有机半导体组件的制作方法
【专利说明】有机半导体组件
[0001] 本发明设及有机电子组件，其包括在两个电极之间的至少一个有机层，其中所述 有机层包含选自所提出的B0DIPY的至少一种化合物。
[0002] 认为基于低分子量化合物或聚合化合物的有机半导体在电气工业的多个领域中 会得到越来越多的使用。有机化学的优点在此是有益的，例如较少的能量密集的可加工性、 较好的基底相容性和较大的可能变化。除了普通电子电路之外的有机电子器件的例子为 0LED、0PV、光电探测器和(FET。
[0003] 有机电子材料通常分为渗杂剂和独立的半导体。当与基体层一起应用（例如共蒸 发)时，渗杂剂改变基体层的电学性能，但是它们自身不需要是半导体。与此相比，有机半导 体材料自身已经是半导电的。有机半导体能够在电子组件中实现多种功能，例如电荷传输、 福射吸收或福射发射，并且可能同时实现一个或更多个功能。
[0004] 另外，已知具有有机活性层和柔性配置的太阳能电池化onarka-Power Plastic Series)。有机活性层可W由聚合物(例如US7825326 B2)或小分子(例如EP 2385556 Al)形 成。聚合物的特征在于它们是不可蒸发的且因此仅能从溶液应用，而小分子是可蒸发的。
[0005] 运样的基于有机物的组件相对于常规的基于无机物的组件(半导体，例如娃、神化 嫁)的优点是在一些情况下极高(最高达到2 X105cnfi)的光学吸收系数，因此可W制造具有 低的材料消耗和能量消耗的极薄太阳能电池。另外的技术方面是低成本、在塑料膜上制造 柔性大面积组件的可能性、和有机化学的几乎无限可能的变化和无限的可用性。
[0006] 有机太阳能电池由一系列有机材料薄层(通常每个层的厚度为Inm至Ιμπι)构成，它 们优选通过在减压条件下的气相沉积来应用或者从溶液旋涂。电接触可W由金属层、透明 导电氧化物(TC0)和/或透明导电聚合物(Ρ邸0T-PSS，ΡΑΝΙ)形成。
[0007] 太阳能电池将光能转换成电能。在该情况下，术语"光活性的"理解为指光能到电 能的转换。与无机太阳能电池不同，在有机太阳能电池中光不直接产生自由载流子;而是首 先形成激子，即不带电荷的激发态(受束缚的电子-空穴对）。仅在第二步骤中运些激子分离 成自由载流子，其随后促进电流流动。
[000引在多重太阳能电池中，各个堆叠的电池通常串联连接，因此产生最低电流的电池 限制整个系统。与此相比，为了能够利用全太阳光谱，需要在不同的波长下吸收且能够在能 量方面结合的几种化合物。
[0009] 特别是对于非聚合化合物的领域，目前仅有几种已知的在650nm至1400nm范围内 的IR吸收剂用于有机光电器件。IR吸收剂尤其令人感兴趣，因为它们在可见光区有吸收而 因此对于人类观察者而言看起来是透明的，或者与有色吸收剂结合能够利用更宽的太阳光 谱范围。
[0010] W0 2006/111511描述了六亚芳基-甲酯亚胺和五亚芳基四-甲酯亚胺作为光伏器 件中的活性组分。W0 2007/116001设及糞嵌苯四簇酸(巧lenetetracarboxylie acid)衍生 物及其作为有机η型半导体用于制造有机场效应晶体管和制造太阳能电池的用途。WO 2008/145172设及经取代的簇基献菁W及其作为光伏器件中的活性组分的用途。
[0011] W0 2007/126052描述了一种基于B0DIPY基础骨架的巧光化合物W及所述化合物 作为巧光染料的用途。没有描述所述BODIPY作为半导体组件或光电组件中的吸收剂或传输 层中的成分的用途。
[0012] 由现有技术已知的IR染料不完全令人满意。例如，可加工性不足，它们没有用于在 减压下进行蒸发的热稳定性，它们没有令人满意的在薄层中的吸收强度(例如，由于在层生 长中不合适的优选取向或过低的摩尔消光系数），光稳定性过低，它们没有足够的传输性能 来利用所吸收的福射，或者它们没有与组件的良好能量匹配。
[0013] 因此，一个目的是提供能够用于有机电子器件并克服上述缺点的IR吸收剂。
[0014] 该目的通过权利要求1中所要求保护的半导体组件和权利要求12中所要求保护的 组件的用途来实现。本发明的具体实施方案在从属权利要求中具体列出。
[0015] 根据本发明，在具有层系统的半导体组件中，至少一个层包含具有通式I或II的化 合物：
[0016]
[0017] 其中
[0018] R1和R2、和/或R6和R7在每种情况下一起形成具有选自S、0、N和P的至少一个杂原 子的杂环5元环或6元环，或者没有其他稠合的同素环6元环，并且R1和R2、或R6和R7在没有 形成杂环或同素环基团的情况下独立地为Η或另外的基团，
[0019] R3、R4和R5独立地为Η或选自芳基、烷基、氣化或部分氣化的烷基、不饱和烷基的基 团，和
[0020] R8和R9独立地选自面素、烷基、氣化或部分氣化的烷基、締基、烘基、烷氧基、芳基 或杂芳基。
[0021] 在本发明的一个实施方案中，在具有层系统的半导体组件中，至少一个层包含具 有通式II的化合物：
[0022]
[0023] 其中
[0024] R1和R2、和/或R6和R7在每种情况下一起形成具有选自S、0、N和Ρ的至少一个杂原 子的杂环5元环或6元环，或者没有其他稠合的同素环6元环，并且R1和R2、或R6和R7在没有 形成杂环或同素环基团的情况下独立地为氧或另外的基团，
[0025] R3、R4和R5独立地为Η或选自芳基、烷基、氣化烷基、不饱和烷基的基团，和 [00%] R8和R9独立地选自面素、烷基、締基、烘基、烷氧基、芳基或杂芳基。
[0027]在本发明的一个实施方案中，在具有通式I或II的化合物中，R1和R2、和/或R6和R7 在每种情况下一起形成具有选自S、0、N和Ρ的至少一个杂原子的杂环5元环或6元环。
[00%]在本发明的一个实施方案中，R1和R2、W及R6和R7在每种情况下都一起形成具有 选自S、0、N和P的至少一个杂原子的杂环5元环或6元环。
[0029] 在本发明的一个实施方案中，R1和R2、W及R6和R7在每种情况下都一起形成没有 其他稠合的同素环6元环。在该连接中"没有其他稠合"是指除了与R1和R2、和/或R6和R7的 连接位点之外没有其他的基团对形成任何其他的同素环或杂环。优选地，同素环上的其余 四个键合位点中的至少Ξ个保持未被取代。
[0030] 在本发明的一个实施方案中，R4选自芳基、烷基、氣化或部分氣化的烷基、或不饱 和烷基，R4优选是氣化或部分氣化的烷基。
[0031] 在本发明的一个实施方案中，具有通式I的化合物的大小为300克/摩尔至1500克/ 摩尔。
[0032] 在本发明的一个实施方案中，由R1和R2、和/或R6和R7形成的杂环5元环或6元环选 自下式中的一种。如果R1和R2、W及R6和R7都形成环，则两个环可W相同或不同。
[0033]
[0034] 上述式中由*示出的部分代表与通式I或II的R1、R2、R6或R7的键合位点。Χ、Υ和Z各 自独立地选自〇、S、Se和N-R18,其中R18选自Η和烷基，R10至R17各自独立地选自Η、烷基、烘 基、締基、0-烷基、S-烷基、芳基、杂芳基、面化烷基、氯化烷基。
[0035] 在本发明的一个实施方案中，由R1和R2、和/或R6和R7形成并且没有其他稠合的同 素环6元环选自具有下式的化合物。如果R1和R2、W及R6和R7都形成环，则两个环可W相同 或不同。
[0036]
[0037] 上述式中由*示出的部分代表与通式I或II的R1、R2、R6或R7的键合位点。R19至R22 各自独立地选自Η、烷基、烘基、締基、0-烷基、S-烷基、芳基、杂芳基、面化烷基、氯化烷基。
[0038] 在本发明的一个实施方案中，在R10至R17或R19至R22处的芳基或芳基基团具有增 加芳基或杂芳基的给体特性的其他基团，优选烷基、0-烷基、Ν(烷基)2、或Ν-环烷基。
[0039] 优选的具有通式(I)的本发明化合物如下所示：
[0化3] 具有通式I或II的本发明化合物吸收在60化m至900nm波长范围内的红光或近红外 光。已经发现，出乎意料地，它们还具有可用于半导体组件的足够的传输性能。例如，就能量 而言，它们能够通过微小的改变而与组件的层系统匹配。因而可W制造对人眼而言看起来 基本上透明的半导体组件，和与其他吸收剂材料相结合来制造具有改善的效率的串叠型太 阳能电池。
[0054] 通常，具有通式I或II的化合物在最高达到超过300°C的溫度下热稳定，并且可W 通过减压条件下的热蒸发进行加工W提供层而不分解。另外，对于本发明的化合物而言，可 W将在与具有受体特性的分子(例如富勒締 C60)的异质结处吸收的能量传递到自由载流子 对，并最终将其转换成电能并利用它。
[0055] 在本发明的一个实施方案中，半导体组件是光电组件，例如太阳能电池、（任选光 敏的）〇FET或光电探测器。光电器件在最广泛的意义上理解为指能够将入射光转换为电能 或电流或电压信号、或将电能转换为光发射的组件。
[0056] 在本发明的一个实施方案中，半导体组件是光活性组件，优选太阳能电池。
[0057] 在本发明的一个实施方案中，半导体组件是太阳能电池或光电探测器，并且根据 通式I或II的本发明化合物用作光吸收剂层系统中的吸收材料。
[0058] 在本发明的一个实施方案中，根据通式I或II的本发明化合物用作给体-受体异质 结中的给体。
[0059] 光活性区域包含与至少一种有机受体材料接触的至少一种有机给体材料，其中给 体材料和受体材料形成给体-受体异质结，并且其中光活性区域包含至少一种具有式I或II 的化合物。
[0060] 合适的受体材料优选选自富勒締和富勒締衍生物；多环芳控及其衍生物，尤其是 糞及其衍生物，糞嵌苯(rylene)尤其是二糞嵌苯、Ξ糞嵌苯和四糞嵌苯、及其衍生物，并苯 尤其是蔥、并