器件中作为半导体的用途，并涉及包含这些化合物、混合物或组合物的OE和OPV器件。
[0002]背景和现有技术
[0003]近年来存在着对于包括共轭聚合物和小分子的有机半导体用于各种电子应用的增长的兴趣。
[0004]一个特别重要的领域是有机光伏器件(OPV)领域。已经发现了有机半导体(OSC)在OPV中的用途，因为它们容许通过溶液加工技术如旋转铸模、浸溃涂覆或喷墨印刷来制造器件。与用于制造无机薄膜器件的蒸发技术相比，溶液加工可以更廉价且更大规模地进行。已经开发了众多的用于溶液可加工OPV器件的小分子,例如在Thuc-Quyen Nguyen等人，Chem.Mater.2011,23,470 482中公开的。然而，器件的功率转换效率仍然普遍偏低。一个特别的例子已经证明了向更高的功率转换效率迈进的重要一步?’与C7tl富勒烯结合的基于斯夸苷的小分子已经显示了在溶液加工的OPV器件中5.2%的功率转换效率，如在Stephen R.Forrest 等，Adv.Ener.Mater.DO1: 10.1002/aenm.201100045 中公开的。
[0005]另一个重要的特别区域是有机薄膜晶体管(OTFT)或有机场效应晶体管(OFET)领域，其用于例如RFID标签中或在液晶显示器的背板中。
[0006]与传统的Si基FET相比，有机TFT可以更成本有效地通过溶液涂布法(例如旋涂、浸涂、滴铸和更有效地喷墨打印)制造。OSC的溶液加工要求分子材料在无毒溶剂中足够溶解，在溶液状态稳定，当溶剂蒸发时易结晶，并用低关断电流提供高的电荷载流子迁移率。
[0007]然而，现有技术中已经提出用于OPV器件的OSC材料仍然遭受某些缺点。例如，许多聚合物在常用的有机溶剂中溶解性有限，这可能抑制其在基于溶液加工的器件制造方法的适用性，或在OPV体异质结器件中仅显示有限的功率转换效率，或只有有限的电荷载流子迁移率，或难以合成并需要不适合大规模生产的合成方法。
[0008]在用于OFET和OTFT的OSC材料的情况下，当前可用的OSC材料也仍然有一些重大的缺点，如低的光和环境稳定性，特别是在溶液状态中，和低的相变温度和熔点。另外对于要求更高的源极和漏极电流的未来的OLED背板应用而言，目前可用的材料的迁移率和
可加工性需要进一步改进。
[0009]在现有技术中已经提出将基于具有下列结构的3，6- 二氧杂吡咯并[3，4-c]吡咯(DPP)单元的小分子和聚合物(其中R例如是烷基或芳基)，
[0010]
【权利要求】
1.式I的化合物或者包含一种或多种式I的化合物的组合物作为有机半导体的用途
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于R1、R2>R3和R4各自独立地选自H，具有I至35个C原子的直链、支链或环状烷基，其中一个或多个不相邻的C原子任选被-0-、-S-、-C (O) -、-C (O) -O-、-O-C (O) -,-O-C (O) -O- CR0=CR00-或者-C 三 C-代替，并且其中一个或多个H原子任选被F、Cl、Br、I或者CN代替，或者表示具有4至30个环原子的芳基、杂芳基、芳氧基、杂芳氧基、芳基羰基、杂芳基羰基、芳基羰基氧基、杂芳基羰基氧基、芳氧基羰基或杂芳氧基羰基，并任选被一个或多个基团L取代， 其中 L 选自卤素、-CN、-NC、-NCO, -NCS, -OCN、-SCN、-C(=0)NR0R00, _C(=0)X°、-C(=0)R0、-C (O) OR0, -O-C (O) R?、-NH2、-NRciRcic1、-SH、-SR?、-S03H、-SO2R?、-OH、-NO2、-CF3、-SF5、P-Sp-，或者具有I至20个C原子并且任选氣化的烧基、烧氧基、硫代烧基、烧基擬基、烧氧基擬基或烷氧基羰氧基，并且R°、R00> X0> P和Sp具有如权利要求1中给出的含义。
3.根据权利要求1或2的用途，其特征在于:一个或多个ArArAr3和/或一个或多个Ar4、Ar5和Ar6表示芳基或杂芳基，优选具有电子供体特性，选自由下式组成的组
4.根据权利要求1至3的一项或多项的用途，其特征在于:一个或多个Ar Ai Ar3和/或一个或多个Ar4、Ar5和Ar6表示芳基或杂芳基，优选具有电子受体特性，选自由下式组成的组:
5.根据权利要求1至4的一项或多项的用途，特征在于式I中的X1和X2是O。
6.根据权利要求1至5的一项或多项的用途，特征在于所述组合物包含一种或多种有机溶剂。
7.根据权利要求1至5的一项或多项的用途，特征在于所述组合物包含一种或多种有机粘结剂或其前体、优选在1，OOOHz下具有3.3或更小的电容率ε的有机粘结剂或其前体，和任选地一种或多种溶剂。
8.根据权利要求1至7的一项或多项中所定义的化合物或者组合物在光学、电光学或者电子组件或器件中作为电荷传输、半导体、导电或者光导材料的用途。
9.包含一种或多种根据权利要求1至7的一项或多项中所定义的式I的化合物的电荷传输、半导体、导电或者光导材料或组件。
10.包含一种或多种根据权利要求1至9的一项或多项中所定义的化合物、组合物、材料或组件的光学、电光学或者电子组件或器件。
11.根据权利要求10的组件或器件，其特征在于其选自有机场效应晶体管(OFET)、薄膜晶体管(TFT)、集成电路(1C)、逻辑电路、电容器、无线电频率识别(RFID)标签、器件或组件、有机发光二极管(OLED)、有机发光晶体管(OLET)、平板显示器、显示器背光照明、有机光伏器件(OPV)、太阳能电池、激光二极管、光电导体、光检测器、电子照相器件、电子照相记录器件、有机记忆器件、传感器件、电荷注入层、聚合物发光二极管(PLED)中的电荷传输层或夹层、有机等离子体激元-发射二极管(OPED)、肖特基二极管、平坦化层、抗静电膜、聚合物电解质膜(PEM)、导电基材、导电图案、电池中的电极材料、配向层、生物传感器、生物芯片、安全标记、安全器件、以及用于检测和鉴别DNA序列的组件或器件。
12.在权利要求1至5的一项或多项所定义的式I的化合物，其含有不同于亚苯基和取代的亚苯基的至少一种基团Ar1Jr2或者Ar3和至少一种基团Ar4、Ar5或者Ar6。
13.包含一种或多种根据权利要求12的化合物和一种或多种有机溶剂的组合物。
14.根据权利要求13的组合物，还包含一种或多种有机粘结剂或其前体，所述有机粘结剂或其前体优选在1，OOOHz下具有3.3或更小的电容率ε。
15.式II的化合物
【文档编号】H01L51/50GK103443865SQ201280014807
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月28日 优先权日:2011年3月25日
【发明者】N·布劳因, W·米切尔, A·托普雷, S·蒂尔尼 申请人:默克专利股份有限公司