DE102007028237A1

DE102007028237A1 - Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, organisches Halbleitermaterial und elektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102007028237A1
Application number: DE102007028237A
Authority: DE
Inventors: Ralf Krause; Günter Dr. Schmid
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-24
Also published as: WO2008154915A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, ein organisches Halbleitermaterial und organisches elektronisches Bauteil. Die Erfindung offenbart dabei die Verwendung von Metallkomplexen, die als Lewis-Säuren fungieren, als p-Dotanden in organischen Matrixmaterialien.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, ein organisches Halbleitermaterial und elektronisches Bauteil.
Die Dotierung organischer halbleitender Materialien mit Elektronenakzeptoren zur Erhöhung der Leitfähigkeit in organischen Matrixmaterialien ist beispielsweise aus der WO 2005/086251 bekannt. Dort werden Metallkomplexe, insbesondere mehrkernige Metallkomplexe wie die so genannten Schaufelradkomplexe (paddle-wheel) wegen ihrer starken Donoreigenschaften als n-Dotanden für die Elektroneninjektion beschrieben.
Es besteht jedoch ein Bedarf, p-Dotanden zur Dotierung der Lochinjektionsschicht zur Verfügung zu stellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, p-Dotanden für eine lochleitende Matrix anzugeben und die Verwendungen derart dotierter lochleitender Matrixmaterialien in einem organischen elektronischen Bauteil zu offenbaren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche, insbesondere durch die Verwendung von neutralen Metallkomplexen mit Lewis-Säure Charakter als p-Dotanden in lochleitenden organischen Matrixmaterialien gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch die Bereitstellung eines organischen halbleitenden Materials mit einer Verbindung eines solchen Metallkomplexes mit Lewis-Säure Charakter als p-Dotand gelöst. Schließlich wird die Aufgabe noch durch die Angabe organischer elektronischer Bauteile mit zumindest einer Schicht eines erfindungsgemäßen organischen Matrixmaterials gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines neutralen Metallkomplexes mit Lewis-Säure Eigenschaften als p-Dotand eines organischen halbleitenden Matrixmaterials. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Lochleiterschicht, bestehend aus einem lochleitenden organischen Matrixmaterial mit einem Anteil von 0,1 bis 50 (Schichtdicken%) an Metallkomplex als p-Dotanden. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein organisches elektronisches Halbleiterbauelement, zumindest eine Schicht eines dotierten Lochleitermaterials umfassend, das einen Metallkomplex als p-Dotanden enthält.
Lewis-Säuren sind Verbindungen, die als Elektronenpaarakzeptoren wirken.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Metallkomplex um einen mehrkernigen Komplex, insbesondere um einen mit zumindest einer Metall-Metallbindung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Zentralatom des Metallkomplexes ausgewählt aus der Gruppe der Platinmetalle, folgende Elemente umfassend: Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Insbesondere sind Rhodiumkomplexe bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Zentralatom ein neutrales oder geladenes Übergangsmetallatom.
Unter Lochleitern werden die typische Materialien, die in einem organischen elektronischen Halbleiterbauelement lochleitend wirken, wie NPB (N,N'-di-1-napthyl-diphenylbenzidine, HOMO = eV; LUMO = eV) oder Naphdata (4,4',4''-Tris(N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino)-triphenylamine; HOMO = eV; LUMO = eV) verstanden.
Die Dotierung wird im Folgenden in relativen Schichtdicken angeben d. h. x% bedeutet, dass die Depositionsrate des Do tanden x% im Bezug auf die Depositionsrate der Matrix beträgt.
Vorteilhafterweise wird als neutraler Metallkomplex ein Komplex mit einer so genannten „paddle-wheel/Schaufelrad" Struktur eingesetzt, wobei besonders bevorzugt zwei- und mehrkernige Metallkomplexe mit zumindest einer Metall-Metall-Bindung verwendet werden, wie sie beispielsweise aus „Cotton FA, Gruhn NE, Gu J, Huang P, Lichtenberger DL, Murillo Ca, Van Dorn LO und Wilkinson CC: „Closed Shell Molecules That Ionize More Readily Than Cesium" in Science, 2002, 298; 1971–1974" bekannt sind. Ebenfalls beschrieben werden diese Strukturen in der WO 2005/086251 . Dort wird jedoch davon ausgegangen, dass mehrkernige Metallkomplexe mit Schaufelradstruktur „paddle-wheel" als n-Dotanden wirken. Dies trifft eben nicht auf alle Paddle-Wheel-Komplexe bzw. den dort genannten Strukturen zu, wie vorliegend gezeigt werden konnte.
In WO 2005/086251 A2 werden Komplexe mit Schaufelradstruktur als typische n-Dotanten vorgestellt. Um die Verwendbarkeit von Dirhodium-tetra-trifluoroacetat (PDW-2), einem typischen Vertreter der Metallkomplexe mit starkem Lewis-Säure Charakter, wie sie vorliegend als p-Dotanden unter Schutz gestellt werden sollen, als n-Dotant zu überprüfen, wurde folgendes Experiment durchgeführt:
Auf einer ITO (Indium-tin-oxide = indiumdotiertes Zinnoxid) Elektrode wurde durch thermisches Verdampfen eine 150 nm dicke Schicht des Elektronenleiters BCP (= 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenantholine) abgeschieden. Als Gegenelektroden diente eine 150 nm dicke Aluminiumschicht. 1 zeigt das Ergebnis, wobei ein 4 mm² großes Bauelement gemessen wurden das die durch schwarze Quadrate markierte typische Kennlinie ergab (1 schwarze Quadrate).
In einem zweiten Experiment werden in die BCP-Schicht durch Koverdampfung 10% PDW-2 eindotiert. Die durch rote Rauten in 1 markierte Kennlinie unterscheidet sich nur unwesent lich von der Kennlinie des reinen BCP. Damit ist PDW-2 generell nicht als n-Dopant einsetzbar, insbesondere nicht in einem organischen elektronischen Halbleiterbauelement und den darin verwendeten typischen Elektronenleitern mit einem typischen HOMO eV (Werte) oder dem typischen LUMO eV (Werte).
Analog zum oben beschriebenen Experiment wird PDW-2 durch Koverdampfung in den Lochleiter NPB (= Bis-N,N,N',N'-(naphthylphenyl)benzidin) eindotiert. Für eine Dotierung von 0% (schwarz), 1% (rot), 5% (grün) und 10% (blau) ergaben sich die in 2 dargestellten Kennlinien.
Diese demonstrieren eindeutig die Möglichkeit zur p-Dotierung von lochleitenden Matrixmaterialien durch PDW-2. Erstaunlicherweise können aus Aluminium keine Löcher injiziert werden (negativer Ast der x-Achse), wodurch sich ein Gleichrichtungsfaktor von 3·10^–7 ergibt. Für eine effektive Dotierung reichen nur wenige Schichtdicken% aus. Die Kennlinien zwischen 1–10% PDW-2 in NPB sind nahezu identisch. Die Kennlinien sind zudem sehr steil. Bei höheren Spannungen sättigt die Kennlinie, wodurch ein strombegrenzendes Verhalten resultiert.
Die Dotierung organischer Matrixmaterialien mit p-Dotanden ist von entscheidender Relevanz für organische elektronische Bauteile. Dotierte Transportschichten haben den Vorteil, dass an ihnen relativ zum Gesamtaufbau nur ein Bruchteil der zum Betrieb nötigen Spannung abfällt (<< 30%).
3 zeigt ein Beispiel für einen Schichtaufbau eines Photodetektors.
Der Aufbau ist in Form eines Stacks dargestellt, bestehend aus Topelektrode 5, Bottomelektrode 3, dem Trägersubstrat 1 sowie der organischen Photodiodenschicht 4 und der Lochleitschicht 6.
Es ist ein Beispiel für den Aufbau eines organischen Photodetektors mit zwei aktiven organischen Schichten 4 und 6 zu sehen. Die Schicht 6 zeigt den gemäß der Erfindung dp-dotierten Lochtransporter. Die eigentliche photoleitfähige Schicht ist mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet. Zusätzlich zu den gezeigten Schichten 5, 3, 1, 4 und 6 ist noch der Schutz des Photodetektors mittels einer Verkapselung zweckmäßig.
Die Bottomelektrode 3 (Anode) kann aus Indium-Zinn-Oxid bestehen (ITO) oder aus einem anderen Metall. Die Topelektrode 5 (Kathode) kann aus Aluminium (Al) bestehen oder beispielsweise auch aus einem Ca/Ag-Schichtsystem oder auch aus LiF/Al.
Über die elektrische Leitung 7 werden die Elektroden mit der Spannungsquelle verbunden.
Bei großflächigen Photodioden spielt die Homogenität der Ladungsinjektion eine wichtige Rolle. Partikel, Kristallite oder Spitzen verursachen Feldüberhöhungen und damit potentielle Ausgangspunkte für „dark spots" die zum Ausfall der Diode führen können. Durch eine Lochinjektionsschicht oder Lochtransportschicht 6, in die beispielsweise zweikernige rhodiumacetatbasierte „paddle-wheel"-Komplexe eingebettet sind, kann eine Schicht erzeugt werden, die eine unerwartet hohe Stromtragfähigkeit in Verbindung mit einer inhärenten Strombegrenzung zeigt.
Bevorzugt werden Rhodiumkomplexe eingesetzt, wie Metallkomplex-Verbindungen mit einem Rh₂ ⁴⁺ Kern und einer Metall-Metallbindung, die aufgrund ihres hohen Lewis-Säure-Charakters als p-Dopand und Elektronenakzeptor wirken.
Besonders bevorzugt ist das Dirhodiumtetratrifluoracetat (4), das sich aufgrund seiner günstigen Sublimationseigenschaften sehr gut eignet. In der chemischen Literatur [F. A. Cotton, C. A. Murillo, R. A. Walton "Multiple Bonds between Metal Atoms" 3. Auflage, Springer Science and Business Media, Inc. 2005. 465–611.] konnte unerwarteter Weise auch kristallografisch gezeigt werden, dass sogar unsubstituierte Aromaten als Donor für den Rh₂ ⁴⁺-Kern in axialer Position dienen können. Experimentell konnte durch die Dotierung von NPB oder Naphdata mit PDW-2 in oben beschriebenen Experimenten gezeigt werden, dass dieser Vorgang eine p-Dotierung bewirkt.
4 zeigt die Struktur von Rh₂(CF₃COO)₄, an die das aromatische System Hexamethylbenzol koordiniert ist.
Auch die isoelektronischen Metallkomplexe dieser Struktur, insbesondere solche, die noch ähnliche Größen zeigen wie beispielsweise ein Analogon mit Ru₂ ²⁺-Ionen als Zentralatomen sind ebenfalls geeignet als p-Dotanden. Die bewirkt zum einen die Schaufelradstruktur und zum anderen die sehr hohe Lewis-Säure Azidität dieser Komplexe. Insbesondere geeignet sind die, die an aromatische Systeme koordinieren können.
Bei einem paddle-whell-Komplex sind zwei Metallzentralatome insbesondere Übergangsmetallatome, durch bevorzugt 2, möglicherweise aber auch 3, 4 oder mehr zähnige Liganden, die an beide Metallzentralatome jeweils ein Ligandenatom binden, überbrückt. Die Metallatome sind hierbei, je nach Radius, zumeist 4-fach oder auch 5-fach oder höher koordiniert, wobei der Lewissäurecharakter eben auch dadurch gegeben ist, dass zumindest eine lockere oder leere Koordinationsstelle, an der beispielsweise die Anlagerung eines aromatischen Ringes, wie in 4 gezeigt, stattfinden kann, vorhanden ist. Die Koordinationsumgebung des Metallatoms ist bevorzugt so, dass eine Metall-Metall-Bindung besteht, 4 equatoriale Bindungen und eine axiale Bindung, die je nach Ligand und Zentralatom Lewis-azid ist.
Als Liganden eignen sich grundsätzlich alle zwei- oder mehrzähnigen, bevorzugt elektronenziehende Liganden. Beispielsweise genannt seien die Anionen von elektronenziehenden Car bonsäuren, wie beispielsweise CHal_xH_3-xCOOH, insbes. CF_xH_3-xCOOH und CCl_xH_3-xCOOH, (CR₁, R₂, R₃) COOH, wobei R1, R2 und R3 unabhängig voneinander Alkyl wie, besonders bevorzugt, H, methyl, ethyl, propyl, isopropyl; n-, sec-, tert-Butyl, Benzoesäure und deren substituierten Analoga (o, p, m-Fluorbenzoesäure, o,p,m-Cyanobenzoesäure, Nitrobenzoesäure, Alkylbenzoesäuren fluoriert oder teilweise fluoriert, ggf. auch ein oder mehrfach substituiert, Pyridincarbonsäuren etc.) sein kann.
Die erfindungsgemäß verwendeten Metallkomplexe stellen vorzugsweise Moleküle dar, die unabhängig voneinander verdampfbar sind. Dabei versteht sich, dass einzelne Metallkomplexe jeweils untereinander oder mit anderen Komponenten wie dem Matrixmaterial gebunden sein können.
Rein formal könnten die Valenzelektronen des PDW-2 wie folgt berechnet werden:
In der Gruppe IX mit 4 einfach negativ geladenen zweizähnigen Liganden ergibt sich folgendes Bild für Metall-Metall:
4 × 4e = 16 Elektronen von den Liganden
1 × 2e = 8 von der Einfachfachbindung zwischen Rh-Rh
2 × 9e = 12 vom Rhodium
Summe 36, damit hat jedes Rh Edelgaskonfiguration d. h. stabil
Oder:
Gruppe 6: Metall – Metall-Vierfachbindung d. h. σ, 2 × π, 1 × δ-Bindung besetzt
Gruppe 7: Metall – Metall-Dreifachbindung d. h. σ, 2 × π, 1 × δ-Bindung, 1 × δ* besetzt
Gruppe 8: Metall – Metall-Zweifachbindung d. h. σ, 2 × π, 1 × δ-Bindung, 1 × δ*,1 × π* besetzt
Gruppe 8: Metall – Metall-Zweifachbindung d. h. σ, 2 × π, 1 × δ-Bindung, 1 × δ*, 1 × π* besetzt
Gruppe 9: Metall – Metall-Einfachbindung d. h. σ, 2 × π, 1 × δ-Bindung, 1 × δ*, 2 × π* besetzt
Dabei versteht sich, dass einzelne Metallkomplexe jeweils untereinander oder mit anderen Komponenten wie dem Matrixmate rial gebunden sein können. Durch die Bindungsbildung der Donator-Akzeptorwechselwirkung und die Molekülgröße werden die Dopanten in der Matrix fixiert.
Als organische Matrixmaterialien eignen sich alle gängigen Lochleitermatrizen, wie beispielsweise NPB; Naphdata; N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine; N,N'-Bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine; N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine; N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-spirobifluorene; N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-spirobifluorene; N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluorene; N,N'-Bis(3-naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-dimethyl-fluorene; N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluorene; N,N'-Bis(3-naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9-diphenyl-fluorene; 2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-diphenylamino)-9,9'-spirobifluorene; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene; 9,9-Bis[4-(N,N-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene; 9,9-Bis[4-(N,N'-bis-naphthalen-2-yl-N,N'-bis-phenyl-amino)-phenyl]-9H-fluorene; 2,2',7,7'-Tetrakis[(N-naphthalenyl(phenyl)-amino]-9,9-spirobifluorene; N,N'-bis(phenanthren-9-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine; 2,7-Bis[N,N-bis(9,9-spiro-bifluorene-2-yl)-amino]-9,9-spirobifluorene; 2,2'-Bis[N,N-bis(biphenyl-4-yl)amino]-9,9-spirobifluorene; 2,2'-Bis(N,N-di-phenyl-amino)-9,9-spirobifluorene; Phthalocyanine-Coppercomplex; 4,4',4''-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)triphenylamine; 4,4',4''-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 4,4',4''-Tris(N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamine; 4,4',4''-Tris(N,N-diphenyl-amino)triphenylamine; Titanium oxide phthalocyanine; 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8,-tetracyanoquinodimethane; Pyrazino[2,3-f][1,10]phenanthrolone-2,3-dicarbonitrile; N,N,N',N'-Tetrakis(4-methoxyphenyl)benzidine; 2,7-Bis[N,N-bis(4-methoxy-phenyl)amino]-9,9-spirobifluorene; 2,2'-Bis[N,N-bis(4-methoxy-phenyl)amino]-9,9-spirobifluorene; 1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzene; 1,3,5-Tris(carbazol-9-yl)benzene; 4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)triphenylamine; 4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl; 4,4'-Bis(9-carbazolyl)-2,2'- dimethyl-biphenyl; 2,7-Bis(carbazol-9-yl)-9,9-dimentylfluorene und 2,2',7,7'-Tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9'-spirobifluorene.
Mittels der erfindungsgemäß verwendeten Metallkomplexe können halbleitende Schichten erzeugt werden, die gegebenenfalls aber auch linienförmig ausgebildet sind, wie z. B. als Leidfähigkeitspfade, Kontakt oder dergleichen.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen organischen p-dotierten Materialien, die in elektronischen organischen Bauteilen insbesondere in Form von Schichten oder elektrischen Leitungspfaden angeordnet sein können, können eine Vielzahl elektronischer Bauteile oder diese enthaltende Einrichtungen (devices) hergestellt werden. Im Sinne der Erfindung sind von dem Begriff „elektronisches Bauteil" auch optoelektronische Bauteile mitumfasst. Die Erfindung umfasst insbesondere organische Photodioden, organische Solarzellen, organische Feldeffekt-Transistoren sowie organische Photovoltaik allgemein.
Durch die erfindungsgemäßen Verwendungen können die elektronischen Eigenschaften eines elektronisch funktionell wirksamen Bereich des Bauteils wie dessen elektrische Ladungsträgermobilität, lichtabsorbierende Eigenschaften oder dergleichen vorteilhaft verändert werden. Die erfindungsgemäße Verwendung kann innerhalb einer Lochleiter- oder Lochtransportschicht sowie in einer Bulk-Heterojunction eingesetzt werden.
Die Metallkomplexe können erfindungsgemäß in den elektronischen Bauteilen aber auch in Schichten, Leitfähigkeitspfaden, Punktkontakten oder dergleichen eingesetzt werden.
Die experimentell gefundene Strombegrenzung wurde bisher bei keiner der publizierten für die Dotierung geeigneten Materialsysteme beobachtet. Dieser Aspekt ist für großflächige organische Photodioden besonders wichtig, da er eine Homogenisierung der Absorbtionsdichte bewirkt. Feldüberhöhungen an Partikeln oder Spitzen im Substratmaterial werden durch Schichten mit Strombegrenzung ausgeglichen, da der maximale Stromfluss nicht mehr vom angelegten Feld abhängt.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger experimenteller Ergebnisse verdeutlicht:
Beispiel zu 5:
Analog zum oben beschriebenen Experiment wird PDW-2 durch Koverdampfung in den Lochleiter NPB (= Bis-N,N,N',N'-(naphthylphenyl)benzidin) eindotiert. Für eine Dotierung von 0% (schwarz), 1% (rot), 5% (grün) und 10% (blau) und 100% PDW2 (hellblau) ergeben sich die in 5 dargestellten Kennlinien.
Eine zusätzliche Bande im UV-Spektrum im Bereich zwischen 550–600 nm zeigt die Dotierfähigkeit von NPB durch PDW-2.
Die Grafik von 6 zeigt das Photolumineszenzspektrum der im oben beschriebenen Beispiel zu 5 dargestellten Schichten. Bei Anregung der Schicht mit UV-Licht von 342 nm nimmt die Fluoreszenz der NPB Schicht stetig ab. Ganz im Einklang zu anderen Dotanten löscht auch PDW-2 die Fluoreszenz.
Beispiel zu 7:
Auf einer ITO (Indium-tin-oxide = indiumdotiertes Zinnoxid) Elektrode werden nacheinander durch thermisches Verdampfen folgende Schichten abgeschieden, um eine organische Leuchtdiode auf zu bauen (Alq = Aluminiumtrishydroxychinolinat, LiF = Lithiumfluorid).

a. 50 nm NPB; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kennlinie schwarz)
b. 50 nm NPB:PDW-2 [10%]; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kennlinie rot)
Durch den Einsatz der dotierten Lochinjektionsschicht wird in der I-V-Kennlinie die Spannung von 5.77 V auf 5.03 V redu ziert, um eine Stromdichte von 10 mA/cm² zu erreichen. Die Effizienz dieser Diode wird dadurch deutlich verbessert, wie aus 7 ersichtlich ist.

Durch die Reduzierung der Versorgungsspannung wird die Leuchtdichte von 1000 cd/m² schon bei 6.18 V mit der dotierten Lochinjektionsschicht und erst bei 7.10 V mit der undotierten Lochinjektionsschicht erreicht (8).
Beispiel zu 9:
PDW-2 ist in Aufbauten analog dem Beispiel zu 5 ähnlich effizient, wie andere literaturbekannte Dopanden z. B. MoO₃ oder F₄TCNQ wie der hier gezeigte Vergleich beweist.
Beispiel zu 10:
Die Ladungsträgerdichte kann in anderen Lochleitern wie Naphdata durch den Dopanden PDW-2 ebenfalls erhöht werden (Naphdata =4,4',4''-Tris((N-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamin).
Transiente Dunkelstrommessungen zeigen, dass bei einer Dotierung von 10% PDW-2 in Naphdata die Mobilität nahezu konstant bleibt. Wie Beispiel 8 demonstriert steigt die für die organische Leuchtdiode zur Verfügung stehende Ladungsträgerdichte stark an, was sich sehr positiv auf die Kennlinien von organischen Leuchtdioden auswirkt.
(σ = Leitfähigkeit, μ = Mobilität, n = Zahl der Ladungsträger, e = Elementarladung)
Beispiel zu 11:
Eine analog Beispiel zu 7 aufgebaute Leuchtdiode mit Naphdata statt NPB in der Lochinjektionsschicht.

a. 50 nm Naphdata; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kennlinie schwarz)
b. 50 nm Naphdata:PDW-2 [10%]; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kennlinie rot)

Durch den Einsatz der dotierten Lochinjektionsschicht wird in der I-V-Kennlinie die Spannung von 11.6 V auf 8.0 V reduziert, um eine Stromdichte von 10 mA/cm² zu erreichen. Die Effizienz dieser Diode wird dadurch deutlich verbessert ( 11)
Beispiel zu 12:
Durch die Reduzierung der Versorgungsspannung wird die Leuchtdichte von 1000 cd/m² schon bei 10.6 V mit der dotierten Lochinjektionsschicht und erst bei 13.9 V mit der undotierten Lochinjektionsschicht erreicht (12).
Die experimentell gefundene Strombegrenzung wurde bisher bei keiner der publizierten für die Dotierung geeigneten Materialsysteme beobachtet. Dieser Aspekt ist für großflächige organische Photodioden besonders wichtig, da er eine Homogenisierung der Absorptionsdichte bewirkt. Feldüberhöhungen an Partikeln oder Spitzen im Substratmaterial werden durch Schichten mit Strombegrenzung ausgeglichen, da der maximale Stromfluss nicht mehr vom angelegten Feld abhängt.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die verwendeten Materialien zu den Basismaterialien organischer elektronischer Bauteile kompatibel sind und dass beispielsweise in den bevorzugten zweikernigen Metallkomplexen mit der Metall-Metallbindung formal die Ladung beim Stromtransport im Molekül auf zwei Metallatome verteilt wird, was zur Stabilität der Gesamtschicht beiträgt.
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, ein organisches Halbleitermaterial und ein organisches elektronisches Halbleiterbauteil. Die Erfindung offenbart da bei die Verwendung von Metallkomplexen, die als Lewis-Säuren fungieren als p-Dotanden in organischen Matrixmaterialien.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/086251 [0002, 0013]
- WO 2005/086251 A2 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- F. A. Cotton, C. A. Murillo, R. A. Walton "Multiple Bonds between Metal Atoms" 3. Auflage, Springer Science and Business Media, Inc. 2005. 465–611 [0026]

Claims

Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand zur Dotierung eines lochleitenden organischen Matrixmaterials, wobei der Metallkomplex ein Metallkomplex mit Lewissäureeigenschaft ist, der als Elektronenpaarakzeptor wirkt.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Metallkomplex ein mehrkerniger Metallkomplex ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das Zentralatom des Metallkomplexes ein neutrales oder geladenes Übergangsmetallatom ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zentralatom aus der Platingruppe, folgende Elemente umfassend: Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin ausgewählt ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zentralatom Rhodium ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Metallkomplex ein mehrkerniger Metallkomplex ist, bei dem zumindest ein Ligand zwei Zentralatome koordinativ verbindet.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zentralatom quadratisch planar von Liganden umgeben ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Metallkomplex mehrkernig und symmetrisch aufgebaut ist.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Liganden Carbonsäuren oder Carbonsäureanionen mit elektronenziehenden Substituenten sind.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Metallkomplex eine Schaufelradstruktur hat.
Halbleitendes Material hergestellt unter Verwendung eines Metallkomplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Form einer elektrisch kontaktierbaren Schicht.
Organisches halbleitendes Material enthaltend zumindest ein organisches Matrixmaterial und einen p-Dotanden nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Organisches halbleitendes Material nach Anspruch 11, wobei das molare Dotierungsverhältnis von p-Dotand zu monomeren Einheiten eines polymeren Matrixmoleküls zwischen 1:1 und 1:100.000 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines organischen halbleitenden Materials enthaltend ein organisches Matrixmaterial und einen p-Dotanden, wobei als p-Dotand zumindest ein oder mehrere Metallkomplexe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet werden.
Organisches elektronisches Bauteil, einen elektronische funktionell wirksamen Bereich umfassend, wobei der elektronisch funktionell wirksame Bereich unter Verwendung zumindest eines oder mehrerer Metallkomplexe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
Organisches elektronisches Bauteil nach Anspruch 15, wobei der elektronisch funktionell wirksame Bereich ein organisches halbleitendes Matrixmaterial hat, das mit zumindest einem p-Dotanden zur Veränderung der elektronischen Eigenschaften des halbleitenden Matrixmaterials unter Verwendung zumindest eines oder mehrerer Metallkomplexe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dotiert ist.
Organisches elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 16 in Form einer photovoltaischen Zelle, einer organischen Solarzelle, einer organischen Diode, einer organischen Photodiode und/oder eines organischen Feldeffekt-Transistors, bei dem das mit zumindest einem oder mehreren Metallkomplexen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dotierte halbleitende Material einen elektronisch funktionell wirksamen Teil des elektronischen Bauteils darstellt.