[发明专利]具有掺杂层的光电子元件

说明书

本发明涉及用于有机系统和层系统的新型掺杂剂，涉及其在掺杂有机半导体基体材料以作为电子元件或光电子元件中的电荷注入层、空穴阻挡层、电极材料、传输材料本身、存储材料的用途，以及涉及用其掺杂的基体材料在有机电子元件或有机光电子元件中的用途，并且还涉及包含这些掺杂剂的有机光电子元件。

已知可以通过掺杂来改变有机半导体的电特性，特别是其导电性，对于无机半导体例如硅半导体也是如此。这样，通过在基体材料中产生电荷载流子，导电性(其在开始时非常低)增强，并且根据所使用的掺杂剂的类型，实现了半导体费米能级的变化。在此处，掺杂引起电荷载流子传输层的导电性增强，这降低了欧姆损耗，并且引起接触与有机层之间电荷载流子的转移增加。在有机基体材料的情况下，无机掺杂剂例如碱金属(例如，铯)或Lewis酸(例如，FeCl₃；SbCl₅)因其高扩散系数通常是不利的，因为电子元件的功能和稳定性受损(参见，D.Oeter，Ch.Ziegler，W.Synthetic Metals(1993)61147；Y.Yamamoto等.(1965)2015；J.Kido等.Jpn J.Appl.Phys.41(2002)L358)。此外，后者的掺杂剂具有如此高的蒸汽压而使得工业应用非常有问题。此外，这些化合物的还原电位常常过低而不能掺杂有实际工业利益的空穴半导体材料。另外，这些掺杂剂的极其强烈的反应特性使工业应用复杂化。

已知掺杂的有机层或层系统用于有机元件、特别是有机太阳能电池和有机发光二极管中(例如，WO2004083958)。如DE102007018456、WO2005086251、WO2006081780、WO2007115540、WO2008058525、WO2009000237和DE102008051737中所述，已提出多种材料或材料类别作为掺杂剂。

还已知可以通过化学反应释放半导体基体材料中的掺杂剂来提供掺杂剂。但是，以这种方式释放的掺杂剂的还原电位常常不足以用于多种应用，例如用于有机发光二极管(OLED)。此外，在释放掺杂剂的情况下，产生了其它化合物和/或原子(例如氢原子)，这损害掺杂层或相应的电子元件的特性。

本发明所解决的问题是提供用于电子元件和光电子元件中的新掺杂剂，其克服了现有技术的缺点。

更特别地，该新掺杂剂具有足够高的氧化还原电位而对基体材料没有破坏性影响并且提供基体材料中电荷载流子数目的有效增加并且比较易于操作。

根据本发明，由以氟离子亲和力(FIA)为度量而与五氟化锑(SbF₅)相比较强的Lewis酸或与1，8-双(二甲基氨基)萘相比较强的Lewis碱并且可在有机电子元件和有机光电子元件中用作掺杂剂的化合物解决了该问题。

氟离子亲和力(FIA)的度量基于气相中的氟离子亲和力(FIA)的标度。氟离子的结合强度不取决于其他因素，例如在传统的酸-碱对(protagonisten)、水或氢氧化物的情况下的氢键。

氟离子亲和力FIA将Lewis酸的强度与氟离子F^-的结合中释放的能量联系在一起。

在定义上，FIA对应于具有负号的键焓ΔH值。因此，Lewis酸的强度可以直接从其FIA标度读取。

为了确定可靠的FIA值，可以使用基于等键反应的量子化学计算，在所述等键反应中，保持键的类型和数目。

掺杂剂指在有机电子元件或有机光电子元件的层系统的层(优选为电荷载流子传输层)中以按质量计至多35％、但优选为至多30％的比例存在的化合物。发明的化合物还可以以通常薄的各个层的形式使用，但优选在基体材料中将其用作掺杂剂。

本发明的化合物可以是有机化合物、有机金属化合物或无机化合物，但优选有机化合物或有机金属化合物。

本发明的Lewis酸是强亲电子的，并且因此在电子元件或光电子元件中用作p-掺杂剂。

本发明的Lewis酸是强亲核的，并且因此在电子元件或光电子元件中用作n-掺杂剂。

在专业领域，本发明的强Lewis酸也被称为超强酸。它们尤其能够将异常非反应性的稀有气体质子化。由于其高反应性，所以长久以来被排除用作掺杂剂，因为对于工业可用性而言关键的是它们不与基体材料反应而是将其p-掺杂或n-掺杂。

出乎意料地发现，尽管具有高反应性，但也可以使用本发明的化合物作为有机电子元件和有机光电子元件中的掺杂剂。优选地，本发明的Lewis酸和本发明的Lewis碱二者均具有支化侧链或位阻性保护反应性位点的另一些大基团。