[发明专利]有机脒分子n型掺杂剂及其在半导体光电器件中的应用

说明书

本发明公开了一种有机脒分子n型掺杂剂及其在半导体光电器件中的应用，其中，n型掺杂剂为有机脒分子，n型掺杂剂与受体材料混合或者直接将受体材料暴露在n型掺杂剂的蒸汽气氛中，实现对受体材料的n掺杂。本发明将n型掺杂剂加入到有机n型半导体中，可调节有机半导体电导率、功函数以及电子迁移率等性质；n型掺杂剂对受体材料进行n掺杂后，应用于钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机发光二极管和有机场效应晶体管。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，更具体地，涉及一种有机脒分子n型掺杂剂及其在半导体光电器件中的应用。

背景技术

有机半导体是一类新兴的材料，目前已经被广泛的应用于有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池等半导体光伏器件中。在这些器件中，尤其在有机半导体和电极之间往往会涉及电荷的注入和提取。因此，电荷转移的效率会极大地影响器件的性能。而有机半导体材料本身的导电性能以及材料的费米能级与相邻电极功函数的匹配程度是影响电荷转移的至关重要的因素。

对有机半导体材料进行有效的掺杂不仅可以提高材料的导电性和载流子浓度，还可以调控其费米能级以及填补材料本征的一些电荷缺陷，是一种非常有效的提高上述半导体器件性能的手段。而通常n型的掺杂剂往往具有很低的离子化电势，这样才使得它们具有掺杂其他受主半导体的能力。目前，只有很少的几种能够溶液制备的n型掺杂剂在文献中有报道。所以开发低成本且能够溶液制备又非常有效的n掺杂剂对实现高性能半导体光伏器件的溶液制备大有裨益。

然而，现有技术存在开发成本高、难以溶液制备和效果差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种有机脒分子n型掺杂剂及其在半导体光电器件中的应用，由此解决现有技术存在开发成本高、难以溶液制备和效果差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种有机脒分子n型掺杂剂，所述n型掺杂剂为有机脒分子，所述有机脒分子具有如式(一)所示的结构：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄各自独立的选自H、OH、C₁-C₁₀的烷基、C₁-C₁₀的烷氧基、C₁-C₁₀的酯基、C₁-C₁₀的羧基、C₁-C₁₀的醇羟基以及被上述任一基团取代的芳基或者杂芳基；R₁和R₄通过C₂-C₁₀的烷基或烷氧基连接成环；R₂和R₃通过C₂-C₁₀的烷基或烷氧基连接成环。

进一步的，n型掺杂剂优选为具有如式(二)所示的结构：

进一步的，n型掺杂剂为DBU。

按照本发明的另一方面，提供了一种有机脒分子n型掺杂剂在半导体光电器件中的应用，所述n型掺杂剂与受体材料混合或者直接将受体材料暴露在n型掺杂剂的蒸汽气氛中，实现对受体材料的n掺杂后，应用于钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机发光二极管和有机场效应晶体管。

进一步的，受体材料为PC₆₁BM、N2200或者ITIC。

进一步的，钙钛矿太阳能电池的器件结构为：ITO导电玻璃作为电池负极，NiO_x作为电池空穴传输层，MAPbI₃为钙钛矿吸光层，n型掺杂剂对受体材料进行n掺杂后作为电池电子传输层，金属Ag作为电池正极。