[发明专利]有机半导体制剂

说明书

发明领域

本发明涉及包含p-型和n-型有机半导体（OSC）及一种或多种有机溶剂的制剂，其用于制备有机电子（OE）器件、特别是体异质结（BHJ）有机光伏（OPV）器件的用途，还涉及使用所述制剂制备OE器件、特别是BHJ OPV器件的方法，以及使用所述方法或制剂制备的OE器件、特别是BHJ OPV器件。

背景和现有技术

当生产BHJ OPV电池时，重要的是优化活性层中供体和受体的分离，以实现高能量转换效率。通常，供体和受体的混合物是有利地由溶剂涂覆，然后在干燥过程中发生相分离。许多不同的涂覆技术是可能的，如旋涂、刮涂等。优先使用刮涂，因为其容易转变成较大的工业涂覆方法（参见F.Padinger,C.J.Brabec,T.Fromherz,J.C.Hummelen,N.S.Sariciftci,Opto-Electron.Rev.2000,8,280），且由于其与旋涂相当（参见P.Schilinsky,C.Waldauf,C.J.Brabec,Adv.Funct.Mater.,2006,16,1669）。虽然涂覆技术也可能对相分离具有影响，但是与所述方法中涉及的材料和溶剂的物理参数相比，这通常趋于较少的相关性。

现有技术中描述的典型的供体/受体共混物包括作为供体的聚合物，例如如下图所示的聚（3-己基噻吩）（P3HT）、聚[2,6-(4,4-双(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b;3,4-b’]-二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]（PCPDTBT）或a-PTPTBT，

和例如C₆₀或C₇₀富勒烯或取代的C₆₀或C₇₀富勒烯作为受体，例如如下所示的C₆₀PCBM或C₇₀PCBM。

C₆₀PCBM

由于特别是受体组分的有限溶解性，供体/受体共混物趋于由氯化溶剂如氯苯、三氯苯、二氯苯或氯仿的溶液处理，且大多数文献给出由邻二氯苯（DCB）或氯苯涂覆的P3HT和C60/C70共混物的实例。

该P3HT/PCBM体系的形态和相分离已通过AFM技术广泛研究，并且已显示，形成正确的形态对于实现电池中有效的电荷分离和富集中是至关重要的（参见Peet,J.;Senatore,M.L.;Heeger,A.J.;Bazan,G.C.Adv.Mater.2009,21,1521–1527）。还已指出，两种组分的相图对于各供体/受体体系而言很可能是独一无二的并且迄今尚无针对任何一个体系的充分描述，使得在新的共混物中获得正确的形态成为主要挑战（参见C.Muller,T.A.M.Ferenczi,M.Campoy-Quiles,J.M.Frost,D.D.C.Bradley,P.Smith,N.Stingelin-Stutzmann,J.Nelson,Adv.Mater.2008,20,3510,和B.Lei,Y.Yao,A.Kumar,Y.Yang,V.Ozolins,J.Appl.Phys.2008,104,024504）。

为了进一步改善OPV器件的能量转换效率（PCE），需要可以随意地控制形成负责OPV器件中电荷传输的异质结的供体和受体共混物的形态。文献展示了可达到该目的的多种方式的实施例，例如通过对活性层的制备中使用的溶剂和溶剂共混物的改性。Peet,J.;Senatore,M.L.;Heeger,A.J.;Bazan,G.C.Adv.Mater.2009,21,1521–1527的文章中提供了该领域的全面的综述。

在BHJ OPV器件中，溶剂、所用的聚合物和沉积条件/技术的选择决定了供体聚合物和受体（通常是PCBM）之间的相分离形态。在文献中通过优化从主要采用氯化溶剂的供体/受体制剂的共混物和涂覆条件已经获得高PCE。

然而，当从研究转移到工业方法时，不优选氯化溶剂，也因此需要用更适合于大规模涂覆应用的溶剂替代。因此，其目的是使用非氯化溶剂且同时仍保持高PCE。